石英挠性加速度计表头稳定性实验研究

高精度石英挠性加速度计对表头稳定性提出了较高的要求,而垂直敏感轴方向加速度对表头稳定性的影响容易被忽视。首先对表头中摆片组件在垂直敏感轴方向加速度作用下的动力学规律进行了研究;然后设计了基于开环阶跃实验的表头稳定性测试方法;搭建实验平台,在重力场中对摆片组件与重力加速度夹角为0°和180°的情况进行了实验。实验结果表明:摆片组件与重力加速度夹角为0°时,摆片摆动幅度小,石英挠性加速度计表头稳定性好。     

石英挠性加速度计摆片组件的应力分析

针对石英挠性加速度计摆片组件的梁易产生断裂的现象,通过分析石英挠性加速度计的工作原理,利用Pro/E分别对石英摆片和铝合金骨架进行了三维建模并装配,然后根据载荷计算在ANSYS中对装配件进行了系统的应力分析,给出了石英摆片组件在实际偏移0.02 mm最大位移下的变形场和应力场,并根据应力场分布提出了石英摆片梁结构的优化方案。研究结果表明,石英摆片组件的最大应力随着加速度载荷的增加保持不变,且小于石英材料的许用应力。     

微加速度计机械与电学一体化仿真模型

针对目前MEMS微加速度计机械和电路仿真各自脱节的现状,基于PSPICE软件,综合了敏感质量块机械、偏置电压静电力和接口电路3部分,提出了机械与电学一体化仿真模型。模型实现了敏感质量块大位移情形仿真,突破了已有仿真模型对该质量块的中点小位移近似。利用该模型,得到大位移情况下加速度计能承受的最大阶跃和脉冲加速度信号值,经过与经典理论公式比较,误差小于3%。进一步,通过在不同偏置电压开环模式下灵敏度仿真与实验值的比较,当敏感质量块处于小位移状态时,误差小于5%;处于大位移状态,小于10%。因此,仿真模型与经典理论公式以及实验值比较接近,可应用于微加速度计的仿真和物理过程再现,从而有助于该类微机械电子器件的进一步研究。     

金属摆片的慢走丝线切割加工研究

针对挠弹性材料加工而成的石英振梁加速度计的基本敏感元件金属摆片,其沟槽结构的去应力结构尺寸与几何公差精度要求高、制造难度大,开展了2种电极丝慢走丝电火花线切割金属摆片沟槽结构的试验研究,并对加工试件进行了检验和对比总结,认为采用0.1mm镀锌硬黄铜丝、以及合理的工艺参数加工金属摆片,试件沟槽结构轮廓规整清晰,加工尺寸及几何公差达到了设计指标要求。试验采用了慢走丝线切割加工金属摆片,以减小加工应力,控制加工变形。     

加速度计失效故障分析

针对系统振动试验中某型加速度计失效故障,通过对加速度计的结构、工作机理的分析,建立了加速度计摆组件的数学模型,以此为基础,对该加速度计在不同工作状态下的频率特性进行了的理论推导、分析研究和具体测试,找出了加速度计的失效原因。该研究可为产品试验、使用和改进提供参考依据。     

加速度计的频率特性研究

建立了一般加速度计摆组件的数学模型,分析了其工作原理,对该加速度计在不同工作状态下的频率特性进行了理论推导、分析研究和具体测试。该研究可为产品试验、使用和改进提供参考依据。     

基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。     

姿态参照系统中硅微机械加速度计的温度补偿

微机械加速度计的输出受到环境温度的影响.文中以姿态参照系统为例,通过温度实验,得到了姿态参照系统中的微机械加速度计在不同温度下的输出,通过数据拟合建立了静态温度模型,对加速度计的零偏和标度因子进行了补偿.在姿态参照系统中对该温度补偿模型进行试验,结果表明得到的模型可以有效地补偿系统中的微机械加速度计的温度误差.使加速度计随温度变化的稳态输出变化的数量级由10-3减小到10-4.该温度补偿方法也适用于其他MEMS惯性测量系统中的微机械加速度计的温度补偿.     

梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系,分析闭环系统的位置误差,然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式,对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析,提出单程线性度和全程线性度的公式,证明线性度为输入的二次曲线函数,且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益,增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数,并利用离心试验的数据进行验证。结果表明,可以利用±1g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度,理论值与实测值符合得较好,因此可以用简单廉价的±1g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。     

数字闭环加速度计系统模型分析与校正设计

模数转换环节引入的精度损失是基于模拟伺服方案的石英挠性加速度计的主要缺陷.提出了一种数字闭环检测方法,该方法在实现加速度信号闭环检测的同时,直接提供数字输出,理论上不存在精度损失.建立了数字闭环检测系统的数学模型,通过阻尼修正部分将摆片的模型改善为最佳阻尼状态,利用积分环节和补偿校正消除系统的一阶静态误差,保证足够的相角裕度.依据国军标测试方法对试验样机进行测试,结果表明:系统超调量在20％左右,-3 dB带宽接近300 Hz.实验结果与理论仿真基本一致,验证了数字闭环检测方法的正确性和可行性.     

NONLINEAR DYNAMICS OF LATERAL MICRO-RESONATOR INCLUDING VISCOUS AIR DAMPING

The nonlinear dynamics of the lateral micro-resonator including the air damping effect is researched. The air damping force is varied periodically during the resonator oscillating, and the air damp coefficient can not be fixed as a constant. Therefore the linear dynamic analysis which used the constant air damping coefficient can not describe the actual dynamic characteristics of the mi-cro-resonator. The nonlinear dynamic model including the air damping force is established. On the base of Navier-Stokes equation and nonlinear dynamical equation, a coupled fluid-solid numerical simulation method is developed and demonstrates that damping force is a vital factor in micro-comb structures. Compared with existing experimental result, the nonlinear numerical value has quite good agreement with it. The differences of the amplitudes (peak) between the experimental data and the results by the linear model and the nonlinear model are 74.5% and 6% respectively. Nonlinear nu-merical value is more exact than linear value and the method can be applied in other mi-cro-electro-mechanical systeme (MEMS) structures to simulate the dynamic performance.     

城轨列车减速度反馈制动力闭环控制方法

针对城轨列车在目前理论减速度开环控制模式下,实际制动减速度精度较低的问题,提出一种基于参数估计的制动力闭环控制方法。将列车运行于坡道、弯道等路段产生的附加运行阻力和摩擦副摩擦系数变化等导致的实际制动力偏差等效为列车在制动过程中所受的总扰动,以列车减速度和制动缸压力等作为输入,通过梯度估计方式对该扰动进行求解。根据总扰动的估计值对列车制动力控制目标进行在线修正以实现城轨列车制动力闭环控制。为便于在实际的制动系统电子制动控制单元中进行编程,将上述控制算法进行了离散化。仿真和硬件在环试验结果表明:参数估计算法能够对恒定扰动和变扰动进行估计,估计值的收敛速度与估计器系数呈正相关,但当估计器系数大于1之后,收敛速度趋于饱和。制动力闭环控制算法能够提高列车实际减速度对其目标值的跟随性,当坡道坡度呈正弦变化且实际摩擦系数同时随速度变化时,闭环控制的减速度偏差由开环时的0.36 m/s~2降至0.08 m/s~2。并且当制动过程中发生滑行时,防滑控制与制动力闭环控制仍能较好兼容,滑行轴速度、制动缸压力及列车实际减速度的变化满足预期。     

柔性机器人协调操作的动力学建模与分析

基于绝对坐标建立了柔性臂机器人协调操作的动力学模型。由此推导出协调操作的正动力学模型。令被操作物体质心的实际位置,而不是名义刚性位置为边界条件并且满足期望轨迹,由提出的载荷分配方法,建立了柔性臂机器人协调操作的逆动力学模型。由此逆动力学模型求出的关节输入值可使机器人操作物体准确地实现期望轨迹。借助逆动力学模型,通过规划载荷分配系数,可以获得各机器人的最优载荷分配比例和系统的最大承载能力。仿真结果验证了本方法的正确性和有效性。     

Friction analysis according to pretension of laparoscopy surgical robot instrument

Surgical robot instruments are driven by using cable-pulley structure. The elasticity at cable-pulley structure causes slack effect of cable. Elastic region of cable must be compensated for preventing the slack. The surgical instrument inputs a pretension for compensation at cable’s elastic region. Therefore pretension is an important factor in the design of a surgical instrument. However, the pretension is related with friction force which is affected by normal force at the driving shaft pulley. The shaft and contact surface of the pulley consist of sliding bearing structure. Typically, the friction coefficient in the sliding bearing structure is determined by the Petroff equation. The pressure of Petroff equation is related to the denominator of the equation. Therefore increasing normal force brings about an effect which decreases friction coefficient. Eventually, in theoretically, that means the pretension can be increased to infinity to decrease friction coefficient. However actual result comes out different. Therefore in this paper, the friction analysis method according to a pretension is proposed and an experiment method for the analysis of the friction is introduced. The correlation between pretension and friction is estimated by the analysis. The estimated result is compared with the experiment one and is analyzed. Also finally this paper suggests an appropriate pretension for surgical robot instrument by the friction analysis result.     

