气动人工肌肉关节的建模与仿真

为降低传统气动系统的成本，设计了气动人工肌肉(PMA)驱动的单自由度(DOF)运动关节系统.在研究PMA和脉宽调制(PWM)高速开关阀特性的基础上，建立了系统的多输入4阶仿射非线性数学模型.仿真分析了系统在不同输入控制量下的静、动态输出特性，并分别研究了摩擦力、负载、气源压力和工作容积4个主要因素对系统特性的影响.仿真结果表明，该系统开环稳定，且不论摩擦力存在与否，系统输入输出都存在着良好的静态线性关系，但静摩擦力影响稳态输出值，增加负载或减小气源压力都将引起系统超调和震荡加剧，而减小PMA内部的工作容积可以提高系统响应.     

气动软体自折叠机械臂的驱动和负载性能

提出由气动自折叠机械臂和气动关节构成的全软体空间捕获机器人方案. 基于折纸理论设计气动自折叠机械臂结构初始构型,研究气动自折叠机械臂的驱动特性和负载性能;进行气动机械臂的充气驱动试验,得到气压-伸长量关系曲线;基于非线性有限元法,分析气动机械臂驱动过程的大变形和应力应变分布. 结果表明,充气段和排气段的曲线均呈非线性变化,整个驱动过程的滞回曲线明显,验证了其充气驱动-排气自折叠的驱动特性. 通过负载能力试验和仿真分析,评估气动机械臂的负载能力. 随着设计气压不断变大,拉伸负载能力变小,滞回环变大,而抗压负载能力变大,滞回环变小. 所研究的气动自折叠机械臂为实现全软体空间捕获机器人提供技术支撑.     

单移相输入串联输出并联的功率预测控制

针对直流变换器在交直流微网应用中输入电压脉动或负载变动情况下的动态性能较差和鲁棒性能较低的问题,选择由双有源全桥构成输入串联输出并联(ISOP)结构变换器为研究对象,提出基于功率均分的功率预测控制方法. 采用单移相控制思想,通过分析ISOP功率控制原理,建立ISOP控制模型,对功率进行预测并构建评价函数以对移相量进行优化. 相比于传统电压闭环控制,该方法在输入电压和负载发生变化时,显著地提高系统动态响应速度,增强系统抗干扰能力并保证各模块功率均衡. 搭建两单元ISOP系统的MATLAB仿真模型及RT-LAB半实物实验平台,仿真和实验结果验证了该方法的正确性与有效性.     

3-RPS并联机器人动力学分析及模糊控制仿真

为研究并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制精度,更好地对机构进行有效的实时控制,以3-RPS并联机器人的动平台以及各支链为研究对象进行了动力学分析.应用牛顿-欧拉方法,分析了该并联机器人三支链对动平台的驱动力、约束力矩以及动平台对三支链的作用力,构建了动力学方程.基于Matlab仿真软件,采用液压伺服驱动方式及模糊控制算法,构建模糊控制仿真模型进行了仿真分析.仿真结果证明了牛顿-欧拉方法对3-RPS并联机器人动力学分析的正确性及模糊控制方法的有效性,为进一步利用Matlab对3-RPS并联机器人轨迹跟踪控制研究提供了一定的理论基础.     

六自由度运动平台冲击响应分析

分析了六自由度运动平台系统受到外力冲击干扰情况下的位姿响应.冲击产生位姿扰动的主要原因是运动平台各液压驱动系统的刚度和阻尼较低.通过求解各液压驱动系统的冲击响应,再利用铰点空间与平台任务空间之间的误差传递关系,求出了运动平台的位姿响应.最后,给出了任意位姿条件下冲击响应的计算和仿真结果.     

汽车点焊气动模糊滑模控制研究

点焊气动伺服控制系统常用于轿车白车身的焊接。在焊接过程中,保持焊点压力稳定是提高焊接质量的关键因素之一。基于焊接试验平台上,研究了气动系统的控制模型,提出模糊-滑模控制策略。针对辨识所得的气动系统,运用模糊-滑模控制策略对气动系统进行了仿真,结果表明,模糊-滑模控制策略适用于汽车点焊气动系统。     

阀控缸气动速度PID控制仿真研究

为了进一步研究气动速度伺服控制,用PID控制进行仿真控制研究.分析了控制参数基准电压、比例系数、积分系数和微分系数对仿真速度响应的影响,建立了比例方向阀控缸气动速度伺服系统数学模型,并用MATLAB的SIM ULINK模块建立了系统仿真模型.仿真实验的结果可作为设计实用系统的参考.     

