气动肌肉并联关节的位姿轨迹跟踪控制

针对多输入多输出的气动肌肉并联关节,建立包含任务空间负载动态方程、容腔压力动态方程和高速开关阀平均流量方程的多阶动态系统数学模型。为保证气动肌肉并联关节系统良好动态特性的同时具有高精度的位姿轨迹跟踪,采用基于非连续投影算法的自适应鲁棒控制策略。该策略通过自适应参数估计来消除因气动肌肉并联关节系统动态数学模型的参数未知而引起的较大参数不确定,通过鲁棒反馈来消除因气动肌肉的伸缩力模型误差、摩擦力时变和关节系统的不可知干扰等引起的严重非线性不确定,且控制器基于反推设计,对多输入多输出的多阶耦合动态系统具有很好的适用性。试验结果表明：所研究的气动肌肉并联关节阶跃响应的静态误差小于0.09°,连续轨迹跟踪的标准误差小于0.15°,且具有较强的自适应性和鲁棒性。     

气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究

将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节，介绍了该机器人关节的运动学模型，提出了一种简便的轨迹规划方法，建立了关节的实验测控系统，应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制，在现有的实验条件下，取得了比较满意的控制结果。     

气动位置控制系统分数阶控制器的设计与仿真

为了实现对气动伺服控制系统的准确位置控制，设计了气动伺服系统，根据系统的组成推导了其数学模型，并在此基础上进行线性化处理，计算出传递函数。继而设计了一种基于稳定裕度法整定参数的分数阶控制器，使用MATLAB的优化工具箱求解控制器参数并在Simulink中搭建分数阶控制器模型进行仿真分析。结果表明，使用稳定裕度法整定参数的分数阶控制器对气动伺服系统具有良好的控制效果，在系统参数发生较大变化时仍能达到理想的控制性能指标，系统仍具有良好的信号跟踪特性、强抗干扰能力和鲁棒性。实验测得采用分数阶控制器的气动伺服系统定位精度达到0.5 mm，系统具有较高的稳态精度。     

基于AIC准则的气动位置控制系统辨识

为了解决气动位置控制系统的精确定位,提出了一种基于AIC准则的气动位置控制系统辨识。通过对气动位置控制系统分析,建立了系统数学模型,并进行了线性化处理。基于AIC准则建立了白噪声和有色噪声两种模型,找到了满足两种模型最小的阶次,采用增广最小二乘法实现对有色噪声参数的无偏估计;通过自相关系数检验了系统残差序列的白色性,验证了气动位置控制系统辨识模型的可靠性。实验结果表明:当幅值分别为1000 A和1200 A时,两种系统的传递函数基本等价,说明在相同阶次的逆M序列且幅值在一定范围内,不同系统对模型参数的辨识影响较小。     

弧焊机器人自适应轨迹跟踪控制仿真

针对多关节机械手具有非线性和耦合性等特点,常用的PD控制难以达到现场作业的要求。以弧焊机器人为研究对象,运用拉格朗日法建立该机器人的动力学模型,并在进行动力学仿真的基础上求得两关节机器人的简化模型,然后采用鲁棒自适应算法与PD控制结合的算法实现轨迹跟踪控制,最后在MATLAB/Simulink中进行算法仿真。仿真结果表明,机器人能有效抑制外界扰动对跟踪轨迹的影响,动态性能和误差收敛性良好,为实现多关节机器人的轨迹跟踪控制提供了理论基础。     

基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节设计与控制

关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具有广阔的应用前景。从功能仿生角度出发,在分析人体肘关节骨骼结构特点和肌肉发力方式的基础上,设计一种基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节。建立单根肌腱的数学模型,通过搭建气动肌腱工作特性试验平台对肌腱进行性能测试,采用最小二乘法对模型参数进行辨识。针对拮抗式仿生关节的构型进行运动学和动力学分析,提出基于肌腱模型的偏置输入气压控制方法,设计基于关节估计阻尼的扰动观测器对名义模型进行补偿,通过数值仿真对控制方法进行有效性验证。建立仿生关节运动控制试验系统,通过单关节轨迹跟踪试验验证了肌腱理论模型的正确性及控制策略的有效性。     