基于支持向量机预测的冷连轧机轧制力精确设定方法研究

针对冷连轧机液压AGC系统轧制力的精确设定问题,提出了一种基于差分进化算法优化支持向量机的轧制力精确设定方法。该方法在支持向量机预测模型的基础上,引入差分进化算法对支持向量机的训练参数进行优化,提高支持向量机的预测精度。之后,利用海量生产数据对支持向量机进行训练并进行轧制力偏差的预测,最后将预测结果用于修正轧制力模型设定计算值。通过预测结果和实际数据的对比表明,利用该方法能够有效地提高冷连轧机AGC系统轧制力的设定精度,使设定的相对误差从单纯模型计算的15%降到6%,为进一步提高冷连轧机的设定计算精度提供了一种有效可行的方法。     

利用Taylor变换的结构动力学边界条件识别

引入了求解非线性微分方程的Taylor变换法,建立了识别结构系统动力学边界条件参数(包括边界质量,刚 度和阻尼)的方程。该方法可以利用任意外载激励下的响应识别系统的边界参数,而不需进行模态试验。文中,对 该方法的理论进行了推导,并给出了算例分析和实验,表明该方法有效可行,具有一定的工程应用价值。     

全R副空间连杆机构摆动力完全平衡的质量静替代法

提出了全Ｒ副空间连杆机构摆动力完全平衡的一种新方法──质量静替代法，其基本思想是通过质量静替代的途径，将空间闭链机构摆动力的完全平衡转化为空间开链摆动力的完全平衡．导出了ＲＲ构件的质量静替代公式与空间开链摆动力的完全平衡条件，由此可直接构造出任意多环全Ｒ副空间连杆机构摆动力的完全平衡条件，不再需要进行繁琐的公式推导．最后以一种单自由度两环空间连杆机构为例。导出了其摆动力的完全平衡条件．     

含裂纹管道的失效评定曲线的实例验证

验证含裂纹油气管道的失效评定曲线，实例来源于某输油管线现场水压试验中爆裂的三个管段。给出基于J积分理论的含裂纹管道的失效评定曲线的基本方程，并采用有限元方法计算裂纹管道的J积分。对三个破坏的含裂纹管段，根据现场测量的裂纹尺寸和管材的力学性能试验数据，建立失效评定曲线，并与水压实验结果作比较，表明所建立的失效评定曲线的准确性。     

力平衡式真空微电子加速度传感器的机电耦合特性

力平衡式真空微电子加速度传感器的惯性敏感元件不仅受弹性力的作用,同时还受静电力的作用,其总刚度为机械刚度和由静电力引入的电学刚度之和。本文利用平行板电容器模型计算发射电极间的静电力,并引入一个修正系数描述发射锥尖阵列的影响,对传感器性能进行了理论分析。分析表明,提高偏置电压可以改善传感器的线性度和灵敏度,通过调节偏置电压来调整系统的刚度和阻尼比可使其具有更好的动态特性。由于静电吸合效应的影响,质量块的位移必须小于偏置电极间初始间距的1/3,系统才能稳定。为了获得较好的动态特性,需要确定一个由偏置电压决定的优化工作点。实验结果表明,当设置发射电压和反馈偏置电压分别为1.953 V和5.478 V时,该真空加速度传感器的灵敏度达到557 mV/g,非线性度为0.95%,传感器系统具有良好的性能。     

牛顿混沌迭代方法及四杆导引机构综合应用举例

机构学问题的数学模型常可化为多元非线性方程组，一般求解多元非线性方程组需要初始值，而初始值的选择是相当困难的。同伦方法不需初始值就能求出全部解，为求解这一问题提供了可行的方法，但需要培写专用的程序，且计算量比较大。该文结合MATLAB7．1高级程序设计语言采用简单的牛顿迭代法迭代，并将非线性方程视为非线性的动力学系统，利用使得系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全实数解，而Julia集的点集用二周期逆像函数求得，再在其邻城内求解即可。运用该算法培写了MATLAB程序，并以平面四杆刚体导引机构综合问题为例进行了运算，找到了实现最大精确点时该问题的全部解，为实际机构的设计提供了多种选择方案，为机构学设计提供了一种迭代新算法。