光刻机宏动试验运动平台设计及其减振系统仿真研究

根据光刻机的步进运动、同步扫描运动和自然振动的特点,设计了两种形式的宏动运动平台结构图和整个系统精密减振方法,并选用STACIS2000减振器作为系统的主动减振器。对ADAMS的求解原理进行了简单介绍并运用ADAMS仿真软件分别建立了两种结构对应的虚拟仿真模型,对减振系统分别无主动控制和有主动控制进行了仿真研究。结果表明,没有主动控制的结果不能满足光刻机的工作要求,采用主动控制比没有主动控制的效果要好并能满足工作要求。通过两种方案的结果对比分析,选择第二种结构方案作为本课题的设计方案。     

基于状态空间法的MEMS静电驱动控制方案

采用状态空间分析法,研究MEMS静电驱动平行板结构的运动特性,实现了平行板机械子系统和静电子系统状态空间矩阵参数分离,制定了状态反馈控制方案以改善平行板系统的运动特性,在Simulink仿真平台上完成了控制方案的计算机仿真实验。结果表明,状态反馈控制方案能较好地提高系统的操作精度并改善瞬时特性。     

基于状态空间法的MEMS静电驱动控制方案

采用状态空间分析法,研究MEMS静电驱动平行板结构的运动特性,实现了平行板机械子系统和静电子系统状态空间矩阵参数分离,制定了状态反馈控制方案以改善平行板系统的运动特性,在Simulink仿真平台上完成了控制方案的计算机仿真实验.结果表明,状态反馈控制方案能较好地提高系统的操作精度并改善瞬时特性.     

基于状态空间法的MEMS静电驱动控制方案

采用状态空间分析法，研究MEMS静电驱动平行板结构的运动特性，实现了平行板机械子系统和静电子系统状态空间矩阵参数分离，制定了状态反馈控制方案以改善平行板系统的运动特性，在Simulink仿真平台上完成了控制方案的计算机仿真实验。结果表明，状态反馈控制方案能较好地提高系统的操作精度并改善瞬时特性。     

基于LabVIEW的压电自感知执行器应用研究

在结构的振动主动控制中,采用自感知执行器能减小结构的质量和体积,真正实现同位控制。设计了一种基于时分复用解耦系统的压电自感知执行器,使压电元件在传感时隙内作为测量振动的传感器,在执行时隙内作为控制振动的执行器,在放电时隙内释放积累的驱动电荷。设计了开关时序脉冲用于控制3个时隙的切换。基于LabVIEW软件平台,采用正位置反馈控制算法,将时分复用结构的压电自感知执行器用于悬臂梁1阶模态的振动主动控制,实验结果表明达到了良好的控制效果。     

智能结构振动主动控制实验研究

振动主动控制是近年来发展起来的一种新的振动控制方法,振动主动控制需要外部施加能量。本设计中智能结构是利用传感器对结构的振动进行监测,驱动器在微电子系统的控制下准确动作,以改变结构的振动状态。与传统的振动主动控制方法相比,智能结构可以在不明显改变受控结构的质量和体积的条件下,达到自适应调节减振的目的。本设计以智能梁结构作为实验研究模型,研究了智能结构振动控制系统组成、实现原理;硬件电路设计包括A/D采样、CPLD外扩D/A、信号调理电路等,并通过TMS320F2812的CAN模块与上位机通信进行数据实时显示,达到很好的监测和控制目的。     

Intelligent structure active vibration control experimental tests

振动主动控制是近年来发展起来的一种新的振动控制方法,振动主动控制需要外部施加能量。本设计中智能结构是利用传感器对结构的振动进行监测,驱动器在微电子系统的控制下准确动作,以改变结构的振动状态。与传统的振动主动控制方法相比,智能结构可以在不明显改变受控结构的质量和体积的条件下,达到自适应调节减振的目的。本设计以智能梁结构作为实验研究模型,研究了智能结构振动控制系统组成、实现原理;硬件电路设计包括A／D采样、CPLD外扩D／A、信号调理电路等,并通过TMS320F2812的CAN模块与上位机通信进行数据实时显示,达到很好的监测和控制目的。     

