伺服系統(tǒng)故障與伺服閥的性能相關(guān)性及故障處理

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(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 第十八研究所, 北京　10076)

引言

伺服閥是伺服控制系統(tǒng)中的核心元件，它將毫瓦級(jí)的輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換并放大為具有相應(yīng)極性、成比例關(guān)系的能夠?qū)崟r(shí)控制的大功率液壓輸出信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。伺服閥的功率放大倍數(shù)達(dá)到百萬(wàn)量級(jí)，其性能品質(zhì)在很大程度上決定了伺服系統(tǒng)的性能品質(zhì)，同時(shí)也是伺服系統(tǒng)中最精密的控制元件，其關(guān)鍵零組件的加工及裝調(diào)精度要求高達(dá)亞微米級(jí)，制造難度較大，伺服系統(tǒng)的常見(jiàn)故障往往與伺服閥存在緊密關(guān)系，本研究將針對(duì)伺服閥與伺服系統(tǒng)的性能相關(guān)性及故障處理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1　伺服系統(tǒng)及伺服閥的組成及工作原理

1.1　伺服系統(tǒng)的組成和工作原理

按照被控物理量的不同伺服系統(tǒng)包含了位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)及壓力控制系統(tǒng)。本研究以應(yīng)用最為廣泛的位置控制系統(tǒng)為例進(jìn)行簡(jiǎn)述。位置伺服控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1　典型電液伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的組成原理圖

主要包括能源、伺服作動(dòng)器、伺服控制器以及測(cè)量裝置。其中伺服作動(dòng)器主要由伺服閥、液壓作動(dòng)器及位移傳感器組成。位置伺服控制系統(tǒng)的工作原理為：能源(如電機(jī)、油泵)為伺服作動(dòng)器提供液壓能源，伺服控制器接收指令信號(hào)和當(dāng)前伺服作動(dòng)器所處的位置信號(hào)，將二者的差值經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換并放大后輸出給伺服閥，伺服閥把電信號(hào)轉(zhuǎn)換并放大為極性和大小受控的負(fù)載流量去驅(qū)動(dòng)液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，作動(dòng)器的位移通過(guò)位移傳感器反饋給伺服控制器，當(dāng)伺服控制器接收到的指令信號(hào)和反饋信號(hào)相等時(shí)伺服閥回復(fù)零位，作動(dòng)器保持在當(dāng)前的指令位置。

1.2　伺服閥的組成和工作原理

下面以噴嘴擋板型電液伺服閥為例對(duì)伺服閥組成及工作原理進(jìn)行介紹。

噴嘴擋板型電液伺服閥主要由兩大部分組成：前置級(jí)和功率級(jí)，如圖2所示。其中前置級(jí)由銜鐵組件、控制線圈、前置級(jí)液壓放大器等組成；功率級(jí)由殼體、閥芯、閥套等組成。

圖2　噴嘴擋板型伺服閥結(jié)構(gòu)示意圖

伺服閥得工作原理是：當(dāng)給力矩馬達(dá)的控制線圈輸入一個(gè)控制電流時(shí)，力矩馬達(dá)產(chǎn)生電磁力矩使銜鐵組件以彈簧管為彈性支撐發(fā)生偏轉(zhuǎn)，擋板偏離中位。這時(shí)，兩個(gè)噴嘴腔之間產(chǎn)生壓力差，閥芯在此壓力差作用下產(chǎn)生移動(dòng)，反饋桿端點(diǎn)隨著一起移動(dòng)，產(chǎn)生反饋力矩，當(dāng)反饋桿和彈簧管變形產(chǎn)生的力矩與力矩馬達(dá)的電磁力矩相平衡時(shí)，銜鐵組件停留在某個(gè)控制電流相對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角上。反饋桿的進(jìn)一步變形使擋板被部分地拉回中位，閥芯兩端作用的壓力差產(chǎn)生的力與反饋桿端點(diǎn)對(duì)閥芯的反作用力和滑閥的液動(dòng)力相平衡，使閥芯停留在與控制電流相對(duì)應(yīng)的位移，伺服閥就輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的流量，達(dá)到了用電流控制流量的目的。

