基于电磁驱动的微扑翼飞行器驱动器振动特性

电磁驱动的微扑翼飞行器翼端拍打振幅受到驱动电压、磁感应强度、电流角频率等因素的影响。为了探究上述三个因素对微扑翼飞行器翼端拍打振幅的影响规律,提出一种新型电磁驱动器方案,并建立电磁场中微梁振动模型,为验证电磁驱动器方案的可行性及进一步探究相关因素对微梁振动的影响规律,设计开展电磁驱动的微梁振动试验。结合理论振动模型与试验结果,得到驱动电压、磁感应强度、电流角频率对于梁端拍打振幅的影响规律,研究结果对于后续微扑翼飞行器电磁驱动器的研究发展具有一定的指导意义。     

仿昆扑翼微飞行器电磁驱动电路设计与制造

针对电磁驱动方式的仿昆扑翼微飞行器,设计了电磁线圈驱动电路,电路能够驱动微飞行器扑动双翼。驱动电路利用电池组和升压(BOOST)电路实现电路供电。研制了产生两路电压控制信号的最小系统板,能够在上位机在线实时控制输出信号的频率和幅值。电压控制信号通过电路后,电路输出稳定驱动电流,实现对仿昆扑翼微飞行器翅膀的控制。     

仿生扑翼“0”形轨迹机构的设计及气动力特性

针对仿生扑翼飞行器的驱动结构进行设计,提出了一种空间摇杆式的驱动机构与机翼扭转机构,实现机翼扑动过程中的"0"形空间运动轨迹.针对机翼的空间"0"字形运动,建立仿生飞行器气动分析模型,采用动网格与非定常数值计算方法,对机翼拍动过程中不同相位下的升阻特性进行分析,并通过空气动力效率与流场对比分析,得到不同参数条件下的气动效率,为仿生扑翼飞行器的设计及扑动模式的选择提供参考.通过气动力测量实验、台架姿态标定和外场飞行测试,验证了结构设计的合理性.     

仿鸟扑翼飞行器姿态镇定研究

针对仿鸟扑翼飞行器的欠驱动特性,提出了一种简化其飞行控制问题并实现其局部渐近稳定的控制方法．建立并分析了仿鸟扑翼飞行器的动力学和运动学模型,证明其控制问题等价于升力、推力独立可控情况下的姿态控制问题．进一步分析的结果表明,仿鸟扑翼飞行器的升力、推力都是独立可控的,其姿态控制为耦合输入下刚体的姿态控制问题．通过设计光滑时变反馈控制律实现姿态控制的局部渐近稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题．     

基于Matlab的越野汽车非线性悬架系统仿真

建立了考虑刚度和阻尼非线性的两自由度越野汽车悬架系统的仿真模型。用谐波叠加法构成的路面不平度作为路面激励，并利用半波正弦信号模拟越野汽车通过半圆形路障时的激励，在这些激励下，用数值方法获得了车身加速度，车轮动载，悬架动挠度的响应以及冲击作用下车身加速度的模拟响应。根据随机振动理论谱估计方法，由输入输出信号获得非线性悬架系统传递函数的数值解。以此为基础分析了非线性悬架系统在不同行驶工况下的表现出的传递特性的差异。     

路面激扰与电磁激扰下电动轮车辆系统非线性全局动态特性研究

为研究电动轮车辆系统在路面 电磁联合激励下的非线性振动特性,并挖掘参数与初始条件协同作用下系统全局动力学信息,建立了计及悬架系统和轮胎的非线性弹簧力和阻尼力的电动轮车辆系统两自由度1/4垂向振动非光滑非线性时变动力学模型,考虑外部激励的谐波性和随机性以及电磁激励的分段周期性,得到了含谐波性、随机性和周期性的复杂外激励模型,分析了驱动电机转速与多初值的关联性对系统动力学共存行为及其分岔的影响规律,研究了共存运动的多样性及其吸引域的拓扑构型,揭示了转速对系统全局动力学稳定性的影响机理.结果表明：电机转速与多初值协同作用诱发系统出现多样性的共存运动,共存运动吸引域的拓扑结构复杂多样,部分共存运动的振动幅值可能较大亦可能很小,其全局动力学稳定性差异较大.电机转速与初值的协同作用对电动轮车辆系统非线性振动和全局动态特性的影响不予忽视.本文研究对电动轮车辆系统的动态性能改善和结构优化具有重要的理论意义和工程价值.     

