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三、课题分解方案
（二）各课题内容
逐项分段说明各课题的研究目标、主要研究内容、拟解决的重大科学问题或关键技术、考核指标及评测手段/方法等。每个课题限3000字以内。
课题三：面向科学仪器的微型阀精密控制与集成应用
研究目标：
探究多流体介质条件不同温度场下微型比例阀瞬态、稳态响应机理，探明多物理场耦合作用下多介质微型阀内节流膨胀、热补偿与流量迟滞机制，建立微型阀节流、充放气、热交换等效应模型，探究流量、压力、温度变化对响应速度和控制精度的影响规律，突破多介质热补偿反馈的高精度、快响应控制技术，实现多介质热补偿的微型比例阀流量压力精密控制；面向气相色谱仪、色谱质谱联用仪，设计微型比例阀进排气接口与载气分流气路，开发EPC集成系统，实现不同工作状态多介质条件的高精度气路控制；完成微型比例阀设计定型、装配流程、制造工艺和检测方法验证，形成批量生产能力，最终实现微型比例阀在气相色谱仪、气相色谱质谱联用仪等精密仪器中的应用，技术就绪度达到9级。
主要研究内容：
子课题3.1基于多介质热补偿的微型比例阀流量/压力精密控制技术
针对不同温度场下微型比例阀动态响应及控制精度问题，开展微型比例阀热补偿、快响应、高精度控制研究，探究多种类流体介质下微型比例阀瞬态、稳态响应机理，探明多物理场耦合作用下微型阀内节流膨胀、热补偿与流量迟滞机制；分析微型比例阀流量/压力反馈的基本原理和比例电磁阀的结构组成，基于阀芯所受电磁力、气动力和弹簧弹力之间的关系，建立微型阀多介质流体节流、充放气、热交换等效应模型；探究流量、压力、温度变化对响应速度和控制精度的影响规律，提出基于脉宽调制驱动的闭环热补偿反馈控制策略，最终实现多介质热补偿的微型比例阀流量压力精密控制。
1）多物理场耦合的微型比例阀响应机制研究
结合微型比例阀零部件结构，基于欧姆定律和磁感应效应分析比例阀系统的工作原理，利用AMESim建立系统仿真模型，分析多介质条件下线圈匝数、弹簧刚度、弹簧预紧力等参数对微型比例阀流量迟滞特性的影响机制；考虑摩擦力和摩擦系数，基于仿真模型探讨电磁比例阀工作过程中线圈匝数、气隙间距和磁导长度对电磁力影响的规律，揭示入口压力、弹簧刚度、阀芯质量和弹簧预紧力对电磁阀瞬态、稳态响应的影响机制。
2）微型比例阀多介质流体节流效应模型研究
分析比例阀基本结构和工作原理，探究流经比例阀的气体流量与阀前后压差的关系，建立气体压力/流量控制系统的动态模型，进行管道压力与流量特性分析；考虑多温度场下及多介质条件下阀芯所受电磁力、气动力和弹簧弹力之间的关系，建立微型阀多介质流体节流、充放气、热交换等效应模型。
3）基于脉宽调制驱动的热补偿闭环反馈控制策略
基于微型比例阀多物理场下介质节流效应模型，考虑气动力、流量和压力热补偿机制，开展比例阀压力控制总体设计研究，解明电磁阀出入口压力变化、多流体介质多温度环境与电磁阀响应特性之间的映射关系；设计一种基于参数自整定模糊PID控制器的PWM型电磁比例阀的控制系统，提高响应速度，利用模糊控制技术建立一种新的温度补偿算法，实现微型比例阀控制系统的自适应热补偿，通过对比例阀的开度调节来调整输出的载气压力，最终实现多介质热补偿的微型比例阀流量压力精密控制。
子课题3.2面向科学仪器的微型比例阀系统集成与应用研究
面向气相色谱仪、色谱质谱联用仪分析结果的一致性与重现性对气路系统稳定性的需求，基于色谱仪气源与管柱差异，设计微型比例阀进排气接口与载气分流气路；基于测量气体性质特点，结合系统工作模式，开发基于多介质流体热补偿算法的控制器；发展基于微型比例阀、压力流量传感器、控制器的电子气路控制系统EPC集成技术，实现恒流模式、恒压模式、分流模式等不同工作状态与不同气体类型响应系数下的高精度气路集成控制。依据相关国际标准与国家标准，完成微型比例阀设计定型、装配流程、制造工艺和检测方法验证，形成批量生产能力；应用于气相色谱仪、色谱质谱联用仪，在真实使用环境下通过功能、性能测试，达到技术就绪度9级。
拟解决的关键技术问题：
针对多物理场耦合的不同流体介质，会引起气动力的变化，流经微型阀的气体流量与阀前后压差的关系机制不明确，给微型阀的控制精度和响应速度带来极大挑战。高精密仪器中，微型阀载气流速、压力的变化对气相色谱仪、色谱质谱联用仪的柱分离效能及检测器灵敏度的影响突出，所以通过微型比例阀在仪器不同工作状态与不同气体类型响应系数下的保证载气流速的稳定性是色谱定性、定量分析可靠性的极为重要的条件。因此，发展基于多介质热补偿的微型比例阀流量/压力精密控制技术，应用于气相色谱仪、色谱质谱联用仪等精密仪器，是本课题的关键技术问题。
考核指标及评测手段/方法：
迟滞≤5%：基于比例阀特性绘制其响应曲线，经过多次得电、断电测试