聰明的選擇和使用你的閥，才能實現精密的控制。本文著重討論了零位特性對精密運動控制的影響，同時對于在伺服系統中如何使用平衡閥或鎖止閥做了詳細分析。

正文

良好的控制性能需要的不僅僅是良好的運動控制器，甚至最好的控制器也無法彌補拙劣的系統原理設計和元件選型。伺服閥、比例閥的特性對于閉環運動控制系統有著巨大的影響。諸如平衡閥之類的元件也會影響伺服閥、比例閥的運行。有時候由于項目緊張的周期導致了整個系統原理設計的缺陷以及不正確的選型，結果就是往往會花大量的精力和時間去處理這樣的系統，奢想達到期望的性能。更好的理解一些通用閥的應用問題可以縮短系統的設置時間，實現更精密的運動控制。

油缸飄移和閥的零位問題

在液壓控制系統中，飄移是一個微妙或者復雜的問題。我們從兩方面來討論，一個是相對比較直接易理解的執行器飄移問題，另外一個是更難琢磨不定的閥的零飄。執行器飄移發生在閥不在零位之處，當沒有控制信號時（比如閥供電被切斷），導致執行器活塞緩慢移動或者飄移。在某些情況，飄移是我們期望的——比如當不調整時，此時活塞桿縮回至安全位，彌補控制信號的丟失。

當飄移的速率太高或者飄移方向錯誤的時候，問題就來了。比如，如果飄移量高達閥控制信號10%的時候，就需要對閥進行補償了。如果10%的控制輸出信號只是用于保持位置，只剩下90%被用于驅動執行器運動，與飄移方向相反。結果就是，執行器也許只能得到該方向全速的90%。因此，對于有快速需求的場合，具有較大零飄的閥無法確保執行器達到期望的最大速度。

零偏的調整很容易，伺服閥通過調整閥體上面的螺釘，或者比例閥通過調整放大器來實現。當輸入至閥的控制信號設定為零時，調整螺釘或放大器，直至執行器停止飄移。另外一種情況，對于軸控位置閉環系統，你可以通過調整零位螺釘或者放大器，直至輸入至閥的控制信號為零電壓。零偏的補償也可以在運動控制器實現，通過調整零偏或者零位參數。

如果在其閉環控制算法里，運動控制器有積分環節，當其工作在閉環控制模式時，積分環節將自動補償零偏。然而，錯誤的使用積分作為零位補償會導致一些不期望的行為。比如，因為積分不適用于開環模式，在點動或者部分循環周期的時候其工作于開環模式，零偏就有可能不會被校正。因此，最好是在閥體或者運動控制器的零偏參數上面調節零偏，而不是依賴于PID算法的閉環補償。

關注零飄

不斷變化的零位條件，稱之為零飄，是一個更為嚴重的問題。這可能是因為背壓，液動力，或者莫名其妙的原因或錯誤的閥芯控制所致。零飄需要控制器持續穩定地改變信號輸出，確保閥能夠鎖定位置護著保持穩壓。

這可能會損害位置或者壓力控制的性能以及重復性，雖然高性能的運動控制器在偏差不太大的時候可以補償該變化。

為了最小化零飄的影響，閥芯顯得尤為重要。一個良好設計的伺服比例閥控制器具有內部控制環，其使得閥芯位置比例于控制信號，見圖1。理想的情況是，當控制器發送至閥50%的控制信號時，閥芯位置將停留在50%的流量控制位置。

圖1

現在假設控制器輸出0%的控制信號，驅動閥芯移至零位，或者0%的位置。當閥芯越來越接近0%零位的時候，誤差將變小，因此校正誤差的力也變小。該力也許不足以克服真實的摩擦力或者液動力，因此，一個很小的零位偏差依然存在。

只有比例控制的閥將無法達到期望的位置，因為來自閥芯控制器的力不足以大，從而把偏差減小至零。PI（比例積分）控制器因為有積分環節，最終可以減小閥芯期望位置和實際位置的偏差至零，并且減小零飄影響。

對死區的處理

似乎，通過使用閥芯中位封閉的閥來消除零偏和零飄顯得非常有趣。這些閥的閥芯被加工成在零位具有死區，即沒有油液流動，如圖2所示。一些閥的死區達到20%，這意味著控制器輸出控制信號達到20%的時候，油液才會開始流動。這些閥如果應用在閥芯必須在零位來回運動從而確保位置或壓力的工況，將會有問題。

圖2

許多運動控制器具有死區參數調節，可以部分補償死區影響。在如上所示例子，可以在閥芯移動方向上給一個20%的初始設定值。不幸的是，在許多應用中，這并不有效，因為閥芯移動還是需要消耗時間的。

通常，控制器必須與閥快速響應，使得執行器活塞兩側的油液快速進出，從而確保位置或者活塞兩側的差動力。這意味著閥芯必須快速移動，行程可能達到閥芯行程的40%——只是為了保持位置！

當閥芯在死區位置時，沒有油液流動。因此，在閥芯移動離開死區的期間（可能幾毫秒或更多），由位置或者壓力傳感器測出的結果就是零。

液壓閥制造商通過他們的閥芯能夠移動有多快來評定他們的閥，但是在許多應用中，他們是如何很好的控制零位流量則顯得更為重要。零位的特性，如圖2（a）所示，顯然不是控制算法想要的線性響應。由于在響應方面的負作用，以及零位的極端非線性特征，具有死區的閥應該避免應用在伺服控制系統中——而應采用具有零遮蓋的閥，如圖2（b）。

具有死區的閥唯一能夠被可靠應用在精密控制的場合就是該閥閥芯將移動至某一側，并只在該區域工作。速度控制就是其應用的一種案例——液壓執行器的運行速度被控制，其通過閥芯移至一側能夠有多快速度來實現。

平衡閥和鎖止閥

圖3

在此種結構中，就有可能出現伺服閥總是試圖讓活塞桿伸出，但是流量被截斷了，因為油缸無桿腔的壓力不足以打開平衡閥。

電磁通斷截止閥

圖4