图5: 1955年开始的先导级滑阀设计
液压控制阀的最初设计是在MIT，并在由Blackburn，Reethof和Shearer合著的书上有详尽的描述。这本书是在50年代，由MIT员工给工业领域的工程师培训的一个课程。这种阀显示，电气位置反馈可以做得很有效，因此也带动了扭矩马达的发展。
Cadillac Gage FC-2 阀 (图 4b)值得我们注意的，它是两级阀的先驱，后来也成为了设计标准：它在先导级把力矩马达与喷嘴挡板结合起来(虽然是单喷嘴)，主阀芯的机械力反馈采用反馈弹簧杆。
Moog阀（图4a）最初由W.C.(Bill)Moog在康奈尔航空实验室（Cornell AeronauticalLaboratory）设计，。Moog带来了大量实际的提高。通过弹簧管支撑力矩马达，使得弹簧管偏置时更轻，摩擦力更小，减小了阀的阈值，提高了分辨率。1953年Moog获得了此项专利之后，又开始申请其它方面的专利，即改变单喷嘴设计的缺陷，提出了采用双喷嘴挡板的机构，以消除其对供油压力的敏感。
一个通常的故障就是磁性颗粒被油液带入聚集在力矩马达，这在Series 2000阀上第一次得到了解决，即通过把力矩马达和油液隔离开来。贝尔航空（BellAerospace）在1953年申请了此项专利。
到1957年为止，约另外17项阀的新设计出现了，并被美国空军评估，包括制造商Boeing, Lear, Dalmo Victor, Robertshaw Fulton, Hydraulic Research, Hagan和National Water。两级双喷嘴挡板阀开始占据市场主流。需要注意的是，喷嘴挡板的结构比先导级采用滑阀的结构制造上更便宜，因为所有先导级的滑阀都需要采用颤振频率克服摩擦，有时甚至是正遮盖。
下面的设计有些新颖的地方：
Sanders SA17D – 音圈（voice coil）/双喷嘴挡板/机械力反馈：所有元件轴向布置。
Cadillac Gage FC200 – 干式力矩马达/双喷嘴挡板/液压反馈
Pegasus Model 20 – 音圈（voice coil）或者电磁铁/双喷嘴-双挡板/通过在阀芯端部设置小孔，实现机械位置反馈；双向对称版本（见图4c）
Hagan – 音圈（voice coil）/ 先导级滑阀，旋转以减小摩擦/无反馈
同期反馈的技术问题主要是零漂（虽然主要原因是力矩马达的温度敏感性），喷嘴和挡板的锈蚀，力矩马达的非线性（如果设计电流过小），以及高频不稳定。当时，只有Moog和Cadillac Gage有批量生产的阀用于商用目的，Bendix也有很多阀，但只在最终客户那里进行测试。
3. 工业阀
到20世纪50年代底，两级机械力反馈伺服阀已经在军事和航空领域开始应用，，，以及伺服液压系统开始应用于太空火箭的发射。
此时，伺服液压可能的工业应用也被人们逐渐意识到，大量的应用包括机床，注塑机，汽轮机，冶金轧机，以及仿真和测试工业的精密控制。一些工业阀是从航空阀改动而来的，比如“73”系列为最早的工业阀，是由Moog引入的。
工业阀必须要便宜，易维护，并包括如下特征：
阀体可更大，方便机加工
先导级独立，便于调整和维护
标准油口尺寸
内置过滤器，应对工业过滤略低的标准
相对于机械阀芯位置反馈，电气反馈可以获得更高的闭环增益，从而提高动态响应，而且也可以校正滞环或者温度效应引起的误差。机械反馈阀固有的安全和紧凑对航空领域来说具有很大的吸引力，但是在工业阀，从1970年之后开始采用电气反馈。这其中一个标志性的事件就是Bosch在1973年引入了板式安装伺服阀，带射流管，采用霍尔效应位置传感器，更重要的是带集成电子放大器。
Rexroth, Bosch, Vickers以及其它的液压制造商均开发了单级伺服阀，采用一对比例电磁铁控制弹簧对中的阀芯，开环控制，其与在20世纪50年代开发的单级阀类似，但是当时被航空工业应用给否决了。通过采用电气位置反馈和闭环控制，改善了控制精度以及响应时间。与比例电磁铁相比，线性力马达或者音控线圈执行器改善了线性度；80年代，用稀土磁体（Rare earth magnet）代替磁钢（Alnico magnet），克服了先导级输出力大小的局限性。这种直动式阀由Moog开发（图6），之后Parker也开发了类似产品，其具有与二级阀相当的动态响应。
图6：力马达直接驱动，集成电子
表2示出了典型阀的特性，包括阀芯驱动力型式。高的阀芯驱动力不仅有利于克服液动力，加速阀芯运动，而且可以更好的克服小颗粒污染物的夹杂，从而避免卡阀。
表 2: 典型4通阀的性能参数@额定流量40L/min（70bar压降）
4. 新颖的电液伺服阀设计
这些年来，各种各样的关于阀的设计被探索和开发出来，用以提高动态响应，减小泄漏，改善维护性或者提升其它相对于传统阀的优点。大部分的研究都集中在采用新的方法来改善阀芯驱动，其常常涉及到新材料的应用。
