导电聚合物驱动器电化学机械特性的研究

采用自行搭建的导电聚合物驱动器弯曲特性测试实验系统,研究其电化学机械特性。对不同长度的驱动器施加0~1V低电压,测量其顶端弯曲变形量;通过分析驱动器弯曲位移与电压的关系及位移与频率的关系,建立电机械转换模型。实验测试结果表明,电压与驱动器顶端力成线性关系;当电压为0.8V、采样周期为0.02s时,随着频率的增大,驱动器的弯曲位移逐渐减小。最后通过不同尺寸驱动器举起重物,验证了驱动器宽度越大,顶端弯曲力越大;驱动器长度越长,顶端弯曲力越小。     

导电聚合物驱动器力学模型建立的研究

针对自制的三层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器的力学模型。测量驱动器施加低电压(0~1 V)时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立了电压与均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为0.7 V时位移可达到17 mm,并且得到电压与应变的比例因子近似为α=0.013。最后计算驱动器各等分点的理论偏转位移与测量值的偏差,得出最大偏差很小,验证了模型的有效性。     

介电型电活性聚合物圆柱驱动器特性

介电型电活性聚合物(Electroactive polymer, EAP)驱动器的动、静态特性是其合理使用及优化设计的重要依据。构建圆柱形驱动器几何模型描述其几何变形,结合EAP膜机电耦合方程推导驱动器轴向线性运动的动力学方程。驱动器的电压-位移数值计算结果显示内外层EAP膜柔性电极涂覆方式会影响驱动器位移。基于驱动器的电压位移关系,对其主要失效形式进行讨论。将基于neo-Hookean弹簧的1个时间常数黏弹性模型修正为具有2个时间常数的模型,并将2种模型运用于阶跃和周期电压激励下的驱动器动态响应研究。理论计算与试验结果的对比分析表明,2个时间常数的黏弹性模型对驱动器的动态位移描述更为准确。在周期激励电压下,提高频率会显著减小驱动器位移幅值,驱动器的“激励死区”会减小其振动中心偏移及振动幅度。     

积层式压电驱动器的有限元建模分析

该文利用有限元分析法对直动式压电伺服阀驱动元件-积层式压电驱动器的静、动态特性进行了深入的分析,建立了积层式压电驱动器多层压电结构的有限元模型,得到静态与动态工作的分析结果。理论分析的结果表明,积层式压电驱动器具有较大的输出位移与输出力,以及具有良好的动态响应特性,由其构造压电伺服阀,不会限制系统的频宽,结合合理的放大机构与阀体结构,有望达到高速、精密的伺服控制。     

润滑脂在球轴承中的动态导电特性研究

在聚脲基础脂中添加不同导电材料制备导电轴承润滑脂,分别采用体积电阻率测试法和脂润滑轴承动态击穿电压测试法评价导电润滑脂在球轴承中的导电特性。结果表明:脂润滑轴承动态击穿电压测试更加适合轴承用导电脂的导电特性评价;润滑脂的击穿电压随导电材料添加量的增大而下降,不同的导电材料导电效率不同;低击穿电压伴随着低击穿电流,与高击穿电压相比具有更低的击穿放电功率;在脂润滑滚动轴承动态导电性能测试中存在"导电环"现象,润滑膜被击穿后即使降低电压润滑膜依然处于导体状态,导电环的面积大小可用于评价润滑脂的导电性能,导电环面积越小导电性能越好。     

基于导电聚合物驱动器的可编程曲面设计与有限元分析

采用多片导电聚合物驱动器设计了一种连续的一维可编程曲面,通过控制每片驱动器两端的电压,可实现对曲面形状的控制。对单片驱动器建立了热-结构耦合等效模型,通过该模型分析了一维可编程曲面的运动特性,验证了该一维可编程曲面的控制是可行的。     

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8 μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。     

