基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统

机械通气是利用呼吸机协助病人呼吸,维持病人氧合,为原发病治疗争取时间的一种重要医疗手段,特别是在危重症新冠肺炎患者的救治过程中发挥了不可替代的作用。然而,由于感染人数巨大,呼吸机短缺,大量患者因没有接受呼吸机治疗而导致死亡。在分析了现有呼吸机工作原理的基础上,提出了一种基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统,构建了基于比例阀和电磁阀的模块化机械通气单元;在此基础上,构建了整个系统的数学模型,搭建了系统的实验平台,实现了对输出气流和压力的比例控制;此外,采用人工模拟肺在不同通气模式下进行了实验研究,结果表明,该系统不仅能实现现有呼吸机的常用通气模式,而且针对不同患者的通气需求,能够实现各个通气单元的单独控制,互不干扰,有望解决重大疫情灾害下呼吸机短缺问题。

高精度气动比例压力阀设计与特性分析

设计了一种两级阀芯活塞式结构的以比例电磁铁为控制元件,采用电反馈闭环控制的高精度气动比例压力阀。该阀输出压力在0.6MPa内连续可调,且稳态精度可达0.25 kPa。建立了比例阀完整的非线性动态模型,分析了主要物理和几何参数对系统动态特性和控制性能的影响;构建了输出因子调整的模糊自适应比例加积分控制器,并利用ATmega16单片机实现了压力在设定范围内的快速高精度控制。实验结果表明,该阀在设计压力范围内具有良好的压力和流量特性;和传统PI算法相比,输出因子调整的模糊自适应算法在改善系统响应和控制稳定性的同时,显著提高了稳态控制精度,具有较高的效率和鲁棒性。

3自由度气动比例/伺服机械手连续轨迹控制的研究

讨论了３自由度气动比例／伺服机械手的连续轨迹控制，建立了系统的数学模型，通过采用最优状态反馈、ＰＩ环节和扰动观测补偿实现了气动比例／伺服系统的连续轨迹跟踪，并以毛笔书法轨迹为对象进行了试验研究。试验分析表明，气动比例／伺服机械手可实现较高的控制精度，在许多工业自动化领域，完全可以与价格昂贵的电动机伺服系统媲美。

气动比例位置系统的建模与仿真研究

本文对由比例阀和无杆气缸组成的气动位置系统进行了数学建模,通过计算机研究了PID控制的效果,仿真证明:所建模型是正确的。

气动比例控制系统的机理建模与实验研究

针对实验系统中的气动比例压力阀的工作机理,详细介绍并推导了基于该比例压力阀的阀控缸系统的数学模型,并进行简化,通过模型的仿真与实验对比,验证了该模型在工作频段的准确性。

基于STM32单片机的气动比例方向阀控制器

针对气动比例方向阀控制器设计问题,提出了一种基于STM32F103单片机的新型数字式比例控制器。介绍了内嵌霍尔位置传感器的气动比例方向阀的工作原理,提出了STM32F103单片机比例控制器信号调理和电磁铁驱动等硬件电路方案,设计了带有抗积分饱和的数字PID控制算法,并在气动比例方向阀上对该数字控制器样机进行了试验研究。试验测试结果显示,该数字比例控制器能够对比例阀阀芯位置进行闭环控制,位移调节呈现良好的线性。阀芯的全行程响应频宽可达70 Hz,接近伺服阀水平。

新型气动比例压力阀的建模研究与特性分析

为满足电-气比例/伺服系统的应用需要,设计一种由比例电磁铁、活塞式阀芯及两位三通的阀体构成的直动式气动比例压力阀,并建立该比例阀的非线性数学模型.对于比例电磁铁,采用集总参数模型来描述电磁特性,模型参数由FEM分析得到.结合机械及气路的物理特性,分别对上、下阀芯的运动特性、阀体内的气体流动及热力学过程进行建模分析,保证了上、下阀芯的运动独立性.通过仿真对下阀芯的黏性摩擦系数、反馈通道的直径以及气源压力等影响比例压力阀的压力响应特性的因素进行分析,并设计一种比例压力阀的性能测试系统以验证模型的正确性.仿真与实验结果呈现良好的一致性,模型能够预测不同阶跃输入信号下该比例阀的压力响应过程.

