大流量2D数字伺服阀关键技术的基础研究

针对高频响、大流量这一电液伺服系统的核心技术，本项目提出2D数字阀的解决方案。液压放大部分采用改进型的伺服螺旋机构，通过增大控制流量实现阀芯的轴向运动对其转角的快速响应；针对数字阀对电-机械转换器高频响的要求，提出了一种湿式、低惯量的多极伺服电机的新结构；通过高性能的嵌入式数字控制器及连续跟踪控制算法，实现伺服电机转子角位移对输入信号闭环、快速的连续跟踪控制。通过对伺服螺旋机构的流场、静态和动态等特性进行深入的理论分析和实验研究，为大流量2D伺服阀结构设计奠定理论基础；通过对低惯量伺服电机的磁场、输出力矩以及动态响应特性进行仿真分析、数值计算及性能测试，为阀用伺服电机电-机械转换器的优化设计提供理论依据；通过对嵌入式控制系统的闭环跟踪控制算法的深入研究，为大流量2D数字伺服阀的控制、传动间隙和阀口零位死区的颤振补偿提供新的嵌入式控制模式。

本项目研究目标为研制高频大流量2D数字伺服阀及其嵌入式数字控制器。阀体的液压放大部分采用改进型的伺服螺旋机构，通过增大控制流量实现阀芯的轴向运动对其转角的快速响应，以此来满足2D数字伺服阀大流量的要求；在电-机械转换元件方面，本项目提出了一种湿式、低惯量的多极伺服电机的新结构以满足2D数字伺服阀高频响的要求；在控制方法上，本项目通过高性能的嵌入式DSP数字控制器及连续跟踪控制算法，实现了伺服电机转子角位移对输入信号闭环、快速的连续跟踪控制，以及对2D数字伺服阀的传动机构间隙和阀口零位死区提供颤振补偿，较好的消除了其滞环非线性以及因正重叠开口所引起的流量死区，从而不再需要耗时费力的阀口流量配磨，使得“高性能”和“低成本”在伺服阀身上同时实现真正成为可能。 . 研制成功的高频大流量2D高性能数字伺服阀样机（12.5mm通径，流量150L/min）具有良好的静动态特性，各项指标均达到或超过国外同类电液伺服阀的水平：在幅值25%阀满开口条件下，对应-3dB、-90°的实测频宽约为140Hz；在阀满开口的阶跃信号作用下，实测的阶跃响应上升时间约为8ms，最大百分比超调量为5.3%，稳态误差基本上为0。