比例技术现状

申 请 资 助 项 目 情 况

名 中文

称 英文 电液伺服/比例阀动态品质提升及其检测的关键技术研究 Key Techniques on Measurement and Improvement of Dynamic

Characteristics of Electrohydraulic Servo/Proportional Valve

研究类别 基础研究□ 应用基础þ 技术开发 □

国家重点项目□ 省市或部门重大项目□ 自选项目□

项目来源 863高技术研究项目□ 国家自然科学基金项目□

其他项目þ

研究经费

来 源 及

数 额 企业合作项目（宁波华液机器制造有限公司），25万元

项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状：

1.1 研究内容

电液伺服/比例阀，能够将微弱的电信号转换为大功率的液压能输出，是实现电液伺服/比例控制的核心部件，随着电液伺服/比例控制系统在航空航天、冶金、军事等领域内应用的拓展和深入，电液伺服/比例阀的综合品质，尤其是动态品质如频响、阶跃响应时间等，越来越滞后于相关领域的发展要求。

电-机械转换器作为电液伺服/比例阀的输入单元，其功能是将输入的控制信号转换为机械量（力或力矩）输出，驱动控制阀芯产生直线或旋转运动；电-机械转换器作为电液伺服阀的驱动部件，它的动态特性的优劣，直接决定了电液伺服/比例阀的动态品质。电-机械转换器的工作一般基于电磁-机械能转换即电磁驱动原理，因此，要提高电液伺服/比例阀的动态品质，一种有效的解决途径就是提高电-机械转换器电磁场的驱动力或力矩。

与此同时，电液伺服/比例阀的性能测试必不可缺；电液伺服/比例阀的静态指标相对容易得到，但是随着电液伺服/比例阀动态品质要求的不断提高，如一些应用场合已要求其截止频率大于1kHz，而常用的动态测试手段频响有限，已经难以满足测试要求，因此电液伺服/比例阀动态品质的测试已成为其性能测试中亟待解决的技术难点。

本项目开展电液伺服/比例阀动态品质的提升及其检测的研究，着眼于提高电液伺服/6

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Szczyrbak 等细致的研究了LVDT

的信号调理，对激

励源、信号调制类型、放大器、过滤器以及专用的

调理芯片等给以了详细的介绍[12]次级线圈 ；国内，浙江大学

流体传动及控制国家重点实验室曾研究开发出

CWDG-H04 耐高压电感式位移传感器，该传感器采

用耐高压导管，能够有效测定阀芯在压力腔中的位

移[13]；清华大学白立芬等通过合理的选择LVDT特性

曲线的不同区域，有效地减小了零点残余电压的影

响，提高了仪器的测量精度[14]；北京京海泉公司开

发的高精度位移传感器，性能指标与国际同行的水

平相当[15]。LVDT结构简单，灵敏度高；但是，

LVDT在动态测试时受载波频率以及过滤频率的局

限，其响应速度受到限制，因此LVDT频响范围小，

适用于接触式静态测量,不宜用于高频动态测量。

电涡流传感器也是目前电液伺服阀中应用最为广

泛的一种。日本KYB公司采用电涡流传感器作为其

动圈式电-机械转换器的位移检测装置，协助完成闭

环控制，实现了很好的控制精度[16]；申请者提出了

一种新型耐高压电涡流位移传感器，采用螺管式结构，能够实现高压环境下电-机械转换器的位移检测[17]。电涡流位移传感器具有非接触测量、灵敏度高、抗干扰能力强、油液污染的影响小等优点；但是，电涡流传感器的线性范围窄，受温度影响严重，一般不能耐液体高压，且测试特性与被测材料相关。

应用CCD等快速响应的光学器件进行高频响电-机械转换器的动态测量，国内外的文献报道较少，大多数的研究集中在CCD激光微位移的测量上。西北工业大学石成英等就激光微位移的测量头在实际应用中的问题和解决方法给以了研究[18]；海军航空工程学院的赵育良等采用CCD进行视频采集，开发出基于多普勒效应的可进行动态微位移测量的激光微位移测量系统[19]；四川大学周肇飞等研制出集成非接触式光电传感器，将干涉法测量微观形貌、三角法测量微位移、散射法测量表面粗糙度3种测量方式结合起来，性能与单功能传10

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项目的科学意义、学术价值、应用前景、解决什么前人尚未解决的问题并务必 说明本人的创新之处及主要特色：

2.1 项目的科学意义、学术价值及应用前景

电液伺服/比例阀，能够将微弱的电信号转换为大功率的液压能量输出，是实现电液伺服/比例控制的核心部件，在航空航天、冶金、电力电气、军事以及工程机械等领域得到广泛的应用；随着电液伺服/比例控制系统应用领域的拓展和深入，电液伺服/比例阀的综合品质，尤其是动态品质如频响、阶跃响应时间等，越来越滞后于工业的发展要求。因此，如何提高电液伺服/比例阀的动态品质，以便更好的服务于工业发展，已经成为流体传动及控制领域的研究焦点。

与此同时，电液伺服/比例阀的性能测试必不可缺；电液伺服/比例阀的静态指标相对容易得到，但是随着电液伺服/比例阀动态品质要求的不断提高，一些应用场合已要求其截止频率大于1kHz，而常用的动态测试手段频响有限，已经难以满足测试要求，所以电液伺服/比例阀动态品质的测试已成为其性能测试中亟待解决的技术难点。

本项目开展电液伺服/比例阀动态品质改善及其检测的研究，能够为提高电液伺服/比例阀的动态品质提供设计准则和参考依据，能够为电液伺服/比例阀动态品质的检测提供实现手段，为准确把握电液伺服/比例阀的综合性能提供测试基础，更深层次的，为研究开发具有我国自主知识产权的新型性能优良的电液伺服/比例阀奠定基础。因此，本项目的研究工作具有较强的科学意义和工程实用价值，能够推广应用到多个工业领域中，应用前景广阔。

2.2 创新及主要特色

本项目的创新和主要特色集中在电液伺服/比例阀动态品质的提升及其检测关键技术的开发，具体有以下三点：

1) 提出改善电液伺服/比例阀动态品质的磁路结构及磁场参数优化的设计方法；

2) 提出耐高压高频响电涡流传感器结构方案以及相应的信号调理模块；

3) 提出基于CCD的高频响电液伺服/比例阀动态测试装置的可行性方案。

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