气动加载系统存在着时变、时滞、强耦合、非线性等诸多不利于控制的因素。本文针对气动加载系统各种不利于控制的因素,设计了采用分数阶PID(FOPID)控制的气动加载系统,并结合粒子群算法对FOPID控制器的参数进行了优化,实现了输出压力跟随给定波形输出的优化控制。分别对系统进行了不同输入波形的仿真和实验验证,并和传统整数阶PID控制进行了比较。实验结果表明,FOPID控制的控制精度高、响应速度快、抗干扰能力强,能够更加有效地实现输出压力跟随给定波形输出的控制。

针对磁流变液被动力觉驱动器因高度非线性带来的控制难度大的问题，提出了一种简化逆动力学模型。在简单介绍磁流变液力觉驱动器的原理、结构和动力学模型的基础上，分析了驱动器输出力的约束条件，研究了转子转速反馈算法并推导了输出力反馈算法，最后，利用研制的驱动器原型构建了力觉交互实验系统，并应用所提的简化逆动力学模型进行了黏滞性物体的压力释放力跟踪实验、刚体碰撞力觉跟踪实验和阶跃响应实验。实验结果表明，基于简化逆动力学模型的控制算法是正确有效的，能够较好地实现对磁流变液力觉驱动器输出力的控制，促进磁流变液器件在力觉交互技术中得到广泛应用。

针对现有力反馈装置安全性和灵巧性不足的问题，设计了一种适用于手指力反馈的小型三圆盘式磁流变液（MRF）执行器。导出了基于Bingham塑性模型的力矩公式，分析了MRF特性和执行器结构参数对力矩的影响。采用Maxwell软件对执行器进行了有限元分析。执行器的直径为32mm，高度为18mm，重120g，输入电流为1．2A时产生的力矩为260．7N·mm，达到了操作者抓取虚拟物体所需的抓取力。建立了不包含磁滞特性的二次多项式模型和适用于电流随机变化且包含磁滞特性的分段线性模型，当电流变化区间为0～1．2A和1．2～0A时，二次多项式模型的残余标准差分别为8．2N·mm和11．2N·mm，分段线性模型的残余标准差分别为5．9N·mm和6．2N·mm，分段线性模型的精度高。

随着现代工业的发展,水液压技术越来越受到关注。本文参考了近年来国内外水液压技术的研究现状,总结了水液压系统相比于油基系统的优点与不足。首先,分析国内外水液压元件相关的研究现状来说明当前水液压技术发展趋势。之后,列举水液压技术在煤矿工业、海水淡化、高压细水雾、除焦和高压清洗方面的工程应用来说明水液压技术当前的应用前景。此外,本文还列举了一些具有代表性的水液压元件。最后,探讨了水液压技术的发展前景。

为了解决2D伺服阀步进电机式电-机械转换器传统工作方式所存在的分辨率与响应速度之间的矛盾,同时,保证其在系统内部参数变化及外部扰动作用下也能具有良好的控制效果,本文提出了基于自抗扰控制(ADRC)的位置和电流双闭环同步跟踪控制算法。首先,阐述了步进电机式电-机械转换器的同步控制原理,建立了数学模型,设计了自抗扰控制器;其次,根据位置、电流双闭环同步跟踪控制算法,利用Matlab/Simulink对电-机械转换器进行了仿真分析,仿真结果表明,该电-机械转换器具有良好的动静态特性,同时在不同电感、摩擦力等内部参数变化以及外部脉冲干扰作用下也具有良好的控制能力,与传统PID控制相比具有较好的控制效果;最后,为了验证分析的正确性和控制算法的有效性,设计了该电-机械转换器的嵌入式控制系统,搭建了步进电机式电-机械转换器及2D伺服阀特性测试

步进电机作为2D伺服阀电-机械转换器,在传统工作方式下存在分辨率和响应速度之间的矛盾且容易受扰动影响,新型控制器参数人工整定费时费力且难以取得满意的控制效果。为了解决这些问题,本文提出了参数实时优化的自抗扰同步跟踪控制算法(AAP),其基于自适应遗传算法(AGA)的自动调节机制,能根据电-机械转换器被控过程的输出特性,在线校正和整定控制器参数;自抗扰位置控制器能有效抑制来自电-机械转换器内部电感、摩擦力,外部负载以及2D伺服阀工作的系统压力突变带来的各种干扰;同步跟踪控制实现了电-机械转换器转子在任意位置快速、精确的定位,成功解决分辨率和响应速度之间的矛盾。本文首先阐述电-机械转换器同步跟踪控制原理并建立了数学模型,然后介绍了AAP、自抗扰位置控制器设计及参数优化思路,最后为了检验方法的有效性并测试控制效

随着机器人应用向智能工厂、助老助残服务、医疗、教育娱乐等领域不断扩展,机器人的柔顺性和主动适应性设计需求越来越受到研究人员的关注。本文综述了机器人柔顺关节的机构原理,包含了弹性元件被动柔顺关节、气动主动柔顺关节、磁场力柔顺关节和智能材料柔顺关节。进一步分析了当前机器人柔顺关节研究中存在的结构、建模与控制、动力供给等方面的问题。最后指出机器人柔顺关节的研究趋势主要表现在驱动与结构创新、数学建模与控制、多学科交叉与合作研发等方面。

研究了液压系统的油温控制。考虑到液压系统油温具有大滞后、非线性、时变性特点，传统的PID控制难以取得满意的控制效果，提出了一种基于模糊策略的自适应PID控制方法。该方法采用模糊推理实现PID控制器参数的在线自寻优，根据PID参数对输出响应的影响实现不同工况下PID参数的最佳匹配。通过Matlab／Simulink软件进行了传统PID控制和基于模糊策略的PID控制的仿真比较，结果表明，基于模糊策略的PID控制方法在调节速度、超调量及稳定性方面均有良好的表现。将该方法用于JM128MK型注塑机液压系统的实验，已验证了该方法的有效性和合理性。