"Operation of Servo-valve in a hydraulic actuator"

hydraulic systems ေတြကို open loop system နဲ႔ closed loop system ဆိုၿပီး ခြဲၿခားသတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။ open loop system ဆိုတာကေတာ႔၊ hydraulic fluid ဟာ အသံုးၿပဳၿပီး cycle ရဲ႕ အဆံုးမွာ၊ unpressurized fluid return အၿဖစ္၊ hydraulic tank သို႔၊ ၿပန္လည္ေရာက္ရိွလာမယ္႔ system ၿဖစ္ပါတယ္။ hydraulic pump ရဲ႕ အဝင္ inlet နဲ႔ hydraulic motor ရဲ႕ အထြက္ return တို႔ႀကားမွာ directional valve တလံုး၊ တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ return line ကိုေတာ႔ hydraulic tank ၿဖင္႔၊ ဆက္သြယ္ထားပါတယ္။

 

Fig. (A) - Open loop system and (B) - Closed loop system

closed loop system မွာေတာ႔၊ hydraulic fluid ဟာ အသံုးၿပဳၿပီး cycle ရဲ႕အဆံုးမွာ၊ closed pressurized loop တခုအတြင္းရိွေနကာ၊ hydraulic tank သို႔၊ return အေနနဲ႔ ၿပန္မလာတဲ႔ system ၿဖစ္ပါတယ္။ hydraulic pump ရဲ႕ အဝင္ inlet နဲ႔ hydraulic motor ရဲ႕ အထြက္ return line တို႔ကို တိုက္ရိုက္ဆက္သြယ္ထားပါတယ္။

electrical signal အသံုးၿပဳကာ၊ valve spool ရဲ႕ position အား လိုအပ္သလို ေၿပာင္းလဲေရြွ႕လၽွားေစနိဳင္တဲ႔ hydraulic valves ေတြကို၊ 'servo-valve' လို႔ေခါါကာ၊ 'flapper nozzle type' နဲ႔ 'jet pipe type' ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခား သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။closed loop control system ေတြမွာ၊ servo-valve ကို command sensor, feedback sensor ေတြ အပါအဝင္ analog သို႔မဟုတ္ digital controllers ေတြနဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳၿခင္းၿဖင္႔၊ တိကၽတဲ႔ accurate position control အား ရရိွေစနိဳင္ပါတယ္။

servo-valve ကို hydraulic actuator နဲ႔ combination အၿဖစ္ တြဲဖက္ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ servo-actuator လို႔ေခါါပါတယ္။ servo-valve ကို low power electrical signal ေပးသြင္းရံုၿဖင္႔၊ hydraulic actuator သို႔မဟုတ္ hydraulic motor အား၊ တိကၽတဲ႔ accurate position နဲ႔ေရြွ႕လၽွားေစနိဳင္ပါတယ္။ servo-valves ေတြမွာ၊ torque motor, flapper nozzle သို႔မဟုတ္ jet pipe နဲ႔ spools အစရိွတဲ႔ အစိတ္အပိုင္းေတြကို၊ ထည္႔သြင္း တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ 

 

 Fig. Cross section view for flapper nozzle type 2-stage servo-valve

hydraulic actuator သို႔မဟုတ္ hydraulic motor ကို တိကၽတဲ႔ accurate position ၿဖင္႔ေရြွ႕လၽွားေစရန္၊ servo valve မွ ပထမအဆင္႔ 'Stage 1' နဲ႔ ဒုတိယအဆင္႔ 'Stage 2' ဆိုၿပီး၊ အဆင္႔ (၂) ဆင္႔ၿဖင္႔ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ တခါတရံ တတိယအဆင္႔ 'Stage 3' ထည္႔သြင္းထားတဲ႔ servo valves ေတြ ကိုလည္း ေတြ႔ရတတ္ပါတယ္။ 

ပထမ အဆင္႔ 'Stage 1' ဟာ hydraulic pressure amplification ၿဖစ္ၿပီး၊ flapper nozzle သို႔မဟုတ္ jet pipe နဲ႔ spools တို႔မွေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ low power electrical signal ေႀကာင္႔၊ flapper nozzle သို႔မဟုတ္ jet pipe ေရြွ႕လၽွားၿပီး၊ differential pressure '∆_p' ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ '∆_p' ေႀကာင္႔ spool ေရြွ႕လၽွားၿပီး၊ spool မွ '∆_p' ကို amplification အၿဖစ္၊ pressure တိုးၿမွင္႔ကာ၊ hydraulic actuator သို႔မဟုတ္ hydraulic motor သို႔ သက္ေရာက္ေစပါတယ္။

spool မွ hydraulic actuator သို႔မဟုတ္ hydraulic motor သို႔ hydraulic pressure သက္ေရာက္ေစၿခင္းဟာ၊ ဒုတိယအဆင္႔ 'Stage 2' ၿဖစ္ပါတယ္။ တတိယအဆင္႔ 'Stage 3' ထည္႔သြင္းထားတဲ႔ servo valves ေတြမွာေတာ႔ additional spool ကိုတတ္ဆင္ထားၿပီး၊ spool ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔ ဒုတိယအဆင္႔ 'Stage 2' မွ hydraulic pressure ကို additional spool သို႔ သက္ေရာက္ေစပါတယ္။ additional spool valve မွာ သက္ေရာက္တဲ႔ pressure အား actuator သို႔မဟုတ္ motor သို႔ေပးသြင္းၿခင္႔ၿဖင္႔၊ servo system အၿဖစ္ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။

servo-valve မွာ hydraulic pressure inlet နဲ႔ torque motor အတြက္၊ electrical input ကိုေပးသြင္းပါတယ္။ စီးဝင္လာတဲ႔ electrical input current ရဲ႕ (+) positive သို႔မဟုတ္ (-) negative ပမာဏေပါါမူတည္ၿပီး flapper ေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ flapper ေရြွ႕လၽွားမွဳမွတဆင္႔ servo-valve အတြင္းမွ၊ spool ေရြွ႕လၽားၿပီး၊ hydraulic actuator ရဲ႕chambers 'A' နဲ႔ 'B' တို႔အတြင္းမွ hydraulic pressure ကို၊ controlled အေနနဲ႔ ထိမ္းေႀကာင္းေပးပါတယ္။ spool ေရြွ႕လၽားတဲ႔အခါ၊ servo-valve ရဲ႕ port ေတြမွာ အဖြင္႔အပိတ္ ၿဖစ္ေပါါလာၿပီး၊ hydraulic pressure ကို actuator ရဲ႕ တဖက္အၿခမ္းအတြင္းသို႔ စီးဆင္းေစပါတယ္။ actuator ရဲ႕ အၿခားတဖက္ အၿခမ္းအတြင္းမွ hydraulic fluid ကိုေတာ႔၊ servo-valve အတြင္းသို႔ return အေနနဲ႔ ၿပန္လည္၊ စီးဝင္ေစပါတယ္။

