電液伺服閥的發(fā)展歷程

0輸出調(diào)制力量電液傳感器是電液傳感器的重要組成部分。這是對(duì)送輸電源后相應(yīng)輸出的流量和壓力的過(guò)濾。電液伺服閥具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統(tǒng)中。1伺服閥的發(fā)展過(guò)程液壓控制技術(shù)的歷史最早可追溯到公元前240年,當(dāng)時(shí)一位古埃及人發(fā)明了人類(lèi)歷史上第一個(gè)液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長(zhǎng)的歷史階段,液壓控制技術(shù)一直裹足不前,直到18世紀(jì)末19世紀(jì)初,才有一些重大進(jìn)展。在二戰(zhàn)前夕,隨著工業(yè)發(fā)展的需要,液壓控制技術(shù)出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)地發(fā)展,許多早期的控制閥原理及專(zhuān)利均是這一時(shí)代的產(chǎn)物。如:Askania調(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請(qǐng)了射流管閥原理的專(zhuān)利。同樣,Foxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥的原理并獲得專(zhuān)利。而德國(guó)Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達(dá)及接收機(jī)械及電信號(hào)兩種輸入的雙輸入閥,并開(kāi)創(chuàng)性地使用在航空領(lǐng)域。在二戰(zhàn)末期,伺服閥是用螺線(xiàn)管直接驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的單級(jí)開(kāi)環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及軍事應(yīng)用的需要,伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。1946年,英國(guó)Tinsiey獲得了兩級(jí)閥的專(zhuān)利;Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級(jí)閥;MIT用力矩馬達(dá)替代了螺線(xiàn)管使馬達(dá)消耗的功率更小而線(xiàn)性度更好。1950年,W.C.Moog第一個(gè)發(fā)明了單噴嘴兩級(jí)伺服閥。1953—1955年間,T.H.Carson發(fā)明了機(jī)械反饋式兩級(jí)伺服閥;W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級(jí)伺服閥;Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達(dá),消除了原來(lái)浸在油液內(nèi)的力矩馬達(dá)由油液污染帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級(jí)射流管伺服閥。并于1959年研制了三級(jí)電反饋伺服閥。1959年2月國(guó)外某液壓與氣動(dòng)雜志對(duì)當(dāng)時(shí)的伺服閥情況作了12頁(yè)的報(bào)道,顯示了當(dāng)時(shí)伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時(shí)生產(chǎn)各種類(lèi)型的伺服閥的制造商有20多家。各生產(chǎn)廠(chǎng)家為了爭(zhēng)奪伺服閥生產(chǎn)的霸權(quán)地位展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。回顧歷史,可以看到最終取勝的幾個(gè)廠(chǎng)家,大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達(dá)的兩級(jí)伺服閥。我們可以看到,1960年的伺服閥已具有現(xiàn)代伺服閥的許多特點(diǎn)。如:第二級(jí)對(duì)第一級(jí)反饋形成閉環(huán)控制;采用干式力矩馬達(dá);前置級(jí)對(duì)功率級(jí)的壓力恢復(fù)通?？蛇_(dá)到50%;第一級(jí)的機(jī)械對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對(duì)零位的影響。同時(shí),由早期的直動(dòng)型開(kāi)環(huán)控制閥發(fā)展變化而來(lái)的直動(dòng)型兩級(jí)閉環(huán)控制伺服閥也已出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)的伺服閥主要用于軍事領(lǐng)域,隨著太空時(shí)代的到來(lái),伺服閥又被廣泛用于航天領(lǐng)域,并研制出高可靠性的多余度伺服閥等尖端產(chǎn)品。與此同時(shí),隨著伺服閥工業(yè)運(yùn)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大,某些生產(chǎn)廠(chǎng)家研制出了專(zhuān)門(mén)使用于工業(yè)場(chǎng)合的工業(yè)伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了第一款專(zhuān)為工業(yè)場(chǎng)合使用的73系列伺服閥產(chǎn)品。隨后,越來(lái)越多的專(zhuān)為工業(yè)用途研制的伺服閥出現(xiàn)了。它們具有如下的特征:較大的體積以方便制造;閥體采用鋁材(需要時(shí)亦可采用鋼材);獨(dú)立的第一級(jí)以方便調(diào)整及維修;主要使用在14MPa以下的低壓場(chǎng)合;盡量形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國(guó)的分公司卻將其伺服閥的應(yīng)用場(chǎng)合主要集中在高壓場(chǎng)合,一般工作壓力在21MPa,有的甚至到35MPa,這就使閥的設(shè)計(jì)專(zhuān)重于高壓下的使用可靠性。