淺談比例閥與伺服閥的區(qū)別

鄭瑤

摘 要：比例閥與伺服閥作為液壓系統(tǒng)中常用的兩種閥類元件，廣泛應用于各個液壓系統(tǒng)中。為了更好的選擇和使用適合于液壓系統(tǒng)的閥類原件，需要對二者的工作特性進行了解和研究。本文首先闡述了比例閥和伺服閥性能的區(qū)別，并分別介紹了伺服閥與比例閥的結構特點和控制特點，為閥類元件的選型和使用提供了基礎，并論述了比例閥與伺服閥的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：伺服閥；比例閥；液壓系統(tǒng)；性能；結構；控制；發(fā)展

伺服閥與比例閥作為放大轉(zhuǎn)換元件，可以將偏差信號放大、轉(zhuǎn)換成液壓信號（流量或壓力），從而完成對執(zhí)行機構的控制。在典型的油缸控制系統(tǒng)中，油缸的運動可以通過閥在不同的位置而使得油路切換而實現(xiàn)，這樣的閥可以采用普通換向閥。而伺服閥和比例閥不僅能夠控制油缸的運動方向，還可以精確的控制閥門開度從而在工作狀態(tài)保持不變的情況下精確控制流量。

1比例閥和伺服閥性能區(qū)別分析

電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機械、液壓或電的形式進行反饋。對應于普通的液壓閥都能夠找到一種與之對應的電液比例閥。電液比例閥可以用于開環(huán)系統(tǒng)中實現(xiàn)隨液壓參數(shù)的遙控，也可以作為信號轉(zhuǎn)換與放大元件用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。

電液伺服閥是閉環(huán)控制系統(tǒng)中最重要的一種伺服控制元件，它能將微弱的電信號轉(zhuǎn)換成大功率的液壓信號（流量和壓力）。用它作轉(zhuǎn)換元件組成的閉環(huán)系統(tǒng)稱為電液伺服系統(tǒng)。對整個系統(tǒng)來說，電液伺服閥是信號轉(zhuǎn)換和功率放大元件；對系統(tǒng)中的液壓執(zhí)行機構來說，電液伺服閥是控制元件；閥本身也是個多級放大的閉環(huán)電液伺服系統(tǒng)，提高了伺服閥的控制性能。電液伺服系統(tǒng)是液壓伺服系統(tǒng)和電子技術相結合的產(chǎn)物，由于它具有更快的響應速度，更高的控制精度，在軍事、航空、航天、機床等領域中得到廣泛的應用。目前液壓伺服系統(tǒng)特別是電液伺服系統(tǒng)己經(jīng)成為武器自動化和工業(yè)自動化中應用非常廣泛。

電液比例閥與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比，在某些方面還有一定的性能差距，但它顯著的優(yōu)點是抗污染能力強，大大地減少了因污染所造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。并且比例閥的成本比伺服閥低，結構也簡單，己在許多場合獲得廣泛應用。

電液伺服閥具有體積小、功率放大率高、直線性好、死區(qū)小、響應速度快、運動平穩(wěn)可靠，能適應模擬量和數(shù)字量調(diào)制等優(yōu)點，所以在各種電液伺服系統(tǒng)中得到了極廣泛的應用。

在液壓系統(tǒng)中，電液伺服閥雖然有以上所列優(yōu)點，但是由于其對油液介質(zhì)條件要求高，價格昂貴等的限制與電液伺服閥相比，電液比例閥的出現(xiàn)使這些限制條件都有所減低。與電液伺服閥相比，電液比例換向閥優(yōu)點：（1）加工精度沒有電液伺服閥要求高，因此其價格較低；（2）相對于電液伺服閥來講，對液壓油的要求較低，抗污染能力較強；（3）由于存在不靈敏區(qū)和滯環(huán)，在其不帶電時的安全穩(wěn)定性好。

2比例閥和伺服閥的結構特點

比例閥多為電氣反饋，當有信號輸入時，主閥芯帶動與之相連的位移傳感器運動，當反饋的位移信號與給定信號相等時，主閥芯停止運動，比例閥達到一個新的平衡位置，此時比例閥保持一定的輸出，液壓缸也就保持一定的位置不變。伺服閥有機械反饋和電氣反饋兩種，一般電氣反饋的伺服閥的頻響高，機械反饋的頻響稍低，其動作過程基本與比例閥相同；一般比例閥的輸入功率較大，基本在幾百毫安到一安以上，而伺服閥的輸入功率相對較小，基本在幾十毫安范圍內(nèi)；比例閥的控制精度稍低，滯環(huán)較伺服閥大，伺服閥的控制精度高，但其對油液的要求也相對較高。

