伯德图是如何描述伺服阀的技术参数（转自 液压传动与控制）

原文作者：Peter Nachtwey

译者：腾益登

液压工程师应知道并理解伯德图，以充分利用伺服阀的特性。

在运动控制中使用的伺服阀在产品手册中都有伯德图的描述。对于工程师的问题是，如何阐释伯德图所传递的信息。

基本的伯德图绘制了两条数据线：幅值特性曲线与相位曲线。两条曲线都绘制成为频率的函数。频率在横坐标上采用对数，单位用弧度每秒或赫兹（Hz）表达。大多数阀的伯德图均采用对数频率特性表达。

幅值或增益大小用分贝（db）测量，类似于音频设备的频率响应。分贝是使用对数公式计算的，但以线性比例绘制。

基本的公式如下：

将阀芯的实际幅值和相位与阀输入信号的幅值和相位进行比较。信号发生器以不同的频率将正弦波发送到伺服阀。随着频率的增加，阀芯的输出正弦波幅值逐渐减小，相位延迟（以度为单位）增加。

将阀芯的输出幅值与在0 Hz处的参考幅值进行比较。 输入信号和阀芯响应之间的相位延迟也将作为频率的函数进行测量。

阀体内的阀芯位置如何测量？伺服比例阀提供阀芯位置电压反馈，比较容易获得。

测试的油压是多少？在多高压力下，液动力会影响阀芯的运动？

这些问题的答案在伺服阀制造商的产品样本中是无法找到了。这使得根据制造商的技术参数来比较各种阀的特性很不准确。

通常，伺服阀制造商会在增益下降至-3db时对阀进行评估，或者在90度的相位延迟下对阀进行评估。

该伯德图显示了用自然频率为40 Hz，阻尼系数为0.5测试的阀的幅值大小和相位。在50 Hz附近，幅值下降到-3 db，相位延迟会增加到大约90°。

注意，幅值大约在15到30 Hz时增加到略高于0（单位增益）。 这是由于较低的阻尼系数。增益的“突变”随着阻尼系数的增加而减小。

伺服阀的伯德图显示的相位与教科书的显示方式不同。伺服阀伯德图左下方显示相位延迟为0，在右侧开始增加。 但是，大多数教科书显示相位延迟从左上角的0开始，到右递减。

伺服阀制造商对伺服阀进行评级的方式有两个困难。 -3db的标定不应用于估算伺服阀的真实响应。 在50 Hz时，−3db则意味着应该移动±1 mm的阀芯实际上只移动±0.707 mm。假设伺服阀是线性的，那将导致速度比理想值降低近30％。为了进行运动控制，最好使用幅值为0 db的频率。在上面的示例中，该频率约为30 Hz。

另一个问题是使用-90°作为运动控制延迟的标定。 这是因为执行器的速度由伺服阀控制，但是我们通常要控制的是位置。将速度积分到位置增加了90度相位延迟。 如果阀芯也增加了90度的相位延迟，则总和超过了180度。因为还必须包括其他小的相位延迟。

当相位延迟超过180度时，系统振荡。 实际上，最好查看阀的相位延迟达到45度的频率。 并将该值用作伺服阀的可用频率响应。在上图中，这发生在大约28 Hz。

许多伺服阀阀具有伯德图，其中不止一条线代表增益和相位。可能会有两个或三个曲线图测量不同正弦波幅度下的响应。通常会有一个正弦波幅度的曲线图，其中为输入信号的5％。这些响应很好，但是人们不会购买额定流量为每分钟100升的伺服阀，而只使用每分钟5升的能力。但是，在进行压力或力控制时了解5％的响应将很有帮助，因为伺服阀的压力带通常只有零点几个百分点。当进行正常的点对点移动时，重要的是输入在90-95％时的响应。

在设计位置伺服控制系统时，工程师需要查看并了解伺服阀的伯德图，以便更好地估计控制阀的实际功能并避免不期望的意外。