'Flapper nozzle servo-valve' - electromagnetic torque motor ဟာ flapper ကိုေရြွ႕လၽွားေစပါတယ္။ motor မွာ၊ ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ torque ဟာ၊ ေပးသြင္းတဲ႔ applied current နဲ႔ proportionally တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽၿပီး၊ ေသးငယ္တဲ႔၊ mili-ampere range ပမာဏ ၿဖင္႔သာ၊ ေပးသြင္းပါတယ္။ torque motor မွာ၊ magnetically permeable armature (၁) ခု ပါဝင္ၿပီး၊ coil (၂) ခုကို armature winding အၿဖစ္ 'ပတ္' ထားပါတယ္။ armature ဟာ flapper piece ရဲ႕ အစိတ္အပိုင္းၿဖစ္သလို၊ permanent magnets (၂) ခုအႀကားမွာ တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ applied current ကို armature coil သို႔ေပးသြင္းတဲ႔အခါ၊ armature မွာ၊ magnetic flux ေတြေပါါေပါက္လာပါတယ္။ 

permanent magnets ေတြရဲ႕ magnetic poles ေတြႀကားမွာ၊ ေပးသြင္းတဲ႔ applied current ရဲ႕ direction အရ၊ armature မွ magnetic poles ေတြရိွေနပါတယ္။ permanent magnets ေတြဟာ၊ armature မွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔ magnetic poles ရဲ႕ direction ေပါါမူတည္ၿပီး၊ direction မတူတဲ႔အခါ attraction အေနနဲ႔ ဆြဲယူမွာၿဖစ္သလို၊ direction တူတဲ႔အခါ repelling အေနနဲ႔ တြန္းကန္ပါတယ္။

permanent magnets ေတြရဲ႕ attraction နဲ႔ repelling ေႀကာင္႔၊ armature ဟာ၊ torque တန္ဖိုးပမာဏတခုၿဖင္႔ လည္ပတ္သြားပါတယ္။ armature လည္ပတ္တဲ႔အခါ၊ flapper လည္းလိုက္ပါေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ permanent magnets ေတြဟာ၊ လည္ပတ္သြားတဲ႔ armature အား၊ position တခုမွာ lock အေနနဲ႔ ပံုေသရိွေနေစၿပီး၊ applied current ပမာဏထပ္မံတိုးၿမွင္႔မွသာ၊ ေနာက္ထပ္ position တခုသို႔ ဆက္လက္လည္ပတ္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

flapper ဟာလည္း၊ armature မွာ သက္ေရာက္တဲ႔ magnetic flux ေတြေႀကာင္႔၊ lock အေနနဲ႔ position တခုမွာ ပံုေသ ရိွေနတဲ႔အၿပင္၊ nozzles ေတြမွာရိွေနတဲ႔ hydraulic flow forces, flapper hinge point ရဲ႕ friction force တို႔ အပါအဝင္၊ flapper နဲ႔ spool တို႔ကို ဆက္သြယ္ေပးထားတဲ႔ feed back spring wire ရဲ႕ forces ေတြေႀကာင္႔၊ torque balance အေနနဲ႔ တည္ၿငိမ္ေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ flapper နဲ႔ spool တို႔ကို feed back spring wire ၿဖင္႔ ခၽိတ္ဆက္ထားတဲ႔အတြက္၊ servo-valve မွာ stability ပိုမိုရရိွနိဳင္သလို၊ performance လည္း ပိုမိုေကာင္းမြန္လာတာ ေတြ႔ရပါတယ္။

applied current ရဲ႕ direction ကိုေၿပာင္းလဲၿပီး၊ ေပးသြင္းလိုက္တဲ႔အခါ၊ armature ဟာ မူလ permanent magnet မွ၊ အၿခား permanent magnet တခုထံသို႔ reverse direction ၿဖင္႔လည္ပတ္ကာ၊ ေရြွ႕လၽွားသြားမွာၿဖစ္ပါတယ္။ armature ရဲ႕ လည္ပတ္မွဳေႀကာင္႔ flipper ဟာ nozzle တခုနဲ႔ ပိုမိုနီးကပ္သြားၿပီး၊ အၿခား nozzle တခုနဲ႔ ပိုမိုေဝးကြာသြားပါတယ္။ nozzle တခုနဲ႔ ပိုမိုနီးကပ္သြားတဲ႔အခါ၊ flipper နဲ႔ nozzle အႀကားမွ hydraulic fluid ရဲ႕ flow area ကၽဥ္းေၿမာင္းသြားၿပီး၊ အၿခားတဖက္မွာေတာ႔ flow area ကၽယ္ၿပန္႔သြားပါတယ္။ armature ဟာ၊ (~ 0. 01 radius) ပမာဏခန္႔သာရိွတဲ႔ အလြန္ေသးငယ္တဲ႔ angle နဲ႔သာ direction of rotation အၿဖစ္၊ လည္ပတ္သလို၊ flipper နဲ႔ nozzle တို႔ႀကားမွ gap အကြာအေဝး 'G' ဟာလည္း (0. 002 ~ 0. 003) inches ခန္႔သာရိွပါတယ္။

Fig. Flapper nozzle servo-actuator

'G' ဆိုတဲ႔ flipper နဲ႔ nozzle တို႔ႀကားမွ gap အကြာအေဝးႀကီးမားခဲ႔လၽွင္၊ armature ဟာ direction of rotation အေနနဲ႔၊ ဆက္လက္ မလည္ပတ္နိဳင္ေတာ႔တဲ႔အၿပင္၊ flipper မွာရိွေနတဲ႔ torque balance forces ေတြေႀကာင္႔ latch အေနနဲ႔ ကန္႔လန္႔ အတားအဆီးတခုလို၊ ၿဖစ္သြားတတ္ပါတယ္။ 

