以工程机械智能化与液压元件数字化为目标，设计了两种基于负载口独立控制的可编程阀    东莞茶山升降车出租, 东莞茶山升降车, 升降车出租   研究了可编程阀的静态动态性能指标，设计了可编程阀压力流量控制器。对现有升降车液压系统进行改造，分析升降车典型回路的可编程阀替代方案。建立了可编程阀控升降车液压系统虚拟仿真平台，制定了升降车铲斗齿间的轨迹规划控制方法。研究的相关结论如下：

  （１）建立了比例先导可编程阀和高速开关先导可编程阀的数学模型和仿真模型。分析了高速开关阀的各项参数对可编程阀主级的影响，试验和仿真结果表明高速开关阀控制信号、高速开关阀频率以及先导控制压力直接影响了可编程阀主级的性能。通过试验对比了两种可编程阀的动态和静态性能指标。静态节流特性和输出流量－阀压降表明高速开关先导可编程阀的有更好的死区特性和更好的流量增益。比例先导可编程阀有更好的线性度，对液压缸的位移控制也更加稳定。阶跃响应特性和频率响应特性显示高速开关先导的响应频率比比例先导可编程阀提高了２０％。

  （２）分析了现有升降车的液压系统，实现了负载口独立可编程阀在升降车上的装配和应用。相对于传统液压机械的控制方法，负载口独立可编程阀升降车系统控制回路灵活、柔性高。可编程阀硬件结构完全一致，实现了液压系统的模块化配置。用电信号替代了传递液压手柄控制信号的梭阀网络，大幅简化了原有升降车液压系统。通过改变可编程阀的功能，实现升降车的正流量控制、行走、回转、流量优先与流量再生功能。各典型回路使用的可编程阀完全相同，仅通过更改程序实现各个功能的选择和切换。

  （３）建立了负载口独立控制可编程阀液压系统模型，搭建了系统的仿真模型。利用可编程阀自带阀口压力传感器与阀芯位移传感器，设计了一种数字压力补偿器，能够保证阀口压差的恒定。通过阀口压差、阀芯位移、油液温度参数，实验绘制三维可编程阀流量查表函数，提供计算流量反馈。设计了负载口独立控制二级压力流量控制器。一级压力控制器解耦执行器两腔压力，保证背压腔的压力维持在ＩＭＰａ。二级压力流量控制器解算执行器的运动状态。以评估压力和执行器的运动速度为输出信号，可编程阀先导阀的控制ＰＷＭ信号为输入信号，研究了负载口独立压力流量复合控制策略。选用滑模控制方法，以位移误差和速度误差为状态趋近切换面，以误差函数趋近零为控制目标。实验和仿真对比分析了执行器速度２０ｍｍ／ｓ和１００ｍｍ／ｓ下的速度、位移、两腔压力和控制信号的情况。在执行器低速状态下，各指标的调整时间小于２５０ｍｓ，速度稳态误差在小于２．５％，可以认为是测量误差引起。当执行器速度为ｌＯＯｍｍ／ｓ时，速度调整时间为５００ｍｓ，流量调整时间为５５０ｍｓ。以升降车的斗杆和铲斗为研究对象，讨论了多执行器工作时位移和速度的误差。实验表明，可编程阀控制器的位移精度在１０％以内，且位移跟踪的精度优于速度跟踪的精度。

   （４）建立了基于负载口独立可编程阀的集合了机－电－液－控制的多物理场耦合升降车虚拟仿真平台。建立了升降车蒙皮模型与骨骼模型，编写了可视化的ＧＵＩ界面。以１２吨升降车为对象，建立了升降车的运动学模型。通过运动学正逆解，获得了升降车铲斗齿间姿态与各执行器位移间的对应关系。采用时间最优轨迹规划方法对升降车铲斗齿尖的轨迹进行规划。获得升降车回转、动臂、斗杆和铲斗的位移、速度和加速度随时间变化的规律。以升降车直线自动挖掘为例，在铲斗齿间直线行进３．７ｍ的作业，限制速度小于１５ｍｍ／ｓ，能够在１８．４ｓ内完成工作，仿真误差小于ｌｍｍ。