基于迭代学习控制算法的弹性板主动控制及实验研究

如何更高效地实现结构的实时振动控制一直是振动工程领域不断探索的问题,而作动器则是振动主动控制研究中极为重要的一环.该文从Hamilton原理及压电材料的力-电耦合本构方程出发,建立了线弹性压电体的有限元状态空间方程,在此基础上提出一种利用被控系统实时响应作为控制输入的迭代学习控制算法,通过MATLAB仿真验证了迭代控制对弹性板模型振动控制的有效性,此后基于NI CompactRIO及LabVIEW平台搭建了振动主动控制实验系统.在实验中,以弹性翼型板为对象,对比了速度负反馈方法与迭代学习控制方法的控制效率.验证结果表明,后者的抑振效率之于前者可提高超过62％.     

Delta型UPS主逆变器控制策略的研究

针对传统UPS主逆变器采用PID控制方法实现系统反应的快速性,而稳态特性不足的缺点。提出一种基于瞬时值反馈控制和重复控制的新型逆变电源控制方案,利用重复控制改善了系统的稳态特性。利用瞬时值反馈控制改善了系统的动态特性。通过PSIM9.0软件仿真分析和试验结果表明,本控制方案获得了良好的稳态和动态特性。     

锯齿型压电梁的电响应分析

压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率,为压电振子的动力学设计提供参考。首先,基于弹性梁振动理论,推导了锯齿型压电梁的动力学方程,并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后,通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型,分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后,通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线,验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明,锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带,进而提高发电效率。     

Robust controller design for PTP motion of vertical XY positioning systems with a flexible beam

This paper presents a point-to-point (PTP) motion control method for accurate positioning and vibration suppression of a vertical XY positioning system with a flexible beam. The proposed method is composed of a feedforward and feedback controller. The input preshaping based on the analytic modeling and frequency equation of the system is proposed as a feedforward controller to produce the desired responses. The feedback controller based on a robust internal-loop compensator is designed to meet the specified performance and to stabilize the whole system in the presence of uncertainties and disturbances. By integrating the input preshaping controller and feedback controller, it is shown that the system is stable and the vibration of the flexible beam is suppressed. The proposed algorithm is demonstrated experimentally on an XY positioning system which consists of a base cart, elastic beam and moving mass.     

多方向压电振动能量收集技术研究与进展

煤矿井下综采设备工作时会产生较大振动,利用压电振动能量收集系统实现煤矿综采设备无线监测节点自供电,有望解决传统化学电池使用寿命有限,更换困难,污染环境等问题。传统线性能量收集装置的谐振频率难以满足外界振动复杂多变的要求,导致俘能效率低下。如何提高压电振动系统俘能效率是一个亟待解决的问题。多方向是提高复杂振动环境压电俘能效率的有效途径。该文从击打式和悬臂梁式两种能量转换方式总结分析国内外学者在多方向振动能量收集方面的研究,从阵列式、自调谐、非线性、频率泵浦、弹性放大器等方面分析多方向振动能量收集系统的效率提升技术;最后,从采用新型压电材料提升俘能效率、考虑非线性和多场耦合动力学优化俘能结构、工程应用研究等方面对多方向压电能量收集技术进行了展望。     

变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。     

空间桁架横梁分布式光纤变形监测与误差修正

空间桁架结构是一种具有低频、密模、非线性等复杂动力学特征的大型挠性空间结构,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,该文提出了一种基于分布式光纤光栅传感技术的空间桁架横梁结构变形监测与反演方法。借助ANASYS有限元分析法,数值模拟得到横梁结构在不同载荷作用下的应变、位移分布特征,研究了基于位移算法的桁架横梁结构变形反演算法,计算得到空间桁架结构不同位置的挠度信息。在此基础上,构建了单边固支桁架横梁分布式光纤变形监测与反演系统,平均相对误差约为2.4%。最后,提出了一种用于横梁结构变形反演精度提升的误差分离修正方法,修正后平均相对误差下降了41.7%。研究结果表明,该文所提方法具有精度高,实时性好等优点,能为及时准确获取空间桁架结构展开形态,实现桁架形态自适应调节与主动控制提供有力保障。     

