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【黄岛讲坛(控制分论坛)】石岩教授讲述气动系统精密检测与控制技术

作者:李芳 孙伟发布者:李芳发布时间:2021-05-13浏览次数:19

511日,北京航天航空大学自动化科学与电气工程学院石岩教授做客黄岛讲坛(控制分论坛),为师生做题为气动系统精密检测与控制技术的学术报告。

石岩教授从气动系统精密检测的研究背景谈起,介绍了气动系统在航空发动机引气系统、航天器注氢系统、精密仪器减震平台等高端装备中的应用,指出气动系统是高端装备不可或缺的重要构成部分,气动元件一旦失效,可能导致整个装备发生故障。其团队,针对目前气动领域的三大技术难题:高频气流精度检测、系统能耗评价标准和系统节能,从(检测)精、(评价)准、(能耗)省三个方面开展了理论创新、技术突破和工程应用研究,相关检测技术与方法被采纳为ISO国际标准、GB国家标准和JB行业标准。

随后,石岩教授从高频流量特性及微泄露检测,能耗评价、计量与节能控制,气动技术在医疗领域的应用三个方面进行了具体介绍。

在讲述高频流量特性及微泄露精密检测时,石岩教授首先介绍了气动元件高精度流量检测方法,指出传统的检测方法是使用流量计,缺点是受温度变化影响较大、精度低、响应缓慢,无法满足高频流量的检测要求。其团队针对此问题提出了一种“间接检测方法”,将被测元件输出流量充入容器,通过高频检测容器内压力变化,计算得出被测元件的流量特性,同时推导、建立了检测系统的数学模型,揭示了温压效应对检测精度的影响规律,并通过在容器内填充微米尺度金属丝,成功实现近似等温,控制容器内空气温度变化做到<1℃,检测误差<0.1%。石岩教授还介绍了微量泄露精密检测方法,针对传统的压降泄露法精度低、耗时长、受限于环境温度变化这一问题,其团队提出了差压式泄露检测法,同时为补偿热交换对其造成的影响,对检测系统中的热交换机理进行研究,确定了温压效应对检测误差的影响规律,建立了数学模型并形成一种全新检测方法,补偿换热差异对检测精度带来的影响,该方法将可检泄漏量降低一个数量级,检测效率提高4倍以上。

在谈到气动系统能耗评价与计量问题时,石岩教授指出要实现节能控制,必先制定系统能耗量化标准。传统能耗量化方法指标是压缩空气消耗量,缺点是依赖于空压机产气效率,无法量化减压能量损失,无法指导气动系统能效优化控制,其团队对空气的压缩与做功过程分析,建立了多场耦合的能量转化模型,探明了气动系统能量转换的机理,提出了一种气动系统功率量化标准。石岩教授还介绍了其团队在复杂气动管网节能方面的研究,提出了一种基于管网多节点协作的压缩空气调度方法,为气动系统节能提供了关键技术。

在介绍气动技术在医疗领域的应用时,石岩教授首先阐述了吸痰技术的研究意义,指出目前吸痰管吸痰技术存在的缺点,进而提出了一种安全、按需、高效的基于模拟自然咳嗽的智能吸痰技术。石岩教授详细介绍了该研究中的三大关键技术,即呼吸力学参数实时估计技术、痰液淤积程度在线辨识技术和吸痰气流的智能控制技术。其团队通过实验研究,验证了该智能吸痰技术的吸痰效率和安全性较现有吸痰管吸痰技术有大幅提升,其相关技术及产品已在近百家三甲医院得到推广应用。

报告结束后,石岩教授就有关学术问题与现场师生进行讨论。

        石岩,北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院教授,博士生导师,入选国家万人计划青年拔尖人才,担任基础加强计划重点研发项目(173计划)首席专家。长期从事气动系统精密检测与控制技术、基于人机复合控制的呼吸支持与肺康复技术等研究。研究成果在ASMEIEEEIMechE会刊等发表SCI论文70余篇,出版专著2部,主持/参与制修订国际标准、国家标准与行业标准10余项。获得国家科技进步二等奖1项、中国机械工业科技进步一等奖2项、中国仪器仪表学会科技进步一等奖1项。