基于多尺度线调频基稀疏信号分解的时变系统模态参数识别

在多尺度线调频基稀疏信号分解的基础上,提出一种时变系统的模态参数识别方法。该方法先采用多尺度线调频基稀疏信号分解方法对多自由度线性时变振动系统响应信号进行分解,将其分解成多个单模态振动响应信号并得到单模态振动响应信号的瞬时频率;再根据单模态振动响应信号的包络和瞬时频率识别系统的模态频率与模态阻尼比。多自由度线性时变振动系统模态参数的识别算例表明,与经验模态分解等时频分析方法比较,该方法能有效克服系统振动响应信号分解时的模态混淆问题,识别精度高,抗噪性能好,是一种有较大工程应用前景的多自由度线性时变振动系统模态参数识别方法。     

超声波电动机面内振动模态试验测试系统

介绍了所研制的超声波电动机面内振动模态试验测试系统。系统通过X-Y数字控制移动平台实现测点点阵的自动定位;只用一个一维面内振动激光测头,基于分量测量方法,通过90°转台实现了测点面内振动二维矢量的测量。该系统可以测试测件面内振动模态频率和定频激励下的振型,适用的超声波电动机定子表面形状包括矩形、圆环形,也可以测试直线分布点阵的面内振动模态。该系统的研制成功填补了国内外空白。     

ANSYS在超声波电机设计中的应用

为获得超声波电机的振动模态及谐响应特性,采用ANSYS有限元软件对直径为60mm的环形行波型超声波电机定子的振动状态进行了分析;在完成超声波电机定子建模的基础上,进行了电机定子的振动模态分析和最优模态选择,并在此最优模态附近进行了谐响应分析。分析研究结果表明,利用ANSYS软件对超声波电机进行分析被证明是一种行之有效的方法。     

径向柱塞泵定子振动稳态响应的周期性研究

建立了径向柱塞泵定子的动力学模型,通过Lyapunov变换对定子振动时变系统稳态响应的周期性进行了理论分析,并设计振动测试装置对JB32H型径向柱塞泵定子振动稳态响应的周期性进行试验验证.分析及试验结果表明:定子振动系统具有周期性,其周期为径向柱塞泵相邻柱塞夹角与转速之比;若激励周期与振动系统周期之比为有理数,则定子的稳态响应表现出周期性,并且周期为振动系统周期和激励周期的最小公倍数;若激励周期与振动系统周期之比为无理数,则定子的稳态响应表现出非周期性.     

基于MFC多文档模态参数辨识系统开发

结构模态参数识别在振动机械分析中起着至关重要的作用。而传统做法是基于实验室在响应和激励已知的情况下识别模态参数。但在现实复杂的工作环境中,激励很难准确测得。运行模态分析方法弥补了这一不足。该方法无需激励响应,只需测得输出响应即可对机械结构参数识别。在MFC多文档多视图环境下,运用频域多参考点主分量分析方法开发了一套全新的机械结构模态参数识别系统,且与商业分析系统对比分析,实验验证了系统的有效性和正确性。     

超声波电动机胶粘技术及其对定子特性的影响

针对行波型超声波电动机定子压电陶瓷(Piezoelectric,PZT)的胶粘问题,通过对定子的机电耦合效应有限元动力学模型的分析与计算,研究了胶粘层材料特性、厚度对超声波电动机定子振动特性的影响。重点分析不同激励条件下定子边缘缺胶和夹有气泡对胶层的抗剪切能力和定子振动特性的影响;分别从改进电动机定子结构和PZT粘结工艺方面探讨了提高胶粘层抗剪切能力的措施,确定了胶层最佳参数和电动机定子胶粘工艺及结构优化设计思想。结果表明：胶层厚度对电动机定子频率影响不大,但对其振动特性的影响较大,在保证可靠的粘结强度下降低胶层厚度有利于提高电动机性能。基于该工艺和设计思想研制的直径80 mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到1.2 N·m,空载转速80 r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。     

压电陶瓷对超声波电动机定子特性的影响

压电陶瓷(Piezoelectric ceramic,PZT)是组成超声波电动机定子的核心元件,其性能的优劣将直接影响超声波电动机的输出性能。为了研究PZT对超声波电动机定子特性的影响,利用有限元法建立超声波电动机自由定子的机电耦合动力学模型,利用该模型重点研究PZT厚度、极化分区形式、极化不均匀性以及PZT开路和短路条件时对定子动态特性的影响,并提出基于能量的PZT极化分区形式、极化不均匀性对定子动态特性影响程度的评价方法。采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机定子的温度特性理论模型,基于该模型研究PZT材料介电损耗对电动机定子的温度特性影响。研究结果表明:电动机定子模态频率随PZT厚度的增大而增加,而定子表面质点的振动幅值则随PZT厚度的增加而减小;PZT开路时的定子模态频率比短路时的模态频率大;改进PZT极化分区形式和极化不均匀性均可以提高超声波电动机自由定子的动态特性。基于该研究结果制作的直径10.4mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到9.5mN·m,空载转速1000r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。     