基于神经网络观测器的机械臂力/位置控制

针对机械臂末端运动受约束的力/位置控制中无法精确建模、模型具有外界干扰和关节角速度不可测等问题，设计一种基于神经网络观测器的补偿控制系统。首先，通过解耦力和位置控制，得到降阶动态模型。然后，利用神经网络速度观测器对关节速度在线估计，并用神经网络对降阶动力学模型中的不确定项进行逼近补偿滑模控制器。最后，基于Lyapunov稳定性理论证明系统稳定性，并对二连杆机械臂进行仿真。仿真结果表明所设计的控制系统的有效性。     

气动二维超精密伺服系统输出反馈滑模控制

针对气动波纹管二维伺服系统的超高精度控制问题,提出了一种基于逐阶反馈的递归滑模控制方法。通过对三阶系统的各阶输出分别进行二次估计,设计新型逐阶状态观测器,降低了常规观测器对系统三阶状态的观测误差。通过设计逐阶滑动模态,设计递归滑模面,减少了常规动态滑模控制信号抖振问题。通过递归滑模控制器与逐阶状态观测器的结合,在提高伺服系统精度的同时改善了控制系统的动态品质。用李雅普诺夫函数理论证明了气动波纹管伺服系统所有状态全局一致最终有界。数值仿真结果表明,气动伺服系统跟踪轨迹无超调、响应速度快、精度高,实现了运动行程20 mm,稳态误差小于100nm的大行程精密控制。     

五自由度电液伺服机械手运动控制系统研制

针对电液液伺服机械手在实际应用过程中存在运动精度低、运动平稳性差,控制模型存在非线性的问题,利用电液液伺服机械手具有负载能力强,能量密度大的优势,对机械手运动控制系统进行了研制。首先采用闭链矢量法对TCP进行了准确的位置矢量表示;其次,引入5阶B样条插值方法和改进型粒子群优化算法,得到了连续的TCP空间位移轨迹,实现了TCP位置的最优轨迹规划;最后,引入常规PID,IL-PID,NDI等控制策略,采用分级控制管理方案,实现了机械手各关节的运动控制,并利用5自由度电液伺服机械手进行了仿真和实际实验。研究结果表明:该运动控制系统能够准确地控制机械手在高负载,高精度要求下进行规定运动。     

基于逆动力学模型的Stewart平台干扰力补偿

Stewart型电液伺服平台操作空间与关节空间之间的雅可比矩阵随位姿而时变,使得各液压缸的轨迹动态同步难以保证,且各缸末端铰接于运动平台,这导致各通道存在着动态耦合的干扰力.针对此问题,在推导系统动力学模型的基础上,通过对关节干扰力的由来和作用进行分析,以系统理想轨迹逆动力学为参考模型,通过运用关节实际运动学输出的正解和系统动力学逆解求得实际关节驱动力,从而得出动态偏差力.在关节位置闭环控制基础上,利用动态偏差力,设计自适应模糊干扰力补偿规律,实现力/位置混合控制,使各支链快速趋于同步,在减小了平台抖动的同时也降低了调整时间,有效提高了系统的整体跟踪性能.     

基于两级气压伺服系统的高速受电弓主动控制研究

针对弹性链型悬挂接触网利用有限元法建立接触网模型,采用多体动力学建立受电弓模型,通过接触力元将接触网和受电弓进行耦合建立弓网耦合模型.然后建立气压伺服系统数学模型,根据车速信号采用比例控制策略控制升弓气囊提供弓网静态接触压力,根据采集得到的动态接触力信号采用模糊控制策略控制空气弹簧提供动态接触压力的补偿力.作动器分别作用于下臂杆和弓头悬挂,通过底架上的低频调节和弓头上的高频调节两级方式,主动控制接触压力,实现高速受电弓的稳定受流.     

