基于层叠式PVDF作动器的混合隔振器的设计与特性研究

设计了一种层叠式PVDF作动器并通过理论和实验的方法对其特性进行了研究,将PVDF作动器和橡胶元件相结合设计了一种新型主被动混合隔振器。在研究了比例反馈控制理论和Bang-Bang控制理论的基础上,提出一种改进的Bang-Bang控制方法并将其应用于作动器的控制。提出了混合隔振器的力学模型并通过仿真和实验的方法研究了其传递率特性。最后利用混合隔振器搭建实验平台进行实验,实验结果表明对于幅值不太大的振动扰动,混合隔振器可以比单纯被动隔振器取得更好的隔振效果,特别是在系统自然频率附近效果尤其明显,实验结果同时表明改进的BangBang控制方法相对比例反馈控制方法更加有效。

基于电磁式惯性作动器的四面固支板前馈补偿线性自抗扰振动主动控制

针对基于电磁式惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的由相位滞后、功率放大器等模拟器件、数据采集卡的采样时间等因素导致的时间延迟,本文提出了一种基于跟踪微分器(Tracking Differentiator, TD)的前馈补偿自抗扰控制方法.首先,利用振动理论和电磁感应原理,建立了基于惯性作动器四面固支板的振动模型;其次,利用跟踪微分器获得输入信号的跟踪信号及其微分信号,以实现相位超前功能,并根据控制信号与系统输出同步的原则设计了扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)来估计系统状态和总干扰.最后,搭建了一套基于NI PCIe采集系统的振动控制平台,验证所提出的振动主动控制策略的控制性能.开展了传统三阶-线性自抗扰控制、预测估计器的线性自抗扰控制和所提的振动控制策略的对比试验,结果表明了所提的基于TD的前馈补偿自抗扰控制器具有最佳的抗扰和振动抑制性能.

层叠式PVDF压电作动器及圆柱壳的振动主动控制

设计了一个层叠式PVDF压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导了表面局部粘贴层叠式PVDF压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚度之间的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控制仿真。结果表明层叠式PVDF压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横向振动控制非常有利。说明了层叠式PVDF压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作动器。

筒形大力值惯性式电磁作动器优化及性能分析

作动器是主动控制的重要动力部件,用于船舶推进轴系主动控制的作动器对低频范围的输出力值有较高要求。本文以电磁作动器为研究对象,建立动力学模型,利用Ansoft Maxwell对该电磁作动器进行磁路优化分析,确定该电磁作动器具有最优磁路尺寸。通过电磁作动器仿真计算得到的电磁力大小与实际测试出的电磁力大小基本相等,证实该电磁作动器建模仿真方法的正确性。得到电磁作动器的最佳频率输出范围,说明电磁作动器具有低频大力值输出的特点。该作动器的优化方法及性能分析为船舶推进轴系等结构的低频大力值主动控制提供了理论及技术支撑。

尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究

针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷(Pb-Zr-Ti,简称PZT)叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究。结果表明:位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19μm/s。以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。

基于非对称液压缸的闭式电液作动器性能研究

非对称液压缸工作时具有占用空间小、出力大、可靠性高等优点,约80%的液压系统均使用非对称液压缸。由于非对称液压缸两侧的有效作用面积不等,两腔进出口流量不相等,导致负载方向发生变化时,作动器会出现速度和压力振荡,严重影响电液作动器的可靠性与稳定性等技术指标。首先,在对非对称式电液作动器产生速度和压力振荡的原因进行理论分析的基础上,开展对基于非对称液压缸的闭式电液作动器液压系统架构研究,提出新的系统架构,对作动器的四象限工作特性以及稳定性进行分析。最后,在AMEsim平台上搭建作动器模型,分析作动器在负载换向时的动态特性及稳定性。结果表明,本文提出的作动器模型具有良好的稳定性,对推进非对称式电液作动器的广泛应用具有重要意义。

