反馈伺服阀的静态特性

电液伺服阀的静态特性是指稳定工作条件下，伺服阀的各静态参数（输出流量、输入电流和负载压力）之间的相互关系，主要包括负载流量特性、空载流量特性和压力特性，并由此可得到一系列静态指标参数。它可以用特性方程、特性曲线和阀系数三种方法表示。

(1)特性方程。理想零开口四边滑阀（见图21），设阀口对称，各阀口流量系数相等，油液是理想液体，不计泄漏和压力损失，供油压力p_s恒定不变。当阀心从零位右移x_v时，则流入、流出阀的流量q₁、q₃为

稳态时，q₁=q₃=q_L，则可得供油压力p_s=p₁+p₂，令负载压力p_L=p₁-p₂，则有

               p₁=(p_s+p_L)/2             (4)

               p₂=(p_s-p_L)/2             (5)

将式(4)或式(5)代入式(2)或式(3)可得滑阀的负载流量（压力流量特性）方程为

                   （6）

式中：q_L为负载流量；C_d为流量系数；W为滑阀的面积梯度（阀口沿圆周方向的宽度）；d为滑阀阀心凸肩直径；x_v为滑阀位移；声。为伺服阀供油压力；p_L为伺服阀负载压力。

图22中pL为无量纲压力，p_L=p_L/p_s，i为无量纲电流，；i=i/i_m，i为输入电流，i_m为额定电流；q_L为无量纲流量，q_L=q_L/q_Lm，q_L为负载流量，q_Lm为zui大空载流量。

对于典型两级力反馈电液伺服流量阀（先导级为双喷嘴挡板阀、功率级为零开口四边滑阀），滑阀位移x_v=K_xvi，所以其负载流量（压力流量特性）方程为

式中：K_xv为伺服阀增益(取决于力矩马达结构及几何参数)；i为力矩马达绕组输入电流。

由式(7)可知，电液流量伺服阀的负载流量qL与功率级滑阀的位移z成比例，而功率级滑阀的位移x_v与输入电流i成正比，所以电液流量伺服阀的负载流量q_L与输入电流i成比例。由此，可列出电液伺服阀负载流量的一般表达式为它是一个非线性方程。

(2)特性曲线及静态性能指标。由特性方程可以绘制出相应的特性曲线，并由此得到一系列静态指标参数。由特性曲线和相应的静态指标可以对阀的静态特性进行评定。

1)负载流量特性曲线。它是输入不同电流时对应的流量与负载压力构成的抛物线簇曲线，如图22所示。负载流量特性曲线*描述了伺服阀的静态特性。要测得这组曲线却相当麻烦，在零位附近很难测出的数值，而伺服阀却正好是在此处工作。所以这些曲线主要用来确定伺服阀的类型和估计伺服阀的规格，以便与所要求的负载流量和负载压力相匹配。

2)空载流量特性曲线。它是输出流量与输入电流呈回环状的函数曲线(见图23)，是在给定的伺服阀压降和零负载压力下，输入电流在正负额定电流之间作一完整的循环，输出流量点形成的完整连续变化曲线（简称流量曲线）。通过流量曲线，可以得出电液伺服阀的额定流量q_R、流量增益、非线性度、滞环、对称度、分辨率、零偏等性能指标参数。

3)压力特性。它是输出流量为零（将两个负载口堵死）时，负载压降与输入电流呈回环状的函数曲线(见图24)。在压力特性曲线上某点或某段的斜率称为压力增益，它直接影响伺服系统的承载能力和系统刚度，压力增益大，则系统的承载能力强、系统刚度大、误差小。

4)静耗流量特性（内泄特性）。输出流量为零时，由回油口流出的内部泄漏量称为静耗流量。静耗流量随输入电流变化，当阀处于零位时，静耗流量zui大（见图25）。对于两级伺服阀，静耗流量由先导级的泄漏流量和功率级的泄漏流量两部分组成，减小前者将影响阀的响应速度；后者与滑阀的重叠情况有关，较大重叠可以减少泄漏，但会使阀产生死区，并可能导致阀淤塞，从而使阀的滞环与分辨率增大。

(3)阀系数。阀系数主要用于系统动态分析。式(8)线性化处理，并以增量形式表示为

       Δq_L=(∂q_L/∂x_v)Δx_v+(∂q_L/∂p_L)Δp_L         (9)

式中各符号意义与式(8)相同。

由式(9)可定义阀的三个系数，见下表。

伺服阀的阀系数定义、意义

作为示例，上表中依据理想零开口四边滑阀的负载流量方程为

给出了此阀的三个阀系数表达式。根据阀系数的定义，式(9)可表示为

               Δq_L=K_qΔx_v-K_cΔp_L           （11）

伺服阀通常工作在零位附近，工作点在零位，其参数的增量也就是它的值，因此阀方程式(11)也可以写成以下形式

                  q_L=K_qx_v-K_cp_L              （12）

三个阀系数的具体数值随工作点变化而变化，而zui重要的工作点为负载流量特性曲线的原点(q_L=p_L=x_v=0处)，由于阀经常在原点附近（即零位）工作，此处阀的流量增益zui大（即系统的增益zui高），但流量压力系数zui小（即系统阻尼zui小），所以此处稳定性zui差。若系统在零位稳定，则在其余工作点也稳定。理想零开口四边滑阀的零位阀系数参见上表。