气动液压锤锤击系统建模与分析

双作用气动液压锤利用锤芯重力和活塞顶部的氮气压力共同作用,实现锤的快速打击并使桩贯入土层。基于冲击动力学原理和波动理论,分析沉桩施工过程中从锤与桩的撞击,直至桩贯入土层的全过程,建立了沉桩系统各部件间的相互作用关系模型,并通过拉氏变换推导出了打桩过程中锤击力的解析解。从理论方面对实际施工过程中“重锤轻击”的合理性进行了验证,最后针对两种土体介质模型分别建立了锤-桩-土系统动力学方程。     

装配用振动器设计方法研究

对于小过盈量配合和过渡配合产品的装配,大部分企业采用的方法是人工敲打的方式.使用可自动控制的气动振动器来代替人工敲打进行装配,从而设计了一种装配用的气动振动器,并对装配用振动器的设计方法做了详细的阐述和说明,并进行了动力学了分析和计算,最后使用仿真软件对计算结果进行仿真,达到了设计的预期目的.     

活塞式膨胀机的性能分析与试验验证

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率分别增大到一定峰值后减小,最大峰值功率为3.97 kW,最大峰值效率为38.8%;负载扭矩40 N·m,进气压力2 MPa时,排气阶段的压力为 0.55 MPa,占进气压力的27.8%;提高进气温度会提高系统的输出功率和效率。     

基于LabVIEW的气动比例阀控系统辨识

介绍了气动系统模型的辨识过程以及LabVIEW在系统辨识上的应用,并利用其辨识工具箱对气动比例阀控系统进行辨识。仿真和实验结果表明,建立的数学模型能够反映实际系统的动态特征,所提出的建模方法是可行的。     

比例阀控气动伺服系统的系统辨识

该文在考虑摩擦和负载对系统影响的基础上，建立了比例阀控气动伺服系统的待辨识模型，并根据进一步工作的需要对模型进行了合理简化。采用递推的最小二乘法，得到符合控制要求的简化系统模型，同时给出辨识过程的详细步骤。理论分析和实验数据的验证表明了辨识的有效性。     

气动人工肌肉系统动态特性研究

提出将气动人工肌肉视为带有弹性负载的变截面气缸的观点，方便地建立了气动人工肌肉系统动态数学模型。将气动人工肌肉的工作过程划分为等客充气、充气收缩、排气伸长和等容排气四个部分，通过仿真和实验研究对气动人工肌肉进行了特性分析。实验结果表明了所建立的动态数学模型的正确性，为气动人工肌肉应用研究奠定了基础。     

气动柔性扭转关节静态模型

基于气动柔性驱动器(Flexible pneumatic actuator, FPA)研制一种气动柔性扭转关节,该关节主要由两个弧形的FPA组成,向这两个FPA充入压缩气体,关节转过一定的角度。分析扭转关节中FPA壁厚变化规律,对单个FPA的自由端进行力矩平衡分析,建立该关节的静态模型,构建试验系统对气动柔性扭转关节进行压力转角关系试验。试验结果与仿真曲线存在一定误差,分析影响扭转关节静态模型准确性的因素,并根据试验结果对扭转关节的数学模型进行修正,得到的修正模型能够较好地描述关节的充气过程和放气过程。     

双腔室空气弹簧的实验建模

分析了双腔室空气弹簧工作过程中各物理量的变化,依据绝热过程中的能量交换推导了双腔室空气弹簧的理论模型.为了提高模型的精确性,对单自由度空气弹簧实验装置进行实验,使用LMS采集系统获取输入量和输出量,得到双腔室空气弹簧的实测传递函数.在实验数据的基础上分析了密封膜结构对空气弹簧模型的影响,提出了改进的模型,并通过参数识别方法确定未知参数的值.最后将改进模型与理论模型及实测数据进行对比,证明了改进模型的有效性.