我们常见的都是流量伺服阀(比例阀),对于流量阀而言,输出(流量)与指令成正比。大于我们很多人而言,潜意识中认为流量伺服阀,被控量就是流量,实则不然。
其实对于流量伺服阀,流量是开环控制量 ,闭环控制量是阀芯位移,这是非常容易被我们忽略的,需要注意。
但是对于压力伺服阀(比例阀),被控量直接就是压力。和流量阀一样,压力阀也分为机械反馈式压力伺服阀和电反馈压力伺服阀。以下是一张典型的机械反馈式压力伺服阀的剖面图:
工作原理如下:
输入电流信号为零时,挡板处于中位,左、右喷嘴腔压力相等,伺服阀输出为零,阀处于零位。当给阀输入某一正的电流信号时,挡板顺时针方向偏转,左喷嘴腔压力升高,右喷嘴腔压力降低,此压力作用到二级滑阀的阀芯上,驱动阀芯向右运动。设此阀的滑阀为负重叠,则1腔进油边逐渐开启,回油边逐渐关闭,而2腔进油边逐渐关闭,回油边逐渐开启,于是负载腔压力p1逐渐升高,负载腔压力p2逐渐降低。令阀的输出负载压力pL为p1与p2之差,即pL=p1-p2,则阀的输出负载压力pL逐渐升高。与此同时,此输出负载压力也作用到阀芯两端反馈端面上。静态时,当作用在阀芯上的合力为零时,即喷嘴挡板级的驱动力和负载压力的反馈力达到平衡状态时,阀芯将停止运动,此时阀输出某一负载压力pL。输入信号逐渐增大,阀的输出负载将按一定比例逐渐增大。当给阀输入某一负的电流信号时,同样阀在负方向上输出成比例的负载压力。这是典型的反馈力在第二级阀芯上综合的两级电液压力伺服阀。
由于机械反馈式压力伺服阀控制精度不高,压力阀本身应用也没有流量阀广泛,所以市面上的机械反馈式压力伺服阀并不多见。在一些对控制压力精度要求不高,但对可靠性要求很高的场合,可以采用机械反馈式压力伺服阀:比如压力脉冲实验台、飞机的刹车系统等。
电反馈压力伺服阀结构与流量伺服阀类似,只是将位移传感器换成压力传感器而已。
在实际做压力控制的过程中,许多朋友喜欢用流量伺服阀+压力传感器构成压力闭环。这样做有许多好处:
1 压力传感器可以尽可能近的安装在负载处,这样采集的负载压力比较准确;
2 可以在负载两侧安装多个压力传感器;
3 可以根据需要来设计控制电路或软件,控制比较灵活。
直接采用压力伺服阀来做压力控制,则比较简单方便。不需要配置额外控制器和传感器,只需要给指令信号就可以。但是需要注意一点,这也是很多朋友所忽略的,那就是压力伺服阀中压力传感器的精度!很多朋友在做压力控制时,控制精度达不到,不管怎么调PID参数,用什么控制方法,什么模糊控制,路径规划,模拟退火算法等等,都无济于事。控制压力还是不断波动,无法稳定。很多人百思不得其解,最后认为是伺服阀的问题。
对于压力传感器,0.1%的精度已经算是非常高了。如果用一个规格10MPa的压力伺服阀来做压力控制,波动要求不超过0.1bar,那是有可能的。
如果用一个规格25Mpa的压力伺服阀来做压力控制,波动同样要求不超过0.1bar,则难以实现。因为传感器的精度只有0.25bar,怎么能实现0.1bar的精度?
所以在设计系统时,一定要充分考虑传感器的精度问题,系统压力不能设计太高,否则难以实现0.1bar的精度。可以通过其他方式,比如增加油缸直径、提高负载刚度等来适当降低系统压力要求。