4.1 压电效应执行器
当电场作用的时候，压电陶瓷变形非常快，但是最大变形量很小，大约只有0.15%。因此，采用堆栈方式的执行器（图7a）实际上也需要运动的放大，即使在先导级（例如挡板运动大概0.1mm）。矩形弯曲执行器（图7b）可以为先导级提供足够的位移，合理的力范围（10N~100N）。此种弯曲型式的陶瓷层厚度大约20μm，因此电压大约至50V，可提供足够的磁场强度。然而，压电陶瓷材料受制于滞环（典型的20%），蠕动，堆栈执行器长度取决于温度等因素的影响。由于执行器表现得像一个电容，响应速度通常受限于放大器电流的限制。
在1955年关于阀的调查中，电机械转换的执行器只有电磁的方式，但也提到“压电晶体”被用于某些试验模型，以获取更好的响应。然而，到目前为止还是没有被广泛接受，由于对其抗震性能，温度变化，电气噪音等的高度怀疑，以及较难从晶体里获取足够的位移。压电晶体的阀在1955已有专利，包括压电晶体挡板用于双喷嘴挡板阀，还有传递流体的压电晶体油泵。
图7：压电效应
采用堆栈方式的执行器驱动阀芯需要一些运动放大。比如采用静压变压器，内充硅橡胶并带有一定的面积比率。相位滞后-90°的带宽频率可达270Hz，并且在阀芯两端采用两个反向的执行器以减小温度敏感性（图8）。机械放大采用连杆的方式（图9）。
图 8：阀芯运动带静压放大压电堆栈运动
图 9：阀芯运动，带机械放大压电堆栈运动
采用压电执行器代替二级阀中的力矩马达在众多的研究中均有报告。图10，该伺服阀采用机械反馈阀移动挡板。图11，一种航空伺服阀，带反馈杆，采用矩形压电陶瓷弯曲执行器来驱动偏转装置，发明者认为其在射流管处只会产生更小的液动力。与力矩马达相比，其被认为压电陶瓷弯曲执行器可以更好加工，更好测试，以及具有更好的重复性。在最近的一个样机中，环形执行器被用于先导级。先导级是迷你阀，带正遮盖以弥补泄漏。采用电气位置反馈的阀见图12。
图10：压电堆栈，用于两级阀
图 11：压电矩形弯曲执行器，射流管两级机械反馈阀
图 12：压电环形弯曲执行器 先导阀芯 两级电反馈阀
另外一种采用压电陶瓷堆栈工作原理的阀如图13。先导级的4个节流口构成H-桥式回路，且均是可调的，采用汽车燃油喷射，带40μm行程，-90°的带宽达到1kHz以上。
图 13：独立的压电效应控制 先导级H桥式回路节流孔
图14所示的是另外一种提高直动式阀的快速响应的新理念。采用堆栈技术，阀芯阀套移动范围+/-20μm，相当于传统的线性力马达+/-1mm的移动距离。因此，即使在高于60Hz以上的频宽，也可以实现很精密的流量控制。
图 14：双作用阀 高频响 长行程执行器
4.2 其它的一些新设计
磁致伸缩是另外一种材料现象，可被用于创造“智能执行器”。磁致伸缩阀芯的运动也已经被测试很多年。它面临的与压电陶瓷一样的挑战，如有限位移量，滞环，温度敏感性等。
4.3 增材制造
增材制造Additive Manufacturing，俗称3D打印，给液压元件的制造带来新的方法。AM可以用以减轻阀块的重量，更重要的是提供设计者更多的设计自由度，因为不需要考虑一些加工制造的约束。例如图12所示的压电效应阀，采用激光熔融技术，用钛合金制造阀块。图15显示了最终的成品阀，图16显示的是AM阀体，图17示例了CT扫描阀体的内部情况。
图 15：原型 增材制造
图 16：AM制造阀体细节
图 17：CT扫描阀体
5. 结论
一些基本的关于单级阀或者两级阀的设计理念在20世纪50年代中期被提出来的。两级的机械反馈的伺服阀在60年达开始应用于航空，以及一些高性能要求的工业领域。单级阀，带比例电磁铁或者线性力马达驱动阀芯的，在70年代和80年代作为一种低成本解决方案，开始应用于工业系统，并且随着阀芯位置带反馈和集成电子的应用不断增长。
力矩马达驱动的两级伺服阀得到了极大的成功应用。尽管如此，手工安装和调整力矩马达始终证明是必须的。在一些应用，寻找一些潜在的具有更高动态响应的压电效应伺服阀或者其它材料，吸引越来越多的兴趣。尽管60年来，人们没有停止对新材料，新技术的研究，但是力矩马达依然继续在使用。也许将来，会出现真正的竞争者。
增材制造，特别是在制造量不太大（例如在航空航天）的时候，消除了阀体和其他液压元件中的许多制造限制。这将使一些设计思想突破物理的限制，而加工制造的潜能将得到进一步发挥。
进一步的发展趋势是伺服阀的智能化。集成自校正功能、状态监测和通信能力的提高是工业电液伺服阀的发展趋势，也将在航空航天得到应用。
应该注意的是，阀控液压系统的面临的挑战正在发生，如采用电液执行器（伺服泵控制执行器），或泵伺服变量控制的机器更节能。然而，这种系统的功率密度和动态响应远远低于传统的阀控系统，所以技术的发展轨迹依然是不确定的。
