自动变速箱中的主要执行器是电磁阀,通常由多个电磁阀共同控制一个档位的转换。随着压电阀技术的发展,压电阀已成为电磁阀的理想替代品;相对于传统电磁阀来说,压电阀具有精度高、响应快、功耗小、连续位移控制、结构紧凑等优点。此外,压电阀中的执行器还可以兼作位移传感器为控制提供反馈。本文提出了一种同时自感知位移和驱动力的压电阀,能够实现压电阀位移控制和驱动力的实时监控。本文基于压电材料的正、逆压电效应,建立了阀芯位移、驱动力、压电电荷和驱动电压之间的关系模型,将压电阀的控制信号与传感信号解耦,通过压电电荷与驱动电压自感知压电阀的位移和驱动力。压电阀中主要包括作为驱动元件的压电叠堆,用于提供预紧力的碟簧垫片,以及避免剪切和扭转用的正八边形垫块。控制系统的实现基于NI采集卡和LabVIEW程序,用于电压、电荷数据的采集、位移设定和控制。不同于传统的硬件积分电路,本文采用软件积分的方法来获得压电电荷,精密电阻与压电执行器串联将压电电流转换为电压,对压电电流采样并积分后得到压电电荷。软件积分法的优点是可以灵活调整参数,通过预先估计漏电阻来避免积分后电荷偏移。对于压电阀的位移控制,本文选择了带有前馈结构的PID控制,其中前馈部分运用Prandtl–Ishlinskii模型的解析形式逆模型对压电迟滞进行补偿。进行了自感知压电阀的位移控制实验,结果表明,压电阀能够较好的追踪设定位移,位移控制的均方根误差为2.03%,同时监测驱动力的均方根误差为1.80%,压电阀的迟滞从37%降低到3.75%。压电阀的位移和驱动力可以同时根据自感知算法估算得到,无需外部传感器,也不需要复杂的系统参数辨识,在工程应用前只需要简单的标定即可使用。