第七章课后习题答案常同立液压控制系统（上册）
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7-1题
参见书第185至187页，参考答案
力矩马达（图7.4）由线圈（图7.5）、永磁体和衔铁与弹簧管合件（图7.6）构成。向力矩马达输入控制电流，电磁线圈产生可控磁场，在衔铁上形成电磁力矩，驱动衔铁与弹簧管合件产生机械转角。在电液伺服中，力矩马达承担了信号转换、指令元件、力比较元件等功能。
双喷嘴挡板阀由挡板、一对喷嘴及两个固定节流孔（图7.7）组成。它是伺服阀中的第一级控制阀，承担了液压放大器及控制元件功能。喷嘴与固定节流口孔径很小，为了避免它们堵塞，电液伺服阀内安装一个滤清器（图7.8）。
滑阀是液控滑阀，它是双喷嘴挡板阀的负载，是执行元件。同时滑阀是对伺服阀外液压执行元件进行控制的控制元件和功率放大元件。也即，在电液伺服控制系统上看，电液伺服阀中的滑阀是液压控制系统的控制元件与放大元件，承担液压功率放大器功能。滑阀与双喷嘴挡板阀构成四通阀控对称缸液压动力元件。滑阀阀芯（图7.9）中部设有安放反馈杆球头的环槽。
反馈杆是反馈机构，它一端固定在衔铁上，另一端通过端部小球卡在滑阀中部槽中。反馈杆受力变形，它将滑阀位移转变为力矩，并施加在衔铁上。反馈杆产生的力矩与控制电流产生的力矩构成负反馈关系，以力形式反馈滑阀位置信号。
7-2题
参见书第187页，参考答案
若向电液伺服阀输入电流控制信号，控制电流使永磁马达的衔铁产生力偶矩，该力偶矩使衔铁弹簧管系统偏转，同时产生喷嘴挡板阀位移。
假设挡板偏向A腔侧，A腔压力升高，B腔压力降低，活塞（滑阀阀芯）向B腔移动。滑阀阀芯位移通过反馈弹簧（杆）以力（矩）的形式作用在衔铁与弹簧管合件上。反馈弹簧（杆）对衔铁施加的力（矩）与电信号在衔铁上产生的力（矩）方向相反，弹簧杆的力反馈是负反馈。故构成负反馈系统，且反馈量是滑阀阀芯位置。故这种弹簧杆反馈称为位置力反馈。
7-3题
参见书第190至191页，参考答案
双喷嘴力反馈电液伺服阀是常用的流量电液伺服阀，其主要特点如下。
（1）运动件惯量小、动态响应快
（2）体积小，重量轻
（3）性能稳定，灵敏度高
（4）抗干扰能力强，线性度好，零漂小
（5）抗污染能力差，失效安全性差
（6）制造工艺性不良
（7）中位泄漏大，负载刚度差
7-4题
参见书第191至192页，参考答案
滑阀式直接反馈两级伺服阀的两级控制阀均采用圆柱滑阀，两级滑阀空间布置采用同轴式结构，第二级滑阀阀芯3是第一级控制滑阀的阀套。因此第二级滑阀与第一级滑阀之间构成了直接位置反馈关系，这种电液伺服阀称为直接反馈伺服阀。简单说，第二级滑阀的阀芯位移自动跟踪第一级滑阀的阀芯位移，并且是单位反馈。
通常，滑阀式直接反馈两级伺服阀采用动圈力马达实现控制电流信号与第一级滑阀位移的转换。动圈力马达的衔铁可以实现较大范围位移，而且线性情况良好。
动圈力马达的衔铁与第一级控制滑阀阀芯相连接，并成为一个整体，它们的位置由弹簧进行定位，可以通过旋转调节螺钉调节一级滑阀阀芯位置。
第一级滑阀是两凸肩三通阀，它有两个控制油口，一个回油口。第一级滑阀与两个固定阻尼器配合，组合成一个四通阀（三通阀与固定阻尼器的组合）。这个四通阀控制第二级滑阀，第二级滑阀相当于对称液压缸（第二级滑阀，阀体相当于缸体、阀芯相当于活塞），它是前一级四通阀的负载液压缸。四通阀与第二级滑阀构成液压动力元件，它是四通阀控对称缸。第二级滑阀阀芯3是第一级控制滑阀的阀套。因此第二级滑阀与第一级滑阀之间构成了直接位置反馈关系，第一级滑阀与第二级滑阀构成了直接反馈机液伺服控制系统。
7-5题