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    本文的创新点如下：（１）本文所研制的负载口独立控制可编程阀首创设计了两个高速开关阀作为先导阀控制主阀芯组成一个阀控单元，由两个阀控单元分别控制液压执行器（液压缸、液压马达）的进油口和出油口，阀控单元内设置有压力传感器、主阀芯位移传感器和ＣＡＮ总线接口在线测量并反馈压力流量，可提高液压系统的控制精度。本文建立了以比例阀为先导和高速开关阀为先导的负载口独立控制可编程阀的数学模型和数学仿真模型，研究了高速开关阀的频率和输出先导压力对可编程阀主级的影响。高速开关阀频率越高，先导控制流量调整越快，在调整时间内先导控制腔压力变化幅值越小，主阀芯位移与输出流量越稳定；适当提高高速开关阀输出先导压力可以增加作用在主阀芯上的先导控制力，可使主阀芯运动加速。通过仿真和试验，可对比比例先导和高速开关先导两种形式可编程阀的静动态性能指标，一方面，静态特性表明高速开关先导可编程阀对主阀口死区非线性因素不敏感，导阀流量增益较比例先导阀更高，而比例先导可编程阀有更好的线性度和稳定性；另一方面，动态响应结果表明高速开关先导可编程阀的频率响应比比例先导可编程阀提高了２０％。

  （２）本文提出了一种以液压执行器两腔压力与负载速度反馈的背压自适应式双级解耦压力流量控制方法。可编程阀第一级控制器解耦控制液压执行器进出口压力，保证执行器背压腔的压力始终稳定在ＩＭＰａ；第二级控制器以执行器两腔压力和执行器的运动速度为输入，可编程阀的先导阀控制信号为输出，分配可编程阀控液压系统的压力流量。本文对比分析了液压缸在２０ｍｍ／ｓ和１００ｍｍ／ｓ的阶跃信号下位移、两腔压力和控制信号的情况，仿真和试验结果表明，液压缸在２０ｍｍ／ｓ的阶跃信号下，速度调整时间为０．２ｓ，流量调整时间为０．２５ｓ，速度稳态误差小于２．５％；液压缸在１００ｍｍ／ｓ的阶跃信号下，速度调整时间为０．５ｓ，流量调整时间为０．５５ｓ，速度稳态误差为５％。结合负载口独立阀控系统特征，研究了多执行器位移与速度的控制精度。试验表明，在跟踪１Ｈｚ、±１０ｍｍ的位移信号下，可编程阀控制器的位移误差在±２ｎｕｎ以内，且位移控制优于速度控制.

  （３）本文设计了负载口独立控制可编程阀升降车液压新系统，该系统无需配置各种不同的功能阀，仅通过改变负载口独立控制可编程阀的程序，即可实现升降车的典型液压系统回路功能，如：正流量控制、行走、回转、流量优先和流量再生等。新系统用电信号替代了传统液压手柄控制信号和梭阀网络，大幅简化了原有升降车液压系统。本文还提出了一种适用于负载口独立控制可编程阀液压升降车系统的时间最优轨迹规划方法对升降车铲斗齿尖的轨迹进行规划，可实现升降车直线自动挖掘，在限制铲斗执行器最大速度１５ｍｍ／ｓ的情况下，行程３．７ｍ的直线作业，能够在１８．４ｓ内完成工作，作业效率提高了１５．６４％．

     负载口独立可编程阀的开发和应用为工程机械的智能化展现了广阔的发展空前。可编程阀采用数字信号控制，简化了控制器结构；应用负载口独立控制技术，改善了液压系统的操控性和节能性；阀体结构简单，自带压力和流量传感系统，便于液压元件的模块化生产-尽管本文完成了一些有益的工作，但受时间和精力的限制，仍有很多研究未能开展，建议在今后研究中，重点开展以下几个方面的研究工作：（１）本文设计的数字比例阀先导的可编程阀釆用了双阀芯结构，而高速开关先导的可编程阀则以两个现有传统比例方向阀作为主级。高速开关阀也采用市场上现有的型号，因此未能研究高速开关阀机械结构和电磁铁线圈的变化对可编程阀性能的影响。后续研究需要设计参数匹配的高速开关阀。（２）本文进行的压力流量复合控制负载为恒定力的惯性负载，未考虑实际工况下的负载非连续变化、工作模式切换引起的压力冲击和振荡问题。后续需要对升降车实际土方作业时的工况进行试验研究。（３）本文研究的升降车典型回路可编程阀控方案与直线挖掘轨迹规划并未在实际升降车上测试效果。仿真模型与实际升降车存在差异，因实际系统的阻尼特性与响应，升降车个体的参数对控制效果也会产生影响。

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