基于快速Chirplet匹配追踪的切筋成形设备振动分析

针对保证集成电路切筋成形设备对引线框架模切精度的要求,运用快速线性调频小波(chirplet)匹配追踪对集成电路切筋成形设备进行了振动分析。对切筋成形设备关键部位不同转速下的振动信号,运用快速线性调频小波匹配追踪算法进行信号分解,得到信号的时频分布。根据常见故障的时频原子特点,从时频图上对系统的固有频率以及冲裁运动等特征频率进行了识别。实验结果表明,基于快速线性调频小波的匹配追踪算法具有较高的时频分辨力,能够在大量非平稳信号中提取特征频率成分,准确反映设备的工作状况,为该设备的故障诊断提供可靠的依据。     

基于NLFM Barker编码的板材焊缝缺陷超声检测方法研究

针对编码超声检测中,回波信号经脉冲压缩后存在主瓣持续时间长和旁瓣水平高的问题,提出了一种基于非线性调频(NLFM) Barker复合编码的超声波激励方法,用于板材焊缝缺陷检测。给出了该复合码的产生方法,并推导出了其函数表达式。通过仿真对比分析了其与Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码这3种编码激励方法产生的超声波的时频特性、传感器响应特性以及回波脉冲压缩特性。试验结果表明,该复合编码超声回波信号经脉冲压缩后,其主旁瓣功率比较非线性调频信号和线性调频Barker码分别提高了约11和5 dB,峰值旁瓣水平较Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码分别降低了约7.8、7和3.6 dB,并能有效检测出焊缝中预设的5种常见缺陷。     

齿轮传动系统非线性频率调制规律仿真分析及实验研究

针对传统快速傅里叶变换(FFT)研究齿轮系统非线性非平稳振动存在虚假信号和假频的问题,提出了基于希尔伯特黄变换的本征模态函数(IMFs)傅里叶变换法。该方法通过经验模态分解(EMD)将原始信号分解为一系列不同时间特征尺度的IMFs,对能够反映原始信号物理意义的IMF进行傅里叶变换。以某型采煤机截割部齿轮箱为工程范例,通过振动实验得到齿轮系统非线性振动响应。分别利用传统FFT法和本征模态函数FFT法对实测信号进行非线性振动分析。研究结果表明:本征模态函数FFT法显著减少了多余且无意义的频率成分,能够更好地识别参与非线性频率调制的齿轮啮合特征频率,避免了传统FFT法产生的虚假频率干扰。该研究对分析齿轮转子系统非线性频率调制现象具有一定的参考价值。     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

大型异步电机结构振动特性的研究

精确计算电机的固有频率和响应,对于预测电机的振动和噪声是至关重要的.文中利用三维有限元分析研究大型感应电机定子的振动模态和固有频率,并分析绕组、端盖、连接筋及安装方式对电机定子固有频率和振动模态的影响;研究表明,对于大型异步电机,定子绕组对固有频率和振动模态有显著的影响,安装端盖和机座固定使定子固有频率上升,通过改变机座及端盖结构可改变定子固有频率,避免发生共振,采用弹性连接筋,可有效减小定子振动的传播.实验验证部分计算结果.     

基于小波尺度谱的转子系统碰摩声发射特性

针对转子系统动静件间发生碰摩时会引起弹性应变而产生声发射,进而可利用声发射来辨识和诊断碰摩故障的特点,首先对碰摩声发射和碰摩振动信号进行了试验对照研究,讨论基于声发射的碰摩辨识别方法的独特优越性.然后,着重对碰摩声发射的特性进行了试验研究,并借助于小波尺度谱优越的时频分析性能,利用小波尺度谱对碰摩声发射的时频特性、传播特性和频散特性等进行了详细分析.分析结果显示小波尺度谱非常适合碰摩声发射这种频率丰富、非平稳和非线性的多模态波,是模态声发射分析的有力方法.     

