摘要：建立了高频电气喷射阀电磁铁的有限元分析模型。在静态有限元分析基础上,通过减小喷射阀衔铁外径及在其中心钻孔对电磁铁结构进行了优化设计。优化后模型的结构尺寸及提供的稳态电磁力均与优化前相当,而衔铁质量下降71%,故其加速度大幅上升,使得优化后模型的动态响应时间在各工作状况下均约缩短8%。最后,根据优化后电磁铁模型加工制造了电气喷射阀样机,并研制了其动态性能测试系统。试验与仿真结果吻合,验证了仿真模型的有效性。

摘要：为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润滑的原理,设计了内部供压节流孔支撑的无摩擦气缸以消除系统的摩擦力,建立了活塞和缸筒间隙内气体泄漏流动和径向承载能力的数学模型,并分析了结构参数对其性能的影响,指出影响气缸性能的关键因素是活塞间隙和节流孔尺寸.利用比例阀构建了压力控制系统以实现高精度的重力补偿.试验结果表明,该气动悬挂系统可以满足低频、高精度和无摩擦的设计要求,验证了方案的可行性和有效性.

摘要：针对气浮无摩擦气缸的活塞泄漏流量大且难以直接建模的特点,提出基于电容测微原理的活塞耗气量建模方法.以活塞外圆柱面与缸筒内壁构成的偏心圆柱电容器的电容为研究对象,以高精度的流量测试系统为基础,设计一套测量装置,研究气体轴承在单侧供气的情况下电容与供气压力及耗气量之间的关系.结果表明,活塞在缸筒内的偏心与电容呈现出显著的函数变化规律,可以作为研究活塞偏心的间接手段,提出活塞工作状态的指示变量及实现方法;以电容作为衡量活塞偏心的手段,以实验数据为基础建立供气压力与耗气量的离线数学模型,在保证精度的基础上避免了对活塞偏心直接测量,简化了建模工作.

摘要：为了研究气浮式低摩擦气缸在换向过程气浮轴承的工作状态,根据固定容腔的充放气理论并结合气浮轴承的泄漏模型对气缸的换向过程进行了建模.通过理论分析,提出以换向时间和压力损耗作为换向过程的特征量,并通过仿真研究了气缸的换向特性.结果表明,在单向阀的作用下活塞内腔在换向时具有保压作用,换向时间越短活塞内腔压力损耗越小.为进一步研究影响换向特性的其他因素,建立了可调容腔的换向测试试验台.实验结果证实了仿真所得出的结论,同时也表明这种带有单向阀的气浮轴承的设计能够实现平稳换向,不同容腔下的实验数据还能为确定气缸在应用场合中的最佳换向时机提供指导.

摘要：为改进传统气缸驱动并联平台刚度低、难以控制的缺点,提出一种由3根气动肌肉和一个气缸混合驱动的并联平台.该平台具有横摇、纵摇、升沉3个方向上的自由度,其中由气缸控制的平台等效刚度控制系统和由3根气动肌肉控制的平台位姿控制系统自然分离,降低了控制器的设计难度.在对并联平台系统进行建模分析的基础上,采用气缸与气动肌肉控制相对独立的控制策略,针对气动肌肉强耦合、高度非线性的力学特性,设计一种自适应鲁棒控制器对并联平台的运动进行位姿控制.仿真结果表明,该控制器能够获得高精度的平台位姿轨迹跟踪控制效果,其中在线参数辨识部分能够对非线性模型补偿算法进行实时修正,同时控制器具有良好的鲁棒性.

摘要：针对现有嵌入式气动伺服控制器的软件功能不足,设计实现了基于DSP的嵌入式气动伺服控制器;建立比例方向阀控气缸系统的模型,采用基于反步法设计的自适应鲁棒控制策略,在线参数估计进一步提高了稳态跟踪精度.运用基于模型的设计方法,在MATLAB/Simulink工具下进行算法设计仿真,将模型进行系列转换后可以自动快速生成控制器控制算法软件,结合DSP硬件驱动和上位机监控软件进行实验验证.结果表明,气动伺服DSP控制器轨迹跟踪误差在5%内,达到了控制周期小于1ms的实时性.

摘要：针对传动较为特殊的发动机顶置凸轮轴式配气机构的特点 ,提出了根据气门运动曲线计算出该机构中凸轮轮廓的数学模型并编制了计算机程序 ,用此模型设计制造出了满足气动发动机精确配气需要的配气机构 。

摘要：为了优化模态测试悬挂系统中气悬浮无摩擦气缸的结构参数,建立了活塞和缸壁间隙内的气体压力分布、气体泄漏流量和活塞径向承载能力的数学模型,提出一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的气缸-活塞优化设计方法。以气缸结构参数作为优化变量,以降低泄漏流量和提高径向承载能力为设计目标,等价转化目标函数,并将气体流动的复杂非线性方程组转化为约束条件进行处理。该方法能够获得目标空间内分布均匀的Pareto最优参数集,全面掌握活塞结构参数的最优取值。试验结果表明,优化后的气缸能有效地降低摩擦力,减小气体泄漏流量,从而验证了该方法在工程应用中的有效性。

摘要：为模拟空间结构地面动力学测试时的零重力环境,针对研制的气动悬挂装置(PSD)采用比例流量阀开发了高精度的恒定气压控制系统.在分析了系统原理的基础上,建立压力控制系统的非线性数学模型.模型包含了比例阀的动力学特性、阀口流动的非线性、气缸容腔的压力动态和由实验结果拟合的气体泄漏.针对实现恒压控制的目标,采用输入输出线性化方法得到相对阶为2的等价系统,由于模型具有参数不确定和未建模动态特性,设计了基于观测器和等效控制的模糊滑模变结构控制器(FSMC).实验结果表明,设计的控制器对负载变化、气源压力变化、活塞运动和外部干扰均具有较强的鲁棒性,稳态压力波动小于26Pa,实现了高精度的恒压控制.

摘要：回顾了气动人工肌肉的发展历史,总结了国内外主要研究机构的研究近况,概述了在基本特性及建模、结构优化和控制策略等方面的研究工作。研究结果表明:气动人工肌肉可以从等效做功、弹性力学等多种角度建模,通过多种结构优化改进了其性能,针对气动人工肌肉系统的不同特性,采取相应的控制策略,如鲁棒设计、自适应控制、智能控制等。从目前的发展趋势来看,气动人工肌肉的工作机理分析和高精度控制短期内难以突破,相对而言新型结构设计及应用将得到迅速发展,可以预见在仿生、理疗、虚拟现实等诸多领域有着广阔的应用前景。