အထက္မွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔ 'Flapper nozzle servo-actuator' မွ၊ nozzle ရဲ႕ အဝင္ inlet ဟာ orifices inlet (၂) ခု ၿဖစ္ၿပီး၊ 'Q₁' နဲ႔ 'Q₂' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ nozzle ရဲ႕ အထြက္ outlet (၂) ခုကို 'P_n1' နဲ႔ 'P_n2' အၿဖစ္ သတ္မွတ္သလို၊ flapper နဲ႔ spool တို႔ကို ဆက္သြယ္ေပးထားတဲ႔ feed back spring wire ကိုေတာ႔၊ nozzle ရဲ႕ back pressure 'P_n3' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ nozzle inlet orifice 'Q₁' နဲ႔ 'Q₂' တို႔ဟာ၊ flapper ရဲ႕ ေရြွ႕လၽွားမွဳေပါါမူတည္ၿပီး hydraulic pressure နဲ႔ volume အေၿပာင္းအလဲကို၊ ေဆာင္ရြက္ေပးပါတယ္။ 

 

 

Fig. Flapper nozzle

flapper နဲ႔ nozzle တို႔ဟာ linear relation ၿဖင္႔ဆက္စပ္ေနၿပီး၊ flapper နဲ႔ nozzle တို႔ အႀကားမွာေပါါေပါက္လာမယ္႔ circumferential area ဟာ၊ nozzle diameter ထက္ေသးငယ္ပါတယ္။ nozzle တို႔ႀကားမွ circumferential area ဟာ၊ flow control area ၿဖစ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ flapper ရဲ႕ ေသးငယ္တဲ႔ ေရြွ႕လၽွားမွဳ movement မွတဆင္႔၊ accurate control ကို ရရိွေစတဲ႔အတြက္၊ torque motor ရဲ႕ materials, windings နဲ႔ overall design features ေတြဟာလည္း၊ အေရးႀကီးပါတယ္။ flapper ရဲ႕ movement ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ accurate control ဟာ pilot spool သို႔ သက္ေရာက္ၿပီး၊ pilot spool မွတဆင္႔၊ actuator ကို၊ actual control အေနနဲ႔ ေရြွ႕လၽွားေစမွာၿဖစ္ပါတယ္။

pilot spool ရဲ႕ ဟိုဖက္၊ ဒီဖက္ both sides (၂) ဖက္ စလံုးမွာ၊ flapper နဲ႔ nozzles တို႔ရဲ႕ control pressure acting သက္ေရာက္ပါတယ္။ flapper ဟာ အလယ္ဗဟို neutral position မွာရိွေနစဥ္၊ ဟိုဖက္၊ ဒီဖက္ nozzle flow areas ေတြဟာ ညီမၽွေနမွာၿဖစ္သလို၊ nozzle ရဲ႕ အထြက္ outlet pressures 'P_n1' နဲ႔ 'P_n2' တို႔ဟာလည္း၊ ညီမၽွေနမွာၿဖစ္ပါတယ္။ nozzle ရဲ႕ အဝင္ inlet မွ flow areas ေတြ ညီမၽွေနၿခင္းနဲ႔ inlet nozzle pressures ေတြ ညီမၽွေနၿခင္းကလည္း၊ neutral position မွာရိွေနတဲ႔ flapper ကို ပိုမိုတည္ၿငိမ္ေစပါတယ္။

flipper ဟာ၊ nozzle 'n₁' နဲ႔ ပိုမိုနီးကပ္သြားတဲ႔အခါ၊ nozzle ရဲ႕ အထြက္ outlet flow area လည္း၊ ကၽဆင္းသြားၿပီး၊ outlet pressures 'P_n1' ၿမင္႔တက္လာပါတယ္။ တခၽိန္တည္းမွာပဲ nozzle 'n₂' ရဲ႕ outlet flow area ၿမင္႔တက္သြားၿပီး၊ outlet pressures  'P_n2' ကၽဆင္းသြားပါတယ္။ မတူညီတဲ႔ outlet pressures 'P_n1' နဲ႔ 'P_n2' တို႔ေႀကာင္႔ differential pressure '∆_p' ေပါါေပါက္လာၿပီး၊ "(differential pressure  ∆_p=  P_n1 – P_n2 )" အရ spool ဟာ၊ outlet pressures နည္းတဲ႔ nozzle 'n₂' ဖက္ အၿခမ္းသို႔၊ ေရြွ႕သြားပါတယ္။ high pressure fluid ဟာ၊ actuator chamber 'P_A' အတြင္းသို႔ စီးဝင္လာၿပီး၊ actuator chamber 'P_B' အတြင္းမွ fluid ကေတာ႔ return အေနနဲ႔ servo-valve အတြင္းသို႔ ၿပန္လည္ စီးဆင္းသြားပါတယ္။ flapper ဟာ nozzle 'n₁' ဖက္သို႔ေရြွ႕သြားစဥ္၊ feed back spring wire မွ၊ neutral position သို႔ ၿပန္လည္ဆြဲယူပါတယ္။

Fig. Fiber-optic force sensor

flapper system မွာ stabilizing force ရရိွေစရန္၊ တတ္ဆင္ထားတဲ႔ spring wire အစား linear variable differential transducer ေတြကိုလည္း feed back အၿဖစ္၊ တတ္ဆင္အသံုးၿပဳပါတယ္။ 'Hall effect sensor' သို႔မဟုတ္ 'Piezoelectric sensor' နဲ႔ 'Fiber-optic force sensor' အစရိွတဲ႔ linear variable differential transducer ေတြရဲ႕ output signal ဟာ၊ armature သို႔ ေပးသြင္းေနတဲ႔ applied current ကို၊ control လုပ္ၿပီး stabilizing ရရိွေစရန္၊ ေဆာင္ရြက္ေပးနိဳင္ပါတယ္။

