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比例阀和伺服阀的区别

 

比例阀多为电气反馈,当有信号输入时,主阀芯带动与之相连的位移传感器运动,当反馈的位移信号与给定信号相等时,主阀芯停止运动,比例阀达到一个新的平衡位置伺服阀,阀保持一定的输出;

伺服阀有机械反馈和电气反馈两种,一般电气反馈的伺服阀的频响高,机械反馈的伺服阀频响稍低,动作过程与比例阀基本相同。区别:一般比例阀的输入功率较大,基本在几百毫安到1安培以上,而伺服阀的输入功率较小,基本在几十毫安;比例阀的控制精度稍低,滞环较伺服阀大,伺服阀的控制精度高,但对油液的要求也高。

我从结构上理解比例阀的阀芯是靠电磁力和液压力及弹簧力来实现平衡的,而伺服阀是靠液压力来平衡的,所以比例阀在控制大流量高压力上没有优势;还有比例阀最早的产品是开式的,这应该是为什么叫比例阀的原因;在应用上,伺服阀用的更广,不仅能够用于精确的位置,速度等控制,还具有随动作用,所以像你开的汽车助力转向就是一个随动伺服系统,这是比例阀难以实现的。

实现油缸上下运动可以通过阀在不同位置而使得油路切换而实现,这样的阀采用普通换向阀就可以实现了,而伺服或者比例阀的作用是不仅可以控制油缸的方向,还可以精确控制阀的开度,从而可以精确控制流量(工作状态保持不变下)。
您提到的阀的反馈的确只能决定阀是否精确到位,而并不能控制系统的状态,因为即使阀的开度准确,但是真正到作动器内的流量也受到泵压力、管路消耗、负载变化等等多种因素的影响,因而要实现精确的位置或者速度控制,还需要另外一个避环回路——系统避环,针对位置和速度,现在有成型的速度和位置控制板来实现。您说的做的再精确也只是阀本身的问题,对于受控对象来说却不好办,这没错,但是作动器的位移并不对应伺服阀芯的位移,因为阀芯开启油口后即使不在运动,作动器也会始终保持运动势,就像家里的水龙头,拧开了谁就会一直流。比例阀没有了伺服阀的阀芯位置避环,它是靠较大的、精确控制供给比例阀芯的电流量来控制相对准确的阀芯位置而简化的设计形式。比例阀不用配固定的作动器,精确实现位置和速度控制也还是需要系统避环。

 

2比例阀和伺服阀是不是都需要放大器。其输入控制信号为4-20MA  呢还是0-10V ?是不是没有-10V-+10V   就是说其动作方向是靠两个线圈分别动作来改变油路实现,而不是受其输入控制信号实现,是这样吗?

 

比例阀和伺服阀输入控制信号有4-20MA 0-10V -10V-+10V ,其中电流输入信号抗干扰强,但相应的价格贵点, 内部线圈是可以是一个也有的是两个,很多三位阀只用一个线圈,靠电压反相控制两边位置,三位阀更多的是两个线圈布置在三位阀的两边,但线圈可以是单独控制,也可以是串联或并联控制。其实比例阀和伺服阀现在很难区分,可能驱动方式是唯一差别,伺服阀是力矩马达,比例阀是比例线圈,伺服阀是喷嘴档板,响应高点,比例阀是滑阀,但说到控制精度,比例阀可能还要高点,特别是在两极反馈阀中,因为先导极的比例阀反馈是电位移传感器,而伺服阀是机械式的反馈杆,所以在一些参数如重复精度,滞环,线性度比例阀比伺服阀好,但BODE图上的曲线伺服阀好些

比例阀和伺服阀输入控制信号如果通过电位器输入很多是0-5V -5V-+5V,通过改变放大器上的比例增益调整使其到0-10V,比例阀和伺服阀可以是内反馈也可以外接外反馈,在一些控制要求不很高的场合可以采用内反馈阀并在阀下叠加一个压差补偿器实现与外界压力无关的速度控制,如果要用外闭环,那么比例阀还要外加一个PID控制板,价格很贵,在一些流量很大的压铸机上(4000L/MIN-12000L/MIN),其比例伺服阀都是两极内闭环,因为外环来不及。

比例阀有较大的零位死区(约20%),而伺服阀则无。从控制来说,比例阀不适合于位置控制。

关于比例阀与伺服阀,一些粗浅的看法:
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一种认识:伺服阀一直以来代表了液压界的最高水平。在工厂技术设计人员都怀着敬畏崇敬的心理谈论伺服阀,液压控制虽然是一门传统的机械学科,但技术也在不断进步发展,需要大家在网上多交流共享新技术新成果,更新旧观念,如北京亿美公司的数字油缸新技术,完全不同于传统伺服阀,教科书上没有介绍,大家也只有到了网上才有机会接触了解。
2
第二种认识:伺服阀无死区而比例阀有最大到20%的死区。早期的比例阀阀体与阀芯不好配合加工,阀芯与阀体难于实现0遮盖,但现在的做法是比例阀阀芯与阀体之间再增加一个淬硬的阀套,阀套与阀芯在外配合精密加工后再压入阀体,早就实现比例阀0遮盖了。
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第三种认识:因为比例阀存在死区所以比例阀只适合速度控制而不适合于位置控制。既然比例阀早就解决0死区问题,上面的认识就是误区,现在的实际应用比例阀同时用于速度位置压力控制的例子比比皆是。
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第四种认识:伺服阀带随动反馈,比例阀就是简单的比例比例伺服的名字是历史原因造成的,不必老是纠缠在名字上的区别,在我看来,比例阀是一种伺服阀,伺服阀也是一种比例阀,甚至比例阀就是伺服阀,伺服阀就是比例阀。比例阀不照样带LVDT位移传感器吗?电位移反馈比伺服阀的机械反馈杆精度更高吧?如果要设计选型,只需查流量增益,压力增益和伯德曲线及其他性能参数,管它是比例阀还是伺服阀。
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第五种认识:比例阀电磁力与弹簧力平衡,伺服阀与液动力平衡。先导级的比例阀电磁力是与弹簧力平衡的,但伺服阀的力反馈杆不也是一种弹簧吗?伺服阀的力矩马达也是与这种反馈杆的弹簧力矩来平衡的,只是同功率的力矩马达的质量比比例阀电磁线圈小,力反馈杆的刚度比比例阀的螺旋弹簧大,所以伺服阀的固有频率比比例阀高,这也是伺服阀的频响可以在100HZ以上而比例阀频响在100HZ以下的原因,这是我认为目前伺服阀唯一的指标高过比例阀的地方,但伺服阀带来相应的代价后果是:力矩马达功率偏小(这也是北京亿美公司的数字阀采用输入功率大得多的数字步进马达的原因之一吧?),造成伺服阀二级主阀压降加大,况且大功率的比例阀线圈可靠性大大优于力矩马达。
6
要彻底揭开比例阀与伺服阀的外皮,需要参考《自动控制原理》及《液压控制系统》(甘肃工大王春行主编)书籍,看懂了这两本书,立马就可以成为比例伺服方面的理论专家了,书里有详细的公式分析,但如果对高阶微分方程的解,拉普拉斯积分变换,傅立叶积分变换,复变函数等不熟悉的话,根本无法读懂,对于我们这些大学不是学液压专业的来说要费一番很大的工夫,本人就是因为线性代数没学好,对自动控制原理上利用矩阵来判断系统稳定的方法到现在还没搞清楚。

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