微型仿昆扑翼飞行器解耦操控机制

提出一种解耦操控机制，用于解决微型仿昆扑翼飞行器飞行控制中的欠驱动问题．首先通过理论分析和仿真试验分析了翅膀的振翅运动参数对气动力旋量的控制作用；然后在对昆虫飞行所采用的生物学振翅运动进行模拟的基础上，通过调整翅膀的振翅运动参数，设计了一个能对气动力和气动力矩实现独立控制的解耦操控机制．此操控机制采用周期函数将控制输入量参数化，从而在仿昆扑翼布局的动力学模型中引入更多数目的独立控制量．通过将原动力学系统转化为完全能控系统，解决了仿昆扑翼布局的欠驱动控制问题．同时，此操控机制仅仅要求转动角可控，有效地降低了仿昆扑翼飞行器的设计难度．     

基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作

为研制一种轻质仿昆虫微扑翼飞行器,提出了采用微机电系统(MEMS)领域的SU-8光刻胶作为结构材料的制作方案.基于仿生学原理和微机电系统加工技术,设计微扑翼飞行器结构及MEMS 工艺方法.研究结果表明,该种结构设计及制作方案满足设计要求,为仿昆虫微扑翼飞行器的研制提供了一种很好的途径.     

SolidWorks在扑翼微型飞行器设计制造中的应用

扑翼微型飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。介绍SolidWorks设计软件在驱动机构运动仿真、翅翼频率分析和参数化设计中的应用。结果表明,SolidWorks应用于扑翼微型飞行器设计制造可以简化设计流程,提高设计效率。     

独立驱动的仿鸟扑翼飞行机器人的系统设计与实验EI北大核心CSCD

扑翼飞行机器人模仿自然界中的飞行生物,通过扑动翅膀拍打空气驱动飞行.它们机动性好、飞行效率高、噪音小,在某些应用场景比传统的固定翼飞机和旋翼飞机更有优势.目前扑翼飞行机器人的研究大多集中在机理研究和理论的建模与控制,鲜有实现室外的自主飞行,难以应对复杂的实际应用需求.在本文中,设计了一种独立驱动的仿鸟扑翼飞行机器人USTBird,通过两个舵机独立驱动左右翅膀可实现无可控尾翼的机动飞行.通过搭载自主设计的微型飞控板、GPS以及惯性导航模块,采用PD控制实现了扑翼飞行机器人的室外自主巡航飞行.设计了针对扑翼机器人的轻型两自由云台,很大程度上消除了机翼扑动飞行引起的图像抖动问题.针对机身振动和GPS测量误差带来的位置误差,采用无迹卡尔曼滤波算法对GPS采集的位置信息进行估计,提升了位置估计精度.设计了面向扑翼飞行机器人的地面站系统.考虑到扑翼飞行机器人存在的转向滞后问题,对偏航角设计双闭环分段PD控制器,最终实现了在外圆半径40 m和内圆半径10 m的圆环内的自主巡航任务.     

仿昆扑翼飞行器全解耦控制

针对仿昆扑翼飞行器飞行控制所面临的欠驱动问题,基于平均理论,提出采用周期时变反馈策略控制仿昆扑翼飞行器的策略,并给出了设计周期时变反馈控制器的输入参数化设计方法．该方法对飞行昆虫的扑翼运动进行仿生模拟,通过调整根翅运动参数,实现了对6个方向气动力和力矩的独立控制．本质上就是用参数表示欠驱动系统的输入,并以此构造周期时变反馈函数;从而在原系统中引入更多数目的独立控制量,将原系统转化为完全能控系统．然后,将此可控系统线性化,并利用线性反馈控制器设计工具设计其反馈控制律．仿真结果表明,基于该策略设计的控制器具有响应速度快、稳定误差小、鲁棒性强等特点．     

The design and micromachining of an electromagnetic MEMS flapping-wing micro air vehicle

An electromagnetic MEMS flapping-wing micro air vehicle at insect scale is presented. The detailed scheme, design, micro fabrication and experiment are given in this paper. Firstly, by commercial software ANSYS and MATLAB, electromagnetic analysis, modal analysis and kinetics analysis are proposed. Moreover, based on the result of theoretical analysis, appropriate structure, material and inherent frequency are selected. Then, a new LIGA-like process based on SU-8 photoresist technology is adopted to fabricate thorax, tergum and vein. Finally, a 3.5 cm wingspan, 144 mg weight prototype is integrated, and then we finish the flapping test for this prototype, which has a flapping resonance frequency range of 120–150 Hz. The test result demonstrates the feasibility solution in the development of FMAV based on MEMS, this work is a stepping-stone on the path toward flying robotic insects.     

