5GPa高温高压流变仪作为地质深部研究领域内的先进实验仪器,超高压力的产生和精确控制是决定其性能的关键技术之一。近几年来,液压超高压技术得到了迅速的发展,在航天、地质、材料成型等各领域内都有广泛的应用,对集成、便于自动化控制的超高压压力发生器有迫切的需求。本文在对国内外研究学者以及厂家所研究和制造的超高压压力发生器详细调研分析的基础上,采用控制灵活、结构简单的直驱式电液伺服控制技术和高度集成的DSP测控系统,来完成数字式液驱超高压发生单元的设计研究,使其能连续输出超高压力,且具有精度高、稳定性好,集成化,便于扩展等特性。通过分析研究直驱式电液伺服控制系统结构、性能等,确定了压力发生单元整体方案,完成了所需的机械结构、液压系统的设计、制造、装配、调试等,实现了通过双向液压增压器增压获得超高压力。为进一步研究输出超高压力的性能,也便于后续测控系统的开发,根据各模块的工作原理和结构在Matlab中对超高压力发生单元进行了整体数学建模,并在Simulink中对压力输出特性进行了仿真研究,仿真结果表明,本系统的压力稳定性和换向时间、蓄能器容积大小、工作压力大小等参数有紧密的关系,采用蓄能器、降低换向时间,可以减小压力波动量,提高输出超高压力的动态性能。为了实现系统的单元化、自动化、且便于嵌入到其他测控系统中,且解决当前伺服驱动器低速特性较差的问题,确定了以DSP控制芯片TMS320F2812为主控制器的测控方案,包含电机空间矢量控制模块,电流、电压、转速、转矩、压力等关键参数的测量模块,USB端口的数据存储模块,以单片机为控制器的触摸屏人机交互模块等。测控系统硬件由控制电路和电机功率驱动电路两部分构成,控制电路主要包含DSP的最小系统电路、各参数的信号检测电路、报警保护电路、SCI和CAN总线通讯电路、USB存储电路和触摸屏人机交互电路等。功率驱动电路主要有桥式整流和IPM逆变驱动电路,为避免PCB的电磁干扰,采取合理布线、强弱电隔离、滤波、分隔布板等抗干扰措施。利用面向对象和模块化的软件设计思想,借助结构体将各模块程序化,开发了包括主程序、数据采集和处理程序、电机控制程序、压力控制程序、人机交互程序等的压力发生单元测控系统软件。根据系统性能要求,在DSP测控平台上研究并实现了数据多路高精度、高效模拟信号采集。采用了基于液压压力控制环、伺服电机速度控制环、电机定子电流控制环的三闭环离散化PID控制策略,其中伺服电机运动控制作为系统主要控制对象,其性能的好坏决定了输出压力的综合性能,重点针对伺服电机的运动控制部分进行了设计,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,在DQ坐标系内完成定子电流的PID控制,优化电机控制的静动态性能,提高压力控制的精度。在设计完成的数字式液驱超高压发生单元上进行了试验分析研究,对采用空间矢量算法控制的伺服电机输出特性进行了测试,三路SVPWM控制波形、相电流等实际测试结果表明电机控制策略取得了较好的效果,且有良好的速度响应特性。通过压力PID参数正交试验,初步找出了适合本系统的PID参数值。采用蓄能器提高蓄能容积,改善了压力输出特性,并研究了换向时间和工作压力大小对压力输出特性的影响规律,为后续的超高压发生单元研究奠定基础。