2　性能相關(guān)性分析及故障處理

2.1　伺服系統(tǒng)的測(cè)試項(xiàng)目

位置伺服系統(tǒng)的主要測(cè)試項(xiàng)目包括零位特性、位置特性、速度特性和頻率特性的測(cè)試。零位特性包括了零位位置偏差、零位補(bǔ)償電流、溫度壓力變化引起的零位漂移等，位置特性包括了全行程位置回環(huán)、低速小信號(hào)跟隨性以及定點(diǎn)位置精度等，速度特性包括了伸出縮回雙向的多點(diǎn)速度測(cè)試，頻率特性包括了不同幅值指令信號(hào)下的幅頻和相頻特性測(cè)試。本研究只針對(duì)伺服閥引起的伺服系統(tǒng)故障進(jìn)行性能相關(guān)性分析和故障處理方法的簡(jiǎn)述。

2.2　故障分析及處理

1) 零位特性

伺服系統(tǒng)零位特性故障主要由伺服作動(dòng)器零位偏差大及零位壓力漂移和溫度漂移超差造成。故障模式分析見(jiàn)圖3所示，下面分別對(duì)故障模式進(jìn)行逐一分析。

圖3　伺服系統(tǒng)零位特性故障模式分析

(1) 伺服作動(dòng)器零位偏差大伺服作動(dòng)器零位偏差大主要存在兩種情況，一種是雖然作動(dòng)器零位發(fā)生偏差但輸入到伺服閥上的零位補(bǔ)償電流在合格范圍內(nèi)，這種情況應(yīng)重點(diǎn)懷疑是位移傳感器的零位存在問(wèn)題；另一種情況是輸入到伺服閥上的零位補(bǔ)償電流也超差，這時(shí)在排除伺服控制器故障的情況下基本可確定是伺服閥出現(xiàn)了零偏故障。造成伺服閥零偏故障的原因和相應(yīng)的解決措施可分為以下幾種情況：

① 工作氣隙、節(jié)流孔或噴嘴被多余物堵塞。多余物是指伺服閥在清洗、周轉(zhuǎn)、裝配、調(diào)試過(guò)程中，清洗用的殘留脫脂棉、裝配時(shí)切損的密封圈殘?jiān)?、調(diào)試中油液中的污染物等等一切外部進(jìn)入或內(nèi)部產(chǎn)生的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)無(wú)關(guān)的物質(zhì)。調(diào)試過(guò)程中如果伺服閥的零偏很大，達(dá)到了額定電流的30%以上，往往提示伺服閥被多余物污染。發(fā)生的部位可能是工作氣隙、節(jié)流孔或噴嘴，而噴嘴發(fā)生堵塞的可能性更大。工作氣隙、噴嘴、節(jié)流孔位置示意圖見(jiàn)圖4所示。工作氣隙的多余物可以通過(guò)打開(kāi)伺服閥閥罩進(jìn)行肉眼觀察，清除多余物后進(jìn)行零位測(cè)試；節(jié)流孔和噴嘴多余物的判斷方法是將伺服閥的力矩馬達(dá)做退磁處理，檢查兩個(gè)噴嘴腔的中位壓力，如果噴嘴腔的壓力差值較大則基本可以斷定發(fā)生堵塞，維修時(shí)需要對(duì)伺服閥進(jìn)行徹底分解清洗后再進(jìn)行重新裝配調(diào)試。采取的主動(dòng)性措施主要有：控制裝調(diào)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，識(shí)別一切有害多余物，防止進(jìn)入伺服閥內(nèi)部；油濾組件在焊接、轉(zhuǎn)運(yùn)存放等環(huán)節(jié)進(jìn)行防護(hù)處理；油濾組件在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)為兩體式結(jié)構(gòu)，使油濾節(jié)流孔便于清洗等。

