比例阀的死区及其补偿问题

比例阀与伺服阀相比，成本较低，不仅在于其先导级的区别(比例电磁铁和力矩马达)，其滑阀级也不一样。比例阀一般有5%-10%的死区，这主要是由比例电磁铁的死区和滑阀的死区导致的。这种死区在用于速度控制的系统中并无太大影响，但是在位置控制或者力/压力控制的闭环系统中，由于此时阀工作在零位区域，此时的死区就会导致控制精度下降，甚至是导致系统不稳定。

死区补偿前的曲线

随着电子技术和软件技术的发展，对死区补偿已不再困难。死区补偿主要有两种方式，变增益控制和信号叠加方式。当然，现在还有模糊控制等其他先进策略。对于软件实现方法，变增益控制较为简单，比如死区为-10%~+10%的阀，在死区之外，假设控制器偏差信号增益为K1;当阀芯进入死区(正负10%区域)内，增益为K2，K2>k1，由于此时阀的信号较大，这时阀芯会迅速越过死区。也即从-10%跳变到+10%。补偿后的曲线：

也可以通过硬件电路实现，即信号叠加法，

位移叠加分解

在正常增益基础之上，再叠加一个合适的信号，使得阀消除死区区域。具体可参见公众号文章《比例阀死区补偿电路设计》一文。需要说明的是，电气或者软件上的补偿，并不能完全弥补机械上死区带来的问题。不管是变增益方法，还是信号叠加法，其本质都是让阀芯从一侧死区跳到另一侧死区，比如上文中提到的-10%跳到+10%，当通过死区补偿后的比例阀用于闭环系统中时，由于阀工作在零位附近，此时阀芯会一直在-10%~+10%之间的位移区域内来回跳变，虽然此时流量上看起来并无死区，但是在位移区域上(把时间轴放大到ms级)，是能看出上升和下降斜率的，这在一定程度上会影响闭环系统的响应。除此之外，阀芯在物理空间上，是在-10%和+10%的位移区间来回跳变，也会导致阀芯的磨损，从而影响阀芯的使用寿命。再者，阀芯在正负10%的区域内跳变，也会影响控制精度。总而言之，要想提高阀的质量，想办法减小阀的死区(尤其是滑阀遮盖导致的死区)是不可避免的。即使很困难，也要想办法攻克。