适用于力反馈数据手套的被动力觉驱动器

为了克服目前力反馈数据手套存在的安全性差、力再现范围小等不足,提出了一种磁流变液被动力觉驱动器实现方法.利用液体智能材料磁流变液在磁场作用下毫秒级时间内能连续、可逆地由牛顿流体状态转变为类似固体状态的特殊性能,设计了一种被动力觉驱动器;介绍了该驱动器的结构和实现原理,利用电磁场有限元分析方法分析了驱动器的电磁特性,在此基础上建立了驱动器的动力学模型,讨论了输出力的动态范围并进行初步实验验证.最后利用研制的驱动器原型构建了单手指力反馈数据手套并进行了初步实验.实验结果证明,基于磁流变液的被动力觉驱动器利用流体传递力,增加了输出力的稳定性,多旋转片结构使输出力增大2倍,并具有安全性好、力再现范围大等优点.     

用于被动力觉再现的磁流变液制动器

为解决主动力觉驱动器的安全性、稳定性差等问题,研制了一种用于被动力觉再现的新型制动器.该制动器包括一个内置多个旋转盘的壳体,转子与壳体的间隙充满磁流变液.在磁场作用下当磁流变液粘度变大时,旋转盘相对于壳体将受制动力矩作用.建立了制动器的动力学模型,分析了制动器输出力的约束条件,通过研究转子转速反馈算法和输出力矩反馈算法建立制动器的简化逆动力学模型.虚拟力觉再现实验结果显示:制动器输出力的动态变化系数大于20,能够高保真地实现肌体组织的柔顺性再现和硬物的刚性再现.     

管路减振用磁流变阻尼器设计与性能研究

针对流体动力管路减振降噪需求,提出了一种应用于流体动力管路振动控制的双出杆剪切阀式磁流变阻尼器设计方法.以磁流变阻尼器Bingham模型为基础,将磁流变阻尼器结构设计与磁路设计相结合,推导了阻尼器结构参数的计算公式.采用COMSOL对磁流变阻尼器电磁场进行了仿真,并计算了磁流变阻尼器在不同控制电流下的剪切应力.根据所提出的磁流变阻尼器设计方法及管路振动控制需求,研制了磁流变阻尼器样机,并对样机进行了动态力学性能测试.测试结果表明:磁流变阻尼器性能参数与理论设计要求基本一致,证明了该设计方法的正确性和可行性,并且采用该优化设计方法能够简化磁流变阻尼器设计过程和减小磁流变阻尼器体积.      

旋转式磁流变螺旋流动阻尼器扭矩增强研究

为提高旋转式磁流变阻尼器输出扭矩密度,提出了一种具有更高精度的旋转式磁流变阻尼器设计方法.建立了螺旋流动磁流变阻尼器内部各通道的磁流变液准稳态流动微分方程,基于Herschel-Bulkley本构模型推导了磁流变液速度分布表达式,研究了螺旋流动阻尼器在高速工况下阻尼力矩和动态范围的计算方法.对阻尼器各通道的输出扭矩进行了数值仿真,结果表明,在高速工况下,随着电流增加,螺旋流动模式的扭矩增强效应呈现先上升再下降的趋势,并最终退化为纯剪切模式.设计加工了样机,并进行了低速和高速性能测试,实验结果显示,实验结果与理论计算吻合,零场高速工况下改进模型相较于传统模型平均误差减小129.4％,为设计高输出扭矩密度的旋转式磁流变阻尼器提供了理论基础.     

共振式压电驱动器分析及实验研究

推导了压电陶瓷等效刚度和驱动力的表达式.考虑胶层及预压弹簧的影响,将压电陶瓷简化为等效驱动力作用下的弹簧,设计了共振式压电驱动器.建立了共振式电驱动器的动力学模型,并进行了共振式压电驱动器原理性实验验证.实验与理论分析结果误差在10％以内,结果表明等效弹簧模型在低频范围内能够较为准确地模拟压电陶瓷的动力学特性.共振式压电驱动器可以显著放大压电陶瓷的位移,克服压电陶瓷输出位移小的缺点,有较为广阔的用途.     

