研究基于气液并联驱动的上肢外骨骼系统,旨在实现人体上肢的康复运动。采用分数阶质量-流量方程代替传统的整数阶质量-流量方程,建立了气液上肢外骨骼系统的分数阶数学模型。为提高系统控制精度,设计了分数阶2DOF PID控制器。采用灰狼优化算法(GWO)解决控制系统多控制参数优化问题。为验证所提控制方法的有效性,通过搭建气液上肢外骨骼系统实验平台进行了实验研究。通过典型信号跟踪控制实验,验证分数阶PID控制器和GWO参数优化算法的有效性。实验对比表明,分数阶2DOF PID控制算法在超调量更小、精度更高方面优于整数阶PID控制算法。与粒子群优化(PSO)算法相比,采用GWO优化算法获得了更好的系统响应性能。

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。

在液压与气动技术实验教学中,为了让学生更加深入地了解液压调速回路的组成部分、工作原理以及回路系统的优缺点等,在探究性小班教学中引入了AMESim仿真软件和MATLAB软件。学生基于AMESim软件对3种节流调速回路进行搭建、调试、运行及分析,包括回路调速特性、供油压力变化、回路承受负值负载能力等,同时将回路速度-负载特性AMESim仿真结果与MATLAB理论仿真结果进行对比。通过调速回路的直观模型和仿真结果的可视化研究,引导学生对不同的液压与气动回路进行搭建和分析,帮助学生加深对不同回路功能特点的理解和认识,使得教学形式更加多样化。在实验教学中引入AMESim仿真软件,可以提高学生理论联系实际的能力,激发学生对液压传动知识的学习兴趣,培养其专业能力和实践应用能力。

介绍了可穿戴式下肢外骨骼运动总体控制方案。针对人体髋关节和膝关节运动机理,采用了盘式伺服电机驱动二自由度下肢外骨骼模拟人体下肢摆腿运动控制技术来提高关节运动的响应性能,同时利用4个三维力传感器分别测量人大腿和小腿与外骨骼相互作用力,可用于外骨骼“人主机辅”控制模式算法设计中。在外骨骼2个关节处利用编码器获得关节角度、角速度信息既可用于外骨骼拉格朗日模型参数辨识,也可以作为反馈控制信号用于外骨骼“机主人辅”控制模式中。下位机采用LabVIEW驱动NI主控器实现信号传输与控制,上位机采用MATLAB/Simulink环境设计反馈控制算法与下位机进行实时通信,保证可穿戴式下肢外骨骼能够完成两种运动控制模式的目标,同时提高试穿员的可穿戴舒适性。

在留学生液压与气动技术课程教学中,为了让留学生更直观理解和灵活掌握流体传动与控制的专业知识,从理论教学、实践教学设计、成绩评定等环节入手介绍实践教学实施过程。在液压与气动元件的拆装实验以及液压与气动回路设计与搭建实验基础上,将科研案例与教学密切结合,增加了管路水击实验和参观SMC电子科技大学技术中心的实践教学内容。通过把先进的工程技术理念带入到实践教学课堂中,提高了留学生动手能力、团队协作能力及理论结合实际的

基于有限元软件ANSYSCFX对水润滑滑动轴承进行流固耦合分析,研究空化作用对水润滑滑动轴承水膜的影响,得到了水膜周向和轴向的压力分布以及轴瓦的弹性变形分布,进-步分析了轴瓦材料弹性模量、偏心率、转速对水膜压强分布以及对轴瓦弹性变形的影响规律.结果表明：计入轴瓦的弹性变形后,水膜的最大压强减小,水膜压力分布更加均勾;水膜最大压强随着偏心率、弹性模量、转速的增大而增大,而轴承弹性变形随着偏心率、转速的提高而增大,随着弹性模量的增大而减小;相同条件下,随着弹性模量的增大,水膜发生空化的位置提前.

针对于电液伺服系统的输出约束问题,提出了将反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的控制方法来设计控制律。障碍李雅普诺夫函数在解决非线性系统中的状态和输出约束上有较为突出的贡献,当状态或者输出约束达到一定的约束限制的时候,整个函数就会趋于无穷大,确保了在系统运动过程中约束限制被破坏的可能。通过构造关于状态变量和期望值误差的方法,得到了确保系统能够渐进稳定跟踪期望的3个控制律,并保证系统在李雅普诺夫议意义下是稳定的。最后,通过数字仿真验证了该方法的可行性。

伺服阀的性能是影响高精度气动精确定位系统性能的决定性因素。为了提高气动系统性能，改善伺服阀的性能至关重要。分析一种新型的高精度气动伺服阀的结构特点，建立其状态空间模型，设计数字控制器并进行仿真。仿真结果表明：该数字控制器是有效的，显著改善了气动伺服阀的动、静态性能。

为了合理预测伴随气泡和气穴的低压液压营路压力瞬态脉动，提出了用改进遗传算法对低压液压营路压力瞬态脉动模型进行参数辨识的新方法。给出了用来描述营路流动特性的瞬态脉动数学模型，建立了用来计算伴随气泡和气穴的液压营路瞬态下气泡体积和气穴体积的数学模型。构造了基于最小二乘法的适应度模型，探讨了遗传操作方式及算法终止准则，采用了算术交叉同线性逼近相结合的改进算术交叉算子进行交叉操作，给出了模型参数寻优的算法流程。实现了对低压液压营路压力瞬态脉动数学模型的参数识别，得到了参数优化后的低压液压营路压力瞬态脉动模型。仿真结果与实验数据的比较表明在低压液压营路瞬态模型中．用改进遗传算法来识别模型中的未知参数的方法是可行的、有效的。

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。