高速开关阀因其响应速度快和抗负载能力强的特点,在航空航天等领域有着重要的应用价值。随着对微小空间内的驱动系统提出大流量、高动态等指标的要求,推动数字流体元件向微小型化发展,这对微小型高速开关阀的性能提出了更高要求,其性能将直接影响驱动系统的响应速度和控制精度。因此,微小型高速开关阀的特性分析与控制有着重要的意义。由于微小型高速开关阀的阀芯开启和关闭时具有机械延迟和电磁延迟,会使得流量控制存在死区、饱和区和非线性区,严重制约其静动态性能。本文分析微小型高速开关阀的静动态特性,并探究关键参数对性能的影响,提出一种基于脉冲宽度调制和脉冲频率调制的复合数字控制方法,旨在实现微小型高速开关阀的流量控制。首先,基于微小型高速开关阀的电磁、机械、液压子系统模型,构建数学模型和Simulink仿真模型。根据麦克斯韦电磁力方程和基尔霍夫电压定律,确立电磁子系统的数学模型;依据运动学方程,得出机械子系统的数学模型;针对球阀通流结构,建立液压子系统的数学模型;结合上述子模型构建微小型高速开关阀数学模型,构建Simulink仿真模型。其次,基于仿真模型,分析基于PWM控制的微小型高速开关阀的静动态特性,探究微小型高速开关阀性能的影响因素。根据占空比、输出流量与输入压力差之间的关系,阀芯位移、电信号与占空比的关系,分析微小型高速开关阀的静动态特性。通过对线圈匝数、驱动电压、得电时间和球阀直径等参数的对比仿真分析,获取微小型高速开关阀关键参数的影响规律。然后,针对微小型高速开关阀的流量控制存在非线性的问题,提出一种基于脉宽和脉频调制的复合数字控制方法。介绍现有数字控制方法的工作原理及特点,针对流量非线性的问题,设计基于脉冲频率和脉冲宽度调制的复合数字控制方法,对比分析不同控制方法对开关阀特性的影响,优化开关阀的性能,验证所提复合控制方法的有效性。最后,搭建微小型高速开关阀性能测试试验台,验证数学模型的有效性和所提控制方法的适用性。针对微小型高速开关阀工作过程所需采集的状态变量,设置压力传感器、电流传感器、流量计等相关硬件,搭建满足测试要求的试验台,并设计试验方案;通过性能测试和不同数字控制方法的对比试验,验证所提复合数字控制方法的优越性和适用性。本文的创新之处在于提出一种脉宽-脉频复合数字控制策略,改进原有PWM控制在应用上的不足。采用脉宽-脉频复合数字控制策略,消除死区和饱和区,减小非线性区的范围。与原有的PWM控制相比,提高了微小型高速开关阀的控制品质和综合性能。