圖4　工作氣隙、噴嘴、節(jié)流孔位置示意圖

② 噴嘴擋板間隙或工作氣隙的對(duì)稱(chēng)性發(fā)生變化。伺服閥的零偏超差但超差幅度不大則很可能是力矩馬達(dá)和銜鐵組件的安裝螺釘以及噴嘴由于振動(dòng)或應(yīng)力釋放不均勻等因素造成噴嘴擋板間隙或力矩馬達(dá)工作氣隙的對(duì)稱(chēng)性發(fā)生了變化，導(dǎo)致力矩馬達(dá)的電磁零位和前置級(jí)的液壓零位發(fā)生偏移，維修手段是重新調(diào)試。采取的主動(dòng)性措施主要有：使安裝螺釘?shù)臄Q緊力矩一致；充分進(jìn)行時(shí)效處理，釋放應(yīng)力等。

③ 高頻過(guò)載信號(hào)導(dǎo)致噴嘴擋板發(fā)生猛烈撞擊。引起伺服閥零偏另一種比較少見(jiàn)的原因則是伺服閥承受了頻繁的過(guò)載信號(hào)如伺服閥發(fā)生高頻的自激振蕩，使得擋板與噴嘴發(fā)生相互高頻撞擊而造成擋板平面和噴嘴孔的損傷，致使左右噴嘴腔中位壓力的平衡狀態(tài)遭到破壞，前置級(jí)的液壓零位發(fā)生偏移。處理的方法是檢查擋板平面，如發(fā)現(xiàn)擋板平面出現(xiàn)凹坑則更換零件后重新調(diào)試。采取的主動(dòng)性措施主要有：銜鐵兩端增加限位銷(xiāo)釘限制銜鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；設(shè)計(jì)中各參數(shù)匹配合理，以提高穩(wěn)定裕量等。

(2) 伺服作動(dòng)器零位壓力漂移和溫度漂移超差伺服作動(dòng)器零位的壓力漂移和溫度漂移往往與伺服閥的壓漂和溫漂特性相關(guān)，具體原因可從伺服閥前置級(jí)的電磁零位和液壓零位兩個(gè)方面進(jìn)行分析：

① 前置級(jí)電磁零位漂移。就伺服閥電磁零位而言其主要受溫度變化的影響，電磁零位的理想狀態(tài)是四個(gè)工作氣隙的高度及四個(gè)力矩馬達(dá)安裝螺釘所承受的應(yīng)力在溫度變化的范圍內(nèi)完全一致，保證銜鐵組件在零信號(hào)輸入時(shí)所受的電磁力矩為零。但實(shí)際的加工和調(diào)試過(guò)程則不可能完全達(dá)到這一絕對(duì)的理想狀態(tài)，伺服閥調(diào)試時(shí)獲得的電磁零位實(shí)際是包含了多個(gè)不平衡因素的綜合平衡狀態(tài)，是在某個(gè)溫度工作點(diǎn)附近的零位，當(dāng)溫度變化時(shí)，受零件熱變形及螺釘應(yīng)力釋放的影響，內(nèi)部的不平衡因素產(chǎn)生變化(如螺釘應(yīng)力水平不一致)就使得綜合平衡狀態(tài)遭到破壞，導(dǎo)致電磁零位產(chǎn)生溫度漂移。處理的方法和預(yù)防措施是在力矩馬達(dá)零組件加工、裝配及調(diào)試時(shí)盡可能的提高結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性、安裝面的平面度以及安裝螺釘擰緊力矩的一致性，并進(jìn)行嚴(yán)格充分的溫度時(shí)效檢查，以盡量減小溫度變化對(duì)電磁零位的影響。采取的主動(dòng)性措施主要有：安裝螺釘施加一致的擰緊力矩；使伺服閥氣隙調(diào)整墊片高度保持一致；力矩馬達(dá)相關(guān)尺寸精度保證氣隙一致；進(jìn)行溫度時(shí)效和穩(wěn)定性振動(dòng)試驗(yàn)等。

