针对三偏心蝶阀开阀过程中易出现阀轴运动不平稳、卡涩故障等问题,基于三偏心蝶阀研究操作力矩及其动作特性。利用有限元仿真软件Fluent对三偏心蝶阀不同开度与压差下的内部流场状态、动水力矩及其系数进行模拟计算,并通过实验验证仿真结果的准确性;利用三偏心蝶阀操作力矩计算公式对实验阀门进行数值计算,分析动作过程中操作扭矩随开度的变化;最后利用仿真平台AMESim对单作用气动执行器系统进行建模,分析操作力矩对开阀动作时间及蝶板稳定性的影响。结果表明:随着压差的增加,动水力矩的最大值向小开度偏移,在60°~75°开度区间达到最大值;蝶阀的压差越大,阀轴动作时间越长且越不稳定,0.1、0.3 MPa压差下三偏心蝶阀动作时间分别增加了4.4%、10.7%;增加气缸直径、弹簧刚度可增加动作的稳定性。

通过分析比较单纯PID控制和PID神经元网络控制对压电式气动伺服阀动态特性的影响,比较两种控制模式下压电式气动伺服阀的稳定性、快速响应性、信号跟踪能力,可知与单纯PID控制相比,采用PID神经元网络控制,系统具有更好的稳定性、快速响应性和信号跟踪能力。

本研究提出的四位双通电热气动微阀是在传统气动微阀的基础上,对阀通道结构和控制方法进行创新设计,采用封闭气腔内设置电热片的方式,通过控制电热片的通电与否和电流强度,实现了4个工作位双向导通的控制作用,并根据需要调整压力的阈值;运用COMSOL软件对电热气动微阀的传热过程、流场特性和阀膜片的受力情况进行数值分析,通过对气腔内部的电流-压力特性、膜片的应力应变特征、流体通道内的速度和压力分布的分析,从而对电热气动微阀的各方面进行分析。研究发现四位双通电热气动微阀内部膜片的应力主要集中在膜片与气室接触位置和阻流障碍位置;流体通道内的速度和压力变化主要集中在阻流障碍与膜片之间的通道内;当电热器通相应的电流强度时,温度在1 s内可以达到85℃左右。

阐述了磁流变液的流变特性,在此基础上设计了一种双线圈磁流变阀,分析了其工作原理,并通过数学建模,对其进行了仿真分析和性能研究。研究结果表明,磁流变阀中间工作间隙的磁通密度数值整体上大于端面工作间隙,磁流变阀的压降主要由磁流变液在磁场作用下产生的抗剪切屈服应力决定,双线圈磁流变阀阻尼性能明显优于单线圈磁流变阀。

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,沿气膜高度方向将气膜划分为近壁层、稀薄层、连续流层,提出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程。基于空气静压导轨气膜压力递减及气体流速变化规律,将气膜沿长度方向划分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过LAMMPS和FLUENT等仿真气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论：气膜沿长度方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层;气膜分层存在于压力驱动区和牛顿牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层随气体流速的减小而变弱,牛顿摩擦区的气膜分层保持稳定。

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性，引入努森数（Kn），计算了不同工况下气膜内压力和不同气膜厚度下勋数的变化关系。引入支撑区气膜分层假设，与分子动力学相结合，对气膜内不同流态层的刚度进行了实验和分析。通过ANSYS仿真和实验数据相结合得出了结论：气膜内稀薄效应的增强，可以一定程度上提高气浮支撑的静承载能力。气浮支撑的刚度特性和气膜内部分层情况有关：以分子碰撞运动为主的稀薄层主要起容性效应，实现分子间动量的传递和转化，因此该层所体现出来的刚度较差；以惯性力驱动的连续流层内部分子运动比较稳定，特别是在垂直方向不存在显著的动能和压力能之间的转化，因此该层的刚度特性较强。实验证明，气膜厚度在1～10μm时，气膜的刚度先增大后减小，也间接论证了静压支撑的刚度特性主要...

小孔节流空气静压轴承固定气膜厚度时提高供气压力，在某些情况下节流孔的周围会发生压力突降的现象，这时可能会在节流孔附近因激波的出现而产生超音速区。本文针对这种现象，结合FLUENT软件进行分析，指出此时气膜内的压力分布，速度分布和马赫数分布，并对其分布位置进行比较和分析。从熵增角度证明小激波的存在性并且确定其出现位置。为完善静压气体轴承边界层理论提供一定的依据。

介绍气动机械手夹持力控制系统的工作原理，建立气动机械手夹持力控制系统的数学模型；针对目前机械手夹持力控制的各种不确定性因素，设计了H∞混合灵敏度控制器，并对其控制效果进行仿真分析。结果证明：控制器能够满足设计需要，并具有灵活的扩展性。