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比例閥和伺服閥的區別

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發表時間:2019-12-09 13:26作者:jmmy8888

1比例閥和伺服閥的區別

ARONARON(BREVINI)電磁閥.jpg

比例閥多為電氣反饋,當有信號輸入時,主閥芯帶動與之相連的位移傳感器運動,當反饋的位移信號與給定信號相等時,主閥芯停止運動,比例閥達到一個新的平衡位置伺服閥,閥保持一定的輸出;伺服閥有機械反饋和電氣反饋兩種,一般電氣反饋的伺服閥的頻響高,機械反饋的伺服閥頻響稍低,動作過程與比例閥基本相同。區別:一般比例閥的輸入功率較大,基本在幾百毫安到1安培以上,而伺服閥的輸入功率較小,基本在幾十毫安;比例閥的控制精度稍低,滯環較伺服閥大,伺服閥的控制精度高,但對油液的要求也高。

我從結構上理解比例閥的閥芯是靠電磁力和液壓力及彈簧力來實現平衡的,而伺服閥是靠液壓力來平衡的,所以比例閥在控制大流量高壓力上沒有優勢;還有比例閥最早的產品是開式的,這應該是為什么叫比例閥的原因;在應用上,伺服閥用的更廣,不僅能夠用于精確的位置,速度等控制,還具有隨動作用,所以像你開的汽車助力轉向就是一個隨動伺服系統,這是比例閥難以實現的。

YUKEN閥(2).jpg

實現油缸上下運動可以通過閥在不同位置而使得油路切換而實現,這樣的閥采用普通換向閥就可以實現了,而伺服或者比例閥的作用是不僅可以控制油缸的方向,還可以精確控制閥的開度,從而可以精確控制流量(工作狀態保持不變下)。
您提到的閥的反饋的確只能決定閥是否精確到位,而并不能控制系統的狀態,因為即使閥的開度準確,但是真正到作動器內的流量也受到泵壓力、管路消耗、負載變化等等多種因素的影響,因而要實現精確的位置或者速度控制,還需要另外一個避環回路——系統避環,針對位置和速度,現在有成型的速度和位置控制板來實現。您說的“做的再精確也只是閥本身的問題,對于受控對象來說卻不好辦”,這沒錯,但是作動器的位移并不對應伺服閥芯的位移,因為閥芯開啟油口后即使不在運動,作動器也會始終保持運動勢,就像家里的水龍頭,擰開了誰就會一直流。
比例閥沒有了伺服閥的閥芯位置避環,它是靠較大的、精確控制供給比例閥芯的電流量來控制相對準確的閥芯位置而簡化的設計形式。比例閥不用配固定的作動器,精確實現位置和速度控制也還是需要系統避環。


BOSCH-REXROTH.jpg

2比例閥和伺服閥是不是都需要放大器。其輸入控制信號為4-20MA   呢還是0-10V ?是不是沒有-10V-+10V   就是說其動作方向是靠兩個線圈分別動作來改變油路實現,而不是受其輸入控制信號實現,是這樣嗎?

比例閥和伺服閥輸入控制信號有4-20MA ,0-10V ,-10V-+10V ,其中電流輸入信號抗干擾強,但相應的價格貴點, 內部線圈是可以是一個也有的是兩個,很多三位閥只用一個線圈,靠電壓反相控制兩邊位置,三位閥更多的是兩個線圈布置在三位閥的兩邊,但線圈可以是單獨控制,也可以是串聯或并聯控制。其實比例閥和伺服閥現在很難區分,可能驅動方式是唯一差別,伺服閥是力矩馬達,比例閥是比例線圈,伺服閥是噴嘴檔板,響應高點,比例閥是滑閥,但說到控制精度,比例閥可能還要高點,特別是在兩極反饋閥中,因為先導極的比例閥反饋是電位移傳感器,而伺服閥是機械式的反饋桿,所以在一些參數如重復精度,滯環,線性度比例閥比伺服閥好,但BODE圖上的曲線伺服閥好些

