第五章第五章 电液伺服阀电液伺服阀5.1. 构造及类型构造及类型5.2. 力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析 5.1. 构造与类型构造与类型5.1.1电液伺服阀作用：电液伺服阀作用：Ø信号转换元件：电信号信号转换元件：电信号——机械信号机械信号（机-电接口）Ø功率放大元件：信号功率功率放大元件：信号功率（毫瓦-瓦级）——驱动功驱动功率率（千瓦-数百千瓦级）1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔 5.1. 构造与类型构造与类型5.1.2构造构造n电电-机械转换器（力马达、力矩机械转换器（力马达、力矩马达）马达）Ø电流电流——电磁力（力矩）电磁力（力矩）——机械位移（角位移）机械位移（角位移）n液压功率放大器（液压阀）液压功率放大器（液压阀）Ø前置放大：双喷嘴挡板阀，正前置放大：双喷嘴挡板阀，正开口四边滑阀，喷管阀开口四边滑阀，喷管阀Ø功率放大：零开口四边滑阀功率放大：零开口四边滑阀n反馈装置（放大级间反馈）反馈装置（放大级间反馈）1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔 1-永磁铁2-调整螺钉 3平衡弹簧 4-动圈5.1. 构造与类型构造与类型n力马达与力矩马达力马达与力矩马达Ø动圈式力马达动圈式力马达ü载流体在磁场中受力的原理载流体在磁场中受力的原理ü输出力：输出力：F=πDNBgI=KfI输入电流I=150～300mA，F=3～5N最大位移±(1～3)mm，频响≤100Hz式中：D-线圈直径，N-线圈匝数 Bg-磁感强度，Kf-电磁力系数 1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔5.1. 构造与类型构造与类型3-永磁铁 4-衔铁 5-导磁体 6-弹簧管53Ø动铁式力矩马达动铁式力矩马达ü衔铁在磁场中受力的原理衔铁在磁场中受力的原理ü输入电流输入电流I=10～30mAü输出力矩输出力矩T=0.02～0.06Nmü输出角位移输出角位移±0.25mm 或或±10-4radü频响频响200～1000Hz 5.1. 构造与类型构造与类型5.1.3 类型类型(1). 动圈力马达伺服阀动圈力马达伺服阀n构造构造Ø机机-电转换的动圈式力马达电转换的动圈式力马达Ø两级滑阀放大两级滑阀放大Ø前置级前置级—正开口滑阀正开口滑阀Ø功率级功率级—零开口四边滑阀零开口四边滑阀Ø位置反馈位置反馈nDY系列，工业用系列，工业用 5.1. 构造与类型构造与类型(2). 力矩马达式双喷嘴挡板电力矩马达式双喷嘴挡板电液伺服阀液伺服阀n构造构造Ø动铁式力矩马达动铁式力矩马达Ø前置级：双喷嘴挡板阀前置级：双喷嘴挡板阀Ø功率级：零开口四边滑阀功率级：零开口四边滑阀Ø位置（力）反馈。
位置（力）反馈nQDY系列（系列（MooG）系列）系列n工程用工程用1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔 力矩马达磁路力矩马达磁路5.2.力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析5.2.1力矩马达分析力矩马达分析（1）电磁力矩：（2）电磁力：式中： —气隙中的磁通—空气的磁导率，H/m —气隙的面积，㎡ 5.2.力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析因此就有：设计时保证了所以就有：（3）等效磁路的磁动势（柯希霍夫第2定律）磁路1：永磁铁气隙1线圈气隙3永磁铁∵∴力矩马达磁路力矩马达磁路 5.2.力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析于是就有：式中：—磁铁的磁动势—线圈的磁动势—磁铁在气隙中的磁通—衔铁中位时气隙磁阻，—线圈电流产生的磁通—线圈匝数 磁路2：永磁铁气隙2线圈气隙4永磁铁 力矩马达磁路力矩马达磁路5.2.力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析，分别是气隙1，2处的磁阻 g—衔铁中位时气隙长度，x—衔铁在气隙中的偏转量带入相关参数整理后得：∴因为并且 力矩马达磁路力矩马达磁路5.2.力矩马达式伺服阀分析力矩马达式伺服阀分析考虑到：即，即，上式化简后得: 式中：—电磁力矩系数—磁弹簧系数——力矩马达电磁力矩方程力矩马达电磁力矩方程∴ 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析5.2.2. 喷嘴挡板阀分析喷嘴挡板阀分析（（1））. 挡板组件的力矩方程挡板组件的力矩方程式中： —挡板组件的转动惯量—挡板组件的粘性阻尼系数 —弹簧管的刚度系数 —反馈力矩，其中是反馈杆的弹簧刚度。
