变转速泵控马达液压系统作为复杂机电液一体化传动技术的典型形式,因调速方便,布局紧凑,工况适应性强,功重比大等优势,被广泛应用于多学科交叉、多技术融合的工业装备。但受到液压系统极端工况下系统动力学行为不确定,速度稳定性差,能量耦合过程复杂,系统能量的供需不平衡,效率低等问题制约,其整体性能有待进一步提高。本文针对变转速泵控马达液压系统,依次从介质非线性特性、部件参数辨识和系统建模三个层面,对其动力学行为和能效特性进行了系统研究。详细阐述了系统多能域间的功率传递、效率特性、速度刚度及全耦合动力学关系。本文提出的非线性动力学模型能够准确复现系统行为,模型结合速度刚度分析方法对指导机电液系统初期设计,实现系统能效和速度特性提升,精确控制和预测系统行为都具有重要指导意义。论文主要研究内容如下:阐述了液压油在压缩过程中发生的传质和刚度变化过程,分析了变压力条件下液压油静压及流动过程中,液压油非线性压缩特性的动态变化规律。首先在气泡压缩-溶解机理模型（Model A）基础上,结合液压油中气泡分布规律,提出了一种改进的静态液压油体积弹性模量计算模型（Model B）,准确描述了变压力条件下液压油的静压特性。进一步,以Model B为基础,提出了管路流动液压油的有效体积弹性模量计算模型Model C。最后,基于轴向柱塞泵工作压力脉动特点,提出了一种新型的管路液压油有效体积弹性模量在线软测量方法,验证了流动液压油体积弹性模量计算模型的可靠性,该测试方法避免了在线测量过程对液压油流动稳定性的干扰。考虑液压油压缩过程中的非线性压缩特性和柱塞式液压设备机液耦合特性,分析和计算了液压设备压缩损失。同时,针对柱塞设备机械效率建模,提出用柱塞设备运动副摩擦状态权重系数量化柱塞设备各运动副摩擦状态,提高了轴向柱塞设备效率模型的计算精度。进一步结合液压柱塞设备改进模型和试验数据分别对柱塞泵和柱塞马达子系统中结构不确定参数和非结构不确定参数进行了有效辨识,并提出了不确定参数估计的数据冗余原则。用辨识得到的不确定参数评估各运动副运动状态,可实现系统的运行状态评估。准确的功能子系统模型为系统全局动力学建模奠定了模型基础。在充分了解液压介质工作特性和功能子系统模型基础上,将Quasi-LPV系统引进到了液压系统动力学建模过程,建立了多状态空间描述的变转速泵控马达液压系统非线性动力学模型。多状态空间描述的系统动力学模型准确复现了转速和负载大范围变化系统的非线性动力学过程,在保证计算精度的前提下,极大提升了系统模型的求解速度,准确实现了变转速泵控马达液压试验台动力学行为的反演和预测,为进一步分析系统速度和能效特性,消除动力学行为的不确定性提供了可靠的机理模型支持。结合系统动力学模型阐述了变转速泵控马达液压系统稳态和非稳态工况下的能量传递和损失过程,以及系统动态能效特性,计算了系统最佳匹配工作区间,提出了系统工况调整过程的能效优化方案以及评价速度特性的原则。根据负载变化特点提出用转速静刚度和动刚度评价系统速度特性的量化方法,并进一步分析了速度、动力源特性及减速比对系统速度刚度的影响,指出根据负载特性合理选择减速比,不仅可以提升系统速度静刚度,还可以使系统负载与速度工作在效率更高的匹配区间。最后结合速度刚度评价指标分析了接口子系统、电机机械特性和负载特性对系统动态特性的影响。