VICKERS柱塞泵原理作用

動圈式壓力伺服閥

    一種壓力伺服閥，其功用是將電信號成比例地轉換為氣體壓力輸出。主要組成局部有：動圈式力馬達1、噴嘴2、擋板3、固定節(jié)流口4、閥芯5、閥體6、復位彈簧7、租尼孔8等。

    初始狀態(tài)時，力馬達無電流輸入，噴嘴與擋板處在全開位置，控制腔內的壓力與大氣壓簡直相等?；y閥芯在復位彈簧推力的作用下處在右位，美國威格士VICKERS柱塞泵 這時輸出口A與排氣口通，與氣源口P斷開。當力馬達有電流I輸入時，力馬達產生推力Fm（=KiI），將擋板推向噴嘴，控制腔內的氣壓P9升高。P9的升高使擋板產生反推力，直至與電磁力Fm相均衡時P9才穩(wěn)定，這時Fm=Iki=P9Ay+Yksy式中   Ay----噴嘴噴口面積；Y----擋板位移；Ksy----力馬達復位彈簧剛度。

    VICKERS柱塞泵原理作用另一方面，P9升高使閥芯左依，翻開A口與P口，A口的輸出壓力P10升高，而P10經過阻尼孔8被引到閥芯左腔，該腔內的壓力P11也隨之升高。P11作用于閥芯左端面阻止閥芯挪動，直至閥芯受力均衡，這時（P9-P11）Ax=（X+X0）Ksx式中   A x----閥芯斷面積X----閥芯位移；X0----滑閥復位彈簧的預緊縮量；Ksx----滑閥復位彈簧剛度。

由以上兩式可得到

P11=[P9Ax-（X+X0）Ksx]/Ax=（Iki-Yksy）/Ay-（X+X0）Ksx/Ax

    由設計保證，使工作時閥芯有效行程X與彈簧預緊縮量X0相比小得多，可疏忽不計，同時擋板位移量Y在調理過程中變化很小，可近似為一常數(shù)，則上式簡化為

P11=KI+C

    其中K=Ki/Ay,稱為電-氣伺服閥的電流—壓力增益，而C=（X0Ksx/Ax+Yksy/Ay）是一常數(shù)。

由上式可見，P11與輸入電流成線性關系。閥芯處于均衡時，P10=P11，因而伺服閥的輸出壓力與輸入電流成線性關系。

脈寬調制伺服閥

    與模仿式伺服閥不同，脈寬調制氣動美國穆格MOOG伺服閥控制是一種數(shù)字式伺服控制，采用的控制閥是開關式氣動電磁閥。脈寬調制氣動伺服系統(tǒng)如圖所示。輸入的模仿信號經脈寬調制器調制成具有一定頻率和一定幅值的脈沖信號，經數(shù)字放大后控制氣動電磁閥。電磁閥輸出的是具有一定壓力和流量的氣動脈沖信號，但已具有足夠的功率，能借助氣動執(zhí)行元件對負載做功。脈沖信號必需經過低通濾波器復原成模仿信號去控制負載。低通濾波器能夠是氣動執(zhí)行元件，也能夠是負載自身。采用前者濾波方式的稱脈寬調制線性化系統(tǒng)，采用后者濾波的是依托負載的較大慣性，它不能響應高頻的脈沖信號，只能響應脈寬調制信號的均勻效果。

   負載響應的均勻效果是與脈寬調制信號的調制量成正比的，其控制機理是：關于一個周期的脈沖波，設正脈沖和負脈沖的時間分別為T1和T2，周期為T，脈沖幅值為Ym ,則一個周期內的均勻輸出Ya為

     Ya=Ym（T1-T2）/T=YmKm

   式中Km=（T1-T2）/T稱調制量（也稱調制系數(shù)）。一個周期的脈沖涉及調制量與均勻輸出的關系如下圖。由于調制量Km與輸入的模仿信號U成正比美國威格士VICKERS柱塞泵（這正是控制系統(tǒng)所請求的），因而均勻輸出與輸入的模仿信號之間存在線性關系。

