压磁式测力传感器线性度和灵敏度实验研究

为了研究所设计的坡莫合金压磁式测力传感器的线性度和灵敏度特性,在不同预载荷、不同测力范围,不同励磁频率条件下对传感器进行了线性度和灵敏度实验分析与研究.传感器的线性度用工作曲线与实际工作曲线之间的最大偏差与满量程输出之比来表示.通过对升回程各节点输出值分别取均值对线性度进行标定.实验发现:传感器的线性度和灵敏度随预载的增加而提高,随最大载荷的增大而降低;励磁频率的降低使传感器的灵敏度得到提高;在相同的最大载荷作用下,励磁频率的降低可明显改善传感器的线性度.为了研究所设计的坡莫合金压磁式测力传感器的线性度和灵敏度特性,在不同预载荷、不同测力范围、不同励磁频率条件下对传感器进行了线性度和灵敏度实验分析与研究.传感器的线性度用工作曲线与实际工作曲线之间的最大偏差与满量程输出之比来表示.通过对升回程各节点输出值分别取均值对线性度进行标定.实验发现:传感器的线性度和灵敏度随预载的增加而提高,随最大载荷的增大而降低;励磁频率的降低使传感器的灵敏度得到提高;在相同的最大载荷作用下,励磁频率的降低可明显改善传感器的线性度.     

电阻电感非线性RLC电路弹簧耦合系统3次超谐共振

研究电阻和电感非线性RLC(resistance-inductance-capacitance)电路弹簧耦合系统的非线性振动,应用拉格朗日-麦克斯韦方程,建立受简谐激励的具有电阻和电感非线性RLC电路弹簧耦合系统的数学模型.根据非线性振动的多尺度法,得到系统满足3次超谐共振条件的一次近似解以及对应的定常解.对其进行数值计算,分析系统不同参数对响应曲线的影响.增大激励电压、极板面积和非线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变大.增大极板间距、线性电感系数和线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变小.系统的固有频率随极板间距增大而增大,随极板面积和线性电感系数的增大而减小.     

层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为,以多层层合间结构特性的反射面为研究对象,采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述,并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用,利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型,所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型,分别对星载天线系统进行仿真对比分析,结果表明,线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用,随着转动角速度增大,动力学特性将产生差异,而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程,可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

铁电液晶基空间光调制器的灰度响应特性

提出了一类以铁电液晶作光调制层的空间光调制器等效电路模型,对调制器的灰度响应特性进行了动态仿真研究,给出了驱动电压频率100 Hz~1 kHz和写入光强0~10 mW/cm²时调制器的强度转移特性曲线。结果表明,光寻址空间光调制器(OASLM)电光响应的上升时间随写入光强的增加而减少,写入光强由0.5 mW/cm²增加到10 mW/cm²,上升时间从1.44 ms减少为74 μs。写入光强存在使输出光强随之(准)线性增加的范围,调制器工作在该范围内即可显示不同灰度;强度转移特性对电压频率十分敏感,调节频率可对调制器的工作范围及灰度区内强度转移特性曲线的斜率等进行控制,频率由100 Hz增加到1 kHz,工作范围由(0.08 mW/cm²,1 mW/cm²)改变为(2 mW/cm²,10 mW/cm²),同时线性段内强度转移特性曲线的斜率减小。另外,虽然擦除光对强度转移特性的影响很弱,但必须注入擦除光以抑制无写入光注入时的光响应和保证在新信息写入前擦除先前的信息。由该模型得到的仿真实验结果在趋势与量级上均与有关文献的实测结果相一致。     

激光差动共焦曲率半径测量系统的研制

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统.该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长技术获取两点间的距离,继而实现曲率半径的高精度测量.该测量系统的机电控制由主控软件完成,可实现机电扫描、数据采集及数据处理,自动化程度高.实验证明,该系统定焦灵敏度高,受环境波动影响小,测量精度可达3×10-6,满足了高精度曲率半径的计量需求.     

空载流量特性死区的颤振补偿

为对电液伺服阀死区非线性进行补偿,提出在阀芯位移信号上叠加一高频颤振信号从而减小甚至消除其死区的颤振补偿技术。阐述电液伺服阀死区颤振补偿原理。根据颤振补偿原理求解颤振补偿后的空载流量特性表达式,并对补偿后的空载流量特性的死区进行仿真分析,理论分析表明,随着颤振幅值的增加,死区变小,当颤振幅值的大于死区量时,死区完全消除。对补偿后的空载流量特性的线性度进行理论分析,分析表明,随着颤振幅值的增加,空载流量特性的线性度也提高了。搭建专门的试验平台对所设计的样阀进行试验研究,结果表明,采用颤振补偿技术,当颤振幅值为50%、100%、480%死区量时空载流量特性死区由3.8%分别降为2%、0.4%、0,并且空载流量特性的线性度也得到改善,由4.38%分别提高到4.25%、4.09%、3.56%,试验结果和理论分析是吻合的。为进一步提高空载流量特性的线性度,提出流量特性的线性规划,试验表明,规划后流量特性的线性度得到了明显的改善,并且流量线性规划不受系统压力的影响。     

