利用流体动力学原理,基于低压液压管路瞬态脉动过程中气泡和气穴同时存在的假设,在连续方程和运动方程的基础上,建立了低压液压管路中伴随气泡和气穴的瞬态脉动数学模型,给出了摩擦阻力项数学模型以及气泡和气穴的体积计算数学模型。并采用有限差分法和Matlab/Simulink,对一段等径水平直管道中有气泡和气穴产生时的压力瞬态脉动特性进行了仿真分析和实验研究。瞬态压力脉动波的仿真结果与实验数据的比较表明:所提出的伴随气泡和气穴的低压液压管路瞬态数学模型是合理的,仿真方法是可行的。

在航空航天液压系统中,为了合理地预测伴随气泡和气穴低压管路压力瞬态脉动,给出了用来描述管路流动瞬态特性的数学模型.采用有限差分法实现了偏微分方程中空间域的偏导,并建立了计算有效体积弹性模量、摩擦阻力项、气泡和气穴体积的数学模型.利用遗传算法对模型中三个参数即油中的初始气泡体积、气体析出时间常数和气体溶解时间常数进行参数辨识,得到了参数辨识以后的低压管路压力瞬态脉动模型.通过对仿真结果和实验结果的分析比较,表明该低压管路瞬态模型用于计算伴随气泡和气穴的压力瞬态脉动是可行的.

气动技术正朝着智能化、无线化的方向发展，越来越多的智能传感器引入到气动系统来实现监测与反馈，因此实现传感器长期稳定的供能是当前气动系统亟待解决的关键问题之一。研究表明，利用压电材料可产生毫瓦级的电能输出，能量级数可以满足低功耗传感器的能耗需求，因此该技术有望作为一种新型的供电技术为电池续航，使低功耗传感器长时间稳定地工作。基于此，介绍了压电能量收集技术的起源，气体激励下的压电俘能器结构与研究现状，以及气动系统压力能转化为电能的相关工作。研究结果表明，压电材料可以将气体压力能直接转化为电能，其单片最大输出功率接近10mW，通过对电能的整理与存储可使气动系统中磁性开关正常工作。该技术可增大电池的使用寿命，甚至将来或可成为气动系统低功耗传感器能量的主要来源。

根据可压缩流N-S方程,利用Spalart-Allmaras(简称S-A)湍流模式和有限体积法,并采用四面体非结构网格,对不同阀口开度和接口管径的换向阀进行数值模拟,计算结果与试验吻合较好.通过对流场结构的分析表明,改变阀口开度,可以提高阀的音速流导和临界压力比的值;给出不同接口管径对流量特性的影响;分析得出换向阀流道结构参数的设计方法.研究结果对设计低能耗的气动换向阀具有指导意义.

本文建立了比例流量阀控单自由度气动位置伺服系统的数学模型，并对此模型进行直接反馈线性化，得到一个伪线性系统，而后对此模型设计状态反馈控制器，并进行极点配置，理论分析和仿真结果表明了反馈线性化算法和状态反馈是有效的。

介绍了几种提高液压轨迹跟踪系统响应频率和控制精度的控制策略并在此基础上设计了一种基于PID控制的前馈-反馈复合控制系统。Simulink仿真结果表明与常规PID、反馈控制系统相比这种复合控制策略有效地提高了系统的频宽保证了系统对高频输入的跟踪精度。

以固定容积容器并带有一定长度管路和两个固定节流口的气动系统为研究对象运用SIMPLE算法对其非定常二维流场进行数值计算。根据模型结构和尺寸特点对其进行分区域网格化。计算结果与有限差分法的计算结果具有较好的一致性验证该方法的正确性。该方法不仅可以计算出管路内流场情况而且可以计算出管路出口处的射流区流场为详细研究管路的节流特性及流场参数分布提供参考。

以典型气动充放气系统为研究对象对外部结露进行研究分析外部结露的发生机理并提出判别方法当元件表面平衡温度低于环境露点温度时结露就会发生反之则不发生。在恒温恒湿环境中进行负载举升的充放气试验对元件表面温度进行测量并对外部结露的发生部位、结露过程进行观测和分析。试验表明有杆腔侧元件表面温度降低并出现结露无杆腔侧元件温度升高无结露出现;外部结露在开始阶段是细小的珠状凝结并不断长大最后形成膜状凝结并在重力作用下形成水滴沿壁面流下。对影响结露的因素进行研究。在各种因素中环境湿度越大、负载越大及充放气周期越短结露越严重。结露一般会在若干分钟内就会出现应该采取必要的防护措施以避免外部结露的发生。

3自由度气动机械手属关节串联式机器人，机械手在运动过程中，转动惯量、重力矩及关节间的耦合力矩等参数都会发生较大变化，影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题，利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析，得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例，通过对关节动力机构的数学模型线性化处理，采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计，试验表明具有一定鲁棒性，但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响，根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩，利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性，从结果可以看出，该组合控制策略抑制了扰动，提高了轨迹跟踪精度。

为了更加深入地研究气动系统中管路流动特性和各个参数的变化规律,作者运用SIMPLE算法对两端带有节流口的管路进行二维粘性流场计算.在管路的进口处,给定总压力和总温度.根据管路的几何特性和流动特点,对计算区域划分了五个区域,并给出了相应的分区算法.数值计算结果表明本算法可以清晰地反映管路流动的特性以及相应的参数变化趋势.本方法不仅可以计算出管路内部的流场,而且可以计算出管路尾部射流区的流场.