② 前置級(jí)液壓零位漂移。前置級(jí)的液壓零位是指通過(guò)調(diào)整擋板與左右噴嘴之間形成的噴擋間隙來(lái)保證左右噴嘴的中位壓力達(dá)到平衡狀態(tài)。理想狀態(tài)是左右噴擋間隙完全一致以及左右噴嘴中的液流在擋板處產(chǎn)生的壓力恢復(fù)系數(shù)相同。擋板作為銜鐵組件的一部分是通過(guò)螺釘安裝于伺服閥的底座上，受安裝面平面度及安裝螺釘受力狀態(tài)的影響，當(dāng)溫度變化時(shí)，零件的熱變形及螺釘應(yīng)力釋放的不均勻性則可能導(dǎo)致噴擋間隙的改變。雖然伺服閥的左右噴嘴在加工時(shí)進(jìn)行了流量配對(duì)，但受小孔加工精度的影響，噴嘴在不同壓力和溫度情況下的射流形態(tài)難以得到量化控制，不同的壓力溫度點(diǎn)上，噴嘴射流出現(xiàn)散射、螺旋、分叉、偏斜等情況，使得雖然流量數(shù)值一樣但噴嘴液流到擋板處獲得的壓力恢復(fù)系數(shù)實(shí)際上是不同的。處理的方法和預(yù)防措施是提高噴嘴孔的加工質(zhì)量， 在保證流量數(shù)值一致的基礎(chǔ)上提高噴嘴在不同壓力和溫度條件下的射流線性穩(wěn)定性，在相關(guān)零組件加工、裝配及調(diào)試時(shí)盡可能的提高結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性、安裝面的平面度以及安裝螺釘擰緊力矩的一致性，并進(jìn)行嚴(yán)格充分的溫度時(shí)效檢查，通過(guò)上述措施盡可能的減小壓力溫度變化對(duì)伺服閥前置級(jí)液壓零位的影響。

圖5　伺服系統(tǒng)位置特性故障模式分析

2) 位置特性

伺服系統(tǒng)零位特性故障主要由伺服作動(dòng)器定點(diǎn)靜態(tài)位置偏差大伺服作動(dòng)器低速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生爬行伺服作動(dòng)器低速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生爬行造成。故障模式分析見(jiàn)圖5所示，下面分別對(duì)故障模式進(jìn)行逐一分析。

(1) 伺服作動(dòng)器定點(diǎn)靜態(tài)位置偏差大伺服閥的零偏、零位重疊量、滯環(huán)等數(shù)據(jù)偏大可能導(dǎo)致伺服作動(dòng)器的靜態(tài)位置精度降低，尤其是在當(dāng)伺服控制器中不包含積分環(huán)節(jié)時(shí)。作動(dòng)器停留在某個(gè)位置時(shí)伺服閥的輸出流量為零，因此如果伺服閥的零位偏差較大或是零位重疊量或滯環(huán)造成零位附近的死區(qū)偏大，均會(huì)影響到伺服作動(dòng)器的定點(diǎn)靜態(tài)位置精度。解決的措施是檢查調(diào)整伺服閥零位、通過(guò)配磨減小重疊量以及通過(guò)研磨去毛刺等方法來(lái)減小閥芯運(yùn)動(dòng)摩擦改善滯環(huán)特性。采取的主動(dòng)性措施主要有：改進(jìn)去毛刺工藝方法和檢測(cè)方法，引進(jìn)在線去毛刺設(shè)備，使閥芯在加工過(guò)程中去除工作邊毛刺等；