而隨著伺服閥在工業(yè)場(chǎng)合的廣泛運(yùn)用,各公司均推出了各自的適合工業(yè)場(chǎng)合用的比例閥。其特點(diǎn)為低成本,控制精度雖比不上伺服閥,但通過(guò)先進(jìn)的控制技術(shù)和先進(jìn)的電子裝置以彌補(bǔ)其不足,使其性能和功效逼近伺服閥。1973年,Moog公司按工業(yè)使用的需要,把某些伺服閥轉(zhuǎn)換成工業(yè)場(chǎng)合的比例閥標(biāo)準(zhǔn)接口。Bosch研制出了其標(biāo)志性的射流管先導(dǎo)級(jí)及電反饋的平板型伺服閥。1974年,Moog公司推出了低成本、大流量的三級(jí)電反饋伺服閥。Vickers公司研制了壓力補(bǔ)償?shù)腒G型比例閥。Rexroth、Bosch及其它公司研制了用兩個(gè)線(xiàn)圈分別控制閥芯兩方向運(yùn)動(dòng)的比例閥等等。2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2.1射流管式伺服閥目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)伺服閥的廠(chǎng)家主要有:航空工業(yè)總公司第六○九研究所、航空工業(yè)總公司第六一八研究所、航空工業(yè)總公司秦峰機(jī)床廠(chǎng)、北京機(jī)床研究所、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、上海航天控制工程研究所及中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○四研究所。國(guó)外生產(chǎn)伺服閥的廠(chǎng)家主要有:美國(guó)Moog公司、英國(guó)Dowty公司、美國(guó)Team公司、俄羅斯的“祖國(guó)”設(shè)計(jì)局、沃斯霍得工廠(chǎng)等,此外美國(guó)Park公司、EatonVickers公司、德國(guó)Bosch公司、Rexroth公司等亦有自己的伺服閥產(chǎn)品。電液伺服閥一般按力矩馬達(dá)型式分為動(dòng)圈式和永磁式兩種。傳統(tǒng)的伺服閥大部分采用永磁式力矩馬達(dá),此類(lèi)伺服閥還可分為噴嘴擋板式和射流式兩大類(lèi)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)伺服閥的廠(chǎng)家大部分以噴嘴擋板式為主。生產(chǎn)射流管式伺服閥形成規(guī)模及系列的只有中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七○四研究所。國(guó)外情況亦類(lèi)似,原專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)射流管式伺服閥的廠(chǎng)家美國(guó)Abex公司也已被Park公司所吞并。然而,由于射流管式伺服閥具有抗污染性能好、高可靠性、高分辨率等特點(diǎn)。有些生產(chǎn)廠(chǎng)家也在研制或已推出自己的射流管式產(chǎn)品,如航空工業(yè)總公司第六○九研究所、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、美國(guó)Moog公司及俄羅斯的有關(guān)廠(chǎng)家等。美國(guó)Moog公司還在2006年7月召開(kāi)了產(chǎn)品推廣會(huì),推出了射流管式的D660系列產(chǎn)品,并認(rèn)為該產(chǎn)品代表了今后伺服閥的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)在研究、生產(chǎn)及使用伺服閥方面雖然形成了一定的規(guī)模。然而生產(chǎn)的產(chǎn)品主要用于航空、航天、艦船等軍品領(lǐng)域,在民品市場(chǎng)占有率不大。同時(shí),由于各生產(chǎn)單位各自為戰(zhàn)、缺少合作、力量分散,很不利于伺服閥的進(jìn)一步發(fā)展,也無(wú)法形成強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)?，F(xiàn)國(guó)外產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率最大的為Moog公司,它的產(chǎn)品占據(jù)了國(guó)內(nèi)絕大部分的民品市場(chǎng)。2.2伺服閥的推廣當(dāng)前電液伺服閥的研究主要集中在結(jié)構(gòu)及加工工藝的改進(jìn)、材料的更替及測(cè)試方法的改變。(1)在結(jié)構(gòu)改進(jìn)上,目前主要是利用冗余技術(shù)對(duì)伺服閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。由于伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心元件,伺服閥性能的優(yōu)劣直接代表著伺服系統(tǒng)的水平。另外,從可靠性角度分析,伺服閥的可靠性是伺服系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。由于伺服閥被污染是導(dǎo)致伺服閥失效的最主要原因。對(duì)此,國(guó)外的許多廠(chǎng)家對(duì)伺服閥結(jié)構(gòu)作了改進(jìn),先后發(fā)展出了抗污染性較好的射流管式、偏導(dǎo)射流式伺服閥。而且,俄羅斯還在其研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設(shè)計(jì)了雙冗余位置傳感器,用來(lái)檢測(cè)閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號(hào)可立即切換備用伺服閥,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,此種兩余度技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于航空行業(yè)。