微型仿鸟扑翼飞机设计与仿真系统开发

基于仿生学的微扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器.鉴于扑翼飞行理论及实践本身的困难,为了减少设计制造中的风险,开发了微型仿鸟扑翼飞机设计与仿真系统.采用Visual C 和MATLAB进行仿生学设计模块、驱动机构和气动力计算模块的开发,由此进行扑翼飞机结构及动力学设计,生成初步样机.结合OpenGL技术,建立微型扑翼飞机的三维可视化结构模型,进行扑翼飞机的运动和虚拟飞行仿真.进行扑翼飞机的开发实例分析,结果与实际制作的扑翼飞机各项特征吻合.该系统有很高的实用价值,可以有效地辅助进行微型仿鸟扑翼飞机的研制工作.     

微扑翼飞行器控制系统相关技术研究进展

微型扑翼飞行器(FMAV)由于微型化和采用扑翼飞行方式的特征,许多传统理论和设计方法不再完全适用,相关理论和技术仍在不断地发展中,所以对国内外相关理论和技术的发展现状进行及时跟踪和研究,具有非常重要的参考意义;通过调查研究,介绍了与微型扑翼飞行器控制系统有关的低雷诺数非定常空气动力学、控制系统数学模型、控制方案和控制方法等的研究进展,总结出了微型扑翼对飞行器控制系统的设计要求,控制系统的特点和需要解决的关键问题,并展望了未来发展趋势。     

船桥碰撞简化动力分析方法:简化动力模型

为促进碰撞有限元分析技术在桥梁设计工程中的应用,提出2种可用于船桥碰撞动力分析和进行船桥碰撞动力设计的简化力学模型,即简化强迫振动模型和简化碰撞模型.基于碰撞数值模拟技术获得这2种模型中简化冲击力和简化船首非线性接触刚度.建议3种简化冲击力的数学模型,即简化的半波正弦载荷、修正半波正弦载荷及多段线载荷.建立3 000 ...     

基于量子粒子群优化的动态标定辨识方法

针对传统辨识方法对非线性系统辨识效果不理想的情况,提出将量子粒子群优化（ QPSO）算法引入到力传感器的动态标定辨识中来。搭建了基于垂直正弦力加载的力传感器动态标定装置优化,该系统使用正弦运动机构作为激励装置,动态力由安装在正弦机构上的质量块产生。为验证QPSO算法进行系统辨识的可行性,进行了两组对比实验。结果显示：相比于递推最小二乘（ RLS）法,QPSO算法的辨识精度较高,适用于非线性系统的参数辨识。     

基于AD633模拟鉴相的Q表设计

为解决万用表无法测量Q、D等参数的问题,设计了基于A1D633模拟鉴相的Q表.该测量仪采用DDS芯片AD9851产生正弦激励信号和基准信号,利用高集成度模拟乘法器AD633对信号进行模拟鉴相,并采用差分转换器AD8138对鉴相输出信号进行单端转差分变换,由C8051F060内部自带的ADC对差分信号进行模数转换和数据处理.Q表具有多量程自动切换和LCD实时显示等功能,且体积小、成本低,能满足工程、教学科研测量的需要.     

Dissection of a Flexible Wing's Performance for Insect-Inspired Flapping-Wing Micro Air Vehicles

We present a computational study on the aerodynamic performance of flexible wings aiming to facilitate the design of insect-inspired flapping-wing micro air vehicles (FMAVs). First, we propose using a two-dimensional mechanical model for a flapping wing to help understand the mechanism underlying its unsteady deformation when exposed to aerodynamic and inertia forces. This is followed by comparative analyses of both flexible wings and fixed wings in flight. In particular, a 'swaying propulsion' mechanism is proposed to mimic the flapping of the winged insects, and a new concept of 'initial torsion angle' is introduced to provide an equivalent means to account for the asymmetry of the torsional stiffness of the thorax muscle during upstroke and downstroke flapping. Subsequently, the aerodynamic forces and power requirements for a bumblebee's wings under various flight conditions are systematically examined. Our results indicate that flexibility of the wings largely contributes to the high lifts and that gliding forces play a significant role in improving flight performance, suggesting that optimal design of the structure and flapping motions of wings could achieve improved efficiency in FMAVs. These studies promote a brand new design concept for future insect-inspired FMAVs.     

毫米级静电微扑翼驱动器的结构设计、工艺与测试

针对仿昆虫扑翼飞行器核心动力装置——微驱动器的结构特点和研究难点,设计了一种基于静电驱动原理的毫米(mm)级微扑翼驱动器,并针对各个部件研究了整套加工工艺与测试方法.运动优化与升力测试结果表明:微扑翼驱动器(翼展9 mm,重量3 mg)以91 Hz的频率实现了±40°的拍动和±25°的扭转运动,输出1.5 mg的升力,升重较以往静电微扑翼驱动器有大幅提升.研究成果为实现仿昆虫微型飞行器的自主飞行提供了新的方向,并奠定了理论与试验基础.