對于液壓伺服系統(tǒng)來說，保持機構(gòu)的高速度和高精度是系統(tǒng)設(shè)計的基本條件。為了實現(xiàn)這一要求，該如何選用控制閥？

使用線性執(zhí)行機構(gòu)時，從應用所需的行程長度和運動時間角度，系統(tǒng)設(shè)計人員應先從確定缸徑大小入手。

選用伺服閥還是比例閥？兩者的主要區(qū)別是驅(qū)動閥芯移動的方式。比例閥使用電動線圈和磁鐵，與典型的音頻揚聲器所用的音圈(發(fā)音線圈)類似，屬于直接驅(qū)動閥芯。

典型液壓伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

而伺服閥則是使用小型力矩馬達驅(qū)動液壓油路，依靠液壓力帶動閥芯運動(先導控制)。

伺服閥和比例閥響應速度上的差異主要是由于作用在閥芯的驅(qū)動力不同所引起的。由于伺服閥的液壓力與閥芯質(zhì)量的比例關(guān)系，伺服閥的響應速度一般要快于比例閥(盡管有些比例閥已接近伺服閥的響應時間了)。比例閥必須輸出足夠的力來推動閥芯、內(nèi)置的LVDT和電磁線圈，還要來克服彈簧的置中力。

先導伺服閥加工精度高，結(jié)構(gòu)中設(shè)計有小孔徑的先導控制油口，使得這類伺服閥的價格更高，同時更容易被污染。在許多實際應用中，這些缺點使人們更傾向于使用比例閥。不過伺服閥仍有自身的市場。例如在大流量工況下，由于系統(tǒng)壓力可以用來驅(qū)動閥芯并克服液動力，伺服閥性能更好。在這些工況下，因為伺服閥響應更快，響應的線性特性更好(因此便于操縱)，伺服閥是更安全的設(shè)計選擇，而且其運作也更高效。 在某些工況下，比例閥無法提供足夠的力來克服大流量下產(chǎn)生的液動力(伯努利力)。此時，閥會瞬時失控，直至液動力下降為止。在出現(xiàn)故障時，在排除故障時，人們常常傾向于懷疑控制裝置而不是閥本身有問題。這時使用示波器等診斷工具來記錄控制信號波形、閥芯位移、以及執(zhí)行機構(gòu)的位移等參數(shù)，就會很有價值。 我們可以使用多級閥來解決與液動力有關(guān)的問題，用小型先導閥的液流來控制主閥閥芯的位移。但由于存在相位延時，多級控制閥價格較高，控制環(huán)節(jié)更多，響應時間也往往更長。不過為了使主閥芯快速運動，大型閥需要的力要比單靠電磁線圈提供的力要大。這種情況下，先導閥通過導入油壓來直接而快速地推動主閥芯，從而增強系統(tǒng)的性能。

非線性滑閥有許多種，也有許多名稱。最常見的是封閉中心閥芯，又稱正重疊或負開口閥芯，它有明顯的“死區(qū)” 或零收益區(qū)。原因是在控制電流較小的情況下，不會有液壓油通過閥口。

負開口閥的工作特性曲線

高頻響噴嘴擋板式伺服閥

比例閥因其閥芯位移與控制電流強度呈正比而得名，但是流量卻不一定成比例。比例閥有許多不同的閥芯類型，選擇合適的閥芯，是保證系統(tǒng)性能最優(yōu)化的關(guān)鍵。從位置控制和壓力/力控制角度出發(fā)，應選用比例伺服閥芯或軸向開口閥芯。這些閥芯可以輸出與控制信號成比例的流量，前提是閥門兩端之間的壓差要保持恒定。

閥的工作特性曲線

07伯德圖

學會看伯德圖有助于選擇合適的液壓閥。伯德圖用對數(shù)標度，來顯示作為控制信號頻率的函數(shù)的閥芯的幅頻響應和相位滯后特性曲線。通常情況下，幅頻響應在最初幾個赫茲(Hz)時相對平坦，一旦控制信號頻率上升到一定值時，幅頻響應會驟然減小。同樣，相頻響應滯后在低頻率時變化不大，但在高頻率下會迅速增加。我們將相位滯后90°時的頻率定義為閥的額定頻率。在該頻率下，幅頻響應往往下降到大約-6db或者初始幅度一半的位置。從正弦測試的伯德圖曲線可以看出，在10Hz下沒有明顯增益下降及相位滯后上升的設(shè)備，在40Hz時閥的幅頻響應可能只有之前的一半，從而無法可靠工作。運動控制器可以通過前饋增益來補償閥的增益損失和相角滯后。在較高頻率下，控制器必須通過增大控制信號來補償閥增益的衰減，但是運動控制器無法生成比100%更強的信號。因此，設(shè)計者必須為系統(tǒng)中這部分多出的控制信號留有足夠的上升空間，或者選用較高頻率的閥，使得閥在系統(tǒng)的頻段范圍內(nèi)僅有很小的增益衰減和相位滯后。

08閥的響應及閥性能評定

液壓閥制造商提供的閥性能伯德圖的曲線并不是在相同條件下繪制的。不同的制造廠商可能按不同的閥芯行程幅度來標定他們的閥。控制信號在最大值的100%時的閥芯響應，要遠比控制信號在5%時的響應差得多。這意味著響應同時標定為30Hz的兩個閥，如果一個在5%控制信號下評定，另一個在50%控制信號下評定，其性能上可能相差很多。許多伯德圖都是在控制信號為最大信號的5%至25%的正弦信號下繪制的性能曲線。在5%最大信號下性能優(yōu)異的閥適用于控制信號在0%處波動的場合，比如說位置或壓力控制。但這種閥不適用于高速控制的場合，因為閥芯的必要行程幾乎達到了100%。

一個保險的規(guī)則是，將控制流量從0到100%時取得的上升時間乘以4并求倒數(shù)，就可以得到閥的全行程響應頻率。高性能的位置/壓力控制系統(tǒng)需要響應迅速的線性閥。當然，閥的性能不可能十全十美，所以仍然需要高性能的控制器來提供對閥的響應時間、閥芯自身質(zhì)量、執(zhí)行機構(gòu)的負載、以及彈簧效應的補償。為了充分實現(xiàn)一個精心設(shè)計的系統(tǒng)的最佳性能，應選用針對液壓而設(shè)計的運動控制器，配備有能分別調(diào)節(jié)液壓缸伸出和縮回時的增益、位置/壓力控制、以及與線性位移傳感器直接相連等功能。