针对气动人工肌肉中存在的迟滞及蠕变现象,回顾了其研究历史并总结了国内外主要研究机构的研究现状。从气动人工肌肉迟滞及蠕变现象的特点、产生原因、建模以及基于迟滞模型的控制策略等方面,对现有的研究进展与成果进行了综述。分析了目前气动人工肌肉中存在的问题并提出了进一步研究的思路。从目前的发展趋势来看,气动人工肌肉迟滞与蠕变的理论研究还远不充分。迟滞特性建模需要解决因蠕变引起的参数动态变化问题,神经网络建模需解决多环辨识问题,而基于逆模型补偿的控制策略则需要解决模型复杂以及参数敏感问题。

对一类迟滞非线性隔振器进行研究,提出了动力模型的建模方法,用此方法建立了钢丝绳隔振器的动态模型.由所建模型重构恢复力-位移回线并与试验回线比较,结果表明:理论回线与试验回线吻合好.用此模型研究这类隔振器的非线性阻尼特性,研究表明:这类隔振器的阻尼随振幅和频率变化,阻尼成分丰富,既有粘性阻尼,又有干摩擦阻尼和'高阶”阻尼.该模型能很好地描述这类非线性隔振器的阻尼特性,这为设计多个宽频工作区来兼顾缓冲、隔振奠定了动力学基础.文中提出的建模方法适用于有非线性特性的隔振、减振器材的建模和刚度及阻尼特性的研究.

研究了压电陶瓷驱动器特有的迟滞和儒变特性,针对它的这些非线性特点,给出了一种有效消除这些非线性误差的闭环控制方案.采用高精度A/D和D/A转换芯片,设计了基于PC机并行增强口EPP协议的控制板.在自行设计高压驱动电路的基础上,研制出了用于纳米级定位的数字闭环控制器.测试结果表明,此控制器很好地克服压电陶瓷驱动器的非线性特性,系统定位精度优于10 nm.

从内在因素(迟滞和蠕变效应)和外在因素(环境、控制电源、预紧力、导向机构等)两大方面系统的总结了压电驱动微位移灵敏度的影响因素,并针对每种因素给出了相应的实验结果或调研数据,提出了提高分辨率可采取的措施。

气动人工肌肉是一种新型的柔顺性驱动器,但由于采用硅胶等非线性材料而存在明显的迟滞现象,并且其滞环参数随着负载的不同而变化。本文基于广义Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,引入气动肌肉的负载参数,建立了计及动态负载的迟滞模型Load-dependent generalized Prandtl-Ishlinskii(LGPI)。在0~100N的负载范围内进行实验,验证了该模型能较好地描述气动肌肉在动态负载作用下的不对称迟滞特性,其滞环回路位置误差最大不超过1mm。将LGPI模型的逆作为PID控制的前馈环节,以控制气动肌肉驱动的机械单指灵巧手手指,在不同负载下进行角度跟踪实验。与无前馈的PID控制实验结果对比分析表明,增加基于LGPI模型的前馈环节能提高控制系统的响应速度和控制精度。

针对在不同条件下,磁流变液使超声波传播特性发生显著变化的现象,设计并制作了研究磁流变液调制超声波传播特性的实验装置。通过实验研究了不同磁感应强度、不同磁场方向对超声波在磁流变液中的传播特性的影响,分析了磁场对超声波传播速度与幅值调制的迟滞特征,并对上述现象特性进行了定性解释。研究结果表明,超声波在磁流变液中的传播速度、幅度不仅与磁场作用下形成链状结构的粗细、方向性有很大关联,而且存在明显的迟滞性。

针对液压互联悬架中气液混合流体对悬架系统特性的影响,推导了气液混合流体物理性质的时变特性模型,提出一种非线性形变修正函数,用以修正所建立的阻尼阀阀片变形等效模型,从而建立了一种考虑气液混合流体时变特性的阀片式单缸液压互联悬架非线性动力学模型,并通过台架试验加以验证。仿真结果表明:气液混合流体时变特性会导致液压互联悬架系统阻尼特性曲线出现明显的“迟滞”现象,并降低阻尼力的峰值,与试验结果对比显示,所提出的建模方法能准确描述“迟滞”现象,且与台架试验结果基本吻合。

基于绝对节点坐标法并引入高阶位移插值函数,建立可描述钢索截面变形和旋转的钢索单元模型。考虑重力,计算轴向载荷下钢索结构变形及动态迟滞效应,采用准静态实验和动态载荷下的解析解验证了模型合理性。对不同载荷、结构参数及材料特性的钢索进行了准静态变形和动力学响应迟滞仿真分析。结果表明：轴向载荷下钢索结构的刚度主要受其直径影响,初始张力和钢索长度对变形的影响有限,动态响应迟滞时间由其自身长度及材料特性决定。相同条件下采用大直径钢索并适当增大初始张力,可在一定程度上增大钢索结构刚度,减小传动过程中的末端变形,改善长距离工况下钢索的传动性能。

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。

如果用一个字概括2012年的中国制造业，不外乎一个“难”字：订单减少，产能过剩，出口下滑，发展迟滞……而在这整体放缓的趋势下，工业机器人领域的一枝独秀，似乎让人们看到了制造业转型升级的进展和契机，也引起了业内人士对于行业发展的深深思考……