基于并联型先导控制的大流量高频响伺服阀设计及控制理论研究

随着电液伺服系统在重大装备中的广泛应用，对大流量电液伺服阀的快响应指标的要求越来越高。采用传统串联型先导控制结构的伺服阀在解决"大流量"与"高频响"这对矛盾时，遇到了难以逾越的困难。而并联型伺服控制方案已成为解决该问题的重要研究方向。其中，基于并联型先导控制的伺服阀是解决该矛盾最有效的解决方案。本项目基于并联型先导控制原理，提出并联型先导级参数的非对称设计方法和基于并联先导级的伺服阀主级位置闭环分段非线性协同控制策略等两个具有创新性的研究思路。此方案将可同时实现大流量高频响伺服阀在两个工作点之间大范围跳变的阶跃响应和在一个工作点附近的高频调整频率响应性能指标的优化。该项目为我国大流量、高频响电液伺服技术的新发展奠定了重要的理论基础，并进一步地拓宽了电液伺服阀的应用领域。

本项目针对在压铸机、液压机和冶金设备中广泛应用的大流量电液伺服/比例插装阀进行研究。为缓解大流量伺服/比例插装阀的额定流量和频率响应之间的矛盾，提出基于并联先导级的大流量电液伺服插装阀方案，并从以下几个方面进行了研究：(1)比例插装阀结构参数与主机工况的匹配性设计；(2)并联先导级的流量配置方案；(3)先导阀的非线性数学模型及其闭环控制算法；(4)基于并联先导级的主阀芯位置闭环控制。取得了如下成果：(1)根据压铸机压射系统的工况推导了比例插装阀主要结构参数的匹配性设计公式。在保证额定流量、控制精度和响应速度的前提下，按先导流量最小原则，优化了比例插装阀主阀芯结构参数；(2)针对直动式伺服比例阀实现了无速度传感器的滑模控制，显著提高了其频率响应性能；(3)提出了基于非对称流量分配的并联先导级方案及分段非线性闭环控制算法。通过建模、仿真和试验验证了基于该方案的电液伺服插装阀对小幅值激励信号的频率响应、滞环和精度等指标明显优于同规格的传统电液伺服插装阀。上述成果已获发明专利2项，发表论文5篇，并在压铸行业获得了小批量应用，推动了国产实时控制压铸机的发展。