'Jet pipe servo-valve' - servo systems ေတြကို ခြဲၿခားႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ load positioning servo system, velocity servo system နဲ႔ force servo system ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ applications ေတြအေပါါမူတည္ၿပီး၊ servo systems ေတြ ကြဲၿပားေပမယ္႔၊ flapper nozzle type နဲ႔ jet pipe type servo-valve (၂) မၽိဳးထဲမွ၊ တမၽိဳးကို အဓိက main component အၿဖစ္ တတ္ဆင္ထားပါတယ္။ jet pipe type servo-valve မွာ spool ေရြွ႕လၽွားမွဳၿဖစ္ေပါါေစရန္၊ jet pipe အား၊ အသံုးၿပဳထားၿပီး၊ torque motor အလုပ္လုပ္ပံုကေတာ႔၊ flapper nozzle type servo-valve အလုပ္လုပ္ပံုနဲ႔ ဆင္တူပါတယ္။

jet pipe ဟာ hydraulic fluid moving ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔ kinetic energy  ကို၊ static pressure အၿဖစ္သို႔ေၿပာင္းလဲေပးပါတယ္။ servo-valve ရဲ႕ receiver block မွာ အေပါက္ hole (၂) ခု ပါဝင္ၿပီး၊ hole (၂) ခုရဲ႕ အလယ္ဗဟို center မွာ jet pipe ရိွေနတဲ႔အခါ၊ servo ဆိုတဲ႔ spool ရဲ႕ ဟိုဖက္ဒီဖက္ both end မွာ သက္ေရာက္ေနမယ္႔ hydraulic pressure ေတြဟာလည္း၊ ညီမၽွေနပါတယ္။ receiver hole တခုဖက္ဆီသို႔၊ jet pipe လည္ပတ္ကာေရြွ႕လၽွားသြားတဲ႔အခါ၊ receiver hole ရဲ႕ hydraulic pressure ဟာ၊ jet pipe နဲ႔ ေဝးသြားတဲ႔ receiver hole ရဲ႕ hydraulic pressure ထက္ ပိုမၽားလာမွာၿဖစ္ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ servo ဆိုတဲ႔ spool မွာ pressure unbalanced condition တခုေပါါေပါက္လာၿခင္း ၿဖစ္ပါတယ္။

Fig. Jet pipe centered position and Jet pipe rotate to right side position

 

Fig. Bernoulli's equation  

'Bernoulli’s equation' ကို၊ သံုးၿပီး၊ jet pipe ရဲ႕ rotational movement ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔ stagnation pressure 'P_S' ကို၊ တြက္ယူနိဳင္ပါတယ္။ stagnation pressure 'P_S' ဟာ၊ hydraulic fluid ရဲ႕ အလယ္ midstream မွာ ၿဖစ္ေပါါမယ္႔ maximum fluid pressure ၿဖစ္ပါတယ္။ 

jet stream ဟာ၊ receiver block ရဲ႕ အလယ္ဗဟိုကို၊ သက္ေရာက္ေနစဥ္၊ spool ရဲ႕ ဟိုဖက္ဒီဖက္ both end မွာ သက္ေရာက္ေနမယ္႔ hydraulic pressure ေတြ၊ ညီမၽွေနတဲ႔အတြက္၊ (∆_p = 0) အေနနဲ႔၊ differential pressure ၿဖစ္ေပါါၿခင္း မရိွနိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

jet pipe ဟာ၊ receiver block ရဲ႕ ညာဖက္ 'right side' သို႔ေရြ႔ွ႕လၽွားသြားတဲ႔အခါ၊ jet stream ေႀကာင္႔ ညာဖက္ receiver hole မွာ hydraulic fluid pressure ၿမင္႔တက္လာၿပီး၊ ဘယ္ဖက္ left side မွာရိွေနတဲ႔ receiver hole မွာေတာ႔ pressure ကၽဆင္းသြားပါတယ္။ differential pressure '∆_p' ေပါါေပါက္လာၿခင္းၿဖစ္သလို၊ jet pipe ရဲ႕ ေရြွ႕လၽွားမွဳ အကြာအေဝးဟာ၊ ေသးငယ္လြန္းေပမယ္႔ differential pressure ဟာ jet pipe travel range နဲ႔ linear relation ၿဖင္႔၊ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽပါတယ္။

Fig. Jet pipe servo-actuator

jet pipe ရဲ႕ nozzle diameter နဲ႔ receiver hole diameters ေတြဟာ၊ relationship အေနနဲ႔ ဆက္သြယ္မွဳရိွသလို၊ jet pipe nozzle ရဲ႕ performance လို႔ေခါါတဲ႔ optimization ဟာလည္း၊ servo-valve အတြက္ အေရးႀကီးပါတယ္။ 'maximum L = 2 D_n' ဆိုတဲ႔ nozzle နဲ႔ receiver hole အကြာအေဝး ဆက္သြယ္ခၽက္အရ၊ အမၽားဆံုးအကြာအေဝး maximum 'L' ဟာ၊ receiver hole diameter ထက္၊ (၂) ဆခန္႔သာ ရိွသင္႔ပါတယ္။ nozzle နဲ႔ receiver hole တို႔ဟာ၊ တတ္နိဳင္သမၽွ အနီးကပ္ဆံုး၊ အကြာအေဝးမွာ ရိွတဲ႔အခါ၊ optimization ပိုမိုေကာင္းမြန္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ 

optimization ေကာင္းမြန္မွသာ၊ actuator chamber 'A' နဲ႔ 'B' တို႔အေပါါ တလွည္႔စီသက္ေရာက္မယ္႔ hydraulic pressure 'P₁' နဲ႔ 'P₂' တို႔ကိုလည္း၊ maximum pressure အေနနဲ႔ ရရိွနိဳင္ပါတယ္။ Jet pipe servo-valve ရဲ႕ spool မွာ differential pressure '∆_p' သက္ေရာက္ေနစဥ္၊ stabilizing force ရရိွဖို႔၊ 'Flapper nozzle servo-valve' ေတြကဲ႔သို႔၊ feed back spring wire သို႔မဟုတ္ linear variable differential transducer ေတြကိုတတ္ဆင္ အသံုးၿပဳပါတယ္။

jet pipe servo-valve ရဲ႕ receiver block hole diameter ဟာ၊ ႀကီးမားပါတယ္။ hole diameter ႀကီးမားတဲ႔အတြက္၊ hydraulic fluid မွာ ေရာေနွာပါဝင္ေနတဲ႔ အမွဳန္၊ အနည္နဲ႔ အညစ္အေႀကးေတြေႀကာင္႔ contamination ရိွေနေပမယ္႔၊ jet pipe servo-valve ရဲ႕ servo operation ကို၊ ထိခိုက္နိဳင္ၿခင္း မရိွတာေတြ႔ရပါတယ္။ jet pipe orifices ဆိုတဲ႔ jet pipe nozzles ေတြရဲ႕ diameter ဟာ၊ flapper nozzle diameter ထက္၊ ပိုမိုႀကီးမားပါတယ္။

jet pipe nozzle diameter ႀကီးမားတဲ႔အတြက္ jet pipe servo-valve မွာ leakage flow ဆိုတဲ႔၊ internal leakage ၿဖစ္ေပါါတတ္ သလို၊ flapper nozzle servo-valve မွာေတာ႔ flapper nozzle diameter ေသးငယ္တဲ႔အတြက္၊ hydraulic fluid contamination ေႀကာင္႔၊ ပိတ္ဆို႔တတ္ပါတယ္။ flapper nozzle ပိတ္ဆို႔သြားတဲ႔အခါ၊ spool ဟာ direction တဖက္တည္းကိုသာေရြွ႕လၽွားၿပီး၊ အၿခားတဖက္သို႔ မေရြွ႕နိဳင္ပဲ၊ ရပ္ေနတတ္ပါတယ္။

