REXROTH,REXROTH比例閥,，力士樂，力士樂比例閥
電---氣比例閥和伺服閥按其功能可分為壓力式和流量式兩種,。壓力式比例/伺服閥將輸給的電信號線性地轉(zhuǎn)換為氣體壓力,；流量式比例/伺服閥將輸給的電信號轉(zhuǎn)換為氣體流量。由于氣體的可壓縮性,，使氣缸或氣馬達(dá)等執(zhí)行元件的運(yùn)動速度不僅取決于氣體流量,。還取決于執(zhí)行元件的負(fù)載大小。因此地控制氣體流量往往是不必要的,。單純的壓力式或流量式比例/伺服閥應(yīng)用不多,，往往是壓力和流量結(jié)合在起應(yīng)用更為廣泛。
電---氣比例閥和伺服閥主要由電---機(jī)械轉(zhuǎn)換器和氣動放大器組成,。但隨著近年來廉價的電子集成電路和各種檢測器件的大量出現(xiàn),，在1電---氣比例/伺服閥中越來越多地采用了電反饋方法，這也大大提高了比例/伺服閥的,。電---氣比例/伺服閥可采用的反饋控制方式,，閥內(nèi)就增加了位移或壓力檢測器件，有的還集成有控制放大器,。
滑閥式電---氣方向比例閥
流量式四通或五通比例控制閥可以控制氣動執(zhí)行元件在兩個方向上的運(yùn)動速度,，這類閥也稱方向比例閥。圖示即為這類閥的結(jié)構(gòu)原理圖,。它由直流比例電磁鐵1,、閥芯2、閥套3,、閥體4,、位移傳感器5和控制放大器6等贊成,。位移傳感器采用電感式原理，它的作用是將比例電磁鐵的銜鐵位移線性地轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出,?？刂品糯笃鞯闹饕饔檬牵?br />將位移傳感器的輸出信號進(jìn)行放大；
比較指令信號Ue和位移反饋信號Uf,，得到兩者的差植  U,；
將 U放大，轉(zhuǎn)換為電流信號I輸出,。此外,，為了改善比例閥的，控制放大器還含有對反饋信號Uf和電壓差 U的處理環(huán)節(jié),。比如狀態(tài)反饋控制和PID調(diào)節(jié)等,。
帶位置反饋的滑閥式方向比例閥，其工作原理是：在初始狀態(tài),，控制放大器的指令信號UF=0,，閥芯處于零位，此時氣源口P與A,、B兩端輸出口同時被切斷,，A、B兩口與排氣口也切斷,，無流量輸出,；同時位移傳感器的反饋電壓Uf=0。若閥芯受到某種干擾而偏離調(diào)定的零位時,，位移傳感器將輸出定的電壓Uf,，控制放大器將得到的  U=-Uf放大后輸出給電流比例電磁鐵，電磁鐵產(chǎn)生的推力迫使閥芯回到零位,。若指令Ue>0,，則電壓差   U增大，使控制放大器的輸出電流增大,，比例電磁鐵的輸出推力也增大,，推動閥芯右移。而閥芯的右移又引起反饋電壓Uf的增大,，直Uf與指令電壓Ue基本相等,，閥芯達(dá)到力平衡。此時,。
上式表明閥芯位移X與輸入信號Ue成正比,。若指令電壓信號Ue<0，通過上式類似的反饋調(diào)節(jié)過程,，使閥芯左移定距離,。
閥芯右移時,，氣源口P與A口連通，B口與排氣口連通,；閥芯左移時,，P與B連通，A與排氣口連通,。節(jié)流口開口量隨閥芯位移的增大而增大,。上述的工作原理說明帶位移反饋的方向比例閥節(jié)流口開口量與氣流方向均受輸入電壓Ue的線性控制。
這類閥的優(yōu)點是線性度好,，滯回小,，動態(tài)高。
