流体控制阀作为流体传动与控制系统的核心部件,决定整个系统的性能,伴随着现代工业的发展需求,高响应、高精度与高可靠性的流体伺服控制技术已然成为研究的重点之一。基于电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀能够克服传统伺服阀的缺陷,具有结构简单、响应快速、抗污染能力强和可靠性高等显著优势,对其性能的提升也会促进流体传动与控制系统的发展,因而对单级直接驱动的流体控制阀的研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文以高性能的电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀系统为研究对象,以提升流体传动与控制系统的控制性能为目标,通过系统方案设计、理论分析、数学建模、仿真计算和试验验证相结合的方法,对电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀系统的控制技术和磁阻式直线位移传感器等方面进行深入和详细的研究。论文的主要工作和研究成果包括以下几个方面:(1)针对电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀系统的要求,可以根据实际需求按开关阀模式和伺服阀模式工作,实现高响应和高精度的流体流量、压力等参数的调节。在详细分析系统特点与功能的基础上,完成了系统的方案设计,搭建了由系统控制器、功率驱动电路、系统执行器、系统传感器组成的整体框架,并进行了系统的硬件和软件设计,为后续的模型建立和仿真打下基础。(2)建立了电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀系统的数学模型,并进行了仿真分析,包含了电路子系统、机械子系统、磁场子系统和流体子系统相互耦合的分析,在Matlab/Simulink下搭建系统模型并进行仿真模拟,详细分析了参数对系统性能的影响,为后续控制参数的选取提供依据。最后搭建了系统的电流环和位置环双闭环控制结构,进而为电磁执行器直接驱动的流体控制阀系统的性能研究和控制方案奠定基础。(3)为了满足系统对高精度和低成本要求的直线位移测试,研究了磁阻式位移传感器,基于磁阻原理设计了一种应用于直接驱动的流体控制阀系统的磁阻式直线位移传感器。针对电磁直线执行器存在瞬变大电流引起的电磁干扰等问题,提出一种差动方式的双磁阻位移传感器应用方案。在Ansoft软件下建立三维仿真模型,为传感器偏置磁钢的布置和选取提供参考和依据。通过仿真与试验确定了合适的传感器位置、磁钢几何参数及安装位置等,并搭建了试验平台,对所设计的传感器进行了静态和动态测试,验证方案的可行性并测试所设计的传感器性能,满足了直接驱动的流体控制阀系统对直线位移的检测要求。(4)针对电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀系统的快速响应和高精度要求,研究了基于逆系统+增益调度PI的连续升程的复合控制方法。利用逆系统的快速响应特性和增益调度PI的精准性优势,采用分段控制,并增加过渡过程。在远离目标位置时,采用逆系统控制,在接近目标位置时,切换为PI控制,并采用模糊切换规则进行控制算法的自动切换,实现了直接驱动的流体控制阀在设定的升程内任意位置的控制目标,同时保证一定的控制精度。(5)完成了基于全格式无模型自适应控制的研究。在建立不依赖系统参数的非线性模型的基础上,通过特征参量的辨识算法和控制算法的在线交互进行实现了应用电磁直线执行器直接驱动的流体控制阀的自适应控制。在Matlab/Simulink下建立数学模型,仿真模拟验证了算法的可行性,并计算存在干扰和负载力下系统的响应。最后在搭建的试验测试平台上进行了试验验证,结果表明算法能够实现直接驱动的流体控制阀的不同升程而不需要改变控制参数,算法的自适应性强,稳态误差小,响应速度高。