磁流变液柔顺关节的设计和运动学建模研究

针对传统刚性机器人关节在安全性和适应性方面明显不足等问题,基于磁流变技术提出了一种新型机器人柔顺关节原理,在传统的机器人关节刚性结构内部嵌入了磁流变传动机构,使其成为一种兼具刚性和柔性的关节结构。利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了磁流变液柔顺关节的仿真模型,进行了参数化设计。建立了柔顺关节可变刚度模型以及传递转角的运动学模型,并利用Matlab对理论模型进行了验证。仿真结果表明,关节输出转矩随着线圈电流的增大而近似线性增大;在相同时间内,当输入电流越大,转动角度越大,而且当工作时间增加后,转动角度的增幅增大。     

基于PID的双线圈侧置式磁流变制动器控制研究

针对磁流变制动器在制动过程中要求响应速度快、制动力矩稳定的问题,对一种双线圈侧置式磁流变制动器开展了控制研究。首先,基于所设计磁流变制动器的特点,选择位置式PID作为控制算法。其次,完成了软硬件的设计,根据实验的输入输出数据和MATLAB参数辨识工具箱,建立了控制系统传递函数的数学模型。最后,搭建了试验平台,利用建立的数学模型对磁流变制动器展开了仿真与实验研究。研究结果表明,在位置式PID控制下,双线圈侧置式磁流变制动器具有较好的响应特性,以及较好的力矩跟踪能力。     

基于分数阶的磁流变液粘弹性研究

针对磁流变液粘弹性力学建模参数多、难度大的问题,引入分数阶微积分理论对磁流变液测试装置建立分数阶模型,通过对系统"黑箱"模型的参数识别间接研究磁流变液体的粘弹特性。在自研发的流变仪上针对不同的磁流变液体进行正弦波电流加载实验,发现分数阶模型下的理论数据能够较好地拟合实验数据,且磁流变液的粘弹性可由模型参数获得。结果表明:分数阶系统模型可以从系统角度观察磁流变液体的阻尼特性,且分数阶算子与磁流变液物质参数有关。     

基于分数阶微积分的磁流变液粘弹性模拟

建立了磁流变液测试系统的分数阶模型并进行了模拟,在自制的流变仪上针对不同的磁流变液进行了正弦波电流加载验。结果表明:分数阶模型下的计算数据能够较好地拟合试验数据,且磁流变液的粘弹性可由模型参数获得;分数阶系统模型可以从系统角度观察磁流变液的阻尼特性。     

气动人工肌肉驱动关节PID位置控制研究

气动人工肌肉是一种具有柔顺性的新型驱动器。文章在对人工肌肉及其驱动关节进行实验研究及建模的基础上，采用PID方法对人工肌肉驱动的关节进行了位置控制的研究，取得了较为理想的控制效果。     

基于LabVIEW的磁流变液传动装置速度控制技术分析

针对磁流变液传动装置速度控制技术研究较少的问题,以磁流变液传动装置速度控制作为研究对象,首先搭建了磁流变液传动装置速度控制系统实验台,包括实验台的硬件设计和软件设计,然后提出了磁流变液传动装置调速理论并设计了基于Lab VIEW的自适应模糊PID控制器,最后开展了磁流变液传动装置速度控制实验。结果表明:PC机Lab VIEW平台可以通过USB接口实现对DP811A可编程电源的控制;自适应模糊PID控制对磁流变液传动装置速度控制效果良好,调速启动输出曲线的变化趋势与给定转速一致,调速稳定性实验的输出转速的波动率在9%以内,为磁流变液传动装置速度控制的研究提供了参考和依据。     

磁流变液动态性能分数阶建模研究

建立了磁流变液测试系统的分数阶模型,并利用分数阶微分方程的数值解和最小二乘法拟合了该分数阶模型,探究了不同转速磁流变液的动态性能。实验结果表明：分数阶模型能更准确、更细微地描述磁流变液的动态性能和黏弹特性;磁流变液的阻尼特性随转速和羟基铁粉含量的提高而明显增强;所建模型阶数的范围在0到2之间,且其是否大于1与弹性项和惯性项的比值变化有关。另外,羟基铁粉的含量和转速大小对磁流变液黏弹特性都有较大影响。     