滑閥式二方向伺閥
下圖所示為種動圈式二方向伺服閥,。它主要由動圈式力馬達(dá),、噴嘴擋板式氣動放大器、滑閥式氣動放大器,、反饋彈簧等組成。噴嘴檔板氣動放大器做前置,，滑閥式氣動放大器做功率,。
這種二方向伺服閥的工作原理是：在初始狀態(tài)，左右兩動圈式力馬達(dá)均無電流輸入,，也無力輸出,。在噴嘴氣流作用下，兩擋板使可變節(jié)流器處于全開狀態(tài),，容腔3,、7內(nèi)壓力幾乎與大氣壓相同?；y閥芯被裝在兩側(cè)的反饋彈簧5,、6推在中位，兩輸出口A,、B與氣源口P和排氣口O均被隔開,。
當(dāng)某個動圈式馬達(dá)有電流輸入是（例如右側(cè)力馬達(dá)），輸出與電流I成正比的推力Fm將擋板推向噴嘴,，使可變節(jié)流器的流通面積減小,，容腔6內(nèi)的氣壓P6升高，升高后的P6又通過噴嘴對檔板產(chǎn)生反推力Ff,。當(dāng)Ff與Fm平衡時,，P6趨于穩(wěn)定，其穩(wěn)定值乘以噴嘴面積Ay等于電磁力,。另方面,，P6升高使閥芯兩側(cè)產(chǎn)生壓力差,，該壓力差作用于閥芯斷面使閥芯克服反饋彈簧力左移，并使左邊反饋彈簧的壓縮量增加,，產(chǎn)生附加的彈簧力Fs,，方向向右，大小與閥芯位移X成正比,。當(dāng)閥芯移動到定位置時,，彈簧附加作用力與7、3容腔的壓差對閥芯的作用力達(dá)到平衡,，閥芯不在移動,。此時同時存在閥芯和擋板的受力平衡方程式：
反饋彈簧剛度
閥芯斷面積
動圈式力馬達(dá)的電流增益。
在上述的調(diào)節(jié)過程中,，左側(cè)的噴嘴擋板始終處于全開狀態(tài),，可以認(rèn)為P5=0，代入后整理上述兩式可得
閥芯位移與輸入電流成正比,。當(dāng)另側(cè)動圈式馬達(dá)有輸入時,，通過上述類似的調(diào)節(jié)過程，閥芯將向相反方向移動定距離,。
當(dāng)閥芯左移時,，氣源口P與輸出口A連通，B口通大氣,；閥芯右移時,，P與B通，A口通大氣,。閥芯位移量越大,，閥口開口量也越大。這樣就實現(xiàn)了對氣流的流動方向和流量的控制,。
這類閥采用動圈式馬達(dá),，動態(tài)好，缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,。
動圈式壓力伺服閥
圖示是種壓力伺服閥,，其功能是將電信號成比例地轉(zhuǎn)換為氣體壓力輸出。主要組成部分有：動圈式力馬達(dá)1,、噴嘴2,、擋板3、固定節(jié)流口4,、閥芯5,、閥體6、復(fù)位彈簧7,、租尼孔8等,。
初始狀態(tài)時,，力馬達(dá)無電流輸入，噴嘴與擋板處在全開位置,，控制腔內(nèi)的壓力與大氣壓幾乎相等,。滑閥閥芯在復(fù)位彈簧推力的作用下處在右位,，這時輸出口A與排氣口通,，與氣源口P斷開。當(dāng)力馬達(dá)有電流I輸入時,，力馬達(dá)產(chǎn)生推力Fm（=KiI）,，將擋板推向噴嘴，控制腔內(nèi)的氣壓P9升高,。P9的升高使擋板產(chǎn)生反推力,，直與電磁力Fm相平衡時P9才穩(wěn)定，這時
式中   Ay----噴嘴噴口面積,；
Ksy----力馬達(dá)復(fù)位彈簧剛度,。
