ATOS比例伺服閥主要原理區(qū)分介紹
    ATOS比例伺服閥研制域的新型材料運(yùn)用，主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器研制開發(fā)。它們各具有其自己的良特性。
    ATOS比例伺服閥在一定的電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（ATOS比例伺服閥的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。ATOS比例伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板，由壓電疊堆的伸、縮實(shí)現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)。目前壓電式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點(diǎn)，伺服閥頻寬甚至能達(dá)到上千赫茲，但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點(diǎn)，制約了壓電元件在電液伺服閥上的進(jìn)一步應(yīng)用。
    ATOS比例伺服閥在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生大得多的長度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動(dòng)型伺服閥是把 GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連，通過控制驅(qū)動(dòng)線圈的電流，驅(qū)動(dòng)GMM的伸縮，帶動(dòng)閥芯產(chǎn)生位移從而控制伺服閥輸出流量。該閥與傳統(tǒng)伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)高的特點(diǎn)，而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的點(diǎn)。目前，在ATOS比例伺服閥和內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)的高速電磁閥，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究。從目前情況來看GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比，具有應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點(diǎn)。各國對(duì)GMM電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當(dāng)重視，GMM技術(shù)水平快速發(fā)展，已由實(shí)驗(yàn)室研制階段逐步進(jìn)入市場(chǎng)開發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數(shù)匹配等方面的問題以利于在高科技域得到廣泛運(yùn)用。
    ATOS比例伺服閥將其在高溫下定型后，冷卻到低溫狀態(tài)，對(duì)其施加外力。一般金屬在超過其彈性變形后會(huì)發(fā)生*變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會(huì)恢復(fù)其原來高溫下的形狀。利用其特性研制的伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執(zhí)行器，通過加熱和冷卻的方法來驅(qū)動(dòng)SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮，驅(qū)動(dòng)閥芯作用移動(dòng)，同時(shí)加入位置反饋來提高伺服閥的控制。從該閥的情況來看，SMA雖變形量大，但其響應(yīng)速度較慢，且變形不連續(xù)，也限制了其應(yīng)用范圍。
    ATOS比例伺服閥技術(shù)上的運(yùn)用主要有兩種方式：其一，在ATOS比例伺服閥模擬控制元器件上加入D/A轉(zhuǎn)換裝置來實(shí)現(xiàn)其數(shù)字控制。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可把控制元器件安裝在閥體內(nèi)部，通過計(jì)算機(jī)程序來控制閥的，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化補(bǔ)償?shù)裙δ堋５嬖谀M電路容易產(chǎn)生零漂、溫漂，需加D/A 轉(zhuǎn)換接口等問題。其二，為直動(dòng)式數(shù)字控制閥。通過用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成電機(jī)的步進(jìn)信號(hào)來控制ATOS比例伺服閥的流量輸出。該閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度及位置開環(huán)可控及可直接數(shù)字控制等點(diǎn)，被廣泛使用。
    但在實(shí)時(shí)性控制要求較高的場(chǎng)合，如按常規(guī)的步進(jìn)方法，無法兼顧量化精度及響應(yīng)速度的要求。浙江工業(yè)大學(xué)采用了連續(xù)跟蹤控制的辦法，消除了兩者之間的矛盾，獲得了良的動(dòng)態(tài)特性。此外還有通過直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥芯來實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等多種控制方式或ATOS比例伺服閥結(jié)構(gòu)改變等方法來形成眾多的數(shù)字化伺服