为解决双轴同步平移机构运动过程中,双轴之间的同步协调控制问题,减小同步误差。本文提出了一种结合滑模PID控制和交叉耦合控制的同步控制方法。首先根据机构结构和运动特点分析了耦合同步误差并建立了系统模型,然后设计了滑模PID控制器来提高双轴运行稳定性,同时采用交叉耦合控制方法将同步误差作为反馈来修正速度给定。最后通过机构实际运动进行了实验对比验证,实验结果表明该控制方法相对普通PID控制方法可有效减小位移同步误差,提高同步性能。该方法也为类似机构的同步控制提供了参考。

针对阀口独立电液阀故障诊断与状态感知功能开发需求,设计搭建了一种基于高速开关阀与低惯量气缸驱动的高频阀芯-电磁铁加载与故障半实物仿真试验平台,并对试验台性能进行了初步测试。该仿真平台通过PWM信号驱动高速开关阀控制双作用气缸活塞杆位移与输出力,调控加载于阀芯比例电磁铁的模拟工况,实现电液阀阀内故障的半实物模拟。试验平台基于ARM平台建立,集成了场效应驱动电路与位移传感器、拉压力传感器与电流传感器等感知元件,可完成对模拟工况下阀芯的动态特征的捕捉。初步试验结果表明,通过设置不同PWM驱动信号可实现阀芯加载力调节、实现阀芯卡滞模拟,验证了平台功能。

音圈电机直驱水液压球阀由音圈电机和水液压球阀阀体两部分组成。电机轴与阀芯组件直接接触,所以阀芯组件受到的摩擦力、弹簧力、密封圈阻力和流体作用力等直接作用在电机上,是电机负载的一部分,而负载特性的不明确是限制直驱阀动态特性提升的因素之一。为了克服这个问题,对球阀进行了较为全面的数值和试验分析。在数值分析中,使用动量法计算稳态液动力从而得到流体作用力;在实验中,辨识了音圈电机阻尼系数,测量了阀芯上的摩擦力;依靠以上分析,得到直驱阀线圈电压与阀芯位移之间的传递函数,在MATLAB/Simulink中建立了音圈电机直驱水液压球阀的数学模型;最后,对直驱阀的数学模型进行了阶跃和频率响应的仿真分析。研究结果可用于指导直驱阀阀芯位移的闭环控制设计。

皮碗作为管道机器人常用动力装置,利用管道流体作用于其两端压力形成的压差作为整体装置动力来源,因其适用管道口径范围广、结构简单被广泛的关注与应用。皮碗在管中移动过程中随着管道压差变化发生相应变形,如果变形过大,可能导致皮碗脱离管壁造成驱动失效;如果管内压差及管壁间的摩擦力超出了皮碗的变形范围,则可能使皮碗发生破损。因此,皮碗结构的设计对于其自身结构强度及管道前后的通流特性具有重要意义。以外径100 mm皮碗为研究对象,通过系统仿真分别计算分析不同直径、厚度皮碗在不同压差时的最大接触应力、位移变化及管道前后两端的通流性能,得到皮碗在不同厚度和工作压差时皮碗相关性能的变化规律,为管道机器人皮碗的设计提供理论依据。

外啮合齿轮马达工作时产生的压力流量脉动是马达工作噪声的主要来源,而研究马达降噪的一个方法是利用齿轮马达模型分析优化齿廓曲线与齿轮啮合容积的动态关系。目前研究中的模型一般采用标准的渐开线或摆线进行仿真,而未体现齿廓曲线由于变位和加工误差对齿轮啮合容积的动态特性的影响。提出一种采用激光位移传感器对外啮合齿轮马达齿廓进行非接触测量的方法,搭建了齿形测试装置并采用MATLAB/C语言建立实际齿廓曲线,从而得到轮齿的齿形信息。试验结果对比了实际与理论马达齿轮齿廓,实现了齿廓测量,并提出改进齿轮马达非接触测量精度的方法。

电磁开关阀是阀控液压系统中重要的基础流控原件,其开关特性决定系统整体性能。传统驱动方式下,阀芯位移响应滞后于励磁驱动电流,阻碍频响的提高。提出通过建立位移反馈提升阀芯在阶跃励磁电流作用下的电磁力的响应特性,进而提升电磁阀位移频响的方法。对二位二通电磁开关阀建立了动力学与电磁学方程,搭建了阀芯电磁-动力学关键参数测量装置。试验验证了试验装置可行性并获得了阀芯位移响应的开环传递函数。结合试验数据,在Simulink中搭建了反馈对电磁开关阀开关特性影响的验证系统。仿真结果表明,通过利用电磁阀位移反馈,阀芯位移对励磁线圈的阶跃响应改善显著,响应时间相比开环阀芯驱动缩短了近53%。

为研究液压系统工作压力下管路中自由气体的气液传质过程,解决油液中气泡质量变化的光学测量问题,推导了高压油液环境下气泡直径测量的恒温及零温度梯度条件,设计了高压气液传质光学测量系统,并对该系统的气泡识别与跟踪的关键算法进行研究。根据毕渥数及牛顿冷却定律推导了测量气泡的极限尺寸,提出以气泡圆度为判定阈值的气泡图元识别算法。最后,利用相邻帧间气泡中心最小向量的方法实现对气泡圆心的跟踪。实验结果表明:该系统实现了14MPa下气液传质的光学测量,气泡半径测量误差小于4%,提供了高压油气传质的试验手段,基本满足液压油路气液两相传质的光学测量要求。