液压传动是大型装备运动控制的关键技术,被广泛运用于航空航天、军事、工农业等领域。液压阀是液压系统运动控制的核心元件,其性能直接决定着系统效率和装备运动性能。传统液压阀多为单阀芯结构,虽操控简单,但控制域度低,节流损失大,且感知能力弱、功能单一。发明液压阀新型结构并研发其多功能控制器是突破现有液压阀功能和性能瓶颈的关键。本学位论文针对可编程阀的创新构型设计及其可编程控制技术展开研究,目的在于扩展液压阀功能种类并提升液压阀控制性能,为液压系统节能和装备运动性能优化提供途径,选题具有广阔的工程应用前景和重要的学术研究价值。本文创新研制了一种比例先导可编程阀,其具有对称式双阀芯结构,能独立控制负载进出油口,可显著提高系统效率、提升执行器运动性能。比例先导可编程阀主级集成了薄膜溅射压力传感器和嵌入式位移传感器,能实现系统层面的状态感知。创新研制了比例先导可编程阀的控制器和监控系统,实现了阀控单元同时具备位移控制、压力控制和流量控制等多种液压功能,并具备工作模式和运行参数自适应切换与优化的特点,突破了传统液压阀功能单一的现状。研制了比例先导可编程阀的阀芯运动模糊控制器,实现了主阀芯快速精准运动,其切换时间达到35ms,与博世力士乐同等通径先导式比例阀性能相当,且能有效跟踪5Hz和10Hz正弦信号,其误差可分别保持在20μm和60μm以内。提出了一种高速开关阀多电压驱动方法,攻克了数字液压先导可编程阀的主阀运动特性受到先导高速开关阀动态特性影响的难题。该方法采用电流反馈机制实现高速开关阀工作状态的非接触式检测,并根据高速开关阀工作状态和控制信号,对单工作周期内的高速开关阀进行不同等效电压的自适应分时段激励,提升高速开关阀启闭动态特性,降低线圈温升和电磁能耗。该方法有效提升了高速开关阀性能,较目前工业中成熟的双电压驱动方法,其开启时间缩短1.Oms(19.6%),关闭时间缩短2.6ms(49.1%),总启闭时间缩短3.8ms(34.6%),线圈温度由95℃降低至26℃,热损耗功率由23.44W降低至2.62W。在提升高速开关阀动态性能的同时,进一步提出了在变供油压力下维持其动态特性稳定的优化算法,该方法在线计算当前工况下高速开关阀的临界启闭电流,并通过电流反馈机制更新切换各等效电压的逻辑触发值,降低供油压力对高速开关阀动态特性的影响。实验表明,在4-20MPa的供油压力范围内,该方法能将高速开关阀总启闭时间的波动控制在0.3ms(7.4%)以内。创新研制了数字液压先导可编程阀,将数字液压技术与负载口独立控制技术及液压阀可编程控制技术相结合,提高了可编程阀控单元动态特性。开发了可编程控制器,实现了数字液压先导可编程阀控制模式和控制参数的自适应切换与优化。研制了数字液压先导可编程阀的主阀芯运动控制器,分析了主阀芯在高频离散流体作用下的运动特性,研究表明,数字液压先导可编程阀具有优越的动态特性,且先导级频率越高,主阀芯抖动越小,其抖动误差可控制在20μm;先导级供油压力越大,主阀芯动态特性越好,但同时抖动也越剧烈。数字液压先导可编程阀的25%、50%和75%行程阶跃运动稳定时间均在35ms以内。与比例先导可编程阀相比,本文研制的数字液压先导可编程阀具有更好的动态特性。研制了两级闭环压力模糊控制器,该控制器外环为压力模糊闭环,内环为可编程阀位移闭环。实验结果表明,压力控制器具有优越的动静态特性,其压力阶跃稳定时间最短可控制在120ms以内,且鲁棒性和自适应能力强,当负载突变时,油腔压力恢复时间仅为70ms。针对现有国际先进液压阀的位移控制器封闭而导致液压阀位移控制器与压力控制器数据交互难,因此流量计算环节多采用液压阀控制电压来对应阀芯位移,从而影响流量计算结果精准度的问题,本文创建了计算流量反馈算法,基于该算法的流量控制器具有快速的动态响应性能,其流量阶跃稳定时间可控制在100ms以内,且稳态误差低,应用在比例先导和数字液压先导可编程阀上的流量稳态误差分别为0.4L/min和0.7L/min。本论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了现有可编程阀控技术和数字液压技术的特点、发展现状及挑战,详细总结了两者技术的发展趋势。分析了本课题的研究意义和背景,并提出了要开展的研究内容,分析了相应的研究难点。第二章,发明了具有双阀芯构型的阀控单元,并提出了基于音圈电机的比例先导控制模式,研制了阀控单元的集成式传感系统,并开发了基于DSP的嵌入式控制器和基于CAN总线的上位机可编程监控系统。研发了阀芯位移模糊控制器,并通过理论、仿真和实验研究了比例先导可编程阀的动静态性能。第三章,理论分析了高速开关阀控制参数对其动态性能的影响规律,并提出了一种高速开关阀多电压驱动方法,然后通过仿真和实验验证了该方法的有效性。在此基础上发明了一种自适应供油压力变化的高速开关阀动态特性维持方法,并对比分析了该方法与传统单电压控制方法在高速开关阀动态特性的鲁棒性方面的表现。第四章,在双阀芯主级结构基础上,发明了采用高速开关阀做先导控制的阀控单元结构,开发了基于FPGA技术的可编程控制系统,研发了主阀芯位移控制器,并通过仿真和实验研究了先导级供油压力和工作频率对主阀动静态性能的影响。第五章,研制了可编程阀控单元综合性能测试试验台,研发了可编程阀控单元的压力模糊控制器和流量模糊控制器,并提出了一种基于阀芯位移和阀口压差的计算流量反馈方法,通过实验研究验证了比例先导可编程阀和数字液压先导可编程阀在压力、流量及其复合控制方面的性能。第六章,对本论文的研究工作进行了总结,给出了主要研究结论,指出了本论文的创新点,并对未来的研究工作进行展望。