电静液作动器精细化建模和特性分析

电静液作动器（Electro-hydrostatic actuator,EHA）是电驱液传的执行机构,具有体积小、重量轻、功率密度高、可控性好、维护性好、集成度高、可靠性高等优势。传统EHA的线性建模方法通常忽视电机和泵的强非线性,这种建模方式过于保守,导致模型精度降低,影响高性能控制及性能预测的准确性。为处理传统建模方式的保守性问题,建立考虑伺服电机和泵非线性的精细化模型：通过MATLAB/SIMULINK建立时变、非线性、强耦合、多变量的永磁同步交流电机（Permanent magnet synchronous motor,PMSM）模型,通过AMESim建立含流量脉动和外泄漏的定量柱塞泵模型,完善了EHA仿真模型;改变系统参数进行MATLAB-AMESim机电液联合仿真,通过多种仿真工况的结果对比,分析EHA系统的典型特性,揭示了系统参数对控制器跟踪性能的影响。建立精细化模型进行特性分析,为EHA系统参数对控制性能的影响度分析提供了理论支撑和仿真验证手段。     

电静液作动器多目标优化设计

电静液作动器(EHA)设计需要考虑质量、刚度、效率等指标的综合最优,而且这些目标之间通常相互矛盾,是一个多目标优化设计难题。提出一种针对EHA的多目标优化设计方法,给出了EHA质量、刚度、效率的评价模型,通过多目标粒子群优化算法对连杆长度、舵面初始角度、泵的排量等关键设计变量进行智能优化,获得帕累托优化设计集合,并进一步采用层次分析法对帕累托集合中的方案进行综合决策,按照给定的多目标间的权重,实现了方案的排序和EAH的优化设计。     

电静液作动器不确定性建模分析与可靠度计算

不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。     

电静液作动器(EHA)负载匹配方法研究

电静液作动器(EHA)作为未来多电飞机作动系统的功率部件,其机械特性与负载特性适应程度,直接影响EHA对功率需求.基于EHA负载研究,从静态和动态两方面进行EHA参数匹配设计,并对主要因素的影响进行分析,建立数学模型、仿真模型和搭建试验台,通过仿真和试验对匹配参数进行验证,形成以一种电静液作动器(EHA)负载匹配通用方...     

基于MATLAB与ADAMS的踝部主动式假肢设计

为克服踝部被动式假肢的一些弊端,提出了一种适用于踝部关节假肢的主动式设计。通过对人体步态行进过程进行采集与分析,得到相关曲线;运用MATLAB对曲线进行解析,得到相关曲线函数f(x);同时设计一种主动式的机械结构,并基于ADAMS分析其运动,得出相关曲线函数g(x);通过验证f(x)与g(x)的误差,来验证设计的合理性与实用性。     

磁致伸缩材料驱动的电静液作动器设计方法及性能研究

M-EHA(Magnetostrictive electro hydrostatic actuator)是以GMM材料为驱动元件的一种适用于多应用场合的电静液作动器,其性能影响因素较多,理论分析较复杂.为能够对时间域下作动器的动态输出位移进行研究,提出了一种新型的M-EHA的设计方法并研制了原理样机;针对作动器试验测试...     

一种主动型踝关节假肢设计及动力学分析

设计了一种平衡可控变刚度主动型踝关节假肢,通过调节弹簧的预紧力,实现不同行走模式下的变刚度运动。首先采用Motion Analysis步态分析系统进行人体行走步态实验的研究,获得踝关节行走过程中的关节角度及关节力矩,为踝关节假肢设计提供理论依据;其后,进行踝关节假肢机构方案分析,利用电动机带动曲柄摇杆机构,并组合弹簧进行踝关节假肢的机构设计;最后,采用ADAMS软件进行踝关节假肢虚拟样机仿真,研究不同刚度系数对踝关节假肢运动输出的影响,仿真结果表明踝关节假肢有较好的动力输出效果,并通过实验验证了机构设计的合理性。     

多学科多目标评价及其在电静液作动系统中的应用

为进行新型机载电静液作动系统方案的评价,提出了一种机电一体化产品方案设计的综合评价方法。该方法综合运用多学科优化设计和质量功能部署技术,引入了系统设计结构矩阵和部件参数关系矩阵的概念,设计了基于多学科、多目标的综合评价函数,并结合两种实际的机载电静液作动系统方案及其主要参数,得出了与实际情况吻合的综合评价结果。该方法在产品设计和方案评价中具有良好的应用价值。     

