基于电流变材料的智能结构研究进展与应用

电流变材料是功能是全面的智能材料之一,可由计算机进行控制,根据外部条件的变化快速地改变它的材料特性。文章综合评述了国内外对电流变材料性能及其电流变效应理论的研究,以及电流变材料在动力传动、阀控液压伺服驱动系统、机器人技术、振动控制和机械制造加工系统中应用的进展。     

两种电流变阀的流量控制性能比较研究

电流变液作为工作介质应用于流体控制系统,可通过电流变控制阀对流量和压降进行无级调节,这种新型流体控制阀具有无机械部件运动,可由电场信号直接调节等优点。描述了基于电流变效应的环形式ER阀、平板式ER阀的流量控制性能,在对两种控制阀流量控制方程进行理论对比分析之后,搭建实验系统对它们控制特性进行实验对比分析。     

基于电流变效应的车削颤振预报控制技术的研究

将电流变减振技术引入机床切削系统,研制了车床横刀架电流变液减振器。通过流变学动态模量测试方法,求得了该系统的附加阻尼和附加刚度,并对该系统振动响应特性进行了理论分析。研制开发了基于电流变效应的车削颤振预报控制系统。预报控制试验结果表明,利用该系统可以对机床切削颤振实施有效的预报控制。     

基于 AMESim 的液粘调速离合器伺服阀建模仿真研究

为了建立液粘调速离合器完整的液压控制回路,以伺服阀为例对回路中非标准阀的建模仿真方法进行了探讨. 首先通过分析液粘调速离合器液压系统的工作原理,并结合伺服阀的结构,利用仿真软件AMESim建立了伺服阀块的物理结构模型. 结合仿真分析,对控制油压与出口油压的关系以及影响出口油压的因素进行了研究. 结果表明,弹簧预紧力决定了打开阀口时所需的控制油压,但却并不影响出口压力随控制油压的变化梯度. 在此基础上将伺服阀放入液压控制回路中进行仿真,研究控制电流与工作油压的关系并与试验数据进行比较. 结果表明,建立的伺服阀模型仿真结果与试验结果相吻合,为其他非标准阀块的建模仿真提供了参考依据.     

电流变阀及阀控系统的研究与分析

介绍了新型智能材料电流变流体(悬浮液型)在液力传输中的应用;运用电磁理论、流体动力学、Bing-ham plastic流体动力模型和静电极化理论,推导出电流变流体控制元件的控制方程,并根据电流变流体控制元件的设计准则,设计了平行平板和同心圆筒型两种电流变流体控制元件;运用现代控制理论和计算机仿真软件(Matlab)对电流变动力元件进行了静态分析,对电流变阀控液压系统进行研究分析。     

基于负载敏感系统的山地液压割草机工作回路研究

以基于负载敏感设计的山地液压割草机工作回路为研究对象,分析了该回路的工作原理,并通过AMESim平台建立负载敏感泵模型和整个工作回路的仿真模型,验证工作回路设计合理性。分析了该系统在变负载工况、变流量饱和工况下的性能,分析了阀后补偿在负载敏感中的抗饱和能力,分析了在负载敏感泵中的恒压阀与LS阀的右位通道上有无阻尼孔及该阻尼孔大小对系统的影响,仿真结果证实基于负载敏感理论设计的山地割草机工作回路系统是切实可行的,能为设计山地液压割草机提供理论支撑。     

全液压钻机给进液压系统的负载特性

通过对全液压钻机实际工况和负载特性分析,建立钻套与钻具之间的摩擦系数关系,针对给进电液系统进行优化设计,分别建立加压钻进和减压钻进压力控制系统数学模型;根据钻进地质情况的不同,对控制回路性能与溢流压力关系和控制回路压力-流量与电比例换向阀阀口开度关系进行分析,研究变负载对压力控制性能的影响,实现高效节能的回路控制。通过现场对给进液压缸负载力的采集,对比仿真分析,充分证明了给进压力控制回路可以对加压力准确调节,使钻杆在实际钻进过程中安全、平稳,优化后的给进电液系统在给进压力控制方面效果显著。     

