电液伺服控制系统与电机控制系统相比,具有功率重量比大、响应速度快、刚度大、控制精度高等优点,因而广泛应用于航空、航天、船舶、装备机械等领域。但随着现代工业的发展,对电液伺服系统的响应速度、工作稳定性、抗污染能力等也提出了越来越高的要求。为此,本文对2D伺服阀及其增益自调节单神经元PID控制方法进行了研究。一方面,建立了2D伺服阀伺服螺旋机构的数学模型,分析了其静动态特性以及不同结构参数对其动态特性的影响;另一方面,2D伺服阀控制系统是一种非线性、强耦合、参数时变的系统,采用常规PID控制难以有效发挥其性能,而单神经元作为神经网络的基本单元,不仅具有自适应和自学习功能,而且结构简单易于实现,因此,本文将单神经元与PID控制相结合,研究了具有增益自调节功能的单神经元PID控制在2D伺服阀控制系统中的应用。本文的具体研究内容和成果如下:(1)对2D伺服阀的阀体进行了分析。建立了2D伺服阀伺服螺旋机构的数学模型,分析了其静动态响应特性,研究了其主要参数,如高低压孔半径、初始弓高和斜槽倾角等对动态特性的影响,为2D伺服阀阀体结构的优化设计提供了理论依据。(2)对2D伺服阀电—机械转换器的数字控制技术进行了研究。建立了2D伺服阀电—机械转换器的数学模型,从电—机械转换器的角度对两相混合式步进电机的动态响应特性进行了仿真分析,仿真结果表明两相混合式步进电机作为电—机械转换器具有较好的动态特性。(3)提出2D伺服阀基于增益自调节单神经元PID的双闭环控制算法,使电—机械转换器转子能够随着输入信号的变化快速精确定位,解决了2D伺服阀控制精度和响应速度之间的矛盾。对电—机械转换器控制系统的动态特性和抗干扰特性进行了仿真分析。与传统增量式PID控制相比,采用增益自调节单神经元PID控制的系统响应速度和对干扰的抑制作用都有了明显的提高。(4)基于所提出的控制算法,设计了2D伺服阀的控制器,并搭建了实验测试平台,分别研究了电—机械转换器和2D伺服阀在所述控制方法下的静动态特性,实验结果显示,电—机械转换器和2D伺服阀均具有良好的静动态特性,验证了2D伺服阀基于增益自调节单神经元PID的双闭环控制算法的有效性。