   在脈寬調制氣動伺服系統(tǒng)中，脈寬調制伺服閥完成信號的轉換與放大作用，其常見的構造有四通滑閥型和三通球閥型。下圖所示為滑閥式脈寬調制伺服閥的構造原理圖?；y兩端各有一個電磁鐵，脈沖信號電流加在兩個電磁鐵上，控制閥芯按脈沖信號的頻率往復運動。

    脈寬調制伺服閥的性能主要是動態(tài)響應和對稱性請求。假定加在電磁鐵上的是方波脈沖信號，從電磁鐵接到信號到執(zhí)行元件開端動作這段時間稱信號的延遲時間。延遲時間包括三局部，一是電磁線圈中電流由零逐步增大到銜鐵開端運動的電流增長時間；二是銜鐵與閥芯一同運動的時間；三是從節(jié)流口翻開、執(zhí)行元件工作腔停止放氣到執(zhí)行元件開端動作的固定容器充放時間。前兩局部時間是由脈寬調制伺服閥決議。脈寬調制氣動伺服的工作頻率普通是十幾赫茲到二三十赫茲。為了滿足動態(tài)響應快的特性，請求延遲時間越短越好，普通控制在1~2ms以內。

   所謂對稱性請求，對四通滑閥，閥芯往復運動的響應要分歧，即加在兩個電磁鐵上的脈沖信號在傳送過程中延遲時間應根本相同，兩輸出口的壓力與流量應根本相同；對三通球閥，對應脈沖信號上升沿降落沿的延遲時間應根本相同，球閥的充氣過程和排氣過程應根本相同。由于三通球閥與差動氣缸匹配，其對稱性不如四通滑閥好。

   為了進步四通滑閥的快速響應，常采用力反應來進步閥芯反向運動的速度。圖所采用的是彈簧反應的方式。當信號反向時，彈簧力協(xié)助閥芯反向運動，美國穆格MOOG伺服閥當閥芯運動過了中位，彈簧力改動，起阻止閥芯運動的作用，并能減輕閥芯到位的沖擊力，降低噪聲。也有采用氣壓反應的方式，其作用原理是一樣的。

   脈寬調制控制與模仿控制相比有很多優(yōu)點：控制閥在高頻開關狀態(tài)下工作，能消弭死區(qū)、干摩擦等非線性要素；控制閥加工精度請求不高，降低了控制系統(tǒng)本錢；控制閥節(jié)流口經常處于全開狀態(tài)，抗污染才能強，工作牢靠。缺陷是功率輸出小，機械振動和噪聲較。

電—氣比例伺服系統(tǒng)的應用實例

柔性定位伺服氣缸

   柔性定位氣缸（又稱位置伺服控制系統(tǒng)）。該系統(tǒng)能夠依據(jù)輸給的電信號使氣缸活塞在恣意位置定位。

    位置伺服控制系統(tǒng)由電—氣方向比例閥由氣缸1、2、位移傳感器3、控制放大器4等組成。該系統(tǒng)的根本原理是經過控制放大器、電—氣比例閥、氣缸的調理作用，使輸入電壓信號Ue與氣缸位移反應信號Uf（Uf與氣缸位移之間是線性關系）之差   U減小并趨于零，以完成氣缸位移對輸入信號的跟蹤。

    調理過程如下：若給定的輸入信號Uf大于反應信號Uf，U＞0，控制放大器輸出電流I增大，使-電—氣比例閥的閥芯左移，氣源口與A口之間的節(jié)流面積增大，氣缸A腔的壓力Pa升高并推進活塞右移。氣缸活塞的右移又使反應電壓信號Uf增大，因而電壓偏向U減小，直至U簡直為零（采用PID調理的控制放大器可將穩(wěn)態(tài)偏向調理至零）。當給定的輸入信號小于反應信號Uf時， U＜0，同樣經過相似于上述的調理過程使偏向趨于零。因而在穩(wěn)定時，U=0即

     Ue=Uf=KX（K為常數(shù)）

    這就完成了輸入信號Uf對氣缸活塞位移X的比例控制。上述的調理過程是在一段很短的時間內完成的，故只需輸入信號Ue的主要頻率重量在系統(tǒng)的頻寬之內，氣缸活塞位移就能夠跟蹤Ue的變化。

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