电活性聚合物薄膜柔性结构的动态特性分析与实验

针对用电活性聚合物(EAP)薄膜制造柔性智能器件提出的理论模型和性能要求,采用一种铁电高分子聚合物薄膜制作了柔性结构器件,建立了它的动力学方程、振动行为模型及其机电性能描述。研究了预张力-抗弯刚度、驱动电压、器件几何参数对柔性薄膜器件性能的影响。提出了柔性薄膜器件在预张力和抗弯刚度共同作用下的振动行为模型及其特征化描述,用数值模拟和有限元仿真研究了杨氏模量及预张力-刚度比对柔性薄膜结构振动行为的影响,基于有限元模型与激光多普勒技术模拟和实测了EAP薄膜柔性结构的模态振型。此外,基于压电激励-激光拾振方法研究了驱动电压及器件几何尺寸对EAP薄膜柔性结构动态响应特性的影响。实验结果验证了激光多普勒技术用于EAP薄膜智能器件测试的有效性,揭示了EAP薄膜柔性结构器件的工作机理及动态性能,1V驱动电压可产生精密位移21.6nm。本文为研究EAP薄膜器件提供了理论基础和实验依据。     

基于虚拟材料层的滑动结合部动态特性建模方法

由于弹簧阻尼单元模拟结合部动态特性的方法存在的缺陷,提出采用虚拟材料层和多点约束技术对滑动导轨系统建立有限元模型,并在ANSYS中完成模态分析。通过分析虚拟材料层的材料属性参数(弹性模量、泊松比、密度)和结构参数(虚拟材料层厚度)对滑动结合部动态特性的影响,得到可供工程应用的3个优化设计变量,并将优化结果与试验模态分析结果进行了比较。研究表明,有限元模态计算的固有频率与试验结果误差低于8%,为实际工程应用提供了一种可靠的建模方法。     

卷取机EPC控制系统数学模型的确定及其动态特性

利用控制理论中的传递函数方法建立了EPC控制系统的动态数学模型,为研究该系统的动态品质提供了理论依据。同时根据现场的测试情况,对该数学模型进行了验证和分析,其结果是可行的。     

压电执行器动态迟滞建模与LQG最优控制器设计

为提高空间天文望远镜稳像系统中压电快摆镜(Fast Steering Mirror,FSM)的动态性能,对压电执行器(Piezoelectric Actuator,PZT)动态迟滞补偿和控制进行研究。鉴于基于广义Play算子Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的求逆复杂性和迟滞曲线的非对称性,构造一种基于广义Stop算子PI逆模型来补偿压电执行器迟滞非线性。采用Hammerstein模型对压电执行器动态迟滞特性进行建模,以广义PI模型和自回归遍历模型(Auto-regressive Exogenous Model,ARX)分别表征Hammerstein迟滞模型中的静态非线性和率相关性,并针对迟滞率相关模型不确定性问题,提出一种前馈补偿和线性二次型Gauss最优控制算法(Linear Quadratic Gaussian,LQG)相结合的复合控制策略。利用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution algorithm,ADE)辨识和整定模型及控制器参数。实验结果表明:该动态迟滞模型能够有效描述1～100Hz频率范围内压电执行器迟滞曲线,拟合均方根误差为0.077 1μm(@1 Hz)～0.512 3μm(@100Hz),相对误差为0.31%(@1Hz)～2.09%(@100Hz);实时跟踪幅值为24.5μm的变频目标位移,LQG控制算法的跟踪精度相比于直接前馈控制和PID控制分别提高48.6%和27.02%。     

一种新型力矩马达的建模研究

为了更好地控制电-气阀门定位器,根据力矩马达的动作原理,采用机理分析的方法,分析了新型力矩马达的输出力矩与磁通的关系和输入电压与磁通的关系;在此基础上分别建立了该新型力矩马达的磁路模型和电路模型;最后,建立了力矩马达可动铁片的转角与输入电压之间的传递函数。通过实验图和仿真图的对比,实验验证了模型的正确性。     

切削动力学模型及其传递函数

振动现象普遍存在于工程结构和生产过程中,也是影响零件加工质量和限制生产率提高的主要因素之一。本文在切削机理的基础上,对切削的动力学模型进行了研究,并推导出切削过程闭环系统的传递函数,对于分析切削加工系统的稳定性具有重要意义。     

陀螺仪安装支架的动态特性分析与优化

陀螺仪是惯性导航系统的关键部件,其安装支架的动态特性直接影响陀螺仪的测量精度.文中利用ANSYS软件建立了陀螺仪安装支架的三维实体模型及有限元模型,分析了陀螺仪安装支架自由状态下的模态.结合模态分析结果,讨论了陀螺仪抖动的激励和发动机激励对陀螺仪安装支架动态特性的影响,发现了安装支架结构设计的不足,并提出改进方案.理论模态和实验模态分析表明,改进后的陀螺仪安装支架的结构动态特性明显改善.经试验测试,激光陀螺仪输出精度符合惯性导航系统的要求.     