简易磁流变减振器的研究

磁流变体在减振领域的应用研究已成热点,并开发出了磁流变减振器。但这种减振器由于磁流变液用量大、密封要求高等因素,致使其成本很高不利于工程推广应用。鉴于此,本文在了解磁流变液性能的基础上提出用多孔材料设计研究简易磁流变减振器,并开发出样机对其设计思路进行验证,用 SIMULINK 模拟 PID 控制下的减振效果。     

汽车发动机磁流变悬置动特性及PID控制研究

针对发动机悬置怠速工况下的隔振问题,结合磁流变液体的流变特性,在已有磁流变发动机悬置的基础上改进了悬置结构,设计了带有多个惯性通道的磁流变半主动悬置,建立其力学模型,推导动刚度和阻尼滞后角的表达式,应用软件编制程序对悬置动特性进行仿真,并用试验的方法验证了单惯性通道悬置模型的正确性;建立了考虑悬架等效刚度和等效阻尼的二自由度模型,借助于Matlab/Simulink仿真模块搭建其仿真模型,对该二自由度系统的PID控制进行了仿真分析。研究结果表明,磁流变悬置在PID控制作用下有一定的隔振效果,能够改善车辆平顺性。     

磁流变液气动伺服系统的控制算法研究

介绍了基于磁流变液阻尼器的气动伺服试验系统，对其进行分析，并分别用PID控制算法、BangBang＋PID算法、BangBang＋模糊PID算法对该系统进行跟踪控制。     

整体叶轮机器人研磨柔顺控制研究

针对目前整体叶轮人力手工研磨过程中研磨品质差、出产周期长、工人健康危害大等问题,开发了一套基于六自由度库卡工业机器人的自动研磨控制系统.机器人末端夹持气动磨机贴合整体叶轮表面,利用六维力传感器反馈受力情况,结合在线恒力控制算法搭建复杂曲面机器人研磨恒力控制系统.根据机器人运动学理论,对机器人研磨过程中末端加工工具重力干扰进行补偿;建立机器人力/位置混合柔顺控制策略,采用传统PID控制策略进行基础力控制,采用模糊自适应PID控制策略进行优化力控制实现机器人自动研磨.对整体叶轮进行研磨实验,结果表明模糊自适应PID控制算法可以有效的实现机器人的柔顺控制,保持研磨过程接触力在有效范围内.     

快速刀具伺服分数阶PID控制仿真的研究

利用分数阶PID控制,提出了一种新的快速刀具伺服(FTS)跟踪控制方法,以改善FTS的控制性能。根据差分进化算法,讨论了分数阶PID控制器的参数整定;通过数值仿真,考察了该方法的可行性和有效性。针对FTS的轨迹跟踪,根据响应时间、跟踪精度等指标,详细比较了分数阶PID控制与传统PID控制的性能。仿真结果表明,分数阶PID控制器的阶跃响应时间约为5×10-7s,是PID控制响应时间的42%,对频率为1 kHz,幅值为1μm的正弦信号的跟踪误差约为6 nm,是PID跟踪误差的50%,验证了基于分数阶PID控制器实现FTS轨迹跟踪控制的可行性和优越性。     

整体叶轮机器人研磨柔顺控制研究

针对目前整体叶轮人力手工研磨过程中研磨品质差、出产周期长、工人健康危害大等问题,开发了一套基于六自由度库卡工业机器人的自动研磨控制系统.机器人末端夹持气动磨机贴合整体叶轮表面,利用六维力传感器反馈受力情况,结合在线恒力控制算法搭建复杂曲面机器人研磨恒力控制系统.根据机器人运动学理论,对机器人研磨过程中末端加工工具重力干扰进行补偿;建立机器人力/位置混合柔顺控制策略,采用传统PID控制策略进行基础力控制,采用模糊自适应PID控制策略进行优化力控制实现机器人自动研磨.对整体叶轮进行研磨实验,结果表明模糊自适应PID控制算法可以有效的实现机器人的柔顺控制,保持研磨过程接触力在有效范围内.     