电子限滑差速器电液控制系统特性研究

 以某电子限滑差速器（ELSD）中的电液控制系统为研究对象，分析其电液回路的控制原理及响应特性。根据回路各部件间的机、电、液联动关系，建立系统的数学模型。并运用AMESim/Simulink建模仿真平台，搭建ELSD的液压仿真模型。基于该模型，分析ELSD活塞输出压力与脉宽调制（PWM）信号控制的高速开关阀之间的动态响应关系。研究PWM信号频率、占空比、车轮间转速差及差速器、高速开关阀设计因素对输出油压的影响。通过分析仿真实验结果，提出提高该系统响应速度及控制精度的方法。     

液压自由活塞发动机自激振动的控制

以单活塞液压自由活塞发动机活塞运动控制为目标,研究相应的控制方案。基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动系统的理论分析,同时利用样机建立试验测试平台,对活塞运动控制的理论基础、控制回路和控制方法进行研究。通过控制压缩能量的释放时刻可以实现对活塞运动频率的控制。设计出一种新的先导式控制回路及其自由活塞位置反馈调制控制方法。回路实现了对阀组通流能力的充分利用和活塞极限位置的控制。回路循环能量损失的主要来源是节流和泄漏。单活塞液压自由活塞发动机稳定运行充分条件是实现膨胀过程的完整性。     

以Couette流动方式为基础的电流变液测试系统的研制

在分析电流变液 (Electrorheological fluids)测试技术特点的基础上 ,研制了一种基于库特 (Couette)流动方式的电流变测试系统。对由上海大学研制的几种电流变液进行了性能测试 ,结果表明所建立的电流变测试仪具有较好的重复性与可行性 ,可以准确、方便地获得与电流变效应有关的剪切应力、漏电流等方面的信息     

基于电流变阻尼超精密气浮工作台建模及控制研究

随超精密装备加工精度和生产率的不断提高,直线气浮系统得到广泛重视和研究。为解决直线气浮系统抗干扰能力较差等问题,针对已开发的超精密直线气浮工作台,设计了电流变剪切模式阻尼器;建立了气浮工作台整体模型并基于屈服前后平滑过渡的Eyring连续本构模型通过辨识得出电流变剪切阻尼器类稳态模型;分别对零电场线性及高电场非线性电流变阻尼2种情况下的气浮工作台应用误差积分LQR控制器;为达到综合最优,进一步提出开关及滑模控制器,实验证实这2种控制策略均能同时提高系统的响应速度、减少建立时间,降低跟踪误差及纹波。     

基于电流变阻尼超精密气浮工作台研究

为解决直线气浮系统抗干扰能力较差等问题，针对已开发的超精密直线气浮工作台，设计了电流变剪切模式阻尼器；基于屈服前后平滑过渡的Eyring连续本构模型通过辨识得出电流变剪切阻尼器类稳态模型；从仿真和实验研究了电流变阻尼及高电场强度对直线气浮工作台模态的影响，实验模态结果验证了仿真方法的有效性，同时证实设计的电流变阻尼器及电场强度的提高不会造成模态频率的下降，只会引起阻尼比的大幅度提高，甚至减少模态阶数。     

聚吡咯在几种连续介质中的电流变效应

研究了聚吡咯在液体石蜡、硅油和蓖麻油中的电流变效应。结果表明：随着电场强度、聚吡咯浓度的增加，电流变液的漏电流增大，而随着剪切速率的减小，漏电流却增大。由蓖麻油和聚吡咯组成的电流变液的电流变效应最好。     

Electrorheological damper for the ultra-precision air bearing stage

This paper illustrates how the electrorheological damper substantially improves the performance of the ultra-precision air bearing stage. Smart materials such as electrorheological fluids have attracted many researchers’ attention because of their resistance changeable performance in different electric fields. Meanwhile, the ultra-precision air bearing stage driven by the linear-motor is characterized by zero mechanical damping and poor anti-disturbance. To solve this problem and consider the characteristics of electrorheological fluids, an electrorheological damper is proposed in this paper. The electrorheological damper’s characteristics in high electric fields are obtained based on the Eyring constitutive model, which smoothly transits from the pre-yield to post-yield region. To enhance the performance of the electrorheological damper, which takes effect only when the stage is going to decelerate or position, the on-off and sliding mode control methods design and optimize the controller. The results prove that by using the advanced sliding mode control method, the characteristics of the ultra-precision air bearing stage can be effectively improved through the introduction of the electrorheological damper.     