Dynamic modeling of hydrostatic guideway considering compressibility and inertia effect

Hydrostatic guideways are used as an alternative to contact bearings due to high stiffness and high damping in heavy machine tools. To improve the dynamic characteristic of bearing structure, the dynamic modeling of the hydrostatic guidway should be accurately known. This paper presents a “mass-spring-Maxwell” model considering the effects of inertia, squeeze, compressibility and static bearing. To determine the dynamic model coefficients, numerical simulation of different cases between displacement and dynamic force of oil film are performed with fluent code. Simulation results show that hydrostatic guidway can be taken as a linear system when it is subjected to a small oscillation amplitude. Based on a dynamic model and numerical simulation, every dynamic model’s parameters are calculated by the Levenberg-Marquardt algorithm. Identification results show that “mass-spring-damper” model is the most appropriate dynamic model of the hydrostatic guidway. This paper provides a reference and preparation for the analysis of the dynamic model of the similar hydrostatic bearings.     

运用ABAQUS的滚滑轴承动态特性有限元分析

运用有限元软件ABAQUS分别对装有螺旋弹性滚子、空心滚子和实心滚子的滚滑轴承在无润滑情况下进行动态性能仿真。结合有限元仿真动画、接触应力云图及相关历程数据,对速度、外圈滚道顶部部分区域受力以及接触应力进行分析,得出装有螺旋弹性滚子的滚滑轴承具有良好运动协调性和接触振动特性的结论,为螺旋弹性滚子用于滚滑轴承提供了理论依据。     

压电驱动微位移工作台动态特性分析

压电驱动微位移工作台的动态特性分析对其设计及实际应用都有很大的指导作用.本文在线性化的前提下,通过对这种微位移工作台各个组成部分的相应简化,分析了在频响低于共振频率时微位移工作台的动态特性,得出了其传递函数.另外,本文还对影响工作台设计的两个重要边界条件-初始预紧力和工作台所能达到的最大频响进行了比较详细的推导,给出了其所应满足的量化指标.     

空气直流断路器开断特性的分析验证

针对直流断路器在开断过程中电弧熄灭比较困难的问题,对空气直流断路器的开断特性进行了分析研究。分析了如何有效的缩短电弧的燃烧时间,研究了时间常数对断路器开断能力、电弧电流上升率的影响及断路器开断电流的大小与燃弧时间的关系。基于上述研究分析,制造出了样机,并利用高压直流试验台模拟不同的短路故障电流对直流断路器进行了多次开断试验测试,获得了很多试验数据,研究结果表明:断路器在额定电压为DC1800 V,能够可靠切除短路故障电流达到80 k A,断路器开断电流随着时间常数的增大而减小,燃弧时间随着开断电流的增大而减小。     

基于广义加工空间及工件效应的超重型机床动态特性分析

针对超重型卧式镗车床广义加工空间的动态响应,建立了基于结合面特性的整机有限元模型,分析了整机在广义加工空间的模态及刚度场特性,并考虑到大型工件本身对整机动态特性的影响,对比分析了考虑大型工件效应的整机动态特性.为优化机床的加工工艺,提高机床加工精度提供了理论支持.     

机械振动系统的电路模拟与分析

在机械振动实验中,经常要建立机械实验系统,而建立机械实验系统本身有很多困难,比如说设备多,成本高,费时.这样,我们想到用其它模型来模拟机械模型.电路模型无疑是最适合的.本文用电路模型来模拟简单的隔振模型和动力吸振模型.分析及数值结果证明该电路模型实现了机械振动控制系统的本身的规律,可以实现预期的功能.这样,我们可用电学实验去实现机械振动控制实验.