超高壓氣動(dòng)比例減壓閥的原理如圖所示，該減壓閥采用出口壓力電反饋的方式。由閥的主體結(jié)構(gòu)、壓力傳感器和控制器三個(gè)主要部分構(gòu)成。氣動(dòng)比例減壓閥輸出壓力的調(diào)節(jié)通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓腔的壓力，改變氣動(dòng)活塞的受力狀況，產(chǎn)生相應(yīng)的位移從而改變主閥的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出壓力的目的。調(diào)壓腔壓力的控制則是通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)輸出壓力與設(shè)定壓力的偏差，經(jīng)控制器給出控制信號(hào)控制比例電磁鐵，調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥閥口的開(kāi)度，改變流入調(diào)壓腔的流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)調(diào)壓腔壓力的目的，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)調(diào)壓腔進(jìn)出口的流量相當(dāng)，調(diào)壓腔氣體的壓力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)所。

圖2-1高壓氣動(dòng)比例減壓閥原理簡(jiǎn)圖

設(shè)計(jì)的氣動(dòng)比例減壓閥主體的外形圖如圖2-2所示，該減壓閥在排氣口和進(jìn)氣口分別設(shè)置有高精度的高壓壓力傳感器，其中出口端的高壓壓力傳感器用于檢測(cè)輸出壓力，做壓力閉環(huán)反饋控制，進(jìn)氣端的高壓壓力傳感器用于檢測(cè)輸入壓力，作為控制器的一項(xiàng)重要參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)輸出控制信號(hào)。另為了進(jìn)一步分析減壓閥的工作機(jī)理，在氣動(dòng)比例減壓閥的調(diào)壓腔設(shè)置了一個(gè)壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)調(diào)壓腔的壓力變化。由于該型減壓閥尚處于探索性研究階段，所設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器末與減壓閥集成于一體，而是采用通用的比例放大電路板加多功能數(shù)據(jù)采集卡加計(jì)算機(jī)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

超高壓氣動(dòng)比例減壓閥從功能上該閥的結(jié)構(gòu)可分為先導(dǎo)閥級(jí)和主閥級(jí)兩大部分。

主閥級(jí)部分，壓力反饋腔內(nèi)裝主閥芯彈簧K，彈簧下接主閥閥芯，主閥閥芯推桿的另一端與氣動(dòng)活塞相接觸，使得調(diào)壓腔的壓力變化帶來(lái)的活塞位移信號(hào)能傳遞給主閥閥芯。主閥閥芯和主閥芯推桿上端中心均開(kāi)有細(xì)長(zhǎng)孔，連通排氣腔b和壓力反饋腔f，使得兩腔的氣體相通，反饋腔的壓力與排氣腔的壓力近似相等，部分平筏主閥芯兩端所受的壓力，同時(shí)具有對(duì)主閥閥芯緩沖減振的功能。主閥芯在反饋腔的受壓面積小于其在排氣腔一側(cè)的受壓面積，二者的面積差為進(jìn)氣腔氣體壓力作用面積，由于進(jìn)氣壓力大于排氣壓力，故在該氣體壓力與彈簧的預(yù)緊力共同作用下，使得當(dāng)減壓閥處于非工作狀態(tài)時(shí)，主閥閥口得到足夠的密封壓緊力，而無(wú)需使用剛度很大的預(yù)緊彈簧，同時(shí)使得穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，調(diào)壓腔的壓力必須略高于排氣腔的壓力(否則，氣動(dòng)活塞無(wú)法取得足夠的力定開(kāi)主閥閥口)，保證先導(dǎo)氣路的正常工作。

先導(dǎo)級(jí)部分，先導(dǎo)閥閥芯采用兩級(jí)節(jié)流口串聯(lián)的滑閥形式，并且采用了閥套的結(jié)構(gòu)方式。采用滑閥結(jié)構(gòu)具有移動(dòng)的導(dǎo)向性好，容易利用端面作為反饋力的作用面而不受進(jìn)氣端高壓氣體產(chǎn)生的密封壓力作用，先導(dǎo)閥靈巧反應(yīng)快，且采用非全周閥El易于構(gòu)成較小的通流斷面，而且閥El無(wú)沖擊等特點(diǎn)。不足之處是帶來(lái)了微量的氣體泄漏問(wèn)題。閥門(mén)采用正遮蓋的方式，調(diào)節(jié)比例放大板的偏值電流改變閥口的遮蓋量。比例電磁鐵由一個(gè)PI控制器控制，PI控制器的參數(shù)不是固定的，而是隨著設(shè)定的輸出壓力和輸入壓力變化而變化，以適應(yīng)大范圍調(diào)節(jié)壓力的要求。

氣動(dòng)比例減壓閥輸出壓力的調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓腔的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。不考慮泄漏因素影響，影響調(diào)壓腔壓力有從先導(dǎo)級(jí)流入調(diào)壓腔的氣體流量，氣體流經(jīng)介于調(diào)壓腔與排氣腔之間的氣動(dòng)活塞上的節(jié)流孔的流量，以及因氣動(dòng)活塞移動(dòng)而帶來(lái)的調(diào)壓腔的體積變化三大因素。上述三個(gè)因素中的后兩個(gè)由減壓閥的結(jié)構(gòu)和所處的工作狀態(tài)決定，控制調(diào)壓腔的壓力主要從控制先導(dǎo)級(jí)流入調(diào)壓腔的氣體流量入手。 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：首先由壓力傳感器檢測(cè)輸出壓力與設(shè)定壓力的偏差，該偏差信號(hào)傳送給控制器，控制器按其算法給出比例電磁鐵的控制信號(hào)，該控制信號(hào)與先導(dǎo)閥的復(fù)位彈簧共同作用，使得閥芯調(diào)整到一個(gè)新的位置，即改變了先導(dǎo)閥閥II的開(kāi)度，流入調(diào)壓腔的氣流流量發(fā)生變化，從而改變了調(diào)壓腔的壓力。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)調(diào)壓腔進(jìn)出口的流量相當(dāng)，調(diào)壓腔氣體的壓力處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

      先導(dǎo)級(jí)進(jìn)氣引自主閥的進(jìn)氣腔a，小股氣體流經(jīng)先導(dǎo)閥閥口，調(diào)壓腔，再通過(guò)氣動(dòng)活塞上的節(jié)流口流入排氣腔。按液壓半橋的分析方法來(lái)分析該減壓閥的先導(dǎo)氣路，該先導(dǎo)級(jí)的氣路結(jié)構(gòu)屬于C型半橋的結(jié)構(gòu)，即輸入端氣體阻尼是可變的，輸出端氣體阻尼是固定的。