采用自适应变量泵的高效电静液作动器

为解决定量泵设计的电静液作动器(EHA)在大负载时热耗带来的温升问题,提出一种以自适应变量泵为基础的高效电机泵组件,利用杠杆原理,把EHA大负载时电机大扭矩输出,转换成电机小扭矩输出,从而降低电机电流造成的损耗,减小发热。通过建立物理模型,运用理论推导,分析了自适应变量泵、直流无刷电机和高效电机泵组件的特性,得出了EHA输出功率归一化曲线和电机损耗功率归一化曲线,找到了EHA在大负载下提高工作效率,解决发热的方法。     

一种电静液作动器可靠性的GO分析设计方法

针对提高复杂机电液一体化产品-飞机电静液EHA可靠性的问题,研究了基于GO法的EHA可靠性计算方法,提出了一种电静液作动器EHA可靠性的GO分析设计方法,完成了具有多组件余度参数的EHA作动器GO图和GO运算,推导了其可靠度计算公式,得出了高可靠性EHA设计的相关理论,给出了GO法应用于EHA余度设计的新思路。设计算例表明,这种基于GO法的EHA可靠性分析设计方法计算精确,能很快得出较优余度设计参数,是一种可行的系统性分析设计方法。     

基于电磁作动的冲击振动主动控制技术

针对恶劣的振动冲击环境,提出一种基于电磁作动的冲击振动主动控制技术,并研制了一套电磁执行装置。对实验样机的数值份真和试验结果表明,系统可以兼顾振动与冲击控制,具有无谐振峰和较宽的频率响应范围、较大的位移响应范围和较为理想的隔振率的优点。     

电液自供能式车辆主动悬架多模式切换控制

为了克服主动悬架耗能大的缺点,提出一种基于电动静液压作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)的自供能式主动悬架结构。分别建立了该系统主动模式和馈能模式下的数学模型,分析了EHA主动悬架系统实现自供能的能量平衡条件,设计了包含上层切换控制器和下层天棚控制器的分层协调切换控制策略,仿真分析了天棚阻尼系数对改善悬架性能和实现自供能的影响,并通过仿真分析设计了合理的天棚阻尼系数。结果表明,该EHA自供能式主动悬架系统改善了悬架动态性能,实现了能量自供能,有效克服了主动悬架耗能大的缺陷。     

基于足底力反馈的踝关节主被动康复策略

踝关节机能损伤人群数量增长与康复医师紧缺是现阶段面临的一个重要社会问题,为此,基于一款2-SPU/RR踝关节康复机器人提出一种主被动结合的辅助康复策略。首先建立虚拟样机模型和对应的结构简图,进行运动学分析,求解了机器人的工作空间,结果表明该机器人能够满足踝关节跖屈-背屈和内翻-外翻复合运动需求。然后针对目前康复机器人主要研究内容为被动康复问题,未能根据患者脚踝实际损伤情况进行康复,提出一种踝关节机器人主被动康复结合的方法。先预设康复运动轨迹,基于足底压力数据和力感知算法获得患者的运动意图,通过软硬件控制系统实现机器人主动跟随,同时将运动轨迹进行记录和数据化。最后对描迹轨迹进行优化,根据优化轨迹使用5段S型加减速控制方式进行定制化被动康复。主被动康复系统实现了机器人跟随控制与患者主动行为感知的结合,有助医师对踝关节机能损伤患者的诊断与治疗。     

基于遗传算法的电动静液作动器模型参数辨识

电动静液作动器具有功率密度高,集成度高以及高效节能等优点。为了获得较为精确的作动器线性数学模型,采用了遗传算法对模型参数进行辨识。在遗传算法中,将一组模型参数值视为一个染色体的基因编码,以实测的系统频率响应数据作为评价染色体优劣的标准,并构造相应的适应度函数。通过使用基于排序的选择概率设定方法,算术交叉算子以及高斯变异算子,并进行迭代运算,实现了种群的遗传进化操作与对最优解的搜索。最终的辨识结果证明了遗传算法辨识作动器模型参数的有效性。     

