航天服为航天员在太空环境提供基本生命保障,同时还需具有较好的活动性能以便开展作业。航天服工作时需充气压构成真空防护,而气压会导致较大关节阻力矩,对着服者活动产生很大影响。为研究航天服充气压状态下的关节阻力矩特性,研制了一种能够消除重力、牵引轨迹误差等因素干扰的测试平台,并对航天服肘关节、膝关节、髋关节活动阻力矩进行测试,分析了关节阻力矩与航天服余压及关节活动速度的关系。在测试数据的基础上,采用改进型数值实现方法及线性插值方法建立了基于Preisach迟滞模型的航天服关节角度与关节阻力矩数学模型,并在MATLAB/Simulink中进行模型预测仿真计算,验证了所提出的改进型迟滞模型能实现对航天服关节阻力矩的精确预测,为航天服关节活动性能的改善提供了理论参考。

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.

在分析盾构掘进机的推进系统和刀盘系统的基础上，推导推进系统压力、刀盘系统压力、推进系统净流量与刀盘系统流量之间的关系，通过实验数据验证了推导模型的正确性．分析土舱内土体的流动连续性，得到螺旋输送机流量、刀盘系统流量、推进系统压力与土舱压力之间的1阶微分方程式，提出以推进压力、土舱压力和刀盘转速的实时数据采样值为输入，螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的前馈一反馈土压平衡模型．可知，土舱压力是由推进系统压力、刀盘系统流量和螺旋输送机流量多个因素共同决定的．实验表明，前馈一反馈控制模型的控制效果较好．

针对盾构在极端地质环境中掘进时推进液压系统易遭受突变载荷的工程问题,提出盾构推进液压系统突变载荷顺应性的定义及其评价指标.描述推进液压系统突变载荷顺应机理,分析油液体积弹性模量、压力阀、管道及蓄能器4个关键因素对系统顺应性的影响规律.基于顺应指标形成面向特定地质环境的推进液压系统载荷顺应性评价方法,定量评价2类现有典型推进液压系统在给定地质条件下的突变载荷顺应性.结果表明,比例调速阀系统较比例减压阀系统具有更好的突变载荷顺应效果,可将顺应性从1.08提高至1.27.顺应性指标及其评价方法为基于顺应性的推进液压系统设计提供理论依据.

在工业4.0的背景下制造业面临转型升级液压传动技术将发生变革。本文对比分析了液压传动技术从传统走向现代过程中各阶段的特点指出现代液压技术无论在理论研究还是工程应用方面都应突破传统发展模式与现代科技深度融合。从运用智能材料、创新结构设计、引入先进制造技术、拓展新应用领域等方面综述了现时期液压技术在一些典型领域的研究和应用现状。结合新型工业化的特征及现代液压技术目前存在的问题探讨了其未来发展趋势为工业4.0时代液压技术的转型升级、创新发展提供了思路。

盾构掘进机是一种现代化的隧道掘进装备，其中的液压系统在掘进机的正常掘进中发挥主要作用。以土压平衡式盾构掘进机为例介绍盾构掘进机中推进系统、刀盘驱动、螺旋输送和管片拼装4个主要液压系统的组成结构及其工作原理，分析各部分液压系统的工作特性和工况条件。总结4种兼顾工作效率和能量利用率的液压系统节能方法，并针对各自的工作原理和应用范围，结合盾构液压系统的工作特点，指出各种节能技术在盾构液压系统中的适用范围和应用前景，为隧道盾构掘进机液压系统节能设计提供技术依据。以Φ1800mm盾构模拟试验台全局功率自适应刀盘驱动液压节能系统为例介绍一种节能技术的应用实例，实际掘进试验结果表明该系统具有明显的节能效果。

给出了采用压力流量复合控制的盾构掘进机推进液压系统工作模型，对其中的比例调速阀和比例溢流阀在AMESim环境下进行了模型构建，并完成了阀基本参数的优化设计。采用一种简化的动态土体粘弹性模型模拟盾构实际推进过程中的复杂负载工况。引入一种采用偏差修正参数的非线性PID控制器并在Matlab／Simulink环境下建模。为充分发挥各软件的优势，通过AMESim与Simulink接口界面，实现了液压控制系统的联合仿真。仿真结果表明，与常规PID控制相比，非线性PID对盾构推进液压系统的控制效果更佳。

推进系统是盾构机的重要组成部分。以应用最为广泛的φ6．3m土压平衡盾构推进系统为例，提出一种采用液压变压器的新型节能盾构液压推进系统。该系统以液压变压器作为控制元件，4组推进液压缸分别由4个相应的液压变压器控制，系统的动力源由蓄能器和补油泵共同提供。采用液压变压器的推进系统结构简单、能量利用率高，避免了传统阀控系统中存在的严重溢流截流损失。介绍系统的工作原理和设计流程，提出设计步骤和设计方法，通过较精确的计算，确定一种装机功率相对阀控方式较小的盾构推进液压系统。在拥有同样设计推进能力的情况下，与通常的阀控系统相比，液压变压器推进系统可使装机功率降低30％，体现出较大的节能优势。

为模拟掘进机的掘进过程，设计开发全断面掘进机综合试验台，其中用于模拟地质环境的模拟系统由土箱、加载系统和密封部分组成。介绍加载系统的设计思路、主要功能特点和参数。为实现加载系统压力实时可调以模拟不同地下深度的水土压力，同时兼顾加载过程中系统的稳定性和快速性，采用液压加载。利用AMESim软件对压力控制油路进行仿真，比较加载过程中不同压力控制方式的性能差别和特点，分析液压缸加载的控制原理，决定选择比例溢流阀压力控制方式。完成分区控制的液压加载系统的整体设计和元件选型，以及液压泵站的三维集成设计。

提出推进液压系统的同步控制策略，对区间的液压缸采用PID控制，仿真结果表明，PID控制能够满足区间控制的精度要求．针对现有的盾构推进系统分区控制区内液压缸压力同步的情况进行了仿真分析，提出流量同步的协调控制方法，仿真结果表明，流量同步控制可以把同步误差控制在3mm内．最后对压力同步和流量同步的优劣性进行了比较，结果表明：压力同步在缓变负载下能保持优良特性，但对突变负载而言，其同步性受到很大的影响；流量同步对突变负载能够保持优良的特性，但有一定的能量损耗．