'Servo movement' - spool အား၊ hydraulic fluid pressure ေပးသြင္းၿပီး၊ ဟိုဖက္ဒီဖက္ လိုအပ္သလိုေရြွ႕လၽွားေစၿခင္းကို 'servo movement' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ servo movement ရရိွေစရန္ အသံုးၿပဳတဲ႔ spool ဟာ rod တခုနဲ႔ ဆက္ထားတဲ႔ lands (၂) ခုပါဝင္တဲ႔ spool ၿဖစ္ၿပီး၊ bushing လို႔ေခါါတဲ႔ outer sleeve အတြင္းမွာေရြွ႕လၽွားပါတယ္။ hydraulic fluid စီးဝင္နိဳင္ေစရန္ sleeve မွာ flow port ေတြေဖာက္ထားၿပီး၊ spool နဲ႔ outer sleeve တို႔ကို၊ ေပါင္းစပ္ကာ 'servo' လို႔ေခါါပါတယ္။

'servo' ဟာ၊ hydraulic paths ရဲ႕ actuation component တခုၿဖစ္ပါတယ္။ spool ရဲ႕ position ေရြွ႕လၽွားမွဳဟာ၊ valve အတြင္း ၿဖတ္သန္းစီးဆင္းသြားမယ္႔ hydraulic fluid ရဲ႕ flow area ေပါါမူတည္ပါတယ္။ flow area ကို control လုပ္ၿခင္းၿဖင္႔၊ spool ရဲ႕ position ေရြွ႕လၽွားေၿပာင္းလဲမွဳ ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ open/ closed ဆိုတဲ႔ 'two position solenoid controlled', applied current အား၊ လိုအပ္သလိုေၿပာင္းလဲေပးသြင္းတဲ႔ 'proportional solenoid controlled' နဲ႔ 'mechanical lever controlled' အစရိွတဲ႔ နည္းလမ္းေတြကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ flow area ကို control လုပ္ႀကပါတယ္။  

 

Fig. Basic servo

 

Fig. Servo flow characteristic equation

'Servo flow characteristic equation' လို႔ေခါါတဲ႔ 'Turbulent orifice flow equation' အရ၊ valve spool position 'X_v' ဟာ၊ flow cross-sectional area 'A_v' နဲ႔ ဆက္သြယ္ေနပါတယ္။ flow cross sectional area ေႀကာင္႔ valve spool ရဲ႕ position ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ servo ရဲ႕ flow rate ကိုေတာ႔၊ outlet flow area မွ controlled လုပ္ၿပီး၊ outlet flow area ဟာ၊ inlet flow area ထက္ေသးငယ္ပါတယ္။

 

Fig. Servo lapping 

bushing လို႔ေခါါတဲ႔ outer sleeve အတြင္းမွာ spool တည္ရိွေနပံု အေနအထားကို 'lapped' လို႔ေခါါပါတယ္။ spool တည္ရိွေနပံု အေနအထားအေပါါမူတည္ၿပီး၊ servo ေတြကို zero lapped servo, over lapped servo နဲ႔ under lapped servo အၿဖစ္ခြဲၿခား၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ 'zero lapped servo' ရဲ႕ land width အကၽယ္နဲ႔ flow port ေတြရဲ႕ width ဟာတူညီပါတယ္။ land width နဲ႔ port width တူညီေနတဲ႔အတြက္၊ outlet မွာ zero flow position ၿဖစ္ေပါါေနၿပီး၊ tightest control အေနနဲ႔ တိကၽမွဳရိွတဲ႔ high precision servo-valves ေတြအၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ 'over lapped servo' မွာေတာ႔ land width ဟာ flow port width ထက္ပိုႀကီးပါတယ္။ spool ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ ေပါါေပါက္လာမယ္႔ flow area vs pressure curve ဆိုတဲ႔ flow area နဲ႔ pressure ဆက္သြယ္ခၽက္မွာ၊ dead-band အေနနဲ႔ေတြ႔နိဳင္ပါတယ္။ 

minimum spool movement ဟာ overlap dimension နဲ႔ညီမၽွၿပီး၊ spool ေရြွ႕လၽွားၿပီးမွသာ outlet flow စီးဆင္းပါတယ္။ overlapped servo ေတြရဲ႕ 'noise' factors tolerant ဟာႀကီးမားပါတယ္။ 'noise' factors tolerant ႀကီးမားတဲ႔အတြက္၊ တိကၽတဲ႔ control accuracy ရရိွနိဳင္မွဳ ကၽဆင္းသြားပါတယ္။ under lapped servo ရဲ႕ land width ဟာ၊ port width ထက္ငယ္တဲ႔အတြက္၊ spool position အကုန္လံုးမွာ၊ outlet flow စီးဆင္းေနပါတယ္။ outlet flow ႀကိဳတင္ရိွေနတဲ႔အတြက္၊ control response ပိုၿမန္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

 

Fig. Flow rate behavior  

'Turbulent orifice flow equation' အရ၊ servo port ရဲ႕ flow area ကို၊ 'A (X_v)' အၿဖစ္ သတ္မွတ္ပါတယ္။ flow area ဟာ valve တည္ေဆာက္ပံု type ပံုသ႑န္နဲ႔ spool position တို႔ အေပါါမူတည္ပါတယ္။ differential pressure '∆_p'  ဟာ၊ constant အေနနဲ႔ တည္ၿငိမ္ေနတဲ႔အခါ၊ flow rate နဲ႔ flow area တို႔ဟာ၊ proportionally varies အေနနဲ႔ တိုက္ရိုက္ အခၽိဳးကၽေၿပာင္းလဲေနမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ flow area ဟာ constant အေနနဲ႔ အေၿပာင္းအလဲမရိွတဲ႔အခါမွာေတာ႔၊ flow rate နဲ႔ differential pressure '∆_p' တို႔ဟာ၊ square root varies ဆိုတဲ႔ နွစ္ထပ္ကိန္းရင္း ဆက္သြယ္ခၽက္နဲ႔ လိုက္ပါေၿပာင္းလဲေနပါတယ္။

