伺服比例阀在控制系统中的应用

1．伺服比例阎的结构及特性

系统选用的是BOSCH伺服比例阀NG6，其结构如图56所示。

这种伺服比例阀的特点是：

(1)采用大电流连续作用的比例电磁铁，zui大线圈电流达2.7A，功率达25W，提高了阀的工作可靠性及动态性能。

(2)采用差动变压器检测阀心位置，将位置信号反馈到比例放大器，与比例电磁铁形成一个闭环位置电控系统，大大提高了比例电磁铁的动静态特性。

(3)采用带钢质阀套的滑阀结构，不但耐磨性提高，而且保证了阀所必须的零开口工作状态，以确保中位时阀口的零遮盖及提高了系统的快速性和控制精度。

(4)具有故障保险位。当系统意外断电时，阀心自行进入安全位，以确保控制系统的执行元件处于安全状态。

比例伺服阀采用与伺服阀一样的性能考核指标，阀的特性包括静态特性和动态特性。静态特性包括控制特性（输出流量与输入电压或电流关系）、压力特性和内泄漏特性。该款比例伺服阀其流量/输入信号关系为100%线性，比例伺服阀线性控制特性如图57所示。

对用于闭环控制系统的阀来说，一个重要的指标就是中位时的零重叠，零重叠的度由压力增益曲线来表示，如图58所示。它要求加工精度高，材料耐磨。

其他静态性能指标参数见下表，可见该款比例伺服阀静态特性已达到传统伺服阀的性能指标。

比例伺服阀的静态特性指标

动态性能是指对快速变化信号瞬态反映的能力，动态性能可用频率响应（波德图）来表述，如图59所示。

取幅频宽（-3dB时的频率）和相频宽（相位滞后-90°时的频率）中较小者作为阀的频宽值，可知该款比例伺服阀的频宽值约为65Hz。

2．伺服比例阀在铜带轧机厚度控制系统中的应用

轧机zui大轧制力为500kN，轧机刚度250t/mm，轧制zui高速度为2.2～5m/s，成品出口厚度为0.2～0.6mm，公差要求在土5µm之内，材质为黄铜。液压系统压力为24MPa，系统流量为24L/min。

液压厚度控制系统用来控制铜带产品的纵向厚度公差在一定精度范围之内。该款比例伺服阀的zui大压力为31.5MPa，额定流量为40L/min（压差为3.5MPa时），由此可见该比例伺服阀满足液压系统的要求。

液压厚度控制系统具有响应快、精度高等特点。其动态性能越好，对带材厚度偏差的纠偏能力就越强。同时，轧制速度越高，对动态性能的要求也越高。控制系统频宽（-3dB点）为13Hz左右。阀的频宽约为系统频宽的5倍，符合设计要求。由于该轧机轧速较低，系统控制周期为100ms，而阀的响应时间(信号变化从0～100%)＜10ms。

由上表的数据可知，该款伺服比例阀的滞环、重复误差等指标已满足闭环控制系统的要求。温漂小，工作温度范围宽。

在系统调试过程中，可以方便地通过调节设置在控制室中的比例伺服阀放大器来实现调零±5%。放大器输入信号电压为±10V，控制系统经限幅PID调节输出电压信号为±5V，在负载工作状态下，液压缸位置闭环控制精度达到±2µm。在动态工况下，系统响应快速，厚控效果满意。

构建的液压厚度控制系统包括位置、压力闭环控制，监控AGC、预控AGC、流量AGC等控制。

3．对油液清洁度的要求

通常伺服阀需要油液清洁度达到NAS 1638的5级，而伺服比例阀的抗污染能力强，可工作在NAS 1638的7～9级，大大减少了由污染而造成的工作故障，提高了厚度控制系统的工作稳定性和可靠性。实际使用过程中，没有发生因伺服阀塞堵引起的系统故障。

4．应用效果

自正式投入运行经过连续生产，NG6运行稳定可靠，产品精度实测值为0.20mm土5µm，厚度公差在±5µm内的带材占整卷99.3%。国越贸易小编整理报道。