一种具有纳米级步进特性的直线压电电机

为实现纳米级的定位精度,通过精密控制电机定/动子间的正压力和相对运动速度,以实现电机在一个周期内的精密步进运动。首先,在研究电机步进运动原理的基础上,设计了具有法向振动框特征的驱动足结构,可以获得驱动端法向振动和切向振动的独立解耦特性;其次,利用有限元法对定子驱动足进行了参数优化设计,获得了定子驱动足的主要结构尺寸;最后,制作电机样机并进行了定子振动特性实验和电机特性实验。定子振动特性实验结果表明:该电机在1～400Hz范围内能够使得驱动阶段和回程阶段具有不同的运动特性,上述两个运动阶段的动子运动位移差即为电机的运动步距,因而该电机具有更小的位移分辨率。机械输出特性实验结果表明:该电机在1～400Hz范围内分别具有微、纳米级步进运动特性,在1～30Hz内电机的位移分辨率最高可达11nm。综上,该电机在400Hz以内能实现微纳米定位精度,电机速度最高可达63.3μm/s。     

压电作动二维柔性结构稳像平台

基于一种大行程、双向主动作动的压电直线作动器,设计了压电作动二维柔性结构稳像平台。稳像平台采用并联式设计方案,利用直角型柔性铰链作为导向机构,将压电作动器和二维柔性结构一体化设计。在有限元分析软件ANSYS里对稳像平台进行输出位移仿真,并加工样机进行实验研究。实验结果表明,在低压低频工作环境下,稳像平台有足够的行程满足二维平面的作动需求,并且内外压电部件嵌套设计的方法成功进行位移解耦。稳像平台的设计方案有效可行。     

化工反应器系统的最大时滞可耐受度指数求解与应用分析

化工反应器系统具体操作过程中常会受到时滞和不确定参数影响,在一些操作工况下不确定参数是不可调节的。为了保证化工系统实际操作的安全和可靠性以避免环境污染事件和人员伤害,系统所能耐受的最大时滞值非常有必要得到求解和分析。提出了含不确定参数的化工反应器系统的时滞耐受度指数问题、给出了求解和应用分析框架。首先对反应器系统进行建模,采用泰勒展开式和拉普拉斯变换将反应器系统线性化成为含不确定参数及时滞的传递函数模型。其次采用PID闭环控制的控制策略对系统进行动态响应性能测试,PID参数采用MATLAB的NCD（nonlinear control design package）模块进行优化。最后采用二分法结合系统的动态响应性能测试结果对系统所能耐受的最大时滞值τ_max进行求解。以一个典型具有连续进出料的反应-分离系统为案例,对含不确定参数的反应器系统的时滞耐受度指数进行了求解和分析。研究结果表明,所提出的研究策略可以为含不确定参数的连续反应器系统的时滞耐受度指数的求解提供快速、简洁有效的方法和思路,从而提高化工反应器系统实际运行的安全和可靠性。     

基于故障树方法的机动车燃油大气环境风险评价：以杭州市为例

由于城市化、工业化和机动车数量的快速增长,灰霾天气已成为中国许多大城市亟待解决的严重环境污染问题。大量石油燃料消耗产生的机动车尾气排放可能是引起城市灰霾污染的一个关键因素。以长江三角洲的代表性城市杭州市为具体案例,探索将安全工程领域的故障树方法应用在机动车燃油尾气排放大气环境风险评价和与灰霾天气的致因机理分析上。通过辨识导致城市机动车尾气过量排放的关键风险因子,构建了杭州市“灰霾天气–机动车尾气过量排放”的故障树。另外采用结构、概率以及临界重要度分析,对关键风险因子对顶上事件“灰霾天气–机动车尾气过量排放”的贡献和影响程度进行了定性和定量分析。分析结果表明,过量机动车使用,严重的交通堵塞、高污染机动车的不当使用以及监管不严是对杭州市机动车尾气过量排放影响较大的关键风险因子。可为城市机动车燃油环境风险因子评价以及管理提供一种简洁有效的方法和思路。     

基于压电效应的能量收集

介绍了利用压电陶瓷元素进行能量收集,并对其进行了理论分析.为能对负载进行供电,使用DC-DC变换器对电压进行变换,同时增加了输出功率.最后实验结果对前面的模型理论分析进行了验证.     

一种新型的超声波/声波钻探器

提出了一种新型的超声波/声波钻探器,并对其进行了理论和实验研究.采用有限元法对钻探器的换能器部分和钻杆部分进行了模态分析和谐响应分析.设计并加工了一套钻探器,针对4种不同的材料进行了钻探实验.实验结果表明,3 min能将砖头钻孔深9 mm,孔的直径为Φ6 mm.     

作业车间多工艺路线批量作业计划优化

提出一种基于遗传算法的作业计划算法,用于解决作业车间的中小批量多工艺加工作业计划的优化问题。在作业计划算法中,提出了一种将工件的子批数量和加工工序包容在一起的染色体编码方法,使得子批数量的确定和子批加工顺序的安排能够被同时优化。以生产周期为目标优化作业计划,将遗传算法和分派规则相结合,通过交叉、变异等遗传操作,得到目标的最优或次优解。最后对算法进行了仿真研究,并给出了算法运行结果,仿真结果表明该算法是可行的。     

控制

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动。一方面,由于超声电机是通过定转子间的摩擦驱动,其模型无法精确描述,另一方面,由于无法在方程中将关节机器人的所有动力参数表达出来,因而该机器人在控制中存在摩擦干扰和参数不确定带来的动力干扰。针对这些干扰,采用了非线性H∞控制方式,以L2增益作为设计指标,设计了H∞控制器。实践证明,非线性H∞控制器不仅可以保证机器人稳定运行,而且位置精度大为提高。最后,还对控制器的鲁棒性进行了实验验证,结果表明该控制器有很好的抗干扰能力。     

超声电机压电陶瓷极化装置的研制

超声电机中压电陶瓷极化后的分区特性是影响电机输出效率的重要因素,针对以往极化方法造成各分区特性不一致的问题,提出了同时同向极化方式,并根据热极化工艺要求,开发了一种新型压电陶瓷极化装置.实验结果表明,该装置不仅提高了压电陶瓷极化后各向分区特性的一致性,而且具有操作方便、功能齐全等优点.     

基于复合放大机构的压电直线电机

为利用驱动足椭圆轨迹的改变实现对压电直线电机输出性能的控制,提出并设计了一种基于复合放大机构的压电直线电机.电机驱动足由三角机构和杠杆机构构成,电机工作时在三角机构顶端能形成椭圆轨迹,杠杆机构能调节椭圆轨迹的大小.在电机结构设计过程中利用有限元软件进行关键参数的选择,制造出了样机并进行性能测试.结果表明,电机在低电压、宽频带内能稳定运行.通过改变放大系数,研究了椭圆轨迹对电机输出性能的影响,结果表明,在驱动信号不变时,通过改变放大系数能实现驱动足顶端椭圆轨迹的调节,从而改变电机的输出性能.