1 智能液压调节阀门工作原理和结构设计

1.1 智能液压调节阀门的工作原理

智能液压调节阀门从结构上分为阀门、执行机构和控制三部分，从功能上又分为阀门单元、控制单元和减速单元三个相互独立的单元，是由齿轮带动齿条使阀杆在阀体内上下来回运动，调整阀瓣组件的开合度，对流量起到调节作用，在不同压力情况下，阀瓣组件的开合度不同，形成的流量也不同。智能液压调节阀门内部采用O型圈和螺纹对介质进行密封，最高承受压力30MPa。

1.2 执行机构的工作原理

智能液压调节阀门执行机构是通过电动执行机构带动谐波减速器转动，谐波减速器带动圆柱直齿轮运动，圆柱直齿轮带动齿条做直线运动，齿条与阀杆通过销连接起来，在阀体内带动阀杆做直线运动，从而控制阀瓣组件的开合程度，实现阀门开启或关闭，对不同流量进行控制。由传感器将出口处地流量值反馈给系统，通过与设定值的比较，控制阀瓣组件的开合度增大或者减小，使出口达到需要的恒定流量值。开合度增大或者减小是通过电动舵机的正反转调整系统实现的。

1.3 控制器的工作原理

控制器与专用测试设备配合完成智能液压调节阀门的各种工况控制。控制器接收控制中心传送来的控制命令信号，经过运算转换为可以接收的信号，角度传感器反馈智能调节阀门实际开度电压信号经过运算转换为相应的信号，该信号传送到显示器进行开度显示，另一方面将结果传送回控制中心，控制器通过实际工作反馈信号与控制中心控制信号的大小比较，执行比较结果，控制电动执行机构中电机的正方向、反方向转动或者停止转动，从而实现阀门开、关、停止等控制，对智能液压调节阀门工作故障进行报警处理。

1.4 智能液压调节阀门的结构设计

智能液压调节阀门采用了分体式结构，三大部分相对独立，可分体装配后组合，保证了产品的拆卸方便性。通过机械加工成型，结构零件数量少，装配工作量小，工装少，容易实现模块化和互换性。各部分的连接采用了螺纹或者螺栓方式，结构简单，工艺性也好。智能液压调节阀门主要由阀体、齿条、电动执行机构、密封圈、支承板、柔性导套和控制箱等零部组件组成。

智能液压调节阀门为了满足不同工况下系统的正常使用，产品零件的主要材料选用为1Cr18Ni9Ti、铝合金、2Cr13、聚四氟乙烯和橡胶等材料，保证良好的密封性能。同时，为了提高产品的装配性、测试性和可维修性，在设计控制系统结构的时，将各功能组件分区、分段布置，同一印制板引出的接插件尽量安装在一起。

在减速器上预留了手动接口，保证阀门的机械零位和电气零位更好的重合，从而保证产品的装配精度。

智能液压调节阀门结构采用减速齿轮带动阀杆上下运动，控制器采用铝件箱体式结构，电动执行机构采用直流伺服电机，执行机构、箱体通过转接板与阀体箱连接，采用模块式组合，方便制造和维修。智能液压调节阀门结构设计能够承受30MPa的强度，具有较高的安全性。产品供电采用27V直流电源，不会对操作人员产生任何危害，具有较强操作安全性。

2 智能液压调节阀门关键技术分析

2.1 智能液压调节阀门位移检测和控制

阀门位移检测采用高精度电位器采集，通过齿轮转接，齿条运动带动电位器转动，输出电压信号，经过滤波放大和AD转换，输入处理器进行数据处理，得到阀门的实际开度。控制器接受控制系统4～20mA信号，处理后得到设定开度，通过设定开度与实际开度对比，通过软件输出信号控制电机转动，使阀门达到设定开度。

根据设定开度与实际开度差值的大小，通过软件的数据处理，利用处理器输出PWM波形电流来控制电机转动。当二者差值很大时，输出占空比大的PWM波，或者输出连续的高电平，当二者差值小时，输出占空比小的PWM波，通过PWM波的控制使电机能够快速准确达到设定位置。

2.2 软件设计

系统主芯片采用MSP430系列单片机，该芯片具有超低功耗、集成度高、外围设备丰富等优点。

为保证电机的稳定性，采用PID控制算法，当设定开度与实际开度差值较大时，取消PID运算中的积分项，适当增大比例项系数，达到快速调节的目的，当差值减小时，积分项投入运算，达到准确定位的目的。PID控制算法的运用大幅提高了控制调节阀的准确度和稳定性。

2.3 手动控制和系统远程控制

通过键盘可将调节阀切换至手动控制模式，手动控制模式的加入能够灵活的满足不同用户在不同场合的需求。为满足现代系统控制要求，添加HART通信模块，能够与上位机之间通过通信直接控制阀门的开度，为在危险区域等地方的使用提供良好媒介。

智能液压调节阀门采用机电一体化设计，与传统的调节阀门相比，可以通过修改PID算法回路，对智能液压调节阀门出口流量进行连续监测或者精确测量，使得条件变化时，系统对各种变量控制效果最佳。智能液压调节阀门的量程比可以达到100：1，因此可用于大量程比的流量测量。智能液压调节阀门的设计开发，扩展了调节阀门在工业领域中的应用。解决了危险作业和航空航天领域对调节阀门智能控制的需求。对同类产品的设计开发具有借鉴作用。