而且,美國(guó)的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠(chǎng)均已研制出四余度的伺服機(jī)構(gòu)用于航天行業(yè)。我國(guó)的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在20世紀(jì)90年代就已進(jìn)行三余度等多余度伺服機(jī)構(gòu)的研制,將伺服閥的力矩馬達(dá)、反饋元件、滑閥副做成多套,發(fā)生故障可隨時(shí)切換,保證系統(tǒng)的正常工作。此外多線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)、或在結(jié)構(gòu)上帶零位保護(hù)裝置、外接式濾器等型式的伺服閥亦已在冶金、電力、塑料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。(2)在加工工藝的改進(jìn)方面,采用新型的加工設(shè)備和工藝來(lái)提高伺服閥的加工精度及能力。如在閥芯閥套配磨方法上,上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均研制出了智能化、全自動(dòng)的配磨系統(tǒng)。特別是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的配磨系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的氣動(dòng)配磨的模式,采用液壓油作為測(cè)量介質(zhì),更直接地反應(yīng)了所測(cè)滑閥副的實(shí)際情況,提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與精度。在力矩馬達(dá)的焊接方面,中船重工第七○四研究所與德國(guó)知名廠(chǎng)家合作,采用了世界最先進(jìn)的焊接工藝取得了良好的效果。另外,哈爾濱工業(yè)大學(xué)還研制出智能化的伺服閥力矩馬達(dá)彈性元件測(cè)量裝置。解決了原有手動(dòng)測(cè)量法中存在的測(cè)量精度低、操作復(fù)雜、效率低等問(wèn)題。對(duì)彈性元件能高效完成剛度測(cè)量、得到完整的測(cè)量曲線(xiàn),且不重復(fù)性測(cè)量誤差不大于1%。(3)在材料的更替方面。除了對(duì)某些零件采用了強(qiáng)度、彈性、硬度等機(jī)械性能更優(yōu)越的材料外。還對(duì)特別用途的伺服閥采用了特殊的材料。如德國(guó)有關(guān)公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板,防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷,而降低動(dòng)靜態(tài)性能,使工作壽命縮短。機(jī)械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作,防止小球和閥芯小槽之間的磨損,使閥失控,并產(chǎn)生尖叫。航空六○九所、中船重工第七○四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質(zhì)的耐腐蝕伺服閥。此外對(duì)密封圈的材料也進(jìn)行了更替,使伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。(4)在測(cè)試方法改進(jìn)方面,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,生產(chǎn)單位均采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)伺服閥的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試與計(jì)算。某些單位還對(duì)如何提高測(cè)量精度,降低測(cè)量?jī)x器本身的振動(dòng)、熱噪聲和外界的高頻干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,作了深入的研究。如采用測(cè)頻/測(cè)周法、尋優(yōu)信號(hào)測(cè)試法、小波消噪法、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對(duì)伺服閥測(cè)試設(shè)備及方法進(jìn)行了研制和改進(jìn)。3發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前,新型電液伺服閥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、新型材料的采用及電子化、數(shù)字化技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合等幾方面。3.1直動(dòng)型電液伺服閥在20世紀(jì)90年代,國(guó)外研制直動(dòng)型電液伺服閥獲得了較大的成就。現(xiàn)形成系列產(chǎn)品的有Moog公司的D633、D634系列的直動(dòng)閥、伊頓威格士(EatonVickers)公司的LFDC5V型、德國(guó)Bosch公司的NC10型、日本三菱及KYB株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)的MK型閥及Moog公司與俄羅期沃斯霍得工廠(chǎng)合作研制的直動(dòng)閥等。該類(lèi)型的伺服閥去掉了一般伺服閥的前置級(jí),利用一個(gè)較大功率的力矩馬達(dá)直接拖動(dòng)閥芯,并由一個(gè)高精度的閥芯位移傳感器作為反饋。該閥的最大特點(diǎn)是無(wú)前置級(jí),提高了伺服閥的抗污染能力。同時(shí)由于去掉了許多難加工零件,降低了加工成本,可廣泛使用于工業(yè)伺服控制的場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)有些單位如中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、北京機(jī)床研究所、浙江工業(yè)大學(xué)等單位也研制出了相關(guān)產(chǎn)品的樣機(jī)。