另方面，P9升高使閥芯左依,，打開A口與P口,，A口的輸出壓力P10升高，而P10經(jīng)過阻尼孔8被引到閥芯左腔,，該腔內(nèi)的壓力P11也隨之升高。P11作用于閥芯左端面阻止閥芯移動,，直閥芯受力平衡,，這時
由設(shè)計保證，使工作時閥芯行程X與彈簧預(yù)壓縮量X0相比小得多,，可忽略不計,，同時擋板位移量Y在調(diào)節(jié)過程中變化很小，可近似為常數(shù),，則上式簡化為
其中K=Ki/Ay,稱為電-氣伺服閥的電流—壓力增益,，而C=-（X0Ksx/Ax+Yksy/Ay）是常數(shù)。
由上式可見,，P11與輸入電流成線性關(guān)系,。閥芯處于平衡時，P10=P11,，因此伺服閥的輸出壓力與輸入電流成線性關(guān)系,。
脈寬調(diào)制伺服閥
與模擬式伺服閥不同，脈寬調(diào)制氣動伺服控制是種數(shù)字式伺服控制,，采用的控制閥是開關(guān)式氣動電磁閥,。脈寬調(diào)制氣動伺服系統(tǒng)如圖所示,。輸入的模擬信號經(jīng)脈寬調(diào)制器調(diào)制成具有定頻率和定幅值的脈沖信號，經(jīng)數(shù)字放大后控制氣動電磁閥,。電磁閥輸出的是具有定壓力和流量的氣動脈沖信號,，但已具有足夠的功率，能借助氣動執(zhí)行元件對負(fù)載做功,。脈沖信號必須通過低通濾波器還原成模擬信號去控制負(fù)載,。低通濾波器可以是氣動執(zhí)行元件，也可以是負(fù)載本身,。采用前者濾波方式的稱脈寬調(diào)制線性化系統(tǒng),，采用后者濾波的是依靠負(fù)載的較大慣性，它不能響應(yīng)高頻的脈沖信號,，只能響應(yīng)脈寬調(diào)制信號的平均效果,。
負(fù)載響應(yīng)的平均效果是與脈寬調(diào)制信號的調(diào)制量成正比的，其控制機(jī)理是：對于個周期的脈沖波,，設(shè)正脈沖和負(fù)脈沖的時間分別為T1和T2,，周期為T，脈沖幅值為Ym ,則個周期內(nèi)的平均輸出Ya為
式中Km=（T1-T2）/T稱調(diào)制量（也稱調(diào)制系數(shù)）,。個周期的脈沖波及調(diào)制量與平均輸出的關(guān)系如下圖,。由于調(diào)制量Km與輸入的模擬信號U成正比（這正是控制系統(tǒng)所要求的），因此平均輸出與輸入的模擬信號之間存在線性關(guān)系,。
在脈寬調(diào)制氣動伺服系統(tǒng)中,，脈寬調(diào)制伺服閥完成信號的轉(zhuǎn)換與放大作用，其常見的結(jié)構(gòu)有四通滑閥型和三通球閥型,。下圖所示為滑閥式脈寬調(diào)制伺服閥的結(jié)構(gòu)原理圖,。滑閥兩端各有個電磁鐵,，脈沖信號電流加在兩個電磁鐵上,，控制閥芯按脈沖信號的頻率往復(fù)運(yùn)動。
脈寬調(diào)制伺服閥的主要是動態(tài)響應(yīng)和對稱性要求,。假設(shè)加在電磁鐵上的是方波脈沖信號,，從電磁鐵接到信號到執(zhí)行元件開始動作這段時間稱信號的延遲時間。延遲時間包括三部分,，是電磁線圈中電流由零逐漸增大到銜鐵開始運(yùn)動的電流增長時間,；二是銜鐵與閥芯起運(yùn)動的時間；三是從節(jié)流口打開,、執(zhí)行元件工作腔進(jìn)行放氣到執(zhí)行元件開始動作的固定容器充放時間,。前兩部分時間是由脈寬調(diào)制伺服閥決定。脈寬調(diào)制氣動伺服的工作頻率般是十幾赫茲到二三十赫茲。為了滿足動態(tài)響應(yīng)快的特點,，要求延遲時間越短越好,，般控制在1~2ms以內(nèi)。