Fig. Effects of valve lapping on flow 

အေပါါမွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔ 'flow curve' မွာ၊ differential pressure '∆_p' ဟာ၊ constant အေနနဲ႔ တည္ၿငိမ္ေနၿပီး၊ servo မွ sleeve port  အတြင္းသို႔ ဝင္ေရာက္လာမယ္႔ hydraulic fluid ရဲ႕ controlled flow နဲ႔ valve position တို႔ရဲ႕ ဆက္သြယ္ခၽက္ၿဖစ္ပါတယ္။ zero lapped spool မွာ curve ဟာ controlled flow နဲ႔ valve position တို႔ရဲ႕ origin point အားတေၿဖာင္႔တည္း ၿဖတ္သန္းသြားတာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ overlapped servo မွာ၊ flow ဟာ zero အေနနဲ႔ ရိွေနၿပီး၊ sufficiently moved အေနနဲ႔ spool ေရြွ႕လၽွားသြားမွ flow စတင္ စီးဆင္းပါတယ္။ 

under lapped valve မွာေတာ႔ flow ဟာ servo ရဲ႕ directions (၂) ဖက္စလံုးသို႔စီးေနၿပီး၊ spool စတင္ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ၊ zero flow အေနနဲ႔ ရပ္တန္႔ သြားပါတယ္။ spool စတင္ေရြွ႕လၽွားၿခင္းကို load စတင္ ထမ္းေဆာင္ၿခင္းအၿဖစ္၊ သတ္မွတ္နိဳင္ၿပီး၊ zero flow အေနနဲ႔ servo မွ hydraulic fluid စီးဆင္းၿခင္း မရိွတဲ႔အေၿခအေနကို၊ 'null' position လို႔ေခါါပါတယ္။ spool ဟာ null position ကိုေကၽာ္လြန္သြားတာနဲ႔ လၽွင္ၿမန္စြာေရြွ႕လၽွားသြားၿပီး၊ sleeve ရဲ႕ outlet port အား အလၽွင္အၿမန္ပိတ္လိုက္ပါတယ္။

Fig. (A) Flow rate behavior for a two position servo and (B) Mechanically positioned servo

open/ closed ဆိုတဲ႔ 'two position solenoid controlled' servo ေတြမွာ၊ spool မေရြွ႕လၽွားခင္ minimum flow area 'A_min' အတြင္း၊ zero flow အေနနဲ႔ servo မွ hydraulic fluid စီးဆင္းၿခင္း မရိွသလို၊ spool ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ maximum flow area  'A_max' အား၊ 100 mili-seconds ေအာက္အခၽိန္တိုေလးအတြင္းမွာ၊ ခၽက္ၿခင္း ရရိွနိဳင္ပါတယ္။ 'mechanical lever controlled' ဆိုတဲ႔ mechanically positioned servo ေတြမွာေတာ႔၊ flow area ဟာ၊ mechanically input force 'F' နဲ႔ ညီမၽွပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ mechanically input force အေပါါမွာ တိုက္ရိုက္မွီခိုၿပီး၊ flow area ေၿပာင္းလဲတယ္လို႔၊ ဆိုနိဳင္ပါတယ္။ 

 

Fig. Spool grooves servo

servo ေတြကိုေရြးခၽယ္တတ္ဆင္တဲ႔အခါ၊ အသံုးၿပဳမယ္႔ pressure rating, ေပါါေပါက္လာမယ္႔ differential pressure နဲ႔ temperature rating, တတ္ဆင္ထားတဲ႔ spring, အသံုးၿပဳမယ္႔ actuation method နဲ႔ speed, closed loop system မွ interactions ဆိုတဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳမယ္႔ equipment နဲ႔ devices ေတြရဲ႕ သက္ေရာက္မွဳ effect, servo-valve materials, friction, seals/ clearances, failure modes နဲ႔ chattering အစရိွတဲ႔ အခၽက္အလက္ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားရန္ လိုအပ္ပါတယ္။

 

Fig. Electro-hydraulic servo-valve

အသံုးၿပဳမယ္႔ pressure rating နဲ႔ ကိုက္ညီတဲ႔ servo ၿဖစ္ဖို႔လိုသလို၊ servo အထြက္မွ၊ downstream pressure ဟာ၊ servo အတြင္းမွ orifice လို႔ေခါါတဲ႔ nozzle အား၊ flow restriction အေနနဲ႔ အေနွာက္အယွက္ေပးကာ၊ ၿပန္လည္ သက္ေရာက္တတ္တဲ႔အတြက္၊ differential pressure ဟာ downstream pressure ကို ခံနိဳင္ရည္ရိွရန္ လိုအပ္ပါတယ္။ 

servo ဟာ ပတ္ဝန္းကၽင္ေနရာရဲ႕ environmental temperatures ကို ခံနိဳင္ရည္ရိွဖို႔လိုအပ္ပါတယ္။ non-powered position မွာ servo ကို return အၿဖစ္ ၿပန္လာေစရန္၊ တခါတရံ spring ထည္႔သြင္းတတ္ဆင္ထားေလ့ရိွပါတယ္။ spring ရဲ႕ force ဟာ၊ non-powered condition အေၿခအေနအၿပင္၊ operating conditions အေၿခအေနအားလံုး အတြက္မွာပါ၊ လံုေလာက္မွဳရိွ မရိွကို၊ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားဖို႔ လိုသလို၊ solenoid သို႔မဟုတ္ mechanical linkage ဟာ၊ spring ရဲ႕ overcome force ကို၊ ခံနိဳင္ရည္ရိွရန္လည္း လိုအပ္ပါတယ္။ 

servo position ကို၊ control အေနနဲ႔ ထိမ္းေကၽာင္းတဲ႔အခါ၊ solenoid သို႔မဟုတ္ mechanical linkage တို႔ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ actuation method လို႔ေခါါပါတယ္။ actuation method ကိုေရြးခၽယ္ရာမွာ၊ hydraulic system တခုလံုးရဲ႕ overall system layout နဲ႔ design အားအေၿခခံၿပီး၊ solenoid အတြက္ ရရိွနိဳင္မယ္႔ maximum နဲ႔ minimum available voltages ေတြကို၊ ေရြးခၽယ္ပါတယ္။ mechanical linkage method ကိုေရြးခၽယ္တဲ႔ အခါမွာေတာ႔၊ hydraulic system တခုလံုးမွာေပါါေပါက္နိဳင္မယ္႔ inertia, friction နဲ႔ maximum applied load တို႔အား၊ အေၿခခံၿပီး ေရြးခၽယ္ပါတယ္။ hydraulic system ရဲ႕ structure နဲ႔ components ေတြအလိုက္၊ actuation method ဟာ၊ ကိုက္ညီမွဳ compliance ရိွမရိွကို၊ ထည္႔သြင္းစဥ္းစားရန္လိုအပ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ hydraulic system ဟာ၊ reset force ထည္႔သြင္းဖို႔ လိုအပ္တဲ႔အခါ၊ spring reset mechanism တတ္ဆင္ေပးရမွာၿဖစ္ပါတယ္။