将 和代入上式拉斯变换后得 式中：，设计时保证了即挡板刚度等于磁弹簧刚度1） 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析（（2）挡板角位移与挡板线位移之间的关系）挡板角位移与挡板线位移之间的关系 （，偏转角很小时，正切值就等于角的弧度）拉斯变换后得:（（3）挡板线位移与滑阀位移之间的关系）挡板线位移与滑阀位移之间的关系 拉斯变换整理后得：（3）式中：—喷嘴挡板阀的流量增益，—挡板在喷嘴出的位移m —滑阀的阀芯截面积，m2 ，—滑阀阀芯位移，m 由上3式可得以滑阀位移为输出，马达线圈电流为输入的方框图（2） 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析---化简后得：---其中：—开环增益， —无阻尼自然频率—阻尼比 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析∵∴rad（1000Hz）n电液伺服阀是固有频率很高，当其频宽与动力元件液压频率相近时，可近似地看成一个二阶振荡环节n当其频率的被控对象的3～5倍时，电液伺服阀可近似地看成为一阶惯性环节：其传递函数就是：式中：—伺服阀的时间常数n如果伺服阀的固有频率是被控对象频率的（5-10）倍，可近似地看成为一个比例环节，传递函数就变成： 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析5.2.3 伺服阀线圈电路分析伺服阀线圈电路分析（（1）） 伺服阀的线圈连接方式伺服阀的线圈连接方式（a）（b）（c）（d）a））单线圈：圈：用于力马达，其中rp为放大器内阻 b）双）双线圈串圈串联：相对单线圈匝数加倍，电阻加倍，电流减半c）双）双线圈并圈并联：：电阻减半，电流加倍，工作可靠，一只线圈损坏仍能工作d）双）双线圈差圈差动连接：接：电路对称，温度和电源波动影响可互补，控制灵敏度高n都要接入都要接入颤振（振（Dither）信号，）信号，以便消除阀芯的静摩擦影响 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析n对颤振信号的要求：对颤振信号的要求：Ø正弦波形Ø振幅是阀芯最大位移的(0.5-1)%Ø频率是指令信号的2—4倍（（2）） 双线圈差动联接的电路分析双线圈差动联接的电路分析采用单端输入，双端输出的推挽直流放大器Ebb用于线圈产生空载电流I0的稳压电源A））. 当输入信号eg=0时，放大器的输出电压e1=e2=0 ，所以两线圈电流大小相等，方向相反，所产生的磁通抵消，衔铁不偏转，阀对外无输出，仅颤振信号使阀芯在原位阀芯在原位附近高频振荡高频振荡 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析B). 当当时两线圈电流电流不同，磁通磁通不同，必引起与电流成正比的衔铁偏转衔铁偏转n差动连接灵敏度高灵敏度高如果I0=0.5Icmax=imax 当eg=egmax时I1=2imax，I2=0当eg=-egmax时I1=0，I2=2imax其中：I0 —空载电流（稳压电源） Ic —线圈的控制电流 i —信号电流（信号电压产生）线圈的实际控制电流控制电流：Ke—放大器单边的增益Ku—放大器的总增益是信号电流的是信号电流的2倍倍 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析C). 线圈电压平衡方程：线圈电压平衡方程： 线圈1：线圈2：两式相减式，同时考虑到则：式中： —单线圈电阻，Ω，—放大器内阻，Ω，—公用边阻抗，Ω， —穿过衔铁的总磁通 —线圈匝数 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析于是代入式整理后得：式中：—线圈自感系数，—反电动势常数 对上式拉斯变换的：式中：L=2Lc（总电感），Eγ=2Kb（反电动势常数） 以放大器信号电压eg为输入，滑阀位移xv为输出的电液伺服阀方框图： D). 磁路分析磁路分析磁路分析知道：电感电压电阻电压反电动势 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析力矩马达式电液伺服阀分析喷嘴挡板式电液伺服阀方框图喷嘴挡板式电液伺服阀方框图------喷嘴挡板式电液伺服阀喷嘴挡板式电液伺服阀------ 。