四足直线超声电机模态频率一致性调节

在分析四足直线超声电机工作机理的基础之上,指出超声电机定子两工作模态频率不一致会影响超声电机的输出性能和效率。针对这一问题,根据初等结构摄动理论,结合四足直线超声电机定子动力学方程,借助有限元分析软件,找到了调节四足直线超声电机定子两相工作模态频率一致性调节的合理位置,以及对该位置进行修改时修改量与定子两工作模态频率差值的关系。对某一样机定子进行了频率一致性调节试验,该样机定子两相模态频率差值从调节前的400Hz减小到82Hz。试验结果表明,采用这一方法对四足直线超声电机定子模态频率进行一致性调节是方便且有效可行的。     

DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF PRECISE LONG STROKE LINEAR MOTOR WITH AIR-BEARING IN OPTICAL LITHOGRAPHY

Dynamic characteristic is presented by identifying the model and the dynamic parameters of a precise long stroke linear motor （PLSLM） with the air-bearing in optical lithography. The PLSLM is supported by air-bearing on the stator, and is driven by on-board two large linear motors in a cross-configuration. Firstly, a model of the PLSLM is established by finite element method （FEM）. Secondly, based on the model, the natural frequencies and model shapes are discusse＆ And the contribution of each active mode is evaluated by computing the modal participation factors （MPF）, which indicates the major vibration direction. Furthermore, by the experimental modal analysis, the experimental results are in agreement with simulation results, which it is sure that the FEM is reasonable. What＇s more, comparing with the effects on the frequency due to the air-bearing stiffness, the relations of the natural frequencies with the air-bearing stiffness are found. It is found that the frequency response curve is fluctuant with the air-bearing stiffness in each direction. Finally, it is conclusion that the natural frequency of the PLSLM is largely affected by the air-bearing stiffness variety. This research is contributed to the dynamic characteristics resulted from the air-beating stiffness. Further work will include better optimization on the dynamic parameter in the controller design through the control algorithm for the precise long stroke motor.     

Modal disturbance investigation of rod-shaped ultrasonic motor using bending vibrations

Modal disturbance of a rod-shaped ultrasonic motor using bending vibrations can cause problems such as low motor efficiency, instability, and poor control. In this paper, a dynamic analysis model of a stator is created on the basis of the finite element method (FEM) and Hamilton principle. The modal frequency sensitivities of the stator to the structure parameters are investigated by modal analysis. Accordingly, the structure parameters of the stator are modified to separate working modes from disturbance modes. A rod-shaped ultrasonic motor stator is fabricated, and the experimental results of its amplitude frequency response characteristics show that the purpose of modal separation is achieved. The frequency separation between working modes and disturbance modes is more than 2 kHz. The validity of the method is verified.     

窗函数的选择对时频域测试分析的影响

在LabVIEW平台的基础上,研究了利用时频域测试方法,分析数字信号(以下简称信号)在时-频平面内时间与频率之间的变化关系。该测试分析方法利用短时傅里叶变换(STFT)的基本原理,对一些非平稳的信号进行分析,但在信号处理过程中,能得到的信号长度总是有限的;所以,需对无限长的时间序列施加1个窗函数,在此基础上,分析窗函数的选择对其时频域分析的影响。     

卧式板型直线超声电机的微型化

基于L1B4板型直线超声电机,研制了一种外型尺寸为36mm×5mm×4mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理,使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计,分析了定子的振动模态,并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应,对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线,证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明,当激励信号电压为150Vpp,频率为62kHz时,电机最大速度为183.7mm/s,输出推力为50mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。     

二阶循环相关解调法对调频信号的解调研究

为克服传统解调方法对多载波调频信号解调分析时所产生的混频现象,推导了二阶循环相关解调法对调频信号的解调公式,并对多载波调频仿真信号进行了解调分析。提出利用循环谱切片图识别多载波调频信号的调制频率、载波频率和混频信息的规律,并将该方法用于空分机齿轮箱碰磨故障诊断,结果表明,该方法能够有效地识别各载波频率信息和混频信息,提取故障特征频率。     

高频纵向超声导波在埋于无限大介质中钢杆的传播特性

从理论上分析高频纵向超声导波在埋于无限大介质中钢杆传播的特性.根据在杆状波导中传播的超声波具有频散现象及多模态特征,选择特定频率下的单音频信号激励超声导波,使其衰减最小,能传播较长距离;能量速度最大,最先到达,从而可与其他速度较慢的模态相区别.说明此频率下的纵向模态可用来对埋于介质中的钢杆进行检测.同时建立试验系统,对直径22 mm、长度1 m的埋于水泥中的钢杆进行检测,并对结果进行时频分析,试验结果与理论分析相吻合.