特別是北京航空航天大學(xué)研制出轉(zhuǎn)閥式直動(dòng)型電液伺服閥。該伺服閥通過(guò)將普通伺服閥的滑閥滑動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的轉(zhuǎn)動(dòng),并在閥芯與閥套上相應(yīng)開(kāi)了幾個(gè)與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),斜槽相互開(kāi)通或相互封閉,從而控制輸出壓力或流量。由于在工作時(shí)閥芯閥套是相互轉(zhuǎn)動(dòng)的,降低了閥工作時(shí)的摩擦阻力,同時(shí)污染物不容易在轉(zhuǎn)動(dòng)的滑閥內(nèi)堆積,提高了抗污染性能。此外,Park公司開(kāi)發(fā)了“音圈驅(qū)動(dòng)(VoiceCoilDrive)”技術(shù)(VCD),以及以此技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的DFplus控制閥。所謂音圈驅(qū)動(dòng)技術(shù),顧名思義,即是類(lèi)似于揚(yáng)聲器的一種驅(qū)動(dòng)裝置,其基本結(jié)構(gòu)就是套在固定的圓柱形永久磁鐵上的移動(dòng)線(xiàn)圈,當(dāng)信號(hào)電流輸入線(xiàn)圈時(shí),在電磁效應(yīng)的作用下,線(xiàn)圈中產(chǎn)生與信號(hào)電流相對(duì)應(yīng)的軸向作用力,并驅(qū)動(dòng)與線(xiàn)圈直接相連的閥芯運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)力很大。線(xiàn)圈上內(nèi)置了位移反饋傳感器,因此,采用VCD驅(qū)動(dòng)的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進(jìn)行控制的,線(xiàn)性度相當(dāng)好。此外,由于VCD驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)零件只是移動(dòng)線(xiàn)圈,慣量極小,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間也沒(méi)有任何支承,DFplus閥的全部支承就是閥芯和閥體間的配合面,大大減小了摩擦這一非線(xiàn)性因素對(duì)控制品質(zhì)的影響。綜合上述的技術(shù)特點(diǎn),配合內(nèi)置的數(shù)字控制模塊,使DFplus閥的控制性能佳,尤其在頻率響應(yīng)方面更是優(yōu)越,可達(dá)400Hz。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,新型直動(dòng)型電液伺服閥在某些行業(yè)有替代傳統(tǒng)伺服閥特別是噴嘴擋板式伺服閥的趨向,但它的最大問(wèn)題在于體積大、重量重,只適用于對(duì)場(chǎng)地要求較低的工業(yè)伺服控制場(chǎng)合。如能減輕其重量、減小其體積,在航空、航天等軍工行業(yè)亦具有極大的發(fā)展?jié)摿?。另?近年來(lái)伺服閥新型的驅(qū)動(dòng)方式除了力矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)外,還出現(xiàn)了采用步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、新型電磁鐵等驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及光-液直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的伺服閥。這些新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了伺服閥的性能,而且為伺服閥發(fā)展開(kāi)拓了思路,為電液伺服閥技術(shù)注入了新的活力。3.2超磁致伸縮電路當(dāng)前在電液伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運(yùn)用,主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器研制開(kāi)發(fā)。它們各具有其自己的優(yōu)良特性。3.2.1采用直動(dòng)式伺服閥的變通性壓電元件的特點(diǎn)是“壓電效應(yīng)”:在一定的電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化,在一定范圍內(nèi),形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷(PZT)、電致伸縮材料(PMN)等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動(dòng)式伺服閥的原理:在閥芯兩端通過(guò)鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過(guò)壓電效應(yīng),使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板,由壓電疊堆的伸、縮實(shí)現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減,使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)。目前壓電式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點(diǎn),伺服閥頻寬甚至能達(dá)到上千赫茲,但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點(diǎn),制約了壓電元件在電液伺服閥上的進(jìn)一步應(yīng)用。