比例閥和伺服閥輸入控制信號如果通過電位器輸入很多是0-5V 或-5V-+5V,通過改變放大器上的比例增益調整使其到0-10V,比例閥和伺服閥可以是內反饋也可以外接外反饋,在一些控制要求不很高的場合可以采用內反饋閥并在閥下疊加一個壓差補償器實現與外界壓力無關的速度控制,如果要用外閉環,那么比例閥還要外加一個PID控制板,價格很貴,在一些流量很大的壓鑄機上(4000L/MIN-12000L/MIN),其比例伺服閥都是兩極內閉環,因為外環來不及。

比例閥有較大的零位死區(約20%),而伺服閥則無。從控制來說,比例閥不適合于位置控制。


TOKIMEC電磁閥.jpg

關于比例閥與伺服閥,一些粗淺的看法:
1, 一種認識:“伺服閥一直以來代表了液壓界的最高水平”。在工廠技術設計人員都懷著敬畏崇敬的心理談論伺服閥,液壓控制雖然是一門傳統的機械學科,但技術也在不斷進步發展,需要大家在網上多交流共享新技術新成果,更新舊觀念,如北京億美公司的數字油缸新技術,完全不同于傳統伺服閥,教科書上沒有介紹,大家也只有到了網上才有機會接觸了解。
2, 第二種認識:“伺服閥無死區而比例閥有最大到20%的死區”。早期的比例閥閥體與閥芯不好配合加工,閥芯與閥體難于實現0遮蓋,但現在的做法是比例閥閥芯與閥體之間再增加一個淬硬的閥套,閥套與閥芯在外配合精密加工后再壓入閥體,早就實現比例閥0遮蓋了。
3, 第三種認識:“因為比例閥存在死區所以比例閥只適合速度控制而不適合于位置控制”。既然比例閥早就解決0死區問題,上面的認識就是誤區,現在的實際應用比例閥同時用于速度位置壓力控制的例子比比皆是。
4, 第四種認識:“伺服閥帶隨動反饋,比例閥就是簡單的比例”?!氨壤迸c“伺服”的名字是歷史原因造成的,不必老是糾纏在名字上的區別,在我看來,比例閥是一種伺服閥,伺服閥也是一種比例閥,甚至比例閥就是伺服閥,伺服閥就是比例閥。比例閥不照樣帶LVDT位移傳感器嗎?電位移反饋比伺服閥的機械反饋桿精度更高吧?如果要設計選型,只需查流量增益,壓力增益和伯德曲線及其他性能參數,管它是比例閥還是伺服閥。
5, 第五種認識:“比例閥電磁力與彈簧力平衡,伺服閥與液動力平衡”。先導級的比例閥電磁力是與彈簧力平衡的,但伺服閥的力反饋桿不也是一種彈簧嗎?伺服閥的力矩馬達也是與這種反饋桿的彈簧力矩來平衡的,只是同功率的力矩馬達的質量比比例閥電磁線圈小,力反饋桿的剛度比比例閥的螺旋彈簧大,所以伺服閥的固有頻率比比例閥高,這也是伺服閥的頻響可以在100HZ以上而比例閥頻響在100HZ以下的原因,這是我認為目前伺服閥唯一的指標高過比例閥的地方,但伺服閥帶來相應的代價后果是:力矩馬達功率偏?。ㄟ@也是北京億美公司的數字閥采用輸入功率大得多的數字步進馬達的原因之一吧?),造成伺服閥二級主閥壓降加大,況且大功率的比例閥線圈可靠性大大優于力矩馬達。
6, 要徹底揭開比例閥與伺服閥的外皮,需要參考《自動控制原理》及《液壓控制系統》(甘肅工大王春行主編)書籍,看懂了這兩本書,立馬就可以成為比例伺服方面的理論專家了,書里有詳細的公式分析,但如果對高階微分方程的解,拉普拉斯積分變換,傅立葉積分變換,復變函數等不熟悉的話,根本無法讀懂,對于我們這些大學不是學液壓專業的來說要費一番很大的工夫,本人就是因為線性代數沒學好,對自動控制原理上利用矩陣來判斷系統穩定的方法到現在還沒搞清楚。


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