第五章电液伺服阀

第五章 电液伺服阀5.1. 构造及类型5.2. 力矩马达式伺服阀分析5.1. 构造与类型5.1.1电液伺服阀作用：信号转换元件：电信号 机械信号 （机 -电接口）功率放大元件：信号功率（毫瓦 -瓦级） 驱动功率 （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5.1.2构造n 电 -机械转换器（力马达、力矩马达） 电流 电磁力（力矩） 机械位移（角位移）n 液压功率放大器（液压阀） 前置放大：双喷嘴挡板阀，正开口四边滑阀，喷管阀 功率放大：零开口四边滑阀n 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n力马达与力矩马达动圈式力马达载流体在磁场中受力的原理输出力： F=DNBgI=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3-永磁铁 4-衔铁 5-导磁体 6-弹簧管53 动铁式力矩马达 衔铁在磁场中受力的原理 输入电流 I=10 30mA 输出力矩 T=0.02 0.06Nm 输出角位移 0.25mm 或 10-4rad 频响 200 1000Hz5.1. 构造与类型5.1.3 类型(1). 动圈力马达伺服阀n构造机 -电转换的动圈式力马达两级滑阀放大前置级 正开口滑阀功率级 零开口四边滑阀位置反馈nDY系列，工业用 5.1. 构造与类型(2). 力矩马达式双喷嘴挡板电液伺服阀n构造动铁式力矩马达前置级：双喷嘴挡板阀功率级：零开口四边滑阀位置（力）反馈。nQDY系列（ MooG）系列n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5.2.力矩马达式伺服阀分析5.2.1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5.2.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5.2.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5.2.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5.2.力矩马达式电液伺服阀分析5.2.2. 喷嘴挡板阀分析（ 1） . 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（ 2）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 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-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 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5.2.3 伺服阀线圈电路分析（ 1） 伺服阀的线圈连接方式（ a） （ b） （ c） （ d）a） 单线 圈： 用于力 马 达，其中 rp为 放大器内阻 b）双 线 圈串 联 ：相 对单线 圈匝数加倍， 电 阻加倍， 电 流减半c）双 线 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 线 圈差 动连 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 颤 振（ Dither）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n 对颤振信号的要求： 正弦波形 振幅是阀芯最大位移的 (0.5-1)% 频率是指令信号的 2 4倍（ 2） 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 附近 高频振荡 5.2.力矩马达式电液伺服阀分析B). 当 时两线圈 电流 不同， 磁通 不同，必引起与电流成正比的 衔铁偏转n差动连接 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 ：Ke 放大器单边的增益 Ku 放大器的总增益是信号电流的 2倍5.2.力矩马达式电液伺服阀分析C). 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， ， 放大器内阻， ， 公用 边 阻抗， ， 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