高压气动系统因其独有的功率密度高、瞬间膨胀性大、爆发力强、温度适应范围广等特性而在航天航空、武器装备和气动汽车等领域中得到应用。高压气动减压阀是高压气动系统的关键元件,在航天航空中的超高压自动化配气和控制中有许多需求,但目前对高压气动系统的元件和控制系统进行系统、深入研究的却很少。针对这一领域的空白和实际需求,本文对高压气动比例减压阀进行了探索性研究。研制出一种超高压气动比例减压阀,并系统分析了高压气动比例减压阀的工作机理和控制方法。论文的主要内容如下: 第一章概述了国内外高压气动技术的发展状况,阐述了课题的研究意义。提出了本论文所要进行的主要工作及难点和创新之处。 第二章阐述了本课题研制的超高压气动比例减压阀的原理和结构特点。提出主阀阀芯力反馈带自密封特性的非完全平衡方式和先导级采用串联气阻的滑阀式结构。对影响减压阀特性的几个关键因素进行了定性分析,指出比例电磁铁的频率响应特性、调压腔的体积、先导阀阀口通流面积和气动活塞的节流孔通径是影响减压阀特性的主要因素。 第三章深入研究减压阀的工作机理及控制性能。建立了系统的数学模型,得出系统从输入先导阀阀芯位移到系统输出压力的子系统的状态方程;并对模型进行了线性化,得出了求系统传递函数的矩阵表达式。分析表明,阀的主体结构子系统是一个极复杂的非线性系统,其性能不仅与比例电磁铁的性能和阀的结构参数有关,还与阀的输入输出压力、工作温度及主阀芯位移速度等工作状态有关。 第四章在数学模型的基础上运用Matlab的Simulink仿真工具对减压阀这一高度非线性的系统进行了仿真分析。仿真分析了在输入压力为15MPa的条件下,减压阀的控制特性和主要结构参数对减压阀性能的影响。仿真分析了减压阀在最高设计工作压力31.5 MPa下,先导级泄漏对于减压阀性能的影响。提出在先导级两级节流口采用不同的节流口宽度结构的方法,大大改善先导阀的工作状况,降低先导泄漏对阀性能的影响。 第五章首次研制成功工作压力在10MPa以上的气动比例减压阀,并建立了超高压气动比例减压阀的实验系统。在输入压力为14 MPa条件下对减压阀的动态性能、流量特性、压力特性及控制性能进行了实验研究。实验证明,该减压阀的设计在原理上是可行的,达到了一定的性能要求。在14MPa的输入压力下,对于输出压力在1～12 MPa范围内具有控制能力,压力控制精度达3%以上,并且具有较好的流量特性。在6MPa下,负载流量从4 g/s变化到120 g/s,系统的控制性能稳定。实验证明了仿真对于减压阀控制性能分析的正确性,即高输出压力和低输出压力条件下的控制性能有较大差异,需要采用变增益的比例积分控制策略,也验证了仿真中对调压腔体积等参数对于减压阀性能的影响的分析。 第六章 对全文进行了总结,并对后续工作进行了展望。