伺服阀的动态特性

电液伺服阀的动态特性可用频率响应(频域特性)或瞬态响应(时域特性)表示。

1  频率响应

频率响应是指输入电流在某一频率范围内作等幅变频正弦变化时，空载流量与输入电流的百分比。频率响应特性用幅值比(分贝)与频率及相位滞后(度)与频率的关系曲线[波德(Bode)图]表示(见图1)。输入信号或供油压力不同，动态特性曲线也不同，所以，动态响应总是对应一定的工作条件，伺服阀产品型录通常给出±10％、±100％两组输入信号试验曲线，而供油压力通常规定为7MPa。

    幅值比是某一特定频率下的输出流量幅值与输入电流之比，除以一指定频率(输入电流基准频率，通常为5周／s或10周／s)下的输出流量与同样输入电流幅值之比。相位滞后是指某一指定频率下所测得的输入电流和与其相对应的输出流量变化之间的相位差。

伺服阀的幅值比为-3dB(即输出流量为基准频率时输出流量的70.7％)时的频率定义为幅频宽，用ω-3或f-3表示；以相位滞后达到-900时的频率定义为相频宽，用ω-900或f-900表示。由阀的频率特性可以直接查得幅频宽ω-3和相频宽ω-900，应取其中较小者作为阀的频宽值。频宽是伺服阀动态响应速度的度量，频宽过低会影响系统的响应速度，过高会使高频传到负载上去。伺服阀的幅值比一般不允许大于+2dB。通常力矩马达喷嘴挡板式两级电液伺服阀的频宽在100～130Hz之间，动圈滑阀式两级电液伺服阀的频宽在50～100Hz之间，电反馈高频电液伺服阀的频宽可达250Hz，甚至更高。

图1  伺服阀的频率响应特性曲线

图2  伺服阀的瞬态响应特性曲线

2  瞬态响应

    瞬态响应是指电液伺服阀施加一个典型输入信号(通常为阶跃信号)时，阀的输出流量对阶跃输入电流的跟踪过程中表现出的振荡衰减特性(图2)。反映电液伺服阀瞬态响应快速性的时域性能主要指标有超调量、峰值时间、响应时间和过渡过程时间。超调量Mp是指响应曲线的最大峰值E(tpl)与稳态值E(∞)的差；峰值时间tpl是指响应曲线从零上升到第一个峰值点所需要的时间。响应时间tr是指从指令值(或设定值)的5％到95％的运动时间；过渡过程时间是指输出振荡减小到规定值(通常为指令值的5％)所用的时间(ts)。