4TPS-1PS四自由度并联电动平台动力学建模与位姿闭环鲁棒控制

4TPS-1PS四自由度并联平台是针对稳定跟踪系统需要而设计的一种新型并联机构,具有3个独立的转动自由度和1个移动自由度.对该新型并联平台进行运动学分析,将其分为上平台、电动缸、从动支链3个部分,利用拉格朗日方法建立了完整动力学模型,在此基础上提出一种适用于该并联平台的位姿闭环鲁棒控制策略.采用该并联平台特有的实时正解得到上平台实际位姿进行反馈,将平台作为一个整体进行控制,在任务空间内设计滑模变结构控制器,进行两自由度复合运动控制实验.结果表明,该控制策略是有效的,提高了平台的轨迹跟踪精度,平均位姿跟踪精度优于0.05°.     

液压伺服阀控缸动态特性数学建模及仿真分析

在液压阀控缸的基础上,改变负载就能获得不同的液压伺服控制系统.分析了阀控非对称缸的负载压力-流量特性,建立了阀控缸流量连续性方程和液压缸的力平衡方程,推导了阀控缸位置控制系统动态特性的数学模型.采用MATLAB软件的SIMULINK模块对阀控缸位置控制系统进行动态特性仿真分析,并进行了实验验证,结果表明:所建数学模型及仿真结果接近实际工况,能满足不同液压伺服控制系统负载特性的分析需要.     

基于粒子优化算法的并联机器人误差建模分析

以6?PTRT并联机器人为研究对象,建立其位姿误差模型,利用单支链闭环矢量法,依据输入输出关系,建立误差方程。依据6?PTRT并联机器人的位姿误差模型,将机构误差转化为驱动杆误差,利用MATLAB软件分析各个驱动杆杆长误差参数对其输出位姿误差的影响;建立并联机器人位姿误差修正的目标函数,利用基于带收缩因子的自适应权重粒子群算法寻优各个驱动杆误差参数,修正末端位姿、提高运动学精度,为6?PTRT并联机器人动力学、位姿标定以及轨迹规划和控制等问题提供理论依据。     

Design and test of pneumatic artificial muscle driven variable trailing-edge camber wing

A variable camber wing driven by pneumatic artificial muscles is developed in this paper. Firstly, the experimental setup to measure the static output force of pneumatic artificial muscle is designed and the relationship between the static output force and the air pressure is investigated. Experimental results show that the static output force of pneumatic artificial muscle decreases nonlinearly with the increase of contraction ratio. Secondly, the model of variable camber wing driven by pneumatic artificial muscles is manufactured to validate the variable camber concept. Finally, wind tunnel tests are conducted in the low speed wind tunnel. It is found that the wing camber increases with the increase of air pressure. When the air pressure of PAMs is 0.4 MPa and 0.5 MPa, the tip displacement of the trailing-edge is 3 mm and 5 mm, respectively. The lift of aerofoil with flexible trailing-edge increases by 87% at AOA of 5°.     

Cross-coupling integral adaptive robust posture control of a pneumatic parallel platform

A pneumatic parallel platform driven by an air cylinder and three circumambient pneumatic muscles was considered. Firstly, a mathematical model of the pneumatic servo system was developed for the MIMO nonlinear model-based controller designed. The pneumatic muscles were controlled by three proportional position valves, and the air cylinder was controlled by a proportional pressure valve. As the forward kinematics of this structure had no analytical solution, the control strategy should be designed in joint space. A cross-coupling integral adaptive robust controller(CCIARC) which combined cross-coupling control strategy and traditional adaptive robust control(ARC) theory was developed by back-stepping method to accomplish trajectory tracking control of the parallel platform. The cross-coupling part of the controller stabilized the length error in joint space as well as the synchronization error, and the adaptive robust control part attenuated the adverse effects of modelling error and disturbance. The force character of the pneumatic muscles was difficult to model precisely, so the on-line recursive least square estimation(RLSE) method was employed to modify the model compensation. The projector mapping method was used to condition the RLSE algorithm to bound the parameters estimated. An integral feedback part was added to the traditional robust function to reduce the negative influence of the slow time-varying characteristic of pneumatic muscles and enhance the ability of trajectory tracking. The stability of the controller designed was proved through Laypunov's theory. Various contrast controllers were designed to testify the newly designed components of the CCIARC. Extensive experiments were conducted to illustrate the performance of the controller.     