基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动控制研究

为了降低单层平面DE作动器的控制电压,提出了一种层叠式平面DE作动器,并开展了基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动主动控制研究。结合介电弹性体(DE)材料的力电耦合模型,基于哈密顿变分原理,建立了含层叠式平面DE作动器的柔性悬臂梁系统振动控制微分方程。基于比例反馈控制策略,利用不同层数的层叠式平面DE作动器对悬臂梁系统进行了振动主动控制的仿真研究。结果表明,层叠式平面DE作动器对柔性薄壁结构具有良好的振动控制效果,同时相比于单层平面DE作动器,控制所需电压可以降低30%以上,从而为DE作动器的低电压驱动应用提供了一条可行的技术途径。

用于直驱式机电作动器的PMSM自抗扰控制研究

基于永磁同步电机(PMSM)的直驱式机电作动器,要求电机位置控制精度高、鲁棒性强,且具有极高的抗负载冲击能力。针对以上需求,设计了实用的PMSM自抗扰控制器。首先,采用线性控制率实现误差反馈控制,并应用扩张状态观测器(ESO)估计交、直轴电流交叉耦合及电量参数摄动所引起的扰动以进行前馈补偿,实现id=0的矢量控制及交轴电流随动控制;然后,应用跟踪微分器安排位置响应的过渡过程,用ESO估计出系统状态及负载和摩擦转矩引入的总扰动,分别用于实现非线性状态反馈控制及扰动补偿,完成以交轴电流为内环的位置伺服控制。仿真及实验结果表明,PMSM自抗扰控制系统精度高,响应快速无超调,刚度大,算法本身计算量小,且易于工程实现,具备可行性。

基于EEMD分解的直驱式机电作动器故障诊断

基于集合经验模式分解(EEMD,Ensemble Empirical Mode Decomposition)算法,给出一种机载直驱式双余度机电作动器(DDDR-EMA,Direct-Driven Dual-Redundancy Electro-Mechanical Actuator)复合故障诊断方法.EEMD对信号加入有限幅度的高斯白噪声,利用高斯白噪声频率均匀分布的统计特性使信号在不同尺度上保持连续性,解决了经验模式分解的模式混叠缺陷并保留了自适应性.将EEMD方法应用于机载DDDR-EMA故障诊断实验振动信号分析,先对实测信号进行分解,得到一组无模式混叠的固有模式函数;再采用不同的方法分析各频段,提取各频段包含的故障特征.实验结果表明:与经验模式分解相比EEMD能提高故障信号的分析精度,准确诊断机载DDDR-EMA的复合故障.

电磁式作动器主动振动控制的理论原理及控制策略

对电磁式作动器主动振动控制的理论原理及控制策略进行了研究。建立了系统的实验模型，用传递函数分析法导出了系统振动传递率和稳定工作时各种反馈变量增益值的限定范围，并用计算机仿真法详细讨论了系统在各种反馈变量条件下，以及不同增益条件下的主动振动控制性能，结果表明：在低频和宽频激振条件下，采用绝对位移、绝对速度、相对位移组合反馈时。

机载直驱式机电作动器的伺服控制器设计研究

以高性能数字信号处理器(DSP)和高集成度复杂可编程逻辑器件(CPLD)为核心,为直驱式双余度机电作动器(EMA)设计了伺服控制器。首先对直驱式EMA及其控制系统的总体结构及工作原理进行了介绍;接着对控制器硬件,包括控制电路以及功率电路进行了详细设计;然后基于磁场定向的矢量控制,给出了位置、速度、电流三闭环控制方案,并对EMA所用的六相双绕组永磁同步电机进行了电流均衡性控制;最后,对所设计的控制器进行了实验验证。实验结果表明,控制器设计方案具备可行性和实用性。

电磁式作动器控制转子振动的理论分析与实验研究

本文在研制电磁式作动器及其振动控制系统的基础上，分析了电磁式作动器的力学模型，对具有不平衡转子的振动进行了控制实验研究．结果表明，电磁式作动器具有较好的可控刚度和阻尼特性；在共振频率处，转子振动幅值减少了５０％～８０％．

电磁式作动器及其振动主动控制系统的研究

本文以旋转机械为研究对象，成功地研制了一种电磁式作动器及其振动主动控制系统，解决了信号检测、控制、放大以及数据通讯等一些关键性的难题。利用该系统，对转子的不平衡振动进行了主动控制实验，取得了较好的控制效果。

