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电液伺服系统突出具有负载能力强、功重比高、布置灵活等优点,广泛应用于武器装备、航空航天、高端冶金、智能机器人等高端大型重载装备的高性能重载驱动与运动控制场合,直接决定其核心性能,是国防装备和国民经济建设领域不可或缺的关键技术。电液伺服阀是电液伺服系统的核心控制硬件,而系统级的运动控制算法是其核心控制软件,受限于核心组件制造水平和核心控制方法研究水平,我国高性能电液伺服阀、电液伺服控制算法及电液伺服系统曾长期被欧美发达国家垄断或禁运,高端装备产业链面临严重的“卡脖子”风险。 该项目历经十多年的长期研究,从组件耦合驱动、元件节流传动、系统受扰运动的关键环节入手,突破了电液伺服元件精密制造以及电液伺服系统非线性控制方法等核心技术瓶颈,发明了高性能电液伺服控制关键技术,研制出系列电液伺服阀元件和成套电液伺服系统及装备,相关产品实现了规模化生产,形成了从基础理论、关键技术、核心装备到产业化的原创性重大突破。主要关键技术与创新点如下: 1)建立了电液伺服系统不确定性加乘耦合非线性模型范式,原创了参数不确定性与时变干扰非线性观测交互驱动机制,发明了基于不确定性观测的非线性前馈与积分鲁棒非线性反馈方法,提出了电液伺服系统自适应抗扰非线性控制理论,实现了系统控制误差由国际最高水平有界浮动到渐近趋于零的跨越式突破。 2)发明了衔铁驱动组件、射流片偏导板组件、滑阀耦件、偏转轴驱动组件、密封组件等伺服阀关键组件的高硬度渗氮淬火、去应力热处理、圆柱体超精密加工、薄壁管件精密磨削、精密配磨等特种制造工艺,开发了组件匹配及整阀超洁净装调工艺产线,研制出喷嘴挡板、射流偏转板、旋转直驱、比例伺服驱动等滑阀型电液伺服阀元件,阀芯控制精度达0.2%FS,响应频宽高于200Hz,整体性能达到国际先进水平。 3)以研制的电液伺服阀和发明的电液伺服自适应抗扰非线性控制方法为核心支撑,结合应用工况开发了众多场景化的非线性伺服控制算法与装备,研制出导弹半实物仿真测试系统、中子束线开关总成、七自由度液压重载机械臂、水利枢纽升船机等系统的核心电液伺服装备,发明了高性能伺服舵轮、高端装备智能产线,实现了核心控制算法在机电伺服控制领域的推广应用。电液伺服元件及系统应用于载人深潜、载人航天、第三/四代军机、C919/AG600民机、WS15航发、中国散裂中子源、景洪水电站、重大武器研制等国家重大工程。 项目发表SCI论文70篇,其中中科院大类一区论文22篇、二区论文28篇、TOP期刊论文40篇、ESI高被引论文8篇,SCI他引2208次,代表性论文一、二是液压控制领域2000年至今SCI他引最高的学术论文。项目成果得到了37位院士、69位行业Fellow的广泛引用并被评价为“新框架、新一代控制器、原创发明、里程碑”,多次肯定项目取得的渐近性能并评价为“优异的、卓越的、极好的、非凡的”,并在多个领域获得成功推广。 项目已获授权国家发明专利65项,近二年项目完成单位新增销售额超15亿元,新增利润超1亿元。项目伺服阀产品广泛应用于航空航天、武器装备、智能机器人、高端冶金、能源电力、高性能测试系统等行业,国内市场占有率排名第一,处于绝对领先地位,打破了国外技术封锁和产品垄断,扭转了高端电液伺服元件及系统长期依赖进口的局面,服务多项国家重大工程。项目推动了我国流体传动行业和高端制造领域科技进步,确保了我国高端装备产业链关键核心技术自主可控和重大工程的顺利实施。 专家鉴定:整体技术国内领先、国际先进,其中电液伺服非线性控制技术国际领先。