3.2.2高效電-機(jī)械濾波器gmm超磁致伸縮材料(GMM)與傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比,在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生大得多的長(zhǎng)度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動(dòng)型伺服閥是把GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連,通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈的電流,驅(qū)動(dòng)GMM的伸縮,帶動(dòng)閥芯產(chǎn)生位移從而控制伺服閥輸出流量。該閥與傳統(tǒng)伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)高的特點(diǎn),而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。目前,在GMM的研制及應(yīng)用方面,美國(guó)、瑞典和日本等國(guó)處于領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對(duì)氣動(dòng)噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)的高速?gòu)?qiáng)力電磁閥進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究。從目前情況來(lái)看,GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比,具有應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點(diǎn)。世界各國(guó)對(duì)GMM電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當(dāng)重視,GMM技術(shù)水平快速發(fā)展,已由實(shí)驗(yàn)室研制階段逐步進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數(shù)匹配等方面的問(wèn)題,以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。3.2.3新型材料的電-機(jī)械濾波器spe形狀記憶合金(SMA)的特點(diǎn)是具有形狀記憶效應(yīng)。將其在高溫下定型后,冷卻到低溫狀態(tài),對(duì)其施加外力。一般金屬在超過(guò)其彈性變形后會(huì)發(fā)生永久變形,而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后,會(huì)恢復(fù)其原來(lái)高溫下的形狀。利用其特性研制的伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執(zhí)行器,通過(guò)加熱和冷卻的方法來(lái)驅(qū)動(dòng)SMA執(zhí)行器,使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長(zhǎng)或收縮,驅(qū)動(dòng)閥芯作用移動(dòng),同時(shí)加入位置反饋來(lái)提高伺服閥的控制性能。從該閥的情況來(lái)看,SMA雖變形量大,但其響應(yīng)速度較慢,且變形不連續(xù),也限制了其應(yīng)用范圍。與傳統(tǒng)伺服閥相比,采用新型材料的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器研制的伺服閥,普遍具有高頻響、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。雖然目前還各自呈在某些關(guān)鍵技術(shù)需要解決,但新型功能材料的應(yīng)用和發(fā)展,給電液伺服閥的技術(shù)發(fā)展發(fā)展提供了新的途徑。3.3伺服閥的發(fā)展及與控制系統(tǒng)的匹配問(wèn)題目前電子化、數(shù)字化技術(shù)在電液伺服閥技術(shù)上的運(yùn)用主要有兩種方式:其一,在電液伺服閥模擬控制元器件上加入D/A轉(zhuǎn)換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)其數(shù)字控制。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,可把控制元器件安裝在閥體內(nèi)部,通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)控制閥的性能,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化補(bǔ)償?shù)裙δ?。但存在模擬電路容易產(chǎn)生零漂、溫漂,需加D/A轉(zhuǎn)換接口等問(wèn)題。其二,為直動(dòng)式數(shù)字控制閥。通過(guò)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯,將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成電機(jī)的步進(jìn)信號(hào)來(lái)控制伺服閥的流量輸出。該閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度及位置開(kāi)環(huán)可控及可直接數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn),被廣泛使用。但在實(shí)時(shí)性控制要求較高的場(chǎng)合,如按常規(guī)的步進(jìn)方法,無(wú)法兼顧量化精度及響應(yīng)速度的要求。浙江工業(yè)大學(xué)采用了連續(xù)跟蹤控制的辦法,消除了兩者之間的矛盾,獲得了良好的動(dòng)態(tài)特性。此外還有通過(guò)直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥芯來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等多種控制方式或伺服閥結(jié)構(gòu)改變等方法來(lái)形成眾多的數(shù)字化伺服閥產(chǎn)品