從結構上理解比例閥的閥芯是靠電磁力和液壓力及彈簧力來實現(xiàn)平衡的，而伺服閥是靠液壓力來平衡的，所以比例閥在控制大流量高壓力上沒有優(yōu)勢；在應用上，伺服閥的使用更為廣泛，不僅能夠用于精確的位置、速度、載荷等控制，還具有隨動作用，例如汽車的助力轉(zhuǎn)向就是一個隨動伺服系統(tǒng)，這是比例閥難以實現(xiàn)的。

3比例閥與伺服閥的控制特點

比例閥與伺服閥的控制信號一般為4-20mA，0-10V，-10V-+10V等，其中電流信號的抗干擾能力較強，但價格稍貴。其內(nèi)部線圈可以為一個或者兩個，很多三位閥只用一個線圈，靠電壓反向控制兩邊位置，三位閥更多的是兩個線圈布置在閥的兩邊，但線圈可以是單獨控制，也可以是串聯(lián)或并聯(lián)控制。從控制方式上講，比例閥與伺服閥很難區(qū)分，唯一的差別是二者的驅(qū)動方式。伺服閥靠力矩馬達來驅(qū)動而比例閥則是靠比例線圈驅(qū)動。伺服閥是噴嘴擋板，響應較高。但從控制精度上來講，比例閥或許更高，特別實在兩極反饋閥中，因為先導極的比例閥反饋是電位移傳感器，而伺服閥是機械式反饋桿，所以在重復精度、滯環(huán)、線性度上高于伺服閥。

比例閥和伺服閥輸入控制信號如果通過電位器輸入，很多是0-5V或-5V-+5V，通過改變放大器上的比例增益調(diào)整使其到0-10V。比例閥和伺服閥可以是內(nèi)反饋也可以是外反饋，在一些控制要求不是很高的場合可以采用內(nèi)反饋閥，如果要使用外閉環(huán)，那么比例閥需要增加一塊PID控制板，這樣就提高了比例閥的成本。

4比例閥與伺服閥的發(fā)展趨勢

1、電液比例閥發(fā)展趨勢。主要表現(xiàn)為：第一、提高控制性能，適應機電液一體化主機的發(fā)展。提高電液比例閥及遠控多路閥的性能，使之適應野外工作條件。并發(fā)展低成本比例閥，其主要零件與標準閥通用。第二、比例技術與一通和二通插裝技術相結合，形成比例插裝技術，特點是結構簡單，性能可靠，流動阻力小，通油能力大，易于集成；此外出現(xiàn)比例容積控制為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提供新手段。第三、由于傳感器和電子器件的小型化，出現(xiàn)了傳感器、測量放大器、控制放大器和閥復合一體化的元件，極大地提高了比例閥（電反饋）的工作頻寬。

2、電液伺服閥的發(fā)展趨勢。主要表現(xiàn)為：（1）虛擬化。利用CAD技術全面支持伺服閥從概念設計、外觀設計、性能設計、可靠性設計到零部件詳細設計的全過程，并把計算機輔助設計、計算機輔助分析、計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助檢驗、計算機輔助測試和現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起，建立計算機制造系統(tǒng)（CIMS）使設計與制造技術有一個突破性的發(fā)展。（2）智能化。發(fā)展內(nèi)藏式傳感器和帶有計算機、自我管理機能故障診斷、故障排除）的智能化伺服閥，進一步開發(fā)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，實現(xiàn)自動測量和診斷。還應開發(fā)自補償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤滑、自校正，這是液壓行業(yè)努力的方向。另外，借助現(xiàn)場總線），實現(xiàn)高水平的信急系統(tǒng)，從而簡化伺服閥的使用、調(diào)節(jié)和維護。（3）微型化。隨著液壓技術的進步及競爭的加劇，微型伺服閥的技術以體積小、重量輕、單位功率大等優(yōu)點而越來越受到重視。如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動，實現(xiàn)元件小型化。

5小結

長期以來，液壓行業(yè)內(nèi)都認為伺服閥代表了液壓界的最高水平，無論是從控制死區(qū)和控制精度等方面都優(yōu)于比例閥。但是隨著液壓技術和制造水平的不斷提高，比例閥已經(jīng)可以實現(xiàn)閥芯與閥體的零遮蓋從而消除了控制死區(qū)。同樣，帶LVDT位移傳感器的比例閥精度更是高于伺服閥的傳統(tǒng)機械反饋桿。無論是伺服閥還是比例閥都有其優(yōu)缺點，并不能說伺服閥就一定優(yōu)于比例閥，因此在實際應用中，只需要根據(jù)流量增益、壓力增益和其他性能參數(shù)來選擇合適的閥類元件。

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