(2) 伺服作動(dòng)器低速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生爬行伺服作動(dòng)器在發(fā)生定點(diǎn)靜態(tài)位置偏差大的同時(shí)往往伴隨著低速運(yùn)動(dòng)的爬行現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)不連續(xù)，正弦運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)下位移曲線呈階梯狀。作動(dòng)器低速運(yùn)動(dòng)時(shí)伺服閥工作在零位附近，此時(shí)對(duì)應(yīng)的伺服閥故障應(yīng)重點(diǎn)考慮零位附近的分辨率是否過(guò)大，使得只有在誤差信號(hào)累積大于伺服閥分辨率之后，作動(dòng)器才產(chǎn)生動(dòng)作。解決措施應(yīng)圍繞如何減小閥芯運(yùn)動(dòng)摩擦力展開(kāi)。采取的主動(dòng)措施主要有：提高閥芯外圓及閥套內(nèi)孔加工的粗糙度、圓柱度等；改進(jìn)去毛刺工藝方法和檢測(cè)方法等；

(3) 伺服作動(dòng)器定點(diǎn)位置不穩(wěn)定出現(xiàn)低頻竄動(dòng)現(xiàn)象作動(dòng)器在零位或任意指令位置出現(xiàn)低頻往復(fù)竄動(dòng)對(duì)應(yīng)的伺服閥故障模式可包含以下幾種情況：

① 銜鐵組件中各零件發(fā)生松動(dòng)。銜鐵組件中的銜鐵、彈簧管、擋板和反饋桿通常采用壓裝或焊接的方式連接成一體，當(dāng)各零件的連接發(fā)生松動(dòng)時(shí)會(huì)造成伺服閥的零位不穩(wěn)定，從而造成伺服作動(dòng)器在定點(diǎn)指令位置附近出現(xiàn)往復(fù)竄動(dòng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。采取的主動(dòng)措施主要有：銜鐵組件在壓裝時(shí)，優(yōu)化壓裝工裝，使其能夠精確定位，有條件時(shí)可全程監(jiān)測(cè)位移與壓裝力曲線，精確控制過(guò)盈量及壓裝力；壓裝后抽樣進(jìn)行拉脫試驗(yàn)，驗(yàn)證壓裝效果。

② 反饋桿小球磨損。反饋桿端部的小球與伺服閥閥芯中部的環(huán)槽采用精密的微小間隙配合使得閥芯運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)反饋桿產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)力反饋回路。當(dāng)反饋桿小球出現(xiàn)明顯磨損后，即小球與閥芯環(huán)槽的間隙變大會(huì)使得力反饋回路在零位附近處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，導(dǎo)致伺服閥的零位出現(xiàn)波動(dòng)，反映到作動(dòng)器上則會(huì)出現(xiàn)往復(fù)竄動(dòng)現(xiàn)象。采取的主動(dòng)措施主要有：加工時(shí)提高小球圓度、光潔度；對(duì)小球表面進(jìn)行硬度處理，提高小球耐磨性；提高與小球配合的閥芯槽的光潔度、硬度等。

③ 伺服閥零位附近分辨率較大。分辨率反映了伺服閥能夠響應(yīng)的最小信號(hào)。分辨率過(guò)大時(shí)，作動(dòng)器的誤差得不到及時(shí)糾正，誤差積累超過(guò)伺服閥分辨率時(shí)，伺服閥向作動(dòng)器輸出反向流量來(lái)糾正誤差。然而，由于伺服閥的分辨率過(guò)大使得作動(dòng)器誤差逐漸減小至零的同時(shí)伺服閥閥芯并未回復(fù)零位，使得作動(dòng)器繼續(xù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反向誤差，誤差信號(hào)超過(guò)分辨率后伺服閥再次進(jìn)行糾正。上述過(guò)程造成了作動(dòng)器在定點(diǎn)指令位置附近來(lái)回竄動(dòng)，減小伺服閥分辨率是解決問(wèn)題的根本辦法，此外，通過(guò)提高伺服系統(tǒng)的回路增益也能夠提高作動(dòng)器靜態(tài)穩(wěn)定性。