一种凸轮曲线调制处理及粒子群优化方法

将调制的原理运用于原有的凸轮曲线设计中,用调制信号调节和控制凸轮曲线形状,以凸轮曲线特征值为优化目标,建立了对调制处理后的凸轮曲线进行多目标优化的数学模型,并阐述了用粒子群优化(PSO)技术进行求解的过程,从而得到了一种对原有的凸轮曲线进行调制处理及粒子群优化的新方法。以改进正弦凸轮曲线为例,对该调制和优化方法进行了验证。优化实例表明,该方法可以调节凸轮曲线形状,改善凸轮曲线的动力学特性,获得综合特性更好的凸轮曲线。     

考虑阀口压差和阀芯运动方向的比例方向阀死区补偿

为研究比例方向阀的死区补偿,提出考虑阀口压差和阀芯正返行程的死区补偿方法。使用设计的控制器在变压差条件下进行实验,该方法可直接调整补偿值的大小,提高补偿响应速度,在阀静态特性不佳的情况下,依然有较好的补偿结果。以2 MPa压差实验结果为例,补偿前正、返行程阀的流量线性度分别为6.00%和4.83%;补偿后正、返行程阀的流量线性度分别为5.00%和3.56%。补偿前,阀的静态流量曲线滞环比较大;补偿后,阀的静态流量曲线滞环减小。2 MPa压差时,流量阀的曲线滞环补偿前为8.30%,补偿后为1.21%。提出的死区补偿方法对死区的减小或抑制效果明显。     

光纤轴角测量与误差探讨

光纤轴角测量利用光纤距离传感特性,通过输入光纤导入的细光束照射绕偏心轴转动圆柱型反射面,由于柱型反射面的曲面与偏心轴的关系,使接收面与反射中心距离、反射面的光线入射角随轴角而变化.所以,接收面上光斑形状、中心、面积都是轴角的函数.以接收光功率与入射光功率比映射轴角曲线关系具有高的共模抑制比.文章还讨论了系统结构参数对测量误差的影响.     

双光栅匹配解调系统线性解调模型的研究

对双光栅匹配波长解调法进行深入研究,得到一种线性解调的理论模型并进行了实验验证.理论和实验研究表明,若两个解调光栅的带宽相等,则两个探测器输出电压之比的对数与被测传感光栅的中心波长成严格的线性关系;测试过程中的附加偏置电压对解调系统的性能有严重影响,系统的解调精度、灵敏度和线性范围均随偏置电压的增大而逐渐减小.另外,在此线性解调理论的基础上,提出了可调谐双光栅解调法,该方法不仅可以扩大原有系统的解调范围,而且能够用于多个光纤光栅中心波长的解调.     

基于四次贝塞尔曲线的起重机转弯非圆曲线轨道优化设计

为解决有轨起重机在转弯时出现的啃轨、卡轨问题，提出了基于贝塞尔曲线的起重机非圆曲线轨道方案。方案选用四次贝塞尔曲线作为转弯内轨曲线，针对起重机单轮和多轮情况，通过起重机大车行走机构的几何关系计算出外侧前后点的轨迹。以外侧前后点最小偏差量为优化目标函数，利用多始点启发式全局优化算法搜寻最优的贝塞尔曲线参数，并通过Hermite插值法拟合出外轨轨迹。计算结果表明，与传统圆弧转弯轨道相比，以非圆贝塞尔曲线作转弯轨道时在起重机转弯过程中出现的外侧前后点最大偏差量大幅减小。此外还分析得出，偏差量会随着基距和轨距的增大而增大，随着圆弧内轨半径和直轨道夹角的增大而减小。另外，通过计算比较非圆四次贝塞尔曲线轨道曲率半径与圆弧轨道情况下单轮和2轮台车卡轨时极限曲率半径，验证了起重机大车转弯的实际通过性，最后利用ADAMS进行动态仿真实验论证。     

继电器簧片气隙、超行程和压力的在线同步测量

为满足继电器大规模、高效率、日渐自动化生产的需要,试验研究了一种新的测试方法,便于在线同步测试继电器动簧片与静簧片之间的气隙、超行程和接触压力.依照继电器的结构特点,试验中通过激光位移测量仪和压力传感器在线测试衔铁的进给位移x及作用在衔铁上的压力 p,绘制得到位移-压力(即x-p)曲线.在动簧片接触静簧片之前,该段曲线斜率较小,直线上升比较平缓;当相互接触之后,由于动、静簧片弹性系数的叠加,该段曲线斜率增大,直线上升变陡;当衔铁触及铁芯后,压力急剧增大,曲线呈垂直状态.通过这些阶段变化的曲线最终可计算得到簧片间的气隙、超行程以及压力的大小,且误差小于5.0%.如果对计算公式加以修正系数,则误差将更小,由此实现了三参数的在线同步测量.而测量结果超差的产品可利用激光光源进行快速的在线校正.     