参见书第192至193页，参考答案
衔铁（和一级阀阀芯）与弹簧构成了质量―阻尼―弹簧系统。相比较，衔铁与一级阀阀芯的质量较大；动圈力马达的输出力与体积比小，驱动能力有限，定位弹簧9和10刚度较低。因此这个平动机械动力学系统的固有频率是比较低的，它是滑阀式直接反馈两级伺服阀中各个组成环节中动态响应最低的。
7-6题
参见书第193页，参考答案
滑阀式直接反馈两级伺服阀有如下特点。
（1）结构简单、制造工艺性好、制造相对容易、价格低
（2）力马达线性范围宽
（3）伺服阀调整方便
（4）动态响应较慢，工作电流较大
（5）滑阀结构摩擦力较大，分辨率和滞环较差，使用中要加颤振信号。
（6）抗污染能力一般
（7）体积大，面向工业应用
7-7题
参见书第193页，参考答案
实质上，三级流量伺服阀已经构成由电液伺服阀控制的位置伺服系统，而且是高频率响应控制系统。
三级电液伺服阀的前置级控制阀需要较高的动态响应速度。通常，采用双喷嘴挡板式二级伺服阀或射流管式二级伺服阀。
7-8题
参见书第193页，参考答案
直驱阀结构主要由大功率线性位移力马达、滑阀、阀芯位移检测装置、电子控制板等组成。
线性位移力马达结构由一个线圈、一对高能稀土永磁体、衔铁、定位弹簧等构成。它是永磁体差动马达。
液压控制滑阀是对液压执行元件进行控制的控制元件，同时具有功率放大功能。
滑阀采用阀芯与阀套结构，阀套上开有矩形窗口和环形槽，联通供油口和回油口。阀芯中位时，阀芯轴肩刚好遮盖阀套的供油口和回油口。
为了减小线性位移力马达负载，阀芯与阀套结构设计已经进行了充分努力，削弱和抵消液流力，减小液压卡紧力等。
直驱阀普遍采用直线位置差动变送器（LVDT）作为反馈传感器。它与滑阀阀芯直接相连，LVDT检测阀芯位移，产生与阀芯位移成比例的电信号。
直驱阀内部嵌入安装的电子控制板包含信号输入单元、电子信号放大器、信号比较器、直驱阀控制器、线性位移力马达的PWM驱动器等几部分。
7-9题
参见书第193页，参考答案
直驱阀主要特点如下。
（1）对供油压力变化不敏感
（2）抗工作液污染能力强
（3）体积较大，重量较大
（4）直驱阀性能接近电液伺服阀
（5）价格接近普通电磁换向阀
（6）控制电流大
（7）力马达输出控制力有限
7-10题
参见书第193页，参考答案
规格参数主要说明了电液伺服阀和直驱阀的结构类型和尺度规格。
规格参数主要包括如下内容：
1）结构类型
2）额定供油压力
3）额定流量
7-11题
参见书第193页，参考答案
电液伺服阀动态响应特性通常用频率域的频率特性表示，一些伺服阀也用时间域的阶跃特性表示。直驱阀则同时会用频率特性和阶跃特性表示。
频率特性指控制电信号（电流或电压）在某个频率范围内作正弦变化时，阀空载控制流量对控制电信号的复数比。
液压控制阀动态特性的影响因素较多，输入信号幅值大小，工作温度、供油压力和其他工作条件对阀的频率特性都有影响。
通常在标准试验条件下，用峰间值为50%额定值的控制电信号测定液压控制阀的伯德图，如图7.37所示。通常要求阀频率特性的幅值比不应大于+2 dB。
由于电液伺服阀和直驱阀的动态响应特性与控制电流关系密切，且对液压控制系统影响较大。制造商也可能会提供液压控制阀在25%、75%和100%等额定电流条件下的伯德图，以供设计控制系统参考。
液压控制阀的动态特性可以用幅值为-3dB和相位角为-90°所对应的频率来衡量，分别称为幅值±3dB频率带宽和相位滞后-90º频率带宽。
7-12题
参见书第193页，参考答案
（1）选择直驱阀或高频响比例阀（直驱阀）
（2）选择双喷嘴挡板电液伺服阀
（1）选择射流管电液伺服阀，也可以考虑四位四通高频响比例阀（直驱阀）