在国家高技术研究发展计划（863计划）项目“高速精密压电驱动式伺服阀的开发研究”（课题编号2001AA423270）支持下，本文研制了一类新型的压电型电液伺服阀，对其特性进行了分析，并针对压电型电液伺服阀的非线性问题进行了控制方法研究。液压伺服控制是一门较新的科学技术。其中，电液伺服系统以其响应速度快、输出功率大、控制精度高而广泛应用于众多工业生产过程，军事，航空航天等领域中。但传统电液伺服阀的电气-机械转换器所采用的力矩马达或电磁马达是基于电磁原理构成的，结构复杂、成本高。受电磁转换、工艺等因素制约，其性能难于进一步提高。本文设计了新型换能器件—压电双晶片执行器作为喷嘴挡板式电液伺服阀的电气－机械转换器，对其进行了静、动态特性的分析。实验结果表明，压电双晶片执行器输入电压与输出位移之间的线性关系及重复性较好，能够输出足够大的位移并具有较好的动态特性，满足做喷嘴挡板伺服阀前置级液压放大器的条件。针对压电叠堆执行器进行了静、动态特性分析。静态特性实验结果表明，该执行器具有较大的迟滞非线性及蠕变非线性。动态特性实验结果表明，该执行器具有较好的动态特性，适用于做直动阀的前置级放大器。本文利用压电双晶片执行器和压电叠堆型执行器研制了喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀及直动式一级压电型电液伺服阀等三种新型压电型电液伺服阀。设计了实验系统，对三种新型压电型电液伺服阀进行了开环动态和静态特性研究。实验结果表明，喷嘴挡<WP=141>板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀具有继电饱和特性；直动式一级压电型电液伺服阀具有较大的迟滞非线性。非线性的存在大大降低了控制系统的精度和稳定性，严重影响被控系统的控制品质。因此需要进行有效的控制方法研究以提高被控对象的静态和动态特性。本文首先对喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀进行了控制方法研究。由实验可知，喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀和直动式二级压电叠堆型电液伺服阀存在继电饱和特性，开环控制难以达到给定位移值，只能采用反馈控制方法。由于系统执行机构线性范围的限制，当系统偏差值较大时，采用常规PID控制算法，在积分项作用下，系统将会产生很大的超调量，影响系统的稳定性。不仅如此，系统还存在其它复杂非线性，即将在某一工作区间内具有良好控制效果的参数应用于另一工作区间时，系统控制特性会变差，甚至会产生振荡；且控制参数同二级滑阀阀芯的运动方向也有关，即正向运动时具有良好控制特性的参数，反向应用时控制特性并不理想。因此，针对二级电液伺服阀既存在与位置有关的非线性、又存在与运动方向有关的非线性这一特点，本文提出了双向分段变速积分PID算法，即根据二级滑阀阀芯的运动方向和运动位置，将其运动行程分为2×N个区间，在每一区间内分别对变速积分PID参数进行整定。实验结果证明了控制方法的有效性。其次，本文对直动式一级压电型电液伺服阀系统进行了控制方法研究。由实验可知，直动式一级压电型电液伺服阀系统存在非局部记忆型迟滞非线性，开环输出响应难以预测，因此其开环控制精度难以得到保证。此外，直动式一级压电型电液伺服阀控制系统还具有速率相关迟滞非线性，即：当激励电压信号频率不同时，其迟滞环不同。对于此类复杂对象，本文在修正Preisach模型的权重函数中引入一个输入变化率函数，建立了其动态Preisach模型，并推导出数字实现公式。建立在动态Preisach模型基础上的前馈控制能有效地克服压电执行器迟滞特性的影响，改善系统控制精度，但由于未建模信息及外部干扰的存在，其定位精度不是很高。因此，在高精度要求场合，必须采用闭环反馈控制。 <WP=142>PID控制策略具有较好的鲁棒性和无需精确建模的特点，在精密定位控制系统中被广泛采用。本文首先对直动式一级压电型电液伺服阀系统进行了PID控制方法研究。由于被控对象迟滞非线性的存在，带有固定参数的传统PID控制算法不能取得很好的控制效果。根据古典控制理论，合适的前馈控制环节可以提高系统的控制响应能力，但不影响系统的最终控制精度。为了实现既快速又高精度的定位，本文提出了一种带有迟滞模型前馈控制环节的PID反馈控制策略。在前馈控制环节中，采用了前述非线性迟滞动态Preisach线性化模型。论文对该方法同开环控制方法、基于前馈线性化模型控制方法和PID反馈控制方法进行了跟踪实验对比研究，实验结果表明该方法具有更好的控制精度。为进一步提高直动式一级压电型电液伺服阀控制系统的动态特性，本文又对其进行了模糊控制方法研究。常规模糊控制器因不需要建立对象的数学模型，具有良好的鲁棒性及非线性控制特性而得到较为广泛的应用。但常规模糊逻辑控制器相当于一种具有PD控制律的非线性控制器，因缺少积分作用，系统输出易存在稳态误差。因此，本文针对直动式一级压电型电液伺服阀系统提出了模糊自整定PID控制方法。该控制方法能够很好地消除极限环振荡，取得较高控制精度，但选取和协调模糊控制与PID控制参数比较?