智能型液压阀基础科学问题研究

The intelligent hydraulic valves are the key control components in the hydraulic systems of the intelligent manufacturing equipment. In order to improve the intelligence for the electro-hydraulic control valve, the key fundamental theoretical problems are investigated including: 1) the flow states of the ports of the valves including pressure and velocity distributions are investigated. A pressure compensation method with pressure sensor mounted near the valve orifice and an indirect flow measurement method based on flow calculation are proposed to expand the sensing ability of the valves. 2) The relationships between the fluid resistance decoupling control methods and the load conditions are explored. The control strategies for flow-in flow-out and multi fluid resistance decoupling structures are proposed to achieve programmable functions in the valve controller. 3) The interaction mechanism between the oil film characteristics and the sticking force as well as the wear of the spool is studied. The safety design principles and the fault diagnosis strategy for spool stick and wear based on integrated oil film measurement are proposed for electrical control valves. This project is very important for improving the intelligence of the hydraulic valves and the results can be references for intelligent valve design and evaluation.

智能液压阀是智能液压基础件中最核心的控制元件，决定了基础制造装备的智能化水平。针对电液控制阀智能化方面存在的主要问题，对集成式多传感器精确测量与补偿、阀口阻尼解耦及其自适应控制规律、安全设计评估及故障诊断预测方法进行研究。1）揭示液压阀阀口流场分布与压力流量等参数的映射关系，提出压力近端测量方法和无位移传感型流量软测量方法，拓宽液压阀感知自身工作状态的能力。2）揭示液压阀多阀口解耦下压力流量独立控制与负载特性匹配规律，提出进出口液阻独立型先导控制技术和低压力冲击的离散液阻变压驱动模式及时序控制策略，为实现功能可编程电液控制阀的液阻灵活控制奠定基础。3）揭示油膜特性与阀芯卡滞磨损的相互作用机理，建立基于油膜厚度测量的阀芯卡死故障诊断和阀芯磨损预估策略，提高液压元件的安全性和智能维护水平，拓展电液控制元件在智能装备上的应用，为智能型电液控制阀的设计与应用提供理论基础。

本项目面向浙江省两化融合领域对重大装备与高端装备配套需求，围绕智能液压核心控制关键基础件智能液压阀，开展相关基础科学问题研究。针对智能型液压阀存在的阀内集成传感器信息不丰富、阀口液阻控制决策形式不灵活、安全与可维护性差等问题，对集成式多传感器精确测量与补偿，阀口液阻解耦及其自适应控制规律，安全设计评估及故障诊断预测方法进行研究。研究工作为我国智能液压阀的研制奠定了理论基础。.围绕增强液压阀核心状态参数检测能力，实现了液压阀阀口压力集成测量功能；提出了一种基于AdaBoost神经网络的流量软测量模型，实现了误差小于2%的流量精确计算。.围绕传统结构液压阀，提出了先导阀死区在线检测与补偿控制方法，以及基于先导阀流量特性补偿的液压阀控制算法，使阀芯位置跟踪误差从4.91%降至1.87%，阀芯稳态控制精度从0.2%提高到0.08%，产品静动态性能指标达到国际先进水平。.围绕阀口液阻解耦控制形式，设计了阀口结构解耦型先导式液压阀，解决了先导阀死区硬补偿问题，相较于传统结构液压阀整阀频率响应提高了约50%；提出了基于电流预配比策略的先导阀芯联动控制方法，使得新型结构液压阀稳态控制精度提高到0.12%，消除了动态跟踪时的换向滞后与过零位滞后现象。.围绕阀口液阻数字离散控制形式，研制了微型高频响液压阀，其尺寸（Ф12mm）、全行程开启响应时间（1.15ms），全行程关闭响应时间（0.8ms）、额定流量（0.65L/min）达到了国际领先水平。在此基础上，研制了基于惠斯通液压全桥的离散式先导式液压阀原理样机及其实验台，以及基于多阀组联合脉宽调制的全阀口离散型智能阀样机及其实验台。.围绕液压阀安全设计评估及故障诊断预测方法，提出了一种改进型无迹卡尔曼滤波器故障检测模型，提高了算法的跟踪性和故障敏感性；提出一种结合故障偏差位和比例方向阀运行状态位的故障代码，解决了液压阀故障表现会随运行状态改变所导致的故障特征不唯一的问题；提出了综合考虑工况和时间序列因素的故障特征提取方法，使得故障的定位率达到95.5%。