3) 速度特性

作動(dòng)器的速度特性與伺服閥的輸出負(fù)載流量密切相關(guān)，伸出縮回雙向速度低需要檢查伺服閥的流量增益是否過(guò)低，此種故障的實(shí)際發(fā)生機(jī)率不高。較常出現(xiàn)的速度特性故障是伸出縮回的速度對(duì)稱(chēng)性差，此時(shí)對(duì)應(yīng)的伺服閥故障可包含幾種情況，見(jiàn)圖6所示。

圖6　伺服系統(tǒng)速度特性故障模式分析

(1) 伺服閥零位偏差大此種情況的可能性最大也容易排查；

(2) 伺服閥閥芯卡滯閥芯卡滯可能導(dǎo)致伺服閥單向的輸出流量達(dá)不到指令要求，從而造成單向速度偏低；

(3)工作氣隙中存在未完全卡死的多余物由于多余物(磁鋼掉渣或外來(lái)污染物)未完全將工作氣隙卡死，因此對(duì)伺服閥的零位影響不大，但多余物限制了銜鐵組件的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致伺服閥的正向或負(fù)向輸出流量降低。

4) 頻率特性

影響伺服系統(tǒng)頻率特性的因素很多，系統(tǒng)的組成原理、控制算法和元器件的選用都可能影響到伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。一般情況下，系統(tǒng)都希望伺服閥具有足夠高的響應(yīng)頻寬，對(duì)于伺服閥的選用，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的仿真計(jì)算，本文不再進(jìn)行贅述，在此重點(diǎn)針對(duì)一些對(duì)系統(tǒng)頻率特性有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行分析。以航天型號(hào)伺服系統(tǒng)為例，其被控對(duì)象為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，具有大慣量低剛度的特點(diǎn)容易出現(xiàn)高頻諧振現(xiàn)象，為此要求伺服系統(tǒng)在高頻段將幅值壓低但相位滯后不能過(guò)大。應(yīng)對(duì)措施是采用陷波、微分等控制算法以及采用動(dòng)壓反饋伺服閥，早期的航天型號(hào)以采用動(dòng)壓反饋伺服閥的解決方式居多。動(dòng)壓反饋的作用是通過(guò)一個(gè)微分網(wǎng)絡(luò)將作動(dòng)器的負(fù)載壓差經(jīng)過(guò)濾波后反饋至伺服閥的前置級(jí)，使得伺服閥的輸出流量減小達(dá)到壓低作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)幅值的目的，負(fù)載壓差的變化頻率越高動(dòng)壓反饋的作用就越強(qiáng)，反之低頻時(shí)動(dòng)壓反饋的作用很弱，這就實(shí)現(xiàn)了壓制高頻幅值的同時(shí)有不會(huì)影響到系統(tǒng)的靜態(tài)剛度。由于航天型號(hào)的應(yīng)用需求，很多情況下將伺服系統(tǒng)的頻率特性限制在一個(gè)很窄的適用范圍內(nèi)，即使采用了動(dòng)壓反饋伺服閥也經(jīng)常需要針對(duì)具體產(chǎn)品的個(gè)體差異對(duì)伺服閥的相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，主要問(wèn)題可分為以下幾種情況，見(jiàn)圖7所示。