servo ဟာ actuation device ၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ speed ကိုလည္း၊ ထည္႔သြင္း စဥ္းစားရန္လိုအပ္ပါတယ္။ solenoid ကိုအသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ 2 position (open/ closed) servo ေတြဟာ၊ လၽွင္ၿမန္တဲ႔ fast response servo ေတြ ၿဖစ္ၿပီး၊ closed အေနနဲ႔ ၿပန္ပိတ္တဲ႔အခါ၊ pressure waves ေတြေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။ pressure waves ဟာ၊ control system မွာ၊ shut off flow အၿဖစ္၊ အေနွာက္အယွက္ေပးတတ္တဲ႔အတြက္၊ fault အၿဖစ္ယူဆနိဳင္ပါတယ္။ pressure waves ေတြၿငိမ္သက္သြားေစရန္၊ time required အေနနဲ႔ 50 ~ 100 milliseconds ခန္႔ အခၽိန္ယူၿပီးမွ၊ actuation ကိုေဆာင္ရြက္ၿခင္းၿဖင္႔၊ shut off flow အားေလၽွာ႔ခၽနိဳင္ပါတယ္။

servo အတြက္အသံုးၿပဳထားတဲ႔ material ကို ေရြးခၽယ္တဲ႔အခါ၊ corrosion နဲ႔ environmental considerations ပိုင္းေတြကို ထည္႔သြင္းစဥ္းစားဖို႔ လိုအပ္သလို၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ extreme temperature ကိုလည္း၊ ခံနိဳင္ရည္ရိွရန္လိုအပ္ပါတယ္။ mechanically actuated servos ေတြဟာမွ၊ mechanical linkage method ကို အသံုးၿပဳထားတဲ႔အတြက္၊ spool မွာ friction ေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။ 

servo ေတာ္ေတာ္မၽားမၽားရဲ႕ spool နဲ႔ housing တို႔ကို၊ tight clearances အေနနဲ႔တတ္ဆင္ထားၿပီး၊ leakage မၿဖစ္ေပါါေစရန္ တားဆီးႀကပါတယ္။ တခါတရံလည္း leakage ကို တားဆီးဖို႔ seal ေတြကို၊ ထည္႔သြင္းအသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ tight clearances နဲ႔ seal တို႔မွာ၊ tear and wear ဆိုတဲ႔ ပြန္းစားၿခင္းေတြ ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ tear and wear down ဟာ၊ အသံုးၿပဳရာပတ္ဝန္းကၽင္ environmental conditions ေတြေႀကာင္႔ ေပါါေပါက္တတ္သလို၊ aging ဆိုတဲ႔အသံုးၿပဳမွဳ သက္တမ္းႀကာလာတဲ႔ အခါမွာလည္း ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ wear and tear ေႀကာင္႔၊ leakage flow ဆိုတဲ႔၊ internal leakage ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။

servo ဟာ၊ full closed position မွ full open position သို႔ေရြွ႕လၽွားေနစဥ္၊ လမ္းခုလတ္မွာ 'jamming' အေနနဲ႔ ဆက္မေရြႇ႕နိဳင္ပဲ ရပ္သြားတတ္ပါတယ္။ solenoid ဟာ၊ servo ကိုလံုေလာက္တဲ႔ current မေပးသြင္းနိဳင္တဲ႔ အခါမၽိဳးေတြနဲ႔၊ hydraulic fluid contamination ေႀကာင္႔၊ spool မွာ high friction ရိွေနတဲ႔အခါ၊ jamming ၿဖစ္ေပါါတတ္ၿပီး၊ failure mode လို႔ေခါါပါတယ္။ hydraulic fluid အဝင္အထြက္၊ upstream နဲ႕ downstream pressure ေႀကာင္႔၊ proportional servo ေတြမွာ၊ 'chattering' ၿဖစ္ေပါါတတ္ပါတယ္။ chattering ဟာ natural frequency တခုနဲ႔ အသံၿမည္တတ္သလို၊ fluid flow ကိုလည္း damping အေနနဲ႔ မတည္မၿငိမ္ ၿဖစ္ေစတတ္ ပါတယ္။

hydraulic fluid flow နဲ႔ differential pressure '∆_p' တို႔ဟာ၊ 'Turbulent orifice flow equation' အရ ဆက္သြယ္ေနၿခင္းၿဖစ္သလို၊ spool မွာေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ force balance ေႀကာင္႔ servo position ၿဖစ္ေပါါလာပါတယ္။ force balance မွာ flapper nozzle ဒါမွမဟုတ္ jet pipe မွတဆင္႔ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ differential pressure သာမက၊ spool မွာသက္ေရာက္ေနတဲ႔ friction forces, spring forces နဲ႔ flow forces ေတြလည္း ပါဝင္တဲအ႔ေႀကာင္း၊ အထက္မွာေဖာ္ၿပခဲ႔ပါတယ္။

spool ဟာ neutral position မွာရိွေနၿခင္းကို 'null position' မွာ servo-valve ရိွေနၿခင္းအၿဖစ္၊ သတ္မွတ္ပါတယ္။ null position ဟာ hydraulic fluid စီးဆင္းၿခင္းမရိွတဲ႔၊ non-flow position ၿဖစ္ပါတယ္။ servo-valve အမၽားစုကိုႀကည္႔လၽွင္၊ compression springs ေတြကို servo ရဲ႕ ဟိုဖက္ဒီဖက္ both side မွာ၊ တတ္ဆင္ၿပီး၊ 'null position' အၿဖစ္၊ ထိမ္းသိမ္းထားတာေတြ႔ရပါတယ္။