基于磁流变液减振器的履带车辆悬挂振动控制研究

选用履带车辆二自由度1/4的车体模型,分别针对被动悬挂系统和基于磁流变液(MRF)减振器的半主动悬挂系统建立了相应的数学模型,并在加上H∞控制算法后,得出了半主动悬挂系统的阻尼控制力。采用控制系统的分析和仿真软件MATLAB中的SIMULINK工具箱进行了被动及半主动控制的仿真,并将两次仿真结果进行了比较。结果表明,采用基于H∞控制算法的半主动悬挂系统的车身振动得到了明显控制。     

对含分数阶阻尼器非线性悬架的PID控制研究

对由分数阶磁流变阻尼器(分数阶Bingham模型)和非线性弹簧组成的汽车悬架系统进行PID控制研究,先建立其二自由度非线性悬架数学模型,再根据车辆的舒适性和平顺性要求设计PID控制器,在Matlab/simulink中建立非线性悬架的仿真模型,对PID控制器参数整定,并用Oustaloup逼近算法解算分数阶微积分因子,实现数值仿真。结果表明,该悬架与被动悬架相比,该悬架的平顺性和舒适性有明显的提高,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,以PID控制器对悬架进行控制同样有效,对以后研究非线性悬架有一定的指导意义。     

基于磁流变液的蠕动驱动方式研究

提出了一种利用磁流变液这一新兴智能材料来实现微机器人的蠕动驱动方式。文章分析了其运动规律及控制电压的时序,并通过ADAMS仿真验证了其可行性,为后续的研究提供了依据。     

磁流变阻尼器的分数阶Bingham模型研究

为解决磁流变阻尼器的Bingham模型在拟合阻尼力-位移关系时"具有较高精度,但是无法准确描述阻尼力-速度的滞后"的问题,基于传统Bingham模型进行了改进,应用分数阶微分形式的Bingham模型,更加准确地拟合了速度-阻尼力的滞回特性。在改进的模型中以分数阶导数代替了传统模型中位移的一阶导数,既能够描述磁流变液屈服后的粘性剪切流动,又包含磁流变液体在低剪切速率下未屈服时的弹性变形。对一种磁流变阻尼器进行了实验,比较传统Bingham模型和改进分数阶模型阻尼力-位移和阻尼力-速度拟合的精度,分析分数阶微分项阶数与控制电流及阻尼力-速度滞后特性的关系。实验结果表明,分数阶微分形式的Bingham模型拟合磁流变阻尼器力-位移和力-速度关系,其精度均较传统Bingham模型有明显提高。     

一种磁流变阻尼器的分数阶微分模型

对磁流变阻尼器系统建立分数阶微分方程表征其非线性特征,将系统输出位移信号拟合磁流变阻尼器系统分数阶微分方程,以4个参数拟合这一黏弹性系统,其拟合精度明显高于整数阶微分方程.实验和分析表明,微分方程的阶数与磁流变阻尼器加载的电流有关,加电流时分数阶项阶数较不加电流时明显升高;加电流后分数阶项的阶数随电流强度的增加而增大;同时电流强度越大,系统惯性力的影响越小,黏、弹性力的影响程度也发生变化,控制电流强度越大,黏性力的影响越占优势;当磁流变液达到磁饱和时,模型不再随电流强度的变化发生改变.系统的黏弹特性和系统模型参数也受磁流变液性能和工作条件的影响.     

SOA优化PID控制在磁流变悬置系统中的应用

根据磁流变液的流变特性以及普通液压悬置的结构,设计了一种新型磁流变悬置,并采用Ansoft Maxwell软件对其磁路结构进行分析。利用Matlab/Simulink建立了磁流变悬置系统的仿真模型。为验证SOA优化PID控制的实际效果,与磁流变悬置系统采用PID控制进行比较。怠速工况下的车身俯仰角加速度的峰值和均方根值降低了3.38%和27.15%,车身垂向加速度的峰值和均方根值降低了16.33%和9.85%;行驶工况下的车身俯仰角加速度的峰值和均方根值降低了36.48%和47.55%,车身垂向加速度的峰值和均方根值降低了31.53%和41.45%。分析结果表明,磁流变悬置系统采用基于SOA优化PID控制具有良好的隔振效果。     

基于磁流变阻尼器的转子系统振动PID控制研究

针对大型旋转机械通过临界转速时振动过大的问题,搭建了转子实验台,在不改变转子轴系原有支撑形式的基础上,将磁流变阻尼器作为辅助机构安装在转子上,通过实验研究了阻尼器对转子振动的影响规律。提出了一种PID控制策略,设计了转子振动主动控制系统,以振动幅值为反馈参数,实时调节阻尼器电流,在线抑制转子振动。研究结果表明,该阻尼器可以有效抑制转子临界转速附近的振动,降幅可达90%;通过采用PID控制策略,可根据转子振动变化在线改变控制电流,使转子振动稳定在目标值附近,实现了转子系统开机加速过程振动的自动调控。