电动静液压主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制

提出一种内模-Smith时滞补偿控制方法进行电动静液压主动悬架的时滞控制。对电动静液压作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)进行了响应特性试验,采用一维线性插值方法对试验数据进行了模型拟合,并得到了含纯时滞的作动器简化模型。针对作动器的惯性响应设计了内模控制器,利用一阶泰勒表达式转化成了PID控制器形式;将作动器的纯时滞视为理想主动力的时滞,设计了Smith时滞补偿控制器。搭建了EHA主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制仿真模型,并进行了仿真分析。结果表明,内模-Smith时滞补偿控制能使作动器输出的主动力在时间上得到较好的控制,明显改善了主动悬架的动态性能。     

船舶阀门电动静液作动器混合灵敏度鲁棒控制器设计

以电动静液作动器系统为研究对象,建立系统数学模型;针对油液弹性模量摄动设计基于H_∞混合灵敏度控制器;利用MATLAB/Simulink与AMESim仿真平台,搭建船舶阀门电动静液作动系统联合仿真模型。针对电动静液作动器应用于驱动船舶中线型蝶阀实际应用背景,计算中线型蝶阀不同开度下启闭总阻力矩,并拟合为连续曲线作为系统负载特性,并对控制器算法的位置跟踪性能进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的基于混合灵敏度H_∞控制器位置跟踪性能显著优于PID控制器,对外部干扰有较强的鲁棒性。     

基于人行走能耗分析的踝关节外骨骼设计

基于对人体行走的能耗分析,设计了一种新型有源无动力踝关节外骨骼.首先,基于耦合摆模型建立人体行走摆动相动力学方程并采用打靶法求解.根据动量守恒原理分别计算摆动腿膝关节锁定、脚跟着地以及关节摩擦引起的能耗率.计算结果表明,脚跟着地引起的能耗率远大于膝关节锁定和关节摩擦引起的能耗率.然后,基于该能耗分析结果设计了一种足底弹...     

基于并联型有源电力滤波器的设计

有源电力滤波器用于动态补偿和谐波抑制,可以有效改善电能质量.文章对并联型有源电力滤波器的基本结构和基本工作原理分别作了介绍和分析,并运用Matlab软件建立了仿真模型,得出了谐波补偿前后电流的仿真实验结果,最后对实验结果进行了FFT分析.     

基于混合驱动的大行程快速刀具伺服设计与控制

为获得高精度大行程快速刀具伺服（Long-range fast tool servo,LFTS）系统,以柔性铰链为运动导向机构,提出一种基于洛伦兹电磁力与压电混合串联驱动的LFTS系统构成策略。对于该混合驱动,基于洛伦兹力的音圈电机用于实现大行程运动,而高频响压电则对其进行高精度动态补偿。针对压电驱动,为提高系统输出刚度及寄生运动抑制能力,提出一种改进的具有完全对称构型的桥式柔性放大机构。两种驱动的垂直布置构型及压电驱动的完全对称性有效降低了驱动间动力学耦合。基于试凑法和智能优化算法,结合机-电-磁理论模型分别优化获得了音圈电机及压电驱动系统关键参数,并采用有限元仿真验证了设计的正确性。为获得高精度运动跟踪,提出音圈电机开环逆动力学控制及压电驱动闭环补偿LFTS整体运动误差的控制策略,借助所辨识系统动力学模型最优设计了相应控制器。最终,通过试验样机开闭环性能测试,验证了系统设计与控制策略的有效性。     

机载泵阀协调控制EHA的设计与仿真分析

为了解决机载电静液作动器(EHA)响应速度与作动效率难以兼顾的问题,设计了一种泵阀协调控制的EHA并利用MATLAB/Simulink软件进行了建模与仿真分析。首先结合典型的变转速定排量EHA与直接驱动阀,阐述了系统的结构组成与工作原理,提出了根据飞行任务阶段不同而互为备份的3种工作模式;然后考虑到系统的复杂性与非线性,分别建立了泵控与阀控模式下的数学模型;最后根据某型飞行控制系统的性能要求,设计了系统的控制器并进行了仿真实验。结果表明,泵阀协调控制EHA具有较高的精确度和稳定性,同时阀控模式下系统的动态响应特性要明显优于泵控模式。