အခၽိဳ႕ servo-valve ေတြမွာေတာ႔ servo ရဲ႕ တဖက္တည္းမွာ compression spring တတ္ဆင္ထားတာေတြ႔ရပါတယ္။ applied current ေႀကာင္႔ spool ေရြွ႕လၽွားတဲ႔အခါ၊ spring ရဲ႕ force ထက္ၿမင္႔မားတဲ႔ over come force ရရိွမွသာ၊ null position မွေကၽာ္လြန္ၿပီး၊ ေရြွ႕လၽွားနိဳင္ပါတယ္။ အေႀကာင္းတစံုတခုေႀကာင္႔ applied current ရုတ္တရက္၊ ၿပတ္ေတာက္သြားတဲ႔အခါ၊ compression springs ေတြေႀကာင္႔ servo ဟာ၊ null position သို႔ ခၽက္ၿခင္းၿပန္လည္ေရာက္ရိွသြားၿပီး၊ hydraulic fluid စီးဆင္းမွဳကို ၿဖတ္ေတာက္လိုက္မွာၿဖစ္ပါတယ္။

null position ဆိုတဲ႔ non-flow position ကို 'null bias' လို႔လည္းေခါါႀကပါတယ္။ servo ကိုnull position မွေရြ႕သြားေစမယ္႔ applied current ကိုေတာ႔ 'null bias current' လို႔ေခါါပါတယ္။ null bias current ဟာ servo မွာ ၿဖစ္ေပါါသက္ေရာက္တတ္တဲ႔ supply pressure, operating temperatures နဲ႔ wear and tear ေတြေႀကာင္႔၊ အနည္းအမၽားအေၿပာင္းအလဲ ရိွတတ္ပါတယ္။ null bias current ကို rated current ရဲ႕ ± 3% ခန္႔အတြင္းထားရိွပါတယ္။ 

'Servo-valve flow characteristics' - servo ေရြွ႕လၽွားမွဳေႀကာင္႔၊ hydraulic fluid ရဲ႕ flow မွာ characteristics ေတြ၊ ေၿပာင္းလဲမွဳၿဖစ္ေပါါပါတယ္။ orifice flow equation ကို flow characteristics အေနနဲ႔၊ ေဖာ္ၿပနိဳင္သလို၊ control flow နဲ႔ load pressure တု႔ိ၊ ဆက္သြယ္ေနတာေတြ႔ရပါတယ္။

 

    Fig. Flow characteristics – Control flow vs. Load pressure

'i/ i_max' ဟာ၊ servo-valve သို႔ေပးသြင္းမယ္႔ applied current နဲ႔ maximum current တို႔ရဲ႕ ratio ၿဖစ္ပါတယ္။ 'ρ' ဟာ hydraulic fluid ရဲ႕ density ၿဖစ္ၿပီး၊ 'q' က flow rate ၿဖစ္ပါတယ္။ '∆_p' ဟာ differential pressure ၿဖစ္ၿပီး၊ servo-valve ဟာ null position တဝိုက္နဲ႔၊ spool travel ရဲ႕အဆံုးမွာ၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ higher gain ရရိွတာေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။

 

Fig. Servo flow characteristics – Control flow vs. Input current

input current အေပါါမူတည္ၿပီး၊ control flow ေၿပာင္းလဲပါတယ္။ အကယ္၍ differential pressure '∆_p' ဟာ၊ အေၿပာင္းအလဲမရိွ constant အေနနဲ႔၊ တည္ၿငီမ္ေနတဲ႔အခါ၊ control flow ဟာ liner အေနနဲ႔ လိုက္ပါေၿပာင္းလဲပါတယ္။ higher differential pressure '∆_p' ေႀကာင္႔ flow ၿမင္႔တက္လာပါတယ္။

 

Fig. Servo flow characteristics – Flow curve with hysteresis

current ကို 0 ampere မွ maximum positive ampere value၊ တခါ maximum negative ampere value မွ 0 ampere၊ အစရိွသလို ေပးသြင္းတဲ႔အခါ၊ control flow ကို အၿပာေရာင္ၿဖင္႔ေဖာ္ၿပထားတဲ႔ curve အေနနဲ႔ေတြ႔ရမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ servo-valve မွာ၊ torque motor ရဲ႕ electromagnetic effects ေတြနဲ႔ friction တို႔ေႀကာင္႔၊ hysteresis ေတြေပါါေပါက္ေလ့ရိွပါတယ္။ ideal flow curve မွာ hysteresis effects ကို ဥပမာအၿဖစ္ေဖာ္ၿပထားပါတယ္။

electromagnetic effects ဟာ၊ non-linear characteristic ရိွတဲ႔အတြက္၊ hysteresis loop ဟာ၊ input signal ေပါါမူတည္ၿပီး၊ non-linear width အေနနဲ႔ ၿဖစ္ေပါါလာတာကို၊ ေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။ friction ေႀကာင္႔ေပါါေပါက္လာတဲ႔၊ hysteresis ကေတာ႔၊ non-linearity characteristics နဲ႔ေပါါေပါက္ေပမယ္႔၊ backlash ဆိုတဲ႔ hysteresis loop ရဲ႕ clearance ေသးငယ္တာကိုေတြ႔ရပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ spool ရဲ႕ movement function တေလၽွာက္လံုးမွာ၊ constant အေနနဲ႔ ယူဆနိဳင္ပါတယ္။ servo-valve ရဲ႕ hysteresis ကို၊ valve dynamic position မွာရိွေနတဲ႔၊ inertia effect ကို၊ ထည္႔မတြက္ပဲ၊ spool ေရြွ႕လၽွားစဥ္ slow speed မွာ၊ တိုင္းတာၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

 

 
Fig. Servo flow characteristics – Flow curve with Hysteresis & Null Bias

null bias ေႀကာင္႔၊ servo မွာ unbalanced spring effect ေပါါေပါက္နိဳင္ပါတယ္။ servo ဟာ unbalanced spring effect ေႀကာင္႔ အလယ္ဗဟိုမွာမရိွပဲ၊ 'offset' အေနနဲ႔ direction တဖက္သို႔ ေရာက္ေနတတ္သလို၊ torque motor current ကို ပိုမိုေပးသြင္းလိုက္တဲ႔အခါ၊ shifting flow ေပါါေပါက္တတ္ပါတယ္။ electronic controllers ေတြ၊ closed loop position control loops ေတြနဲ႔တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔၊ servo-actuators ေတြဟာ၊ inherently ဆိုတဲ႔ပင္ကိုယ္မူလတည္ေဆာက္ပံုအရ၊ non-linear behavior ဘဘာဝ ရိွတာေတြ႔ရမွာၿဖစ္ပါတယ္။

Reference and image credit to : http://www.daerospace.com/, http://www.valvehydraulic.com/, http://robotics.case.edu/

Remark : All publications and images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.