水压比例阀是水压比例控制系统的核心元件,其响应性能直接影响整个系统的控制效果。然而水的密度大、粘度低、润滑性差、汽化压力高,给水压比例阀的研制与应用带来了许多挑战,具体体现在密封困难、摩擦力较大、易发生空化、液动力较大等方面;而这些因素会给闭环控制系统造成严重的非线性干扰,影响比例阀的闭环控制性能。针对以上技术难点,本文提出压力平衡球阀式水压比例阀,基于液动力对阀口流场进行仿真分析,研究了影响阀芯响应速度的关键参数,并对样机进行了试验,主要内容如下:（1）针对水介质的特性,设计出一款水压比例先导阀。采用内流式球阀结构解决了水液压密封问题;通过引流静压力平衡以及杠杆放大,大幅降低了对电-机械转换器驱动功率的要求,减小了整阀的体积。（2）对内流式锥/球阀的稳态液动力进行了理论分析,采用CFD数值计算方法对阀口流场进行了仿真,基于阀口空化机理分析了背压对液动力的影响;通过调整阀座出口长度和推杆凸缘坡度,对水压比例阀的液动力进行了补偿。仿真结果表明,在压力21MPa、流量140L/min以内的工况,可将液动力补偿至10N以内,大幅降低了液动力对阀芯控制的非线性干扰。（3）基于AMESim建立了水压比例阀的物理仿真模型,为研究比例阀自身参数对响应性能的影响,采用常规PI控制策略对其控制特性进行了分析。具体研究了在摩擦力影响下水压比例阀的响应特征,分析了关键参数对系统响应的影响规律。通过增大阻尼系数以提高系统稳定裕度、减小线圈质量以增强驱动力对快速变化信号的跟随能力,使得系统能够采用更大的PI控制参数,降低超调量、提高响应。仿真结果表明,经过参数优化后,水压比例阀100%信号阶跃响应可达40ms以内。（4）搭建了水压比例阀性能试验台,对水压比例阀样机进行了动态性能试验。试验表明,在4MPa压力以内,100%信号阶跃响应可达40～65ms,继续提高压力后响应性能有所下降。通过分析不同压差下样机的控制性能,提出进一步的性能改进方案。