Simulation and Experimental Study of Dynamic Characteristics of a Pneumatic Actuator in Air Splicer

Splicing process parameters determined by dynamic characteristic of pneumatic actuator in air splicer have a significant influence on the performance of spliced yarn. Both gas thermodynamic and pneumatic actuator dynamic models, which were solved by the Runge-Kutta algorithm, were established to analyze the relationship among structural parameters of a pneumatic actuator and splicing process parameters such as splicing duration and gas consumption. Additionally,a visualization test bench to observe the dynamics of the pneumatic actuator and a mass flow measurement system to track splicing duration and gas consumption were designed. Comparisons between experimental data and simulation results show that the mathematical model accurately accounts for the dynamic characteristics of the pneumatic actuator,and consequently predicts splicing process parameters, which provides a theoretical foundation for the design optimization of air splicer.     

基于气动装置神经网络模型的anti-windup控制器设计

为提高气动系统的控制效果,以Levenberg-Marquardt算法训练多层前馈神经网络,建立了一气动装置的神经网络模型并推导出ARX模型.基于气动装置的ARX模型,采用Ragazzini方法设计了anti-windup控制器.实时控制结果表明,所设计的控制器有效地克服了控制死区和阀的饱和效应,实现了对该气动装置快速和高精度的控制.     

气动AMT离合器执行机构的动力学仿真

为分析气动AMT离合器执行机构的动力学性能,在对执行机构系统进行深入分析和研究的前提下,推导并建立了单作用气缸、离合器操纵传动机构的动态数学模型. 通过Matlab/Simulink离线仿真分析了系统的动态特性. 建模过程中考虑了操纵机构的力、位移传递特性,并结合气压驱动的特点对气体运用了等熵模型分析,实车实验结果验证了仿真模型的准确性.      

Pneumatic active suspension system for a one-wheel car model using fuzzy reasoning and a disturbance observer

This paper presents the construction of a pneumatic active suspension system for a one-wheel car model using fuzzy reasoning and a disturbance observer. The one-wheel car model can be approximately described as a nonlinear two degrees of freedom system subject to excitation from a road profile. The active control is composed of fuzzy and disturbance controls, and functions by actuating a pneumatic actuator. A phase lead-lag compensator is inserted to counter the performance degradation due to the delay of the pneumatic actuator. The experimental result indicates that the proposed active suspension improves much the vibration suppression of the car model.     

肌腱生物反应器的开发与组织工程肌腱的构建

分析了骨骼肌和气动肌腱的力学特点,确定以能模拟肌肉运动的气动肌腱作为肌腱生物反应器的动力元件,并开发肌腱生物反应器的控制系统和测量系统的软硬件,设计细胞培养室及换液系统,形成了一套完整的肌腱生物反应器系统。采用鸡的趾深屈肌腱细胞构建组织工程肌腱。通过工程化肌腱的构建实验表明:整个肌腱生物反应器系统运行良好,并能成功培养组织工程肌腱达12周。     

非线性系统神经模糊自适应控制的问题与策略

针对具有未知动力学的机械臂系统 ,提出一系列神经模糊自适应控制方法。提出神经模糊动态逆稳定自适应控制方法 ,该方法使用动态神经模糊系统逼近非线性动态系统 ,设计的动态逆控制器可以通过参数的设定保证闭环系统在初始控制段的动态性能 ,而无需事先要求机械臂状态位于某一紧集的假设。结合延时神经模糊网络 ,引入降维观测器估计输出重定义后机械手的速度矢量 ,从而建立了非线性系统的控制器观测器设计的新方法。采用了动态逆和“Back-stepping(后退 )”的技术 ,将以上方法成功推广到了考虑执行电机动力学特性的柔性连杆机械臂问题上     

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.     

基于串联弹性驱动器的并联柔顺手腕的设计

通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的运动学逆解,推导雅可比矩阵,提出了确定SEA弹簧刚度的方法;基于位置补偿思想,实现柔顺手腕的位姿控制.通过实验验证了该机构对未知负载具有被动柔顺性,通过主动柔顺控制可以实现更高的主动柔顺性.     

内嵌阻尼器的摆动伺服气缸

针对普通摆动气缸不能在行程中间实现任意点精确、快速定位的问题,研究开发一种摆动伺服气缸。提出集成叶片式气压驱动装置、圆盘式磁流变液旋转阻尼器、角度检测装置的摆动伺服气缸结构方案。设计了高速响应的驱动电源,线圈电流的阶跃响应时间约为1ms。对摆动伺服气缸基本性能试验结果表明:摆动伺服气缸具有良好的驱动性能,摩擦力矩较小,对气压驱动基本无影响,可调阻尼力矩在控制电压4.5V时达到饱和阻尼力矩24.7N·m,动态力矩平稳,波动在5%以内,输出力矩响应时间约为35ms。     

可控滚转舵系统滚转控制研究

为解决电动舵机在旋转导弹上的应用,通过分析对滚转导弹的控制,电动舵机系统相对于气动舵机系统的优势及其应用限制因素,提出一类可应用于滚转导弹控制的可控滚转舵执行机构.分析了系统的工作原理,应用动力学和运动学方法,建立了基于此滚转机构的导弹的滚转控制系统的数学模型,模型中引入了弹体的滚转角速度,舵体滚转角反馈外回路和舵体滚转角速度反馈内回路.数学模型的建立为后续滚转控制器及控制系统的设计奠定了理论基础.     