Electrorheological damper for the ultra-precision air bearing stage

This paper illustrates how the electrorheological damper substantially improves the performance of the ultra-precision air bearing stage. Smart materials such as electrorheological fluids have attracted many researchers’ attention because of their resistance changeable performance in different electric fields. Meanwhile, the ultra-precision air bearing stage driven by the linear-motor is characterized by zero mechanical damping and poor anti-disturbance. To solve this problem and consider the characteristics of electrorheological fluids, an electrorheological damper is proposed in this paper. The electrorheological damper’s characteristics in high electric fields are obtained based on the Eyring constitutive model, which smoothly transits from the pre-yield to post-yield region. To enhance the performance of the electrorheological damper, which takes effect only when the stage is going to decelerate or position, the on-off and sliding mode control methods design and optimize the controller. The results prove that by using the advanced sliding mode control method, the characteristics of the ultra-precision air bearing stage can be effectively improved through the introduction of the electrorheological damper.     

电流变液静态屈服应力的实验研究

本介绍了一种新的电流变液静态屈服应力测试方法,通过一个阀型装置对基于沸石和硅油的电流变液静态屈服应力进行了测试,结果表明,电流变液的静态屈服应力与外加电场强度的平方成正比,并以此作为电流变液器件设计的一个依据。     

无线供电形状记忆合金驱动的尿道阀驱动特性研究

为了解决尿道括约肌损伤或神经功能障碍引起的重度尿失禁问题,设计了一种磁耦合谐振式无线供电形状记忆合金弹簧驱动的尿道阀。建立了尿道阀的驱动力模型和无线电能传输耦合模型,仿真分析了弹簧结构参数对驱动力的影响规律,通过实验研究了无线供电系统的控制参数和线圈结构参数对尿道阀驱动特性的影响规律以及尿道阀的启闭特性。研究结果表明,该尿道阀原理可行;增大弹簧线径,减小弹簧中径和匝数,增大信号源电压,增大线圈直径、线径和匝数以及合理设定信号源频率,均可提高驱动特性;尿道阀启闭特性良好。研究结果可为尿道阀结构设计提供依据,也可为人体其他括约肌自主控制的设计提供参考。     

新型混合动力系统硬件在环试验研究

针对一种采用行星齿轮机构的新型重度混合动力系统,为了缩短其开发周期,设计了该系统的硬件在环仿真试验平台,分析了该系统试验平台的总体结构和控制原理,制定了该混合动力系统在驱动工况和制动工况下台架试验控制流程。利用MATLAB/Simulink与dSPACE实时仿真平台开发了新型混合动力系统硬件在环试验控制系统,对系统的相关性能进行了试验验证。试验结果表明,所搭建的硬件在环试验系统能较好地验证新型混合动力系统的各种工作模式。     

Electrorheological fluid-assisted ultra-precision polishing for small three-dimensional parts

This paper deals with a new machining method (electrorheological fluid-assisted polishing) for small three-dimensional parts such as micro-aspherical lens, die and mirror. The behavior of electrorheological particles and abrasive particles in the vicinity of the tip of the tool was observed by CCD microscope, and the electric field strength, electrode shape, and type of abrasive particles were investigated. It was clear that the electrorheological effect facilitates collection of the abrasive particles at the tool tip, even while the tool is rotating. Then, electrorheological fluid-assisted micro-aspherical generator system was developed, which is capable of micro-grinding and micro-polishing on the same machine. The system demonstrated the excellent polishing performance of small area after grinding process.     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明,所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区,提高了系统动态性能和位置跟踪精度。