电液开关阀作为电液控制系统的核心部件,广泛应用于航空航天、国防军工、深海探测、汽车以及农业机械、工程机械、冶金行业等众多领域。驱动器的性能决定了电液开关阀的特性,如何提升驱动器的性能是目前电液开关阀的研究热点。针对提升电液开关阀驱动器稳态和瞬态性能的需求,以电液开关阀驱动器低功耗和高速双性能目标为研究对象,采用理论分析、有限元仿真及实验研究相结合的方式对驱动器进行系统、深入的研究。主要研究内容如下:从电液开关阀的应用背景及研究意义的角度出发,分析总结了国内外低功耗高速电液开关阀的研究现状及发展趋势;为满足电液开关阀对驱动器稳态和瞬态性能的要求,基于电液开关阀瞬态响应过程及功能转换关系的分析,分别从降低功耗和提高响应速度两个方面概述了提高驱动器性能的策略,并提出驱动器低功耗和高速双性能目标策略。基于典型平面式盘式电磁铁,提出一种凸缘式双向驱动盘式电磁铁,分别建立二维静态磁场仿真模型,分析磁场分布情况;仿真探讨主要结构参数对凸缘式双向驱动盘式电磁铁静态特性的影响规律并进行多参数变量影响分析,明确具体结构参数值,并研制原型样机;通过仿真分析与实验研究,获得凸缘式双向驱动盘式电磁铁的性能参数,并与平面式双向驱动盘式电磁铁进行对比分析。然后分别设计了双占空比脉宽调制的低功耗高速单向和双向驱动电磁铁电路,对输出的双占空比脉宽调制信号进行理论分析;建立驱动电路仿真模型,通过仿真分析验证了驱动电路的可行性;研制驱动电路原型样机,并搭建驱动电路测试系统进行实验研究。建立电液开关阀驱动器数学模型,并在电磁场仿真软件(Ansys Maxwell)中建立电磁铁及驱动电路多物理场仿真模型,仿真分析主要电气参数对电磁铁稳态和瞬态性能的影响规律,确定驱动电路原型样机参数。搭建了电磁铁稳态和瞬态特性测试系统,对电磁铁的性能进行实验研究,结果表明:在双占空比脉宽调制的低功耗高速单向驱动电磁铁电路作用下,某单向驱动电磁铁在2.5mm行程内开启时间约为10ms,关闭时间约为22ms,稳态总功耗约为1.25W;凸缘式双向驱动盘式电磁铁在0.45A(5.4W)额定电流激励时1mm行程内电磁力均在58N以上,初始力与功耗比为10.74N/W,在双占空比脉宽调制的低功耗高速双向驱动电磁铁电路作用下,吸合时间约为22ms,复位时间约为22ms,稳态总功耗约为2.41W。验证了驱动器结构及驱动电路的创新设计可以有效提高其稳态和瞬态性能,更好地满足电液开关阀的驱动要求。