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Investigation of mechanical and electrical characteristics of selfsensing pneumatic torsional actuators
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作者 XIAO Wei HU DeAn +1 位作者 HU GuoLiang XIAO YiHua 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期130-142,共13页
Soft pneumatic actuators are one of the most promising actuation for soft robots,and great achievements have been obtained.But it remains challenging to endow sensing capabilities to pneumatic actuators,especially for... Soft pneumatic actuators are one of the most promising actuation for soft robots,and great achievements have been obtained.But it remains challenging to endow sensing capabilities to pneumatic actuators,especially for the sensing ability originating directly from the actuator architecture.Herein,a self-sensing pneumatic torsional actuator(SPTA)is designed based on the electromagnetic induction effect and magnetically responsive materials.The SPTA can generate feedback voltage and current with the deformation,in which the sensing function comes from its inherent structure.To investigate the mechanical and electrical characteristics,an experimental platform and a finite element model are established,respectively.We find that the torsion angle and output torque increase in nonlinear with the actuating pressure.The maximum torsion angle is 66.35°,which is 84.34%of that for the actuator fabricated by pure rubber.The maximum output torque(24.9 N mm)improves by 23.19%compared with the actuator made by pure rubber.As regards the electrical characteristics,the maximum feedback voltage and current are 2.90μV and 29.50 nA when the SPTA is actuated by a pressure of−40 kPa.We also demonstrate that the relationship between the torsion angle and the magnetic flux change is approximately linear.Finally,the number of turns of wires,magnetic powders contents,and magnetic direction on the feedback voltage and current are studied.Results show that the feedback voltage and current can be enhanced by increasing the number of turns and magnetic powders contents.We envision that the SPTA would be promising for soft robots to realize their accuracy control and intelligentization. 展开更多
关键词 pneumatic torsional actuators self-sensing feedback voltage finite element modeling soft robots
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压电微夹钳的位移自感知反馈复合控制 被引量:3
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作者 崔玉国 蔡成波 +2 位作者 娄军强 薛飞 郑军辉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期330-338,共9页
采用自感知方法获取压电微夹钳钳指位移,构成自感知反馈复合控制系统。根据反映钳指位移、表面电荷、夹持力、驱动电压之间关系的压电悬臂梁Smits方程,提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;引入死区算子对传统PI模型进行改进,建立... 采用自感知方法获取压电微夹钳钳指位移,构成自感知反馈复合控制系统。根据反映钳指位移、表面电荷、夹持力、驱动电压之间关系的压电悬臂梁Smits方程,提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;引入死区算子对传统PI模型进行改进,建立了压电微夹钳钳指位移的迟滞模型;以对偏差的抛物线积分、对输出的先行微分分别代替常规PID控制器中的积分项和微分项,设计出了压电微夹钳的改进PID反馈控制器;将前馈控制器与PID反馈控制器相结合,并采用自感知反馈方式,设计出了压电微夹钳的闭环控制系统。实验结果表明:在自感知反馈复合控制作用下,压电微夹钳对5μm阶跃参考位移的响应时间为0.24 s,若不考虑噪声影响,稳态误差几乎为零;在最大位移为14.7μm的变幅值三角波参考位移以及最大位移为14.1μm的任意波形参考位移作用下,压电微夹钳的自感知反馈复合控制亦可取得良好的控制效果,其稳态误差中线在-0.02-0.04μm之间变化。自感知反馈控制的实验结果与传感器反馈控制基本相同,从而表明压电微夹钳的自感知反馈控制是有效的。 展开更多
关键词 压电微夹钳 自感知反馈 迟滞模型 前馈控制 PID反馈控制 复合控制
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基于自感知反馈的压电微夹钳PID控制
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作者 蔡成波 崔玉国 +2 位作者 孙庆龙 薛飞 郑军辉 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期118-123,共6页
为了避免应用外部传感器,采用自感知方式实现压电微夹钳的闭环控制.压电微夹钳钳指在电压与外力作用下输出位移并在其表面产生电荷,据此提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;将PID控制器中的矩形积分改为抛物线积分,对偏差的微分改... 为了避免应用外部传感器,采用自感知方式实现压电微夹钳的闭环控制.压电微夹钳钳指在电压与外力作用下输出位移并在其表面产生电荷,据此提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;将PID控制器中的矩形积分改为抛物线积分,对偏差的微分改为对输出的微分,设计出了压电微夹钳的改进PID控制器,并将其同自感知反馈方式相结合,设计出了压电微夹钳的自感知反馈控制系统.实验结果表明:在自感知反馈控制作用下,压电微夹钳对5μm阶跃参考位移的响应时间为0.34 s,若不考虑噪声影响,稳态误差几乎为零;在最大位移为14.1μm的任意波形参考位移的作用下,压电微夹钳的自感知反馈控制亦可取得良好的控制效果,其稳态误差中线在-0.06~0.05μm之间变化. 展开更多
关键词 压电微夹钳 自感知反馈 PID控制
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永磁电磁轴承自检测原理 被引量:1
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作者 张丹 曾励 王张合 《机电工程》 CAS 2008年第9期41-44,共4页
为了降低磁悬浮轴承的制造成本,提高磁悬浮系统的动态性能,提出了自检测磁悬浮轴承系统。该自检测系统从电磁轴承控制线圈两端提取随位移变化的电感电压(电流)信号,作为反馈信号,构成伪微分反馈(PDF)控制的闭环自检测磁悬浮轴承系统。... 为了降低磁悬浮轴承的制造成本,提高磁悬浮系统的动态性能,提出了自检测磁悬浮轴承系统。该自检测系统从电磁轴承控制线圈两端提取随位移变化的电感电压(电流)信号,作为反馈信号,构成伪微分反馈(PDF)控制的闭环自检测磁悬浮轴承系统。试验结果表明,该自检测磁悬浮轴承系统具有很强的鲁棒性。 展开更多
关键词 永磁电磁轴承 自检测悬浮 伪微分反馈 电感电压
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基于LabVIEW的压电自感知执行器应用研究
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作者 杨明刚 贾艳丽 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第4期578-581,共4页
在结构的振动主动控制中,采用自感知执行器能减小结构的质量和体积,真正实现同位控制。设计了一种基于时分复用解耦系统的压电自感知执行器,使压电元件在传感时隙内作为测量振动的传感器,在执行时隙内作为控制振动的执行器,在放电时隙... 在结构的振动主动控制中,采用自感知执行器能减小结构的质量和体积,真正实现同位控制。设计了一种基于时分复用解耦系统的压电自感知执行器,使压电元件在传感时隙内作为测量振动的传感器,在执行时隙内作为控制振动的执行器,在放电时隙内释放积累的驱动电荷。设计了开关时序脉冲用于控制3个时隙的切换。基于LabVIEW软件平台,采用正位置反馈控制算法,将时分复用结构的压电自感知执行器用于悬臂梁1阶模态的振动主动控制,实验结果表明达到了良好的控制效果。 展开更多
关键词 自感知执行器 时分复用 LABVIEW 正位置反馈控制 悬臂梁
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