气动比例系统的智能混合控制

针对气动比例系统的非线性特征,将神经网络模糊控制引入到专家控制中,与专家系统相结合形成一种综合的实时智能混合控制系统,该控制系统既具有专家控制的逻辑推理、理性、抽象智能行为,又具有神经模糊控制的直觉推理、感性、形象智能行为,这两者结合采取并行控制与知识共享的策略,既能满足系统的快速性和灵活性,又能保证系统的运行平稳性。将设计的智能混合控制器引入到系统模型当中,通过与其他不同控制策略对阶跃信号的系统仿真进行比较,证明该控制系统跟踪性能强,响应速度快,兼顾快速性和灵活性,系统运行平稳,反映出良好的静态和动态特性。通过试验验证针对该气动比例系统的非线性特征设计的智能混合控制策略是正确和有效的。

气动比例控制系统的建模与辨识

为研究气动比例控制系统的动态特性,针对该系统的非线性特性,对系统进行了机理建模研究。为便于进行定性分析,对该数学模型进行了线性化处理。通过系统辨识,消除了在机理建模中因泄漏、气体压缩及压力损失等引起的误差,证明了所建模型的正确性。

气动比例/伺服位置系统扰动观测补偿控制的研究

通过对气动比例 /伺服位置控制系统的静 /动特性的分析 ,提出了用于气动比例 /伺服系统的扰动观测补偿器 ,仿真及实验表明 ,该方法可有效地改善气动比例 /伺服系统的刚性差、抗外界干扰性差等弱点。

气动比例/伺服位置控制系统的摩擦力特性研究

本文对气动比例 /伺服位置控制系统执行机构的摩擦力进行了测试分析 ,建立了摩擦力数学模型 ,推导了摩擦力观测器 ,仿真及实验表明 。

基于LabVIEW和PAC平台的气动比例位置控制系统分析

文中阐述了气动比例阀控制的摆动气缸位置伺服系统的工作原理和组成。采用"LabVIEW+PAC"平台构建控制系统,在气动比例阀的特性测试的基础上完成了摆动气缸的伺服定位,并且能够实时显示控制过程变量。试验验证该系统运行良好,能高效、可靠地进行数据采集和控制。

气动比例位置系统优化模糊PID控制方法的研究

在建立气动比例位置控制系统数学模型和分析其特性的基础上,设计了常规比例-积分-微分(PID)控制器,引入优化设计理论,通过不断的仿真实验,获得一组优化的PID控制参数,以此作为初始值,设计模糊PID控制器.基于LabVIEW设计了系统实时控制程序,通过实验研究,不仅可以实现PID的在线自整定控制,而且实验结果证明所设计的控制器可行,具有较好的控制效果.

基于LabVIEW的气动比例压力控制系统设计

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称,是美国NI公司推出的虚拟仪器开发平台软件,具有简洁图形化编程环境和强大的功能。论文在对PID控制算法进行研究的基础上,使用LabVIEW软件编写程序对气动比例阀进行控制,分别采用传统PID控制算法和模糊PID控制算法对PID控制器进行调试,发现模糊PID控制器的跟踪精度较高,跟踪滞后和跟踪超调基本消除,跟踪误差明显减小,证明模糊PID控制算法更适合于气动压力控制系统。

高压大流量气动比例阀稳态气动力数值研究

该文针对高压大流量气动比例阀结构特点及阀芯动力学特性,建立阀芯所受稳态气动力数学模型。然而由于高压气体的可压缩性、阀口流量非线性等因素,难以采用传统气动力理论计算公式准确预测高压大流量气动力比例阀的稳态气动力,为此基于三维N-S方程,采用计算流体动力学(CFD)方法研究稳态气动力的变化特性。结果表明,该气动比例阀工作过程中最大稳态气动力达到气压驱动力的30%,成为影响阀芯响应速度与控制精度的主要因素,且稳态气动力与阀口开度呈强非线性关系。另外为减小稳态气动力的阻力作用以减小动力能源的消耗,应优化内流道结构,实现节能目的。

气动比例位置系统的辨识及仿真研究

针对气动比例位置系统的非线性特点 ,本文提出采用BP网络和RBF网络对系统进行辨识 ,同时进行了辨识的仿真研究 。

气动比例/伺服系统的建模研究

本文对气动比例伺服控制系统的建模进行了研究,推导了系统的数学模型,分析了影响系统固有频率和阻尼比的因 素,并得出一定的结论。

气动比例位置系统的神经网络控制

采用加入辨识的神经网络PID控制方法对气动比例位置系统进行了实验研究, 研究表明采用该控制方法可以实现气缸活塞全行程任意位置上的精确定位。系统辨识的加入可以在线获得系统动态特性, 辨识输出可以预测系统输出, 从而使控制参数的修正更准确, 能够进一步提高控制精度, 在以抛物线作为理想缓冲曲线, 利用所编制的控制软件控制该系统时, 定位精度可达±0 15mm, 完全能够满足工业机械手的定位要求, 具有较高的工程应用价值。

气动比例系统定位特性研究

通过对气动比例控制系统进行多因素多水平正交试验,对影响系统定位精度的流量、压力以及工作负载等主要参数进行了试验测量。并且通过回归分析对试验数据进行了显著性分析,找到各因素对系统的定位精度的影响规律。为提高系统的控制性能奠定了基础。