微致动器在流动控制中的应用研究

基于MEMS技术,研制了一种微气泡型致动器.对前缘布置有微致动器的三角翼进行了数值模拟和风洞实验,结果表明:微致动器可以改变三角翼前缘的旋涡流状态,扰动边界层,改变三角翼前缘分离涡位置,合理布置微致动器可以获得一定的滚转力矩,利用微致动器可以进行流动控制,进而改变飞行器的动力性能.     

偏置磁场对超磁致伸缩致动器输出特性的影响分析

采用Terfenol-D棒作为超磁致伸缩致动器GMA(Giant Magnetostrictive Actuator)的主要材料,研制了有偏置磁场和无偏置磁场两种超磁致伸缩致动器,分析了具有分段式永磁偏置和无偏置致动器的结构及性能.基于安培定律、磁路基尔霍夫定律、叠加原理对致动器的磁场进行理论分析.为进一步分析磁场分布,创建三维模型,利用有限元仿真软件对GMA内部磁场进行分析和比较,仿真结果表明:分段式永磁偏置结构致动器能够达到理想的偏置要求,无磁场偏置的致动器在电流作用下磁场分布更均匀.实验结果表明:超磁致伸缩致动器输出位移和力的大小分别与Terfenol-D棒长度、直径呈正相关,施加偏置磁场能够改善超磁致伸缩致动器的动静态输出特性,提高致动器静态输出位移和力的线性度,消除动态输出位移与输出力的倍频现象,提高其输出精度.     

微光机电陀螺微致动器设计与有限元分析

提出了一种锆钛酸铅(PZT)薄膜微致动器的结构模型。该致动器采用高d33特性的压电陶瓷材料,用于对空间谐振式微光机电(MOEMS)陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。建立了该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。结果显示,当采用双层结构的PZT薄膜微致动器时,在外加电压50V作用下,环形PZT位移控制器中心位移可达到0.345μm;十字形角度控制器偏转角度可达3.29″,增加PZT薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。通过对仿真结果进行分析可以得出结论,选用多层PZT薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。     

面向大流量应用的硅微阀致动器优化设计

设计了一种面向大流量应用的硅微阀流控芯片,基于电热耦合理论对芯片中的V型电热致动器进行了优化设计.通过构建温度分布的优化模型,对硅微阀流控芯片中V型致动器进行了变截面设计,并对优化前后的致动器进行了多物理场模拟.结果表明:与恒定截面V型致动器相比,在致动位移相同的情况下,优化后的致动器所需的最高温升降低了7.14％,且温度和应力分布更为均匀,在保障致动性能的同时提高了热平衡稳定性和结构稳定性.     

基于压电堆驱动器的一维微振动主动隔振平台研制

基于压电堆驱动器设计并开发了一台一维微振动主动隔振平台.利用FX-LMS自适应算法,开发了一套自动控制系统.最后通过实验对其隔振效果进行了测试和分析.结果表明,该一维微振动主动隔振平台具有良好的隔振效果,可广泛应用于各种微振动主动隔离场合.     

计算微致动器结构可靠度的新方法

为了解决微致动器结构功能函数不能明确表示的可靠度分析问题,以BP神经网络、响应面法为基础,提出了求解可靠度的几何分析新方法:对神经网络响应面法加以改进并利用其拟合极限状态函数,得到显示的结构功能函数表达式;利用均值波动法对微致动器局部应力最大处进行可靠度分析,求得结构可靠度因子β为3.353.与JC法比较,方法简便可行,为结构可靠度计算问题提供了新的有效的思路和方法.     

刮板式微致动器性能研究

刮板式微致动器,是一种可以实现大位移、步进式MEMS纳米微致动器。结合刮板式微致动器的表面硅加工工艺,考虑支撑梁的反作用力建立了新的理论分析模型,分析了微致动器的临界电压、单步位移以及最大输出位移等几个重要性能参数,将理论模型的计算结果与已有的实验数据以及理论模型作了对比。结果表明,本文理论分析模型的的理论值与实验结果有较好的一致性。     

基于BP神经网络的U型电热微致动器仿真分析

以BP神经网络、随机有限元法为基础,对u型电热微致动器进行了仿真分析．首先利用有限元分析软件ANSYS对u型电热微致动器进行有限元分析得到具体结构尺寸对微致动器最大位移的影响,然后通过建立的BP神经网络来拟合响应与输入之间的关系,根据蒙特卡罗模拟原理获得足够多的样本值对训练后的网络进行误差分析,结果证明本文提出的分析方法是可行有效的．     

软体仿蛙游动机器人关节式气动致动器研制

为实现仿蛙游动机器人的微小型化,增强其环境适应能力,结合软体材料的优势特点和青蛙划动推进的游动方式,提出了一种关节式气动软体致动器,该致动器在满足软体仿蛙机器人游动过程中的运动性能和力学性能的同时,使得其肢体结构更加紧凑、轻量．利用Yeoh本构模型和虚功原理,结合关节式气动软体致动器的几何参数,建立了致动器的形变分析模型．进而,在致动器总体尺寸受约束的情况下,以一定弯曲角度下致动器输出恢复力矩最大为目标,确定了致动器的具体结构参数．融合3D打印、模塑成型等加工工艺方法,加工制备了关节式气动软体致动器,并通过对比分析,确定了采用纤维线限制致动器径向凸起效应时纤维线的绕线形式和绕线密度．最后经过实验测试分析,该致动器质量约7.5 g,可实现由180°弯曲状态至伸直状态的形态变化,并且在弯曲角度一定时通过调整充入气压的大小可以匹配一定范围内不同大小的负载力矩,从而验证了针对软体仿蛙游动机器人设计的关节式气动软体致动器的可行性．     

基于IFT方法的主动隔振控制器设计

针对自适应前馈控制算法在主动隔振系统中存在的局限性,提出了一种基于迭代反馈调整(IFT)的主动隔振控制策略。该方法以主动隔振后的残余力均方值为目标函数,依托系统模型,根据实际需求设计控制器阶数,并通过信赖域的优化方法对控制器参数进行迭代调整,以获得期望的固定阶数的低阶控制器。该低阶控制器有利于降低成本和减少设计计算量,便于控制算法的实时实现。以基于磁致伸缩作动器的双层隔振系统为研究对象,用Matlab仿真软件对提出的算法进行仿真研究,并与自适应前馈控制算法中常用的归一化FX-LMS算法进行比较。结果表明,基于IFT方法所设计的低阶控制器比归一化的FXLMS算法具有更好的隔振效果,有着很好的实用性和推广性。