所謂對稱性要求,，對四通滑閥,，閥芯往復(fù)運(yùn)動的響應(yīng)要致，即加在兩個電磁鐵上的脈沖信號在傳遞過程中延遲時間應(yīng)基本相同,，兩輸出口的壓力與流量應(yīng)基本相同,；對三通球閥，對應(yīng)脈沖信號上升沿下降沿的延遲時間應(yīng)基本相同,，球閥的充氣過程和排氣過程應(yīng)基本相同,。由于三通球閥與差動氣缸匹配，其對稱性不如四通滑閥好,。
為了提高四通滑閥的快速響應(yīng),，常采用力反饋來提高閥芯反向運(yùn)動的速度。圖所采用的是彈簧反饋的形式,。當(dāng)信號反向時,，彈簧力幫助閥芯反向運(yùn)動，當(dāng)閥芯運(yùn)動過了中位,，彈簧力改變,，起阻止閥芯運(yùn)動的作用，并能減輕閥芯到位的沖擊力,，降低噪聲,。也有采用氣壓反饋的形式，其作用原理是樣的,。
脈寬調(diào)制控制與模擬控制相比有很多優(yōu)點：控制閥在高頻開關(guān)狀態(tài)下工作,，能消除死區(qū)、干摩擦等非線性因素,；控制閥加工精度要求不高，降低了控制系統(tǒng)成本,；控制閥節(jié)流口經(jīng)常處于全開狀態(tài),，抗污染能力強(qiáng)，工作可靠,。缺點是功率輸出小,，機(jī)械振動和噪聲較。
電—氣比例伺服系統(tǒng)的應(yīng)用實例
柔性定位伺服氣缸
圖示為柔性定位氣缸（又稱位置伺服控制系統(tǒng)）,。該系統(tǒng)可以根據(jù)輸給的電信號使氣缸活塞在任意位置定位,。
位置伺服控制系統(tǒng)由電—氣方向比例閥由氣缸1、2、位移傳感器3,、控制放大器4等組成,。該系統(tǒng)的基本原理是通過控制放大器、電—氣比例閥,、氣缸的調(diào)節(jié)作用,，使輸入電壓信號Ue與氣缸位移反饋信號Uf（Uf與氣缸位移之間是線性關(guān)系）之差   U減小并趨于零，以實現(xiàn)氣缸位移對輸入信號的跟蹤,。
調(diào)節(jié)過程如下：若給定的輸入信號Uf大于反饋信號Uf,，  U＞0，控制放大器輸出電流I增大,，使-電—氣比例閥的閥芯左移,，氣源口與A口之間的節(jié)流面積增大，氣缸A腔的壓力Pa升高并推動活塞右移,。氣缸活塞的右移又使反饋電壓信號Uf增大,，因此電壓偏差 U減小，直  U幾乎為零（采用PID調(diào)節(jié)的控制放大器可將穩(wěn)態(tài)偏差調(diào)節(jié)零）,。當(dāng)給定的輸入信號小于反饋信號Uf時,， U＜0，同樣通過類似于上述的調(diào)節(jié)過程使偏差趨于零,。因此在穩(wěn)定時,， U=0即
這就實現(xiàn)了輸入信號Uf對氣缸活塞位移X的比例控制。上述的調(diào)節(jié)過程是在段很短的時間內(nèi)完成的,，故只要輸入信號Ue的主要頻率分量在系統(tǒng)的頻寬之內(nèi),，氣缸活塞位移就可以跟蹤Ue的變化。