螺纹插装阀凭借体积小、零泄漏、集成化程度高以及组装方便等优点已成为液压控制技术的一个重要发展趋势。2D伺服阀具有结构简单、精度高、抗污染能力强、响应速度快等诸多优点,成为当前电液控制领域的亮点技术之一。插装式2D伺服阀作为螺纹插装阀和2D伺服阀的集合体,同时兼具两者所有的优势,在航空航天以及军工领域具有极其广阔的应用前景。本论文设计的力矩马达将作为插装式2D伺服阀的电-机械转换器,将阀芯和力矩马达的输出轴固连在一起,通过力矩马达直接带动阀芯实现转动和直动的双自由度,从而达到精确控制流量的目的。本论文的具体研究内容及研究成果如下:(1)插装式2D伺服阀的结构设计。插装式2D伺服阀主要由2D阀芯,电-机械转换器(干式力矩马达)以及LVDT传感器三部分组成。2D阀芯可以通过计算获得相关尺寸;LVDT传感器机械部分根据力矩马达的整体结构以及传感器基本原理设计;干式力矩马达的结构设计是本论文设计的核心部分。(2)力矩马达的数学建模以及参数优化。建立力矩马达的数学建模,通过MAXWELL进行磁路仿真,确定轭铁环形厚度、磁气隙和磁钢侧边宽度等参数与输出扭矩之间的相互关系。(3)二维弹簧的仿真与计算。建立二维弹簧的参数化模型并进行力学仿真,得到二维弹簧在不同结构参数下受力(或扭矩)后的变形情况,再结合力矩马达的设计要求,确定二维弹簧的具体参数,并通过理论计算进行验证。(4)力矩马达数字控制器的设计。以STM32F405数字信号处理器为主控芯片,通过DRV8844电机驱动芯片驱动力矩马达,并在程序设计中采用电流位置双闭环PID控制方法对力矩马达进行精确控制;为降低高频时幅值的衰减,增加了相位补偿环节,很大程度上提高了力矩马达的频率响应和稳定性。(5)力矩马达性能的实验研究。搭建力矩马达及其控制器的测试平台,对新设计的力矩马达的特性进行研究,得到力矩马达的频率响应以及输入输出特性等动静态性能,验证力矩马达的设计结果。