气动比例、伺服、数字控制阀（pneumatic ratio servo numerical control valves）

　　工业自动化的发展，一方面对气动控制系统的精度和调节性能等提出了更高的要求，如在高技术领域中的气动机械手、柔性自动生产线等部分，都需要对气动执行机构的输出速度、压力和位置等按比例进行们服调节；另一方面气动系统各组成元件在性能及功能厂都得到了极大的改进；同时，气动元件与电子元件的结合使控制回路的电于化得到迅速发展，利用微型计算OL使新型的控制思想得以实现，传统的点位控制已不能满足更高要求，并逐步被一些新型系统所取代。现已实用化的气动系统大多为断续控制，在和电于技术结合之后，可连续控制位置、速度及力等的电一气伺服控制系统将得到大的发展。在工业较为发达的国家电，电一气比例伺服技术、气动位置伺服控制系统、气动力伺服控制系统等已从实验室走向工业应用。本节主要介绍气动电液比例控制阀及气动伺服阀的工作原理。

　　气动电液比例控制阀是一种输出量与输入信号成比例的气动控制阀，它可以按给定的输入信号连续、按比例地控制气流的压力、流量和方向等。由于电液比例控制阀具有压力补偿的性能，所以其输出压力、流量等可不受负载变化的影响。

　　接控制信号的类型，可将气动电液比例控制阀分为气控电液比例控制阀和电控电液比例控制阀。气控电液比例控制阀以气流作为控制信号，控制阀的输出参量、可以实现流量放大，在实际系统中应用时一般应与电一气转换器相结合，才能对各种气动执行机构进行压力控制。电控电液比例控制阀则以电信号作为控制信号。

　　a．气控比例压力阀

　　气控比例压力阀是一种比例元件，阀的输出压力与信号压力成比例，如图31为比例压力阀的结构原理。当有输入信号压力时，膜片6变形，推动硬芯使主阀芯2向下运动，打开主阀口，气源压力经过主阀芯节流后形成输出压力。膜片5起反馈作用，并使输出压力信号与信号压力之间保持比例。当输出压力小于信号压力时，膜片组向下运动。使主阀口开大，输出压力增大。当输出压力大于信号压力时，膜片6向上运动，溢流阀芯3开启，多余的气体排至大气。调节针阀的作用是使输出压力的一部分加到信号压力腔．形成正反馈，增加阀的工作稳定性。

1 弹簧 2 阀芯 3 溢流阀芯 4 阀座

图31 气控比例压力阀

　　如图32所示为喷嘴挡板式电控比例压力阀。它由动圈式比例电磁铁、喷嘴档板放大器、气控比例压力阀三部分组成，比例电磁铁由{yj}磁铁l0、线圈9和片簧8构成。当电流输入时，线圈9带动档板7产生微量位移，改变其与喷嘴6之间的距离，使喷嘴6的背压改变。膜片组4为比例压力阀的信号膜片及输出压力反馈膜片。背压的变化通过膜片4控制阀芯2的位置，从而控制输出压力。喷嘴6的压缩空气由气源节流阀5供给。

1 弹簧 2 阀芯 3 溢流口 4 膜片组 5 节流阀 6 喷嘴 7 挡板 8 片簧 9 线圈 10 磁铁

图32 电控比例压力阀

　2 气动伺服控制阀

　　气动伺服阔的工作原理与气动比例阀类似，它也是通过改变输入信号来对输出信号的参数进行连续、成比例的控制。与电液比例控制阀相比，除了在结构上有差异外，主要在于伺服阀具有很高的动态响应和静态性能。但其价格较贵，使用维护较为困难。

　　气动伺服阀的控制信号均为电信号，故又称电一气伺服阀。是一种将电信号转换成气压信号的电气转换装置。它是电一气伺服系统中的核心部件。图33为力反馈式电一气伺服阀结构原理图。其中{dy}级气压放大器为喷嘴挡板阀，由力矩马达控制，第二级气压放大器为滑阀。阀芯位移通过反馈杆5转换成机械力矩反馈到力矩马达上。其工作原理为：当有一电流输入力矩马达控制线圈时，力矩马达产生电磁力矩，使挡板偏离中位（假设其向左偏转），反馈杆变形。这时两个喷嘴档板阀的喷嘴前腔产生压力差（左腔高于右腔），在此压力差的作用下，滑阀移动（向右），反馈杆端点随着一起移动，反馈杆进一步变形，变形产生的力矩与力矩马达的电磁力矩相平衡，使挡板停留在某个与控制电流相对应的偏转角上。反馈杆的进一步变形使挡板被部分拉回中位，反馈杆端点对阀芯的反作用力与阀芯两端的气动力相平衡，使阀芯停留在与控制电流相对应的位移上。这样，伺服阀就输出一个对应的流量，达到了用电流控制流量的目的。

1 节流口 2 滤气器 3 气室 4 补偿弹簧 5 反馈杆 6 喷嘴 7 挡板 8 线圈 9 支撑弹簧 10 导磁体 11 磁铁

图33 电-气伺服阀

　　脉宽调制气动伺服控制是数字式伺服控制，采用的控制阀大多为开关式气动电磁阀，称脉宽调制伺服阀，也称气动数字阀。脉宽调制伺服阀用在气动伺服控制系统中，实现信号的转换和放大作用。常用的脉宽调制伺服阀的结构有四通滑阀型和三通球阀型。图34为滑阀式脉宽调制伺服阀原理。滑阀两端各有一个电磁铁，脉冲信号电流轮流加在两个电磁铁上，控制阀芯按脉冲信号的频率作往复运动。

1 电磁铁 2 衔铁 3 阀体 4 阀芯 5 反馈弹簧

图34 气动数字阀(脉宽调直伺服阀)