结合斜率差和动态融合的自适应轮廓分段

为了使用圆弧和直线重建数字轮廓曲线,提出了一种融合了基于斜率差判断断点方法和区段动态融合的数字轮廓曲线自适应分段的方法。首先,利用直线拟合计算轮廓曲线上每点的前后方向的斜率差,求取斜率差的过程使用了自适应长度拟合窗口来平衡精度和速度的关系。然后,将自适应平滑方法应用在方向斜率差曲线上。基于平滑后的斜率差曲线,提取其中间断点作为待选区段分段点。最后,使用基于可视化误差判定的区段动态融合,来从待选分段点中选出一个可视化误差最小的分段方案作为最后的分段结果。仿真测试的结果显示这种分段方法的断点定位误差小于1%。以轴承油沟轮廓为实际测试用例的实验结果证实了这种自适应轮廓分段方法在实际应用中的可行性。     

DZ450/9-S钻机底座的非线性稳定分析

应用非线性有限元方法研究底座结构的稳定性问题。使用牛顿－拉斐逊和弧长法获得结构的功荷位移曲线和失稳模态。根据结构的载荷位移曲线和失稳模态，研究前、后立柱两端不同的连接方式对结构稳定性的影响。当前、后立柱两端为铰接时结构有较高的极限承载能力。考虑到底座的初始缺陷，对其进行非线性有限元分析，结果表明初始缺陷对底座的极限承载能力有较大的影响。     

分段插值算法在注塑机背压控制中的应用

注塑机螺杆在回退储料过程中,要求回油背压尽可能低且稳定。市面上的PQ阀和比例溢流阀的起调压力普遍偏高,很难实现零背压控制。为了实现极低背压控制的目的,设计了一种基于分段插值算法的注塑机背压控制系统,分析了根据注射油缸回退速度和设定回油压力调节比例换向阀开度控制回油背压的原理公式;根据公式得到以流量和压力为坐标的表格;再根据流量曲线斜率对表格进行分段插值,斜率较大时采用拉格朗日插值,曲线平稳时采用最邻近插值,从而减少了表格的数据容量;通过联合仿真对算法进行了验证,结果表明,该系统最低背压小于0.1 MPa,压力精度达到0.005 MPa,接近闭环的控制性能,具有较大的实用价值。     

线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置与优化

单根真空集热管和复合抛物面聚光器(CPC)组成的接收器(单管接收器)对线性菲涅尔式聚光系统的镜场布置有特殊要求。本文根据单管接收器的特点,提出了利用CPC最大接受半角控制镜场高宽比实现镜场无阴影布置的方法。利用几何关系推导了镜场无阴影布置的数学表达式,并给出了数值计算方法。通过算例,将一次反射镜和镜场中心的距离与镜场地面覆盖率相结合对镜场布置进行了优化。研究结果表明:对于CPC最大接受半角为45°、反射镜宽度为380mm、而反射镜列数为21的镜场,当系统无阴影工作时间确定为6h时,相邻一次反射镜间距最大为537mm较为合理,而此时地面覆盖率为73.28%。该方法对于单管接收器线性菲涅尔聚光镜场的布置具有普适性,对线性菲涅尔式聚光系统的设计具有较好的指导意义。     

基于比例控制的某三轴挂车转向系统设计

对某三轴挂车四轮转向系统的特性进行了研究,推导出其线性二自由度四轮转向汽车模型和稳态横摆角速度增益。稳态计算和优化结果表明,只要各轴间距布置合理及前后轮转向角比例控制合理,就能使该四轮转向系统达到较优的转向性能。     

空间光学遥感器反射镜柔性支撑的设计

为降低光学遥感器反射镜在复杂且恶劣的空间环境下的面形误差,设计了一种柔性支撑结构,使反射镜在具有良好的热尺寸稳定性的同时结构刚度满足力学要求。针对某长圆形光学反射镜组件,通过设置柔性铰链的厚度、最薄处厚度和柔性铰链圆弧半径3个特征参数,对柔性铰链进行合理的结构设计。采用有限元法对反射镜组件在力热耦合状态下的面形精度和结构强度及结构的动态刚度进行仿真分析,结果表明,反射镜面形PV值由350.08nm降至59.03nm,RMS值由102.67nm降至9.11nm,柔性结构保证了反射镜的热尺寸稳定性,同时满足力学要求。最后,对反射镜组件的力热模拟件进行力学试验,得到的结果显示其3个方向的基频分别达到264Hz,290Hz和320Hz。这些结果表明,该柔性支撑结构设计方案是合理可行的。