电液伺服阀的控制电路

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第1174页（2088字）

虽然高性能的伺服阀可以用一般的伺服放大器控制，但由于伺服阀是电流控制型元件，且力矩马达及力马达线圈具有大的感抗，因此，为了使阀及伺服系统获得最好的性能，在伺服放大器和伺服阀之间应接入伺服阀控制电路。

伺服阀的控制电路，应该具有高输出阻抗的“电压—电流转换器”，当输入电压指令信号时，它能给力矩马达(或力马达)线圈提供与线圈电感和电阻大小无关的输入电流值。

同时，电压—电流转换器的带电流反馈的输出级，可以消除在高频工作时，由于线圈感抗变化造成伺服阀高频动态增益的变化，并将线圈电感引起的相位滞后减到最小。

控制电路的输出端应不具有过大的旁路电容或泄漏电容，以免与伺服阀线圈感抗一起产生不希望的谐振。

伺服阀的力矩马达通常有两个线圈，通过电插头或电缆提供四个端头供用户使用。可以将两个线圈接成差动、并联、串联等形式工作或单线圈工作。推荐采用两线圈并联的工作方式。因为这种连接方式具有最小的电感，而且工作可靠性又最高。典型的伺服阀控制电路见图20．6－5、图20．6－6和图20．6－7。

图20．6－5 常用的伺服阀控制电路(单端输入、电压控制的电流反馈)

图20．6－6 伺服阀控制电路(单端输入、电流控制的电流反馈)

图20．6－7 伺服阀控制电路(差动控制形式)

图20．6－5采用单端共集电极推挽输出级、电压控制的电流反馈形式，是最常用的伺服阀控制电路。可以用来控制力矩马达单线圈或两个并联或串联工作的线圈。它采用正、负电源供电(一般为±15V或±30V)。R₃、R₄、R₅和R₆为保护电阻，若为增加电路的输出能力，可以省略。控制电路的电压—电流转换系数K，在一定频率范围内(几百赫兹)仅与电路的参数R₁、R₂和R₀有关，而与线圈的电阻和电感无关。电压—电流转换系数K可用下式计算

式中 i——力矩马达线圈电流(A)；

e——控制电路输入电压(V)；

R₀——电流反馈取样电阻值(Ω)；

R₁、R₂——输入电阻及反馈电阻值(Ω)。

图206－5所示的电路，由于高频(如几百赫兹以上)时，线圈感抗很大，取样电阻R₀上的电压相对较小，又由于运算放大器A₁在高频时增益迅速下降，使控制电路的开环增益下降、电流反馈的效果减弱，因此控制电路的输出阻抗在高频(几百赫兹以上)时有所下降，电压—电流转换系数有所下降，相移也有所增加。因此，若系统工作频率较高或信号中含有较多的高频分量时，可以采用图20．6－6所示的伺服阀控制电路。

图20．6－6采用互补对称共发射极输出。本身具有较高的输出阻抗，而且又采用电流控制的电流反馈形式，因此在较高的频率(几百赫兹)下也有较高的输出阻抗。在图20．6－6所示的控制电路中，晶体管偏置电路应保证在小信号工作时也不被截止，并应设置温度补偿电路，以免温度漂移。该电路较复杂，影响因素多，调试也较麻烦。由于一般伺服系统的工作频率不会很高(一般在几百赫兹以内)，因此仍以采用图20．6－5所示的控制电路为好。

图20．6－7是控制差动连接线圈的控制电路输出级。图20．6－7(a)采用单电源供电、差动控制。推挽管发射极上的电阻R₁、R₂和R₃提供电流反馈，提高输出级的输出阻抗，也是线圈零值电流的调节电阻，电阻R₁、R₂上的电压还可进一步作为差动电流反馈电压供前级使用，电压e₁和e₂为差动控制电压输入端。

图20．6－7(b)为正、负电源供电，e₂接地的单端输入控制电路，电阻R₃上的电压提供晶体管Q₁到Q₂的信号耦合。图20．6－7(c)采用恒流管Q₃组成的恒流源电路代替图20．6－7(b)中的电阻R₃，它在相同的电源电压情况下可提高晶体管的动态工作电压范围，还可提高输出级的输出阻抗。图20．6－7所示的控制电路的电压—电流转换系数为

K=△i／△_e=1／R₁(R₁=R₂)(A／V)

式中 △i－—力矩马达线圈差动电流(A)，△i=i₁－i₂；

△e——差动输入电压(V)，△e=e₁－e₂；

单端输入时，△e=e_1。