PZT机敏支架振动主动控制的实验研究

通过机敏结构建立了三维支架的振动主动控制系统，给出了压电机敏结构的离散控制方程，采用加速度反馈实现了支架的振动主动控制     

一种回折梁结构低频压电能量采集器

为满足振动频率在一定范围内变动,且在空间有限的环境下无线传感器系统的自供能需求,设计了一种具有3个自由度的回折梁振动压电能量采集器。基于系统结构和工作原理,进行了理论分析及建立了回折梁结构有限元模型,并对该模型进行了有限元分析和模态仿真。制作回折梁压电能量采集器的原理样机,搭建试验平台,在振动台上进行试验。试验结果表明,理论分析、有限元模拟结果与实验结果吻合,在3.5～8.5 Hz低频振动下能产生大于5 V的电压,最高输出电压约为17.5 V,是传统单梁结构的1.4倍,且具有3个输出电压峰,工作带宽为传统单梁结构的4.5倍,实现了宽频效果。所提出的回折梁结构压电能量采集器在低频、振动频率变化的环境中有效且自适应。     

基于谐振原理的RF MEMS滤波器的研制

采用与IC工艺兼容的硅表面MEMS加工技术,以碳化硅材料作为结构材料,研制出一种新型的基于谐振原理工作的RF MEMS滤波器。详细介绍了器件的工作原理、制备方法、测试技术和结果,并对测试结果做出分析。该RF MEMS滤波器由弹性耦合梁连接两个结构尺寸和谐振频率完全相同的MEMS双端固支梁谐振器构成,MEMS谐振器的结构决定了滤波器的中心频率,弹性耦合梁的刚度决定了滤波器的带宽。在大气环境下测试器件的频响特性,得到中心工作频率为41.5MHz,带宽为3.5MHz,品质因数Q为11.8。     

Extended delayed resonators – Design and experimental verification

The key contribution of the paper is in the modification of the well-known delayed resonator concept for vibration suppression using both delayed and non-delayed acceleration feedback control laws together. We further improve the classical resonator setting with lumped delay introducing a distributed delay structure into the control law. It is known that the operable frequency ranges for the delayed resonators are relatively narrow, taking into account both the stability and implementation constraints. As the key result of this paper, in order to widen the operable frequency range, the resonator's feedback is extended by including a non-delayed part to adjust virtually the mass and thus the natural frequency of the active absorber. The proposed extension takes into consideration also the existence of feedback delay and filters to reduce the measurement noise, and retain the simplicity of active controlled resonator tuning against excitations with time varying frequencies. The properties and performance of the resulting algorithms are compared with the delay free PI (proportional and integral) feedback control law. It is shown that the delay-based resonators are easier to implement and can better deal with the measurement noise compared to PI. Spectral theory of retarded and neutral time delay systems are applied to perform a thorough analysis of the resonators. The key theoretical results are validated on a laboratory set-up with voice-coil magnetic shakers.     

Secondary control for a series reactive compensator based on a voltage-source PWM inverter

This work describes a secondary control scheme of a series reactive compensator for a power system based on a single voltage-source pulse-width-modulated (PWM) inverter. The controllable capacitive reactance can be used as a supplementary control variable for the secondary (external) controller (SC) of a series capacitive reactance compensator to improve the dynamic transient and damping performances of the power system. From the viewpoint of agent-based global dynamic optimization of a system, the selection and use of suitable input signals for the SC are investigated. Detailed simulation results show that the SC with local feedback loop (LFL) has a powerful control performance; however, it requires the controllable compensation for a reference change due to different operating conditions. On the other hand, the SC with global feedback loop (GFL) avoids the need of reference compensation; moreover, its dynamic control performance is improved when the dual inputs (frequency and active power signal) are used, compared to when only the frequency is used as an input signal.     

分布传感／执行器智能梁的振动控制及APDL仿真

研究了分布传感／执行器智能梁模型的振动控制问题。传感器和执行器选用了压电薄膜PVDF,控制律根据直接位移反馈、负速度反馈和Lyapunov速度反馈设计。研究表明,在本文讨论的悬壁梁模型中,分布执行器控制的效果等效于自由端施加变化的控制力矩,而且速度型反馈明显优于位移型反馈。另外,在仿真的过程中,利用了ANSYS的参数设计语言APDL（ansys parametric design language）,为复杂三维结构的控制仿真开辟了一条可行的途径。