Control strategy for pneumatic rotary position servo systems based on feed forward compensation pole-placement self-tuning method

The pneumatic rotary position system, in which an electro-pneumatic proportional flow valve controled a rotary cylinder, was studied, and its mathematical model was built. The model indicated that the controlled pneumatic system had disadvantages such as inherent non-linearity and variations of system parameters with working points. In order to improve the dynamic performance of the system, feed forward compensation self-tuning pole-placement strategy was adopted to place the poles of the system in a desired position in real time, and a recursive least square method with fixed forgetting factors was also used in the parameter estimation. Experimental results show that the steady state error of the pneumatic rotary position system is within 3% and the identified system parameters can be converged in 5 s. Under different loads, the controlled system has an excellent tracking performance and robustness of anti-disturbance. Foundation item: Project(50375034) supported by the National Natural Science Foundation of China     

气液边缘位置控制装置气动检测器的结构参数优化

气液边缘位置控制装置广泛用于纺织、印刷、包装等制造领域,它的气动检测器的结构特性极大影响该装置的工作性能。本文在初步研究检测器喷口流的动状态基础上,采用正交试验和方差分析方法,优选气动检测器的结构参数,并对具有优选结构检测器的气液边缘位置控制装置进行整机动态试验,试验结果表明:检测器中固定节流器和主喷口的结构尺寸对控制气液伺服阀的膜盒中的气压变化影响最显著,采用优选结构检测器的装置的动态响应性能得到了改善。     

气动人工肌肉驱动的类人关节研究

Mckibben气动人工肌肉是一种由气压激励的运动引擎,它可以输出足够的拉力,并具有一定的柔顺性.建立了一个新的机器人肘关节,关节结构由人类肘关节演变而来,由两条对抗设置的Mckibben气动人工肌肉驱动,肌肉对的伸缩运动导致关节旋转;分析和计算了关节角度和人工肌肉收缩长度间的关系,以及最大旋转角的几种可能情形,推导出最大可能旋转角度,讨论了关节结构参数对最大旋转角度的影响,并把该机器人关节和人类关节进行了比较.     

气动两关节机械手的动特性及其控制

近年来由于气压控制技术的发展,气缸作为一种驱动和控制机构,已在工业机器人的开发中得到应用。但由于气体固有的压缩性,增加了系统的不稳定因素,影响到控制质量。因此,为了提高气动机械手的控制性能,对气动多关节机械手进行动力学研究,已成为必要。本研究考虑到实际应用的需要,制作了一台气动两关节机械手,建立了在单缸驱动下的机械手的动特性数学模型,用计算机仿真考察了系统各种参数变化时,系统动态品质的变化情况。最后通过实验,确认了数学模型的正确性。此外,以数学模型为基础,提出了一种比较简单且易于实现的位置控制方法。     

A method for the length-pressure hysteresis modeling of pneumatic artificial muscles

This paper presents a method for the length-pressure hysteresis modeling of pneumatic artificial muscles (PAMs) by using a modified generalized Prandtl-Ish     

气动包装机执行机构精确定位的单片机控制

介绍了气动系统的单片机ＰＣＭ控制进行的实验研究，认为ＰＣＭ控制是一种行之有效的控制方式，为气动包装机自动化的定位精确控制提供了一种新的途径。     

比例方向阀控气动缸动力机构建模

讨论了比例方向阀气动缸动力机械建模问题,采用工作点线性方法建立了动力机构和四阶模型,对位置系统和力系统推导了它的状态空间和传递函数形式,气缸两腔的压力动态存在差异,并且这个差异导致无法使用负载压降这个中间变量,基气动系统的这个特点,本文没有导出伺服系统的特性,并研究了平衡点附近系统模型参数的获取问题,为定量分析打下基础。