馈能式电磁作动器的设计与性能试验

针对车辆主动悬挂系统能耗大的问题,设计一种可以回收振动能量的馈能式电磁悬挂系统,以降低能耗,提高能源利用率。充分考虑馈能式电磁悬挂系统的结构和功能特点,给出一种馈能式电磁作动器的设计方法,将作动器的设计要求分为3类——基本要求、功能实现要求和优化设计要求。据此,设计、试制馈能式电磁作动器原理样机,并对其性能进行了试验分析,随动特性试验以检验作动器的摩擦阻力,静态力学特性试验以验证作动器主动出力大小,空载电压特性试验以验证作动器能量回收效果。结果表明,所设计的馈能式作动器能够满足性能要求,可以此构建馈能式电磁悬挂系统。

燃气收缩式作动器——一种新颖高效的着陆缓冲装置

文章介绍一种新颖的着陆缓冲装置——燃气收缩式作动器。可是在回收物体乘降落伞着陆前,通过回收物体快速向上（向降落伞方向）提升,抵消物伞系统的垂直下降速度,从而达到回收物体以很小的速度着陆,实现回收物体的软着陆。

基于直驱式容积控制作动器的倾摆系统研究

针对摆式列车倾摆系统要求,依据直驱式容积控制电液伺服技术完成了作动器结构设计,建立基于AMESim系统的仿真模型。运用ADAMS动力学软件建立摆式列车倾摆机构的动力学模型,并与AMESim软件实现了对倾摆作动系统的联合仿真。仿真结果表明,采用直驱式容积控制电液伺服作动器的倾摆作动系统性能良好,达到了预定的性能指标,能满足摆式列车的要求。

一种基于磁流变效应的外骨骼作动器设计及分析

针对穿戴式外骨骼长时间保持姿态困难、驱动系统刚度难以精准控制等问题,设计了一种基于磁流变效应的外骨骼作动器,实现人体长时间站立、蹲坐等姿态保持以及刚柔耦合自适应调整,有效提高穿戴舒适性及随动性。采用SolidWorks、Maxwell及MATLAB联合仿真技术对外骨骼作动器不同状态进行了相关磁场力分析实验,实验结果表明,外骨骼作动器在4A电流驱动下,在在θ=π/2角度时能够实现最大379N的输出力。

基于DSP的直接驱动阀式作动器控制技术研究

直接驱动阀(DDV)作动器以其诸多优点将成为先进飞机的余度作动器的首选。以DDV式作动器为被控对象,建立伺服回路模型,进行系统分析和仿真;合理选择采样频率对系统进行离散化,设计了基于DSP的数字式伺服控制系统,并进行数字伺服电子硬件的详细设计,DSP软件流程的设计等,给出了试验验证的结果。

基于直升机ACSR的共振式作动器设计

为了扩大作动器的适用范围、获得高效动力放大系数,基于直升机ACSR的环境,设计了一种固有频率可调的共振式作动器。该作动器基于共振原理,主要由专门设计的梁结构、模组-质量块机构、电磁式作动器、支架以及轴承等组成。本文对该共振式作动器进行了结构设计、动力学建模、有限元建模仿真、性能试验和振动主动控制仿真:控制质量块的位置,以实现其固有频率的调节;通过性能仿真和试验,标定其调频范围以及输出力与输入激励之间的传递效率(放大系数);结合HHC控制算法以及LabVIEW仿真,将其应用于振动主动控制中。性能仿真和试验结果表明:该共振式作动器在结构固有频率可调节的同时,满足了高效放大系数的设计要求。同时,LabVIEW控制仿真也表明,其可根据不同外激励频率,切换不同的共振频率档位以应用于ACSR中。

电驱足式机器人关节作动器研究综述

机器人关节作动器性能的好坏是保证机器人高性能运作的关键。该文首先介绍了机器人的主要分类:轮式、履带式和腿足式;然后简述了机器人的主要驱动方式:气驱动、液压驱动和电驱动;接着从结构构成、主要优缺点和应用场景等方面详细阐明了电驱足式机器人的三类主流关节作动器,并结合现有典型关节作动器产品分析其电机本体与控制的方案差异,归纳了目前主要面临的研究难点与现有解决方案;最后对电驱足式机器人关节作动器技术的发展给出了总结和展望。