压电作动器非对称迟滞模型的建立和参数辨识

现有的众多基于传统Bouc-Wen改进的压电陶瓷非对称迟滞模型存在参数冗余,降低了模型参数辨识的准确性,而且常用的粒子群算法(PSO)在辨识压电陶瓷非对称迟滞模型参数方面收敛慢且容易陷入局部最优值。为此,首先提出了一种归一化的非对称迟滞模型,采用两个多项式达到非对称效果,利用归一化Bouc-Wen消除参数冗余;然后采用参数和变异策略自适应的差分进化算法进行迟滞参数辨识;建立了相应的测试系统,对压电陶瓷作动器进行了实验研究。结果表明,相比于传统的Bouc-Wen模型,所提出的模型能更精确地描述压电陶瓷实际电压位移曲线,而且消除了参数的冗余,降低了参数辨识的难度。相比于粒子群算法和传统差分进化算法,自适应差分进化算法能更快更精准地找到最优参数值。     

压电材料动态称重传感器的融合设计方法

针对压电薄膜传感器测量受温度影响较大、压电石英传感器价格昂贵的问题,提出将2条压电石英传感器嵌入4排压电薄膜传感器的融合设计方法,建立压电薄膜传感器的等效安装模型及温度补偿算法,利用压电石英传感器对各排压电薄膜传感器进行实时准确的温度补偿。通过MATLAB软件,在正弦波路面激励下,当车速为10～120 km/h,环境温度为0～40℃时,对1/4车辆模型进行动态称重仿真实验。结果表明,融合设计的称重误差均值控制在0. 97%以内,比4排压电薄膜传感器精度提高23倍多,比4排压电石英传感器价格降低3倍多,实现了车辆动态称重的高精度低成本检测目的,工程应用价值好。     

压电微动工作台的位移自感知控制

使用自感知方法测量压电微动工作台的位移,省去独立传感器,构成位移自感知控制系统.压电陶瓷执行器晶片上的自由电荷中包含执行器的位移信息,据此提出基于积分器的压电执行器位移自感知方法,并设计了获取执行器晶片上自由电荷的积分器电路.该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易,可克服电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足.将该位移自感知方法作为压电微动工作台控制系统的反馈方式,并为提高工作台的动静态性能,构造一种前馈补偿同反馈调节相结合的复合控制算法,实现了自感知复合控制.试验验证了自感知复合控制的有效性,并将该控制方法同其他控制方法--前馈控制、独立传感器常规PID反馈控制、独立传感器复合控制进行了对比试验研究,结果表明自感知复合控制具有独立传感器复合控制的良好性能.     

车辆动态称重技术

随着公路运输业和商业贸易的发展，车辆动态称重技术已成为车辆载荷测量的关键技术和发展方向。文中对车辆动态称重系统的结构和弯板、压电传感器、单传感器及光纤传感器4种常用的动态称重传感器进行了介绍，并对系统产生的轴重信号进行了分析，重点讨论和研究了算术平均、神经网络、系统辨识等运用到车辆动态称重系统中的算法，并且阐述了今后的发展趋势。     

基于叶尖定时原理的转子叶片同步振动算法研究

根据叶尖定时测振原理和叶片振动重构理论,基于单自由度振动原理,利用三角函数和最小二乘法建立了叶片同步振动参数辨识方法,通过数值仿真对算法进行了验证。仿真结果表明:该算法可以精确辨识出叶片振动倍频和幅值,但对振动相位辨识误差较大。传感器角度布置会影响辨识结果,可通过调整传感器安装角度来验证振动参数辨识的准确性。较大的其他振动频率成分和噪声信号会导致算法辨识出错,可通过改变传感器布置角度可克服非同步振动频率成分对算法的影响。     

压力传感器加速度效应的系统辨识与建模研究

压力场测试过程中,由于压电型压力传感器的加速度效应给测试带来很大误差。针对这一问题,对压电型压力传感器中压电材料的加速度效应进行了理论分析和有限元静态与动态研究分析。根据系统辨识理论,运用马歇特锤试验数据,对压力传感器加速度效应进行了ARX模型系统建模。基于该模型建立加速度效应数字补偿滤波器,试验结果表明:经过该模型滤波后压力传感器加速度效应降低88%以上。该模型具有精确度高,可靠性和通用性强的特点。     

基于混沌神经网络的异步电主轴转速辨识

针对BP神经网络易陷于局部最优,且学习速度慢的缺陷,研究了采用混沌优化算法改进BP神经网络并应用于异步电主轴转速辨识的方法.该方法使用新的混沌自映射函数取代一般的有限折叠次数的Logistic自映射函数,使其兼具了混沌优化算法的全局寻优与BP算法局部寻优的优点.借助MATLAB/Simulink软件对无传感器电主轴转速辨识系统进行数值仿真.仿真结果表明,采用新方法使整个系统的辨识性能更优,学习速度更快.     

基于模型辨识的气体信息快速感知

针对金属氧化物气体传感器具有较长的响应和恢复时间与泄露气体源的及时报警或快速定位之间的矛盾,提出了一种气体信息快速感知的方法。所提方法首先将气体传感器近似为一阶线性惯性延时系统,然后使用双传感器重构了辨识模型,利用M序列构建模型输入,实现了对传感器时间常数的辨识;最后,根据辨识出的参数,使用传感器逆模型估计出气体浓度的真实输入。使用上述方法进行实验,结果显示估计得到的浓度输入值和实际浓度值相吻合。进一步,为了验证本文算法的有效性,在移动嗅觉平台上,将气体传感器测量值和本文处理方法算出的重构值进行浓度二值化处理,同时应用到基于改进的Spiral-Surge算法的气体源定位实验中。与采用固定浓度阈值进行二值化定位实验对比得出,采用所提方法可以使室内外平均路径长度分别减少55.2%和84.7%。     

脉冲压力条件下PVDF压电薄膜的动态响应特性

通过脉冲压力发生装置产生脉冲压力,研究PVDF压电薄膜的动态特性.使用PVDF压电薄膜制作一种测试脉冲压力的传感器,借助标准压阻传感器,测得PVDF压力传感器的灵敏度,计算出灵敏度的不确定度,并将PVDF压力传感器的线性度与压电传感器和压阻传感器作出对比,发现PVDF压力传感器输出稳定.通过比较PVDF压力传感器和标准的压阻传感器输出信号在时域和频域上的相关参数,证实PVDF压电薄膜具备测试动态压力的能力.     

压电复合薄膜传感器的制备与应用性研究

为了进一步优化压电薄膜传感器的制备工艺,探究压电薄膜传感器在建筑工程领域的应用前景,采用流延工艺制备了碳纳米管改性的0-3型压电复合薄膜,并使用该薄膜制成了压电复合薄膜传感器,将制得的压电薄膜传感器和传统的电阻式应变片同时贴在等强度悬臂钢梁上,通过采用2组不同频率的正弦荷载和1组随机荷载对悬臂梁进行激励,对比研究了压电传感器和应变片在动态荷载激励下的响应。研究结果表明:压电复合薄膜传感器具有更快的反应能力和更高的灵敏度,压电薄膜传感器可以有效地对结构的应力和应变进行实时监测。