基于改进支持向量机的永磁驱动器设计

将多输出支持向量机回归方法与模糊化理论相结合,提出一种永磁驱动器的设计方法.首先,引入空间粒子群优化算法对合成核多输出支持向量回归模型参数进行寻优,在此基础上通过实验法建立了永磁驱动器的性能与结构参数的多目标回归模型;然后,运用模糊理论将多目标转化为单目标,建立了设计问题的数学模型并利用空间粒子群算法进行求解;最后,通过模型精度分析以及ANSYS仿真和样机的测试,验证了该方法的有效性.     

超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性研究

针对超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称 GMA)磁滞非线性和动态特性难以精确描述的问题,以基于GMA的二自由度精密微定位平台为对象,对其进行磁滞非线性和动力学建模并仿真分析。根据Jiles-Atherton磁滞模型、磁致伸缩模型、磁滞非线性圧磁方程和驱动器的结构动力学原理,建立了组合的微定位平台磁滞非线性动态模型;通过模型计算出输出位移的大小;另外对四种数学模型进行动态特性仿真分析。研究结果表明:仿真位移曲线与实验测得输出位移曲线基本一致,验证了所建模型的正确性;且优化了系统的设计参数,对改善GMA的动态性能和稳态输出性能提供了依据。     

超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)磁滞非线性和动态特性难以精确描述的问题,以基于GMA的二自由度精密微定位平台为对象,对其进行磁滞非线性和动力学建模并仿真分析。根据Jiles-Atherton磁滞模型、磁致伸缩模型、磁滞非线性圧磁方程和驱动器的结构动力学原理,建立了组合的微定位平台磁滞非线性动态模型;通过模型计算出输出位移的大小;另外对四种数学模型进行动态特性仿真分析。研究结果表明:仿真位移曲线与实验测得输出位移曲线基本一致,验证了所建模型的正确性;且优化了系统的设计参数,对改善GMA的动态性能和稳态输出性能提供了依据。     

磁流变风扇离合器结构设计与可控性分析

针对发动机离合器的传统驱动方式无法实现风扇转速实时连续调整,易造成发动机功率无谓损耗、冷却过度等问题,设计了一种以磁流变液为传动介质的风扇离合器。基于磁流变液Bingham模型和不可压缩粘性流体Navier-Stokes方程,建立了磁流变离合器转矩传递模型,分析了模型中各参数对输出转矩的影响。依据磁路设计理论,提出了磁流变离合器磁路的两种设计方法。采用ANSYS软件进行了磁流变离合器磁路的数值分析,验证了理论计算结果的正确性。优化设计并加工了磁流变离合器的系列试验样品。利用构建的磁流变离合器性能测试平台进行了样品的机械静态特性、输出特性、调速特性试验研究。结果显示:该磁流变离合器在2 A输入电流控制下,输出静态转矩达到13 N.m;转矩随转速差加大增加的幅度较小,保持在0.4~0.8 N.m之间;负载特性试验证实了磁流变离合器输出转速的可控性。     

基于DOE及RSM的单线圈磁流变阻尼器优化设计及动力性能分析

设计了一种单线圈磁流变阻尼器,并推导其阻尼力数学模型.为使磁流变阻尼器在固定尺寸内得到最优性能,采用实验设计（design of experiments,DOE）和响应曲面法（response surface methods,RSM）相结合的方法得到磁感应强度与设计变量的近似响应函数,建立目标函数并求解得到最优几何参数.对单线圈磁流变阻尼器进行电磁场仿真和动力性能仿真;搭建动力性能测试试验台,分别测试优化前后阻尼器在不同电流、频率、振幅及速度下的动力性能.实验测试结果表明,优化前阻尼器最大输出阻尼力仅有253 N,优化后阻尼器的最大输出阻尼力可达560 N;优化前阻尼器最大可调范围为3.7,优化后阻尼器的最大可调范围为4.8,输出阻尼力随电流变化连续可调,具有良好的动力性能.