答辩博士：高强
指导教师：朱玉川教授
论文题目：高动态阵列高速开关阀电液伺服控制技术研究
答辩委员会：
主席：郭生荣 研究员 中航工业金城南京机电液压工程研究中心
委员：訚耀保 教授/博导 同济大学
张天宏 教授/博导 南京航空航天大学
吴洪涛 教授/博导 南京航空航天大学
陈 柏 教授/博导 南京航空航天大学
陆永华 教授/博导 南京航空航天大学
朱玉川 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：凌 杰 副研究员/硕导 南京航空航天大学
时间：2021年10月09日 9:00
地点：远程视频答辩-腾讯会议（会议 ID：128 833 027）
学位论文简介：
论文针对目前传统电液伺服阀控技术在可靠性方面的发展局限，以及面向我国航空发动机燃油计量伺服控制和高速直升机摩擦离合传动压力伺服控制可靠性提升的迫切需求，开展了高动态阵列高速开关阀电液伺服系统理论及控制技术相关研究工作。主要科研工作如下：
（1）建立了综合考虑主气隙漏磁效应和磁芯材料磁饱和特性的磁场模型，建立了高速开关阀多场耦合动力学模型，并通过实验验证了模型的准确性。进一步，利用模型分析获得了结构参数（电阻、匝数与初始气隙）和控制参数（电压幅值和电压类型）分别对高速开关阀阀芯的开启和关闭动态特性的影响规律。
（2）提出了一种基于电流导数的开/关动态时间识别策略，该策略通过推导阀芯位移与速度到电流导数的解析模型来确定开/关动态时间的识别准则。提出了通过阀芯有效开启时间来计算高速开关阀平均流量的方法，分别建立了开/关时间到有效开启时间的线性和非线性映射模型，并借助开/关动态时间识别方法，最终构建了高速开关阀的线性和非线性流量模型。
（3）研究了一种由基准PWM、激励PWM、高频PWM 以及反向PWM信号组成的复合PWM控制策略。在开启阶段，通过检测电流导数确定了激励PWM的占空比；在全开口维持阶段，基于阀芯力平衡计算了高频PWM的占空比；在关闭阶段，通过检测电流是否降至0来确定反向PWM的占空比。实验结果表明：相对于传统PWM控制方法，采用高动态PWM控制方法的高速开关阀切换频率从20Hz提升至100Hz，且占空比可控区间达到0.12~0.85，线圈壳体温升从42.7℃降至4℃。
（4）研究了阵列高速开关阀压力伺服控制结构方案，充分融合PNM编码和差动PWM控制的各自优势，以此提出了一种混合编码控制器，即高低速率工况分别采用PNM编码和差动PWM控制。为提高阵列高速开关阀切换次数的分布均匀性，在混合编码的基础上融入了循环缓冲和循环滑动两种均匀分配策略，最终构建了切换均匀型混合编码控制器。
（5）研究了阵列高速开关阀先导调控电液比例阀结构方案，提出了一种综合考虑压力灵敏度和高速开关阀流量线性化的固定节流孔直径优化设计准则。为提高主阀芯的位置控制精度和阵列高速开关阀的使用寿命，在有模型滑模控制器的基础上，融入了PWM信号占空比逻辑分配和循环滑动分配策略，最终构建了带切换优化特征的滑模控制器。
主要创新性结论如下：
（1）针对高速开关阀流量快速测试需求，提出了一种基于高速开关阀驱动线圈电流导数的开/关动态时间间接识别方法，并进一步建立了基于开/关动态时间的流量模型，从而实现高速开关阀流量的在线实时计算，形成了一种基于非接触电流测试的间接流量实时测量与计算方法，该方法具有测试速度快、精度高、结构简化以及非接触测量等优势。
（2）针对高速开关阀在传统PWM控制下存在动态特性差、功耗大、强振动与噪声等问题，提出了一种融合多种功能PWM信号的复合PWM控制策略，该策略可显著提升了高速开关阀最大切换频率，降低高速开关阀功耗、振动与噪声。
（3）针对高速直升机摩擦离合传动对高可靠电液压力伺服系统的需求，提出了一种阵列高速开关阀控电液压力伺服结构方案，并提出了一种切换均匀型混合编码控制器，该控制器显著提高了压力跟踪精度和开关阀使用寿命。
（4）针对航空发动机燃油计量调节装置对高可靠电液位置伺服系统的需求，提出了一种阵列高速开关阀先导调控电液比例阀的结构方案，并提出了一种带切换优化特征的滑模控制器，该控制器显著提高了主阀芯的位置控制精度和先导级阵列高速开关阀的服役寿命。
