主动式自调谐吸振器在浮筏隔振系统中的应用

以带有主动式自调谐吸振器的浮筏隔振系统为研究对象,运用子结构导纳矩阵法建立混合激励下有、无吸振器的系统动力学模型,并给出系统的功率流表达式。以传递到基础的功率流为代价函数,对比研究单频激励作用下不同主动控制策略的控制效果。仿真结果表明,总功率流最小化控制策略的控制效果最为理想,可以实现较宽频带下振动控制。轴向力最小化控制策略在低频段具有良好的控制效果,而轴向速度最小化控制策略在中频段的控制效果较佳。最后,采用总功率流最小化控制策略,验证多频激励作用下主动式自调谐吸振器的减振效果。     

阀参数对螺旋线形阀压电泵输出性能的影响

为了提高拟悬臂梁结构的螺旋线形阀压电泵输出性能,探讨了阀的几何参数和阀的材料参数与泵输出量之间的优化关系。首先,推导了泵流量输出与阀几何参数关系式;然后,在该理论指导下,通过多组试验研究了阀的几何参数对泵输出的量的影响关系,得出选用适当的螺旋极角以及适当降低阀的臂宽和厚度可以提高压电泵的输出;最后,对关键元器件螺旋线形阀材料参数的选用进行了比较,得出选用较低切变模量的阀材料可以提高压电泵输出。试验结果表明:要获得较高的泵流量,阀的极角取值为1.5π、阀厚度取值为0.1mm时最佳,而流量受臂宽的影响呈单边的趋势性不明显;相同条件下,由于铍青铜的材料切变模量小于弹簧钢的材料切变模量,铍青铜阀压电泵的输出流量高于弹簧钢阀压电泵的输出流量。     

板式四足直线超声电机的分析与实验

为了提高超声电机的驱动能力和工作效率,设计了一种矩形板式的贴片四足直线超声电机。电机定子由磷青铜和8片压电陶瓷片组成,4个驱动足分布在矩形板4个顶角。电机利用矩形板的面内一阶纵振和面外反对称弯振相互叠加,在驱动足处形成椭圆运动轨迹,并通过有限元软件对电机进行模态和谐响应仿真分析,分析和验证电机工作原理的可行性。对电机进行实验,激励峰值电压为200 V,激励频率为25 810 Hz,当预压力为10 N时,电机的最大空载速度为130 mm/s,预压力为12 N时,电机的最大负载为3.5 N。结果表明,该电机结构简单,具有较好的输出性能和广阔的应用场景。     

动摩擦型压电叠堆直线电机定子的振动特性

为提高动摩擦非共振型压电电机的输出力,研究了该型电机定子的振动特性及其对电机输出力的影响。通过分析电机的总体结构和工作机理,建立了电机定子的纵向振动模型和伪刚体模型,给出了定子驱动端的振动微分方程,并获得了纵向位移函数和横向位移函数。从功能原理出发,推导了电机的周期平均输出力公式。利用数值分析法对电机的纵向振幅特性和推力特性进行了仿真。设计、制作了电机样机,对不同激励条件下定子驱动端的纵向振动位移和电机输出力进行了测试。仿真和试验结果验证了定子振动特性理论：电机输出力随纵向振幅的增加而增加,且近似成线性关系。测试结果表明：在激励电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,驱动端振幅最大可达0.92μm,样机输出力最大可达3.5 N。     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

参考模型寻优策略在半主动隔振试验中的应用

针对一种新式的变刚度阻尼隔振器,利用NI软硬件平台,搭建半主动控制试验系统。提出一种RMBC(Reference model based control)控制策略,研究半主动隔振系统在线性扫频激励和随机组合激励下的工作特性。试验结果表明,对于扫频激励,半主动隔振系统可以有效地规避共振;对于随机组合激励,半主动系统可以根据当前工况选择最佳输出阻尼。半主动控制试验验证了RMBC控制律的有效性,同时发现一些潜在问题,可为下一步工程应用提供参考。     

双向驱动压电作动器结构设计

为了实现叠层压电作动器双向驱动、提高作动行程的目的,设计了利用三角位移放大原理的双向驱动压电作动器。分析了作动机构的运动及放大机理,建立了作动器的输出位移的理论模型和有限元静力模型。样机输出特性试验结果显示:压电作动器的位移放大倍数达5.45,与有限元仿真得到的放大倍数5.71以及解析计算得到的5.76倍相对偏差分别是4.77%和5.69%;驱动器在幅值为200 V正弦电压的激励下,作动行程达105.5μm,作动行程与电压幅值具有很高的线性度(相关程度R2=0.997),且有很高的重复精度;作动器的输出特性受频率影响较小,频率每升高10 Hz,作动振幅减小0.04μm;放大机构的迟滞效应相比单个叠层压电陶瓷有很大改善,迟滞回线中心对称。该结构实现了较大行程、双向对称驱动的目的,适用于需要往复驱动特性对称的应用场合。     

基于超声电机的细胞微操作台设计与实验研究

针对生物医学工程对微/纳操作手的需求,提出了一种能够实现对微小细胞进行多重操作的微操作台。该平台由三自由度精密定位仪、负压驱动部件(V型直线超声电机、注射器和硅胶软管)和玻璃基纳米通孔构成。定位仪的定位精度为1μm,操作简便,定位效率高。利用负压驱动部件的V型直线超声电机产生吸附力,可以精确地吸附并控制特定的生物细胞。玻璃基纳米通孔的外径小于50μm,可以操作更微小的生物细胞。该操作台首次采用自主设计制造的V型直线超声电机和玻璃基纳米通孔作为关键部件。生物细胞操作实验表明,此操作台最终实现了对生物细胞的定位、吸附、释放和移动等操作,所操作的细胞大小在20μm以内。     

单边固支板结构弯矩光纤光栅监测方法

在飞行过程中,机翼结构会受到不同外力作用而产生变形。作为内力矩的一种,弯矩大小与结构受力和变形量有关。因此,针对变形状态下的弯矩测量对于飞行器状态监测具有重要意义。该文以等宽、等厚、等截面的单边固支板结构作为机翼的简化模型,提出一种基于光纤光栅传感器的结构弯矩测量方法,推导得到板结构在弯曲变形情况下的应变-弯矩转换方程。通过构建单边固支板结构光纤监测系统,实现对不同载荷下板结构关键位置的弯矩测量,单点加载、多点加载与均布加载方式下均方根误差分别约为0.883、0.825、0.689。     

用于压电作动器的无源可控电抗器

为实现压电作动器动态无功补偿的目的,该文提出了一种基于变压器的无源可控电抗器的新方案。通过对变压器T型等效电路的端口等效阻抗方程分析可知,当变压器负载阻抗变化时,变压器的等效并联感抗会发生变化,从而实现变压器一次侧阻抗可调。增加变压器原副边电感值,可增加变压器的等效并联电阻,从而减小可控电抗器损耗。理论和实验结果证明此新方案的正确性。