圖7　伺服系統(tǒng)頻率特性故障模式分析

(1) 系統(tǒng)相位超差但幅值具有較大裕量此種情況大多可通過(guò)適當(dāng)提高伺服閥的流量增益予以解決；

(2) 系統(tǒng)幅值超差但相位具有較大裕量此種情況大多可通過(guò)適當(dāng)降低伺服閥的流量增益予以解決；

(3) 幅值和相位均超差當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)幅值和相位均超差的情況時(shí)，解決的方法相對(duì)復(fù)雜。需要對(duì)各個(gè)頻率點(diǎn)上系統(tǒng)的幅值和相位進(jìn)行仔細(xì)分析，根據(jù)幅值超差的程度和所在的頻率點(diǎn)，適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)動(dòng)壓反饋的強(qiáng)度和改變動(dòng)壓反饋的時(shí)間常數(shù)，將系統(tǒng)幅值壓低的同時(shí)在一定程度上可能會(huì)造成相位滯后的進(jìn)一步加劇，需要根據(jù)系統(tǒng)再次測(cè)試頻率特性的結(jié)果來(lái)適當(dāng)?shù)奶岣咚欧y的流量增益，如果相位滯后超差發(fā)生在低頻段，也可以通過(guò)適當(dāng)?shù)臏p小伺服閥功率級(jí)重疊量來(lái)提高零位附近的局部流量增益來(lái)加以改善。總之動(dòng)壓反饋強(qiáng)度和流量增益大小的調(diào)整對(duì)于系統(tǒng)的幅頻和相頻特性而言是一把雙刃劍，動(dòng)壓反饋?zhàn)饔脧?qiáng)度提升對(duì)壓低幅值有利但會(huì)在一定程度上加劇相位滯后，流量增益提高對(duì)改善相位滯后有利但會(huì)加劇幅值超差，相反降低流量增益壓低幅值又對(duì)相位滯后不利，因此處理航天伺服系統(tǒng)頻率特性幅值和相位均超差的問(wèn)題時(shí)往往需要認(rèn)真的分析數(shù)據(jù)采用組合化的解決方案。

5) 穩(wěn)定性故障

穩(wěn)定性故障模式見(jiàn)圖8所示。

圖8　伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性故障模式分析

(1) 作動(dòng)器兩腔出現(xiàn)壓差振蕩由伺服閥引起的作動(dòng)器壓差振蕩是由于伺服閥的閥芯出現(xiàn)了自激振蕩，頻率一般在數(shù)百赫茲，這一現(xiàn)象可以解釋為閥芯與閥芯兩側(cè)的控制腔油液發(fā)生了流固耦合，如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流場(chǎng)原理上徹底避免這一現(xiàn)象目前還沒(méi)有形成系統(tǒng)有效的完整方案，工程解決措施可以通過(guò)改變控制腔容積、設(shè)置平衡阻尼器等方法來(lái)增強(qiáng)流場(chǎng)穩(wěn)定性和改變流場(chǎng)的固有頻率達(dá)到抑制閥芯振蕩的目的；

(2) 伺服閥高頻嘯叫伺服閥出現(xiàn)高頻嘯叫時(shí)，銜鐵組件處于高頻振蕩狀態(tài)，頻率可達(dá)上千赫茲，銜鐵組件中的彈簧管很容易發(fā)生疲勞斷裂， 導(dǎo)致伺服系統(tǒng)功能喪失。這一現(xiàn)象可以解釋為伺服閥的前置級(jí)發(fā)生了磁流固三相耦合。由于伺服閥的內(nèi)部流場(chǎng)十分復(fù)雜，全面的理論分析和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的解決方案存在很大的難度，目前常用的工程解決措施是通過(guò)提高噴嘴射流質(zhì)量、調(diào)整阻尼系數(shù)、改變力矩馬達(dá)及流場(chǎng)的固有頻率等手段來(lái)達(dá)到增強(qiáng)流量穩(wěn)定性避開(kāi)耦合共振頻率點(diǎn)的目的。

3　結(jié)論

作為伺服系統(tǒng)的核心控制元件，伺服閥的性能與伺服系統(tǒng)的性能具有緊密的相關(guān)性，伺服閥往往是伺服系統(tǒng)故障排查時(shí)的首要對(duì)象。深入透徹的了解伺服閥的結(jié)構(gòu)原理和加工裝調(diào)的工藝流程能夠幫助技術(shù)人員快速準(zhǔn)確的進(jìn)行故障定位和維修改進(jìn)。

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