一种新型的高频响导弹气动舵机的动力机构特征分析

首次提出了一种气体开关式气液联控伺服系统 ,描述了此类系统的基本结构和工作原理 ,给出了相应动力机构的数学模型 ,在典型参数下进行了仿真计算 ,并详细分析了此类动力机构的静、动态特性。提出了用气体开关式气液联控伺服系统可以实现常规气压伺服控制系统难以实现的高频响、高精度、高刚度的结论 ,从而为高性能导弹气动舵机的控制寻求出一条新的途径     

Research on an active and continuous monitoring system for human respiratory system

Continuous and dynamic measurements of human respiratory parameters are very important for vital diseases of respiratory system during mechanical ventilation. This paper analyzed the structure and mechanical properties of the human respiratory system, and designed an active intervening monitoring micro system for it. The mobile mechanism of the micro system is soft and earthworm-like movement actuated by pneumatic rubber actuator, the measurement and therapy unit of the system is an extensible mechanism with sensors in the front. The micro monitoring system can move in respiratory tract and measure the respiratory parameters in bronchium continuously. Experiments had been done in swine＇s respiratory tract, the results proved that the micro robot system could measure the respiratory parameters in real-time successfully and its movement was smith in swine＇s respiratory tract.     

Dynamic Characteristics of a New Pneumatic Cylinder with Curved Groove

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｎｅｕｍａｔｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒｓａｒｅｅｃｏｎｏｍｉｃ,ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｃａｎｂｅｄｒｉｖｅｎａｔｈｉｇｈｓｐｅｅｄ;ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ,ｔｈｅｙａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｃｈｉｎｅｒｙ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｉｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｆａｒｉｎｆｅｒｉｏｒｔｏｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｔｕａｔｏｒｓｄｕｅｔｏｔｈｅａｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ.Ｉｍｐｒｏｖｅｄｉ…     

A Miniature Large Displacement Linear Nanopositioning Piezoelectric Actuator

A miniature linear piezoelectric actuator which moves based on inertia- friction theory is described in this paper. The authors discuss its driving principle, dynamic model and experimental results. The piezoelectric actuator includes two piezoelectric elements. Through the sequentially deformations of the two piezo elements, the moving mass slides a miniature displacement. Many strokes will be added to be a large displacement. This type of piezoactuator has advantages in its dimension and motion type, so it can be miniaturized to do micro-manipulation or micropositioning in microspace.     

一种正方体型管内仿生蠕动机器人

开发了一种微型形状记忆合金直线驱动器,驱动器可沿轴向主动收缩和舒张,并可承受一定径向力,产生弯曲变形．在此基础之上,开发了一种呈正方体型的2in(2×2．54cm)管内蠕动行走机构．该机构模仿腔肠动物的行走方式并采用独特的拐弯策略,可在管内向前后、左右、上下六个方向行走,可通过“L”型、“T”型管接头．     

适用于有限空间的微型形状记忆合金丝驱动器

形状记忆合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ,ＳＭＡ）丝用于微小型机器人中作驱动器时,为了达到要求的输出位移,其长度往往超出有限的可用空间。研究了产生这种现象的原因,并开发了一种使ＳＭＡ丝在整个可用空间中呈三维状态分布的微驱动器。理论分析和试验结果表明,该驱动器克服了ＳＭＡ丝直线驱动器和ＳＭＡ螺旋弹簧驱动器的弱点,拥有比骨骼肌更好的力学性能,应用于微小仿生机器人时,它可在满足输出位移要求的同     

抛光力实时控制策略研究

针对传统抛光过程中的力位耦合问题,构建力位解耦的抛光力气动伺服控制系统.利用数据采集卡和Matlab/simulink的实时工具箱RTW,分别采用传统PID控制、前馈PID控制和单神经元PID控制三种控制策略,研究抛光力气动伺服系统实时控制效果.采用在线最小递归二乘法对前馈PID控制策略的参数实现精确辨识.采用有监督的Hebb学习规则调整单神经元PID加权系数.抛光力实时控制实验结果表明,前馈PID控制和单神经元PID控制与传统PID控制相比,能达到更好的控制效果.前馈PID控制达到稳定力输出所需时间短,单神经元PID控制达到力稳定的过程中振荡很小.     

带制动装置气缸的PWM位置控制系统

目的 分析传统气动位置控制系统存在的问题,提出一种新的位置控制系统。方法 采用新的执行机构－内藏制动装置和位移传感器的新型气缸。系统的位置控制采用ＰＷＭ方法和模糊控制算法实现,当气缸达到目标位置后,利用制动装置来实现气缸的位置保持。     

盘式电流变传动装置的时间序列模型

电流变流体是一种新型的智能软物质．利用采样实验数据建立自回归时间序列模型,实现电流变传动器的建模．对双谱分析的概念进行讨论,指出双谱对解决非线性时间序列模型的重要作用．给出AR双谱,分析电流变传动器的非线性问题．文中采用虚拟仪器构建测试系统,这是一个通用的并可方便进行多种机电工程实验的平台．     

推力大行程气动柔性驱动器及其特性

由于Mckibben气动肌肉难以满足推力和大行程输出的要求,该文研究开发了一种新型推力大行程气动柔性驱动器。利用扁平弹性管的螺旋叠加结构实现了柔性驱动器的大行程及推力驱动,利用中心轴导向和加强网筋裹覆技术以提高驱动器直线运动重复精度与工作寿命,建立了该驱动器驱动力模型,对该柔性驱动器工作特性的试验研究结果表明:驱动器输出推力随供气压力增大而增大,随工作长度增大而减小。当供气压力为0.3 MPa时,被测驱动器最大驱动推力为320 N,最大伸长变形率达120%以上。