80年代以来,随着电液伺服控制技术在工业中的广泛应用以及应廉价、抗污染电液控制元件的要求,液压行业的专家和工程师们开始寻找新型的电液控制元件及驱动方案,以取代价格昂贵、抗污染能力差的喷嘴挡板伺服阀以及泄漏量、功率损耗都很大的射流管伺服阀。方案之一就是采用步进电机加伺服螺旋机构驱动数字阀阀芯实现直接数字控制。2D数字伺服阀相比较其他伺服阀,抗污染能力强;在设计中高低压口与螺旋槽之间可以取为零遮盖即可保证稳定,同时还使阀芯的静态轴向刚度很大,阀芯的转角位移到轴向位移之间的转换精度很高;伺服螺旋机构泄漏极小,其功耗与流体动力控制系统的其他能量损失相比几乎可以不考虑;控制特性比较理想,没有滞环和死区。本文采用DSP对2D数字伺服阀实现嵌入式数字控制,为了消除传统步进式数字阀所固有的量化误差与响应速度之间的矛盾,放弃了步进的控制方式,对步进电机的输出的角位移采用连续跟踪控制,该算法固化于单片机控制器内来实现。本论文对2D数字伺服阀以及控制器进行设计,主要对其性能进行仿真以及实验研究,得到2D数字伺服阀阶跃过程约为9ms,在控制信号的幅值为最大阀开口的25%的情况下,幅值衰减为-3db、相位滞后为55°对应的频率约为100Hz,具有良好的动态性能以及频率特性。研究内容主要包括:第一章,对本论文研究主题有关的文献进行了综述,接着阐述了本论文的研究目的、意义以及创新点,并列出课题的主要内容。第二章,本章详细介绍三位四通2D数字伺服阀的工作原理,通过数字阀的特征支配方程建立数学模型,采用数值仿真的方法对该2D阀的动态性能以及频率特性进行仿真。第三章,本章首先对步进电机进行数学建模,采用连续跟踪控制算法,将其固化在单片机控制器内,并对控制器进行仿真分析,得到步进电机输出角位移在典型波形下的响应以及不同频率下正弦控制信号的响应,最后给出频率特性。第四章,专门设计了一个以TMS320F2812作为CPU的嵌入式系统来作为2D数字伺服阀的控制器,详细介绍控制器各部分,给出电路图,最后写了自己在设计过程中的心得体会。第五章,本章主要是2D数字伺服阀以及步进电机控制器实验研究,首先介绍实验装置及系统,给出控制程序;然后得到在不同典型波形作用下,步进电机角位移实际输出波形,在不同频率正弦控制信号下角位移响应的实际波形,给出步进电机的频率特性曲线;最后测得2D数字伺服阀实际的稳定时间,在不同典型控制波形作用下,采集实际的阀芯位移波形,在一定阀开口下,不同频率控制信号下阀芯位移响应实际波形,得到该2D数字阀的幅频特性和相频特性,将实验与理论研究进行比较、分析。第六章,对论文的研究内容进行了总结与展望。