复杂系统参数不确定度的传递特征与理论建模

对不确定度进行推广,发展了多参数广义不确定度的概念,并对广义不确定度的基本性质进行分析。对复杂系统参数广义不确定度的传递特征进行研究并对传递特征进行分类,研究了单一子系统不确定度的传递模式和特征,传递矩阵中元素的绝对值对目标参数不确定度的计算结果有着重要影响。分析了各个子系统参数不确定度传递过程中的主要和次要作用并建立相应的判别准则。算例表明了该理论模型在研究复杂系统参数不确定度传递问题时的有效性和可行性。     

运用中空超声电机的血管介入手术机器人系统

传统的血管介入手术需要医生在X射线下协同操控导丝、导管进行,不可避免的遭受X射线的辐射,而目前的血管介入机器人系统不能在一套装置上操控导丝和导管,限制了其使用范围。为了能在同一装置上操控导丝和导管,研制了基于中空超声电机的新型血管介入手术主从控制机器人系统,实现了在同一套装置中协同操控导丝、导管。根据中空超声电机的中空结构以及低速大扭矩的特点,设计出一种可协同操控导丝和导管的关键机构——中空旋转机构,并根据医生操控导丝和导管的习惯,设计出线性驱动机构。精选了比例?积分?微分控制器（proportion?integral?derivative,简称PID）控制算法并对该系统进行了主从跟随累计误差、滞后时间、最小操控分辨等实验。实验结果显示,系统作旋转运动和直线运动的主从跟随累计误差分别小于0.2°,0.4 mm,最小操控分辨率分别小于0.2°,0.4 mm,滞后时间小于300 ms,满足了临床基本要求。     

扫描隧道显微镜扫描器的迟滞非线性控制

压电驱动器被广泛应用于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)的扫描器,但压电材料本身的迟滞非线性特性影响了STM的扫描精度。为了补偿由于迟滞非线性带来的扫描器控制误差,提高STM的扫描精度,基于迟滞非线性模型,设计了前馈控制器,并与PID反馈控制相结合。利用所设计的控制器进行了扫描实验,并与位移反馈控制扫描进行对比。实验结果表明,采用位移反馈控制时光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别为4.41%和2.65%,采用迟滞逆模型与PID反馈的复合控制后,光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别减小到1.26%和0.27%,迟滞引起的非线性误差得到了补偿,减小了扫描器控制误差,提高了扫描精度。     

高频超声换能器技术研究进展与展望

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。     

卫星飞轮隔振系统频率漂移诱发低频共振现象

建立了卫星飞轮隔振系统的力学模型,研究了在弹性支撑下飞轮转动与进动共同作用下飞轮隔振系统的固有频率变化规律。通过理论分析得出,飞轮逆向进动频率与飞轮转动分频在低频段交汇,会诱发隔振系统的低频共振。进行了飞轮隔振系统的动力学试验,验证了系统的固有频率存在频率漂移现象,同时证明飞轮在高转速下会诱发系统在低频区域的共振。提出了增加系统阻尼的方法来抑制低频共振现象,试验表明,该方法可有效减缓频带漂移诱发的低频共振问题。     

仿鱼摆动式无阀压电泵的新进展

近年来,随着医疗、卫生和保健领域的发展,对压电泵、特别是无阀压电泵的微型化、传输流体的稳定性、流动脉动及回流等方面提出了更高的要求。容积型压电泵因其固有的周期性、波动性而不能产生连续输出和压力,同时回流、脉动现象或微型阀片阻塞现象无法避免;回转型压电泵因其固有的复杂性和难控性无法满足体内输送的安全及稳定的需要。因此,探索新型工作原理的压电泵尤为重要。基于摆动驱动形成流体单向流动的现象,综述了南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室流体驱动研究小组近年来对3种非容积型、非回转型的仿鱼尾摆动式无阀压电泵研究成果。     

密封系统对低频超声透皮给药的影响

为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度,通过有限元计算分析,设计了一款具有密封结构的超声换能器,用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究(包括人造皮肤与大鼠离体皮肤),获得了密封系统对透皮渗透量变化的影响规律。实验结果表明,超声空化、促渗剂与压强都可以改变药液渗透率,其中超声可以通过空化效应破坏皮肤表层结构进而促进渗透,而压强与超声、促渗剂相互结合则可以起到提高给药渗透精度的作用。提出的密封式超声换能器可通过压强变化初步实现调节低频超声透皮给药精度的目的,为进一步设计可调压强的低频超声给药系统奠定应用基础。     

超声雾化在非过滤式空气净化装置中的应用

总结了雾滴捕获细颗粒物的理论,利用超声雾化除尘技术和负离子技术设计了一种区别于传统空气净化器的非过滤式空气净化装置。在容积为8m3的模拟实验舱内进行了验证实验,结果表明,该空气净化装置在20min内就可以使模拟实验舱内的PM2.5浓度降低44.2%,在50min内使模拟实验舱内的PM2.5浓度从382.7μg/m3降到低于初始值的水平,即72.3μg/m~3,证实其对空气中的PM2.5浓度抑制具有较好的效果。该空气净化装置不需要定期更换滤网,无须担心因滤网更换不及时而引起室内空气二次污染的问题,还具有调节室内湿度的功能。     

局域共振型周期双层板简化模型带隙特性研究

基于广泛研究的声子晶体单板结构,通过在板面之间周期贴附"弹簧-质量块"共振单元,提出局域共振型声子晶体双层板简化模型。通过对传统平面波展开法加以改进,建立改进平面波展开法用于计算该模型能带结构。数值结果和分析表明,在低频段,能带结构可以打开一条完整的带隙。扭簧以及软材料的尺寸和黏性对带隙的影响比较明显,但转动惯量对带隙几乎无影响。该研究方法及结果可以为工程中减振降噪领域双层板甚至夹层板类声子晶体结构的研究提供理论参考。     

六自由度微位移定位平台的设计与试验

压电叠堆与柔性机构构成了微位移的基本形式,其行程与精度、输出力的矛盾需要结合应用要求对结构进行综合设计。针对所构建的超精密加工工具对六自由度微位移的需求,提出了一种以压电叠堆作为驱动元件,以柔性铰链和楔形机构作为传动机构的空间六自由度微位移定位平台。由于压电叠堆需要一定的预紧力才能发挥其微位移精度和输出力的优势,通过静力分析,得出了微位移平台各个自由度驱动力和位移输出关系的表达式及刚度表达式,对结构进行了优化。试验表明,各自由度的行程与分辨率如下:x,y,z方向的最大位移分别为7.48,8.33和4.14μm,分辨率为0.01μm;沿θ_x,θ_y,θ_z方向的最大旋转角度均为0.13°,分辨率为0.01°,满足所构建的超精密加工工具定位的精度要求。试验获得了微位移定位平台的激励电压与各自由度位移输出曲线,为平台的运动、定位控制提供了依据,也为柔性铰链机构和楔形机构在其他结构中的应用提供了理论依据和试验基础。