压电主动元件设计与实验研究

为自适应调节和改善空间结构动力学性能 ,利用压电材料的正逆压电效应 ,研制了一种具有传感和驱动双重功能的压电主动元件。该主动元件由压电驱动器、微位移传感器、压力传感器等组成 ,具有输出和实时检测微位移和力的功能。提出了压电主动元件的设计理论 ,并给出其工作机理及组成结构。针对其关键部件——压电驱动器进行了静态实验研究 ,包括位移输出情况、重复精度和稳定性实验。实验结果表明该驱动器输出位移可达 63 .2 μm、重复精度± 0 .0 5μm、稳定性 <0 .1μm,能够用于空间可展结构的精密微位移控制     

免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用

研究智能桁架结构中主动构件的配置和反馈增益的同步优化问题.基于有限元法,建立智能桁架结构的机电耦合有限元模型.根据结构的最大耗散能理论,建立智能桁架结构中主动构件的位置和反馈增益的同步优化的目标函数.最后,采用免疫遗传算法解决这一个同时含有离散和连续变量的优化设计问题,并通过一个平面16杆智能桁架结构的振动主动控制系统的优化设计和数值仿真,表明所提出的优化设计方法和优化算法的有效性.     

空间柔性结构振动控制用压电主动构件模型与实验研究

利用压电陶瓷的逆压电效应，研制了一种空间柔性结构振动主动控制用的新型压电智能主动构件，该构件具有重量轻、输出位移大、驱动电压低、稳定性高等优点。分析了压电主动构件建模方法中存在的问题，提出了一种修正的机电耦舍导纳模型，通过数值仿真验证了该模型的正确性。结合所研制的主动构件，对主动构件的动静态特性进行了实验研究与分析，揭示了压电主动构件用于空间柔性结构振动主动控制的优良性能。     

复合伺服驱动压边力控制执行机构建模与优化

将伺服电动机驱动与双滑块六杆机构复合,利用伺服电动机的可控性和六杆机构的速度特性,实现拉深过程的变压边力控制。在综合考虑机构输出位移中的弹性位移和刚性位移基础上,建立压边机构输入输出关系的数学模型。当机构几何参数一定时,可根据压边力与滑块位移的关系并考虑机构的变形,确定压边机构的输入速度。为优化杆系尺寸,在考虑压边工作行程和传动效果良好的基础上,以机构输出速度与压力机滑块速度相差最小(在压边力施加阶段),及机构总体尺寸最小为目标函数,优化确定了双滑块六杆机构的杆系尺寸。利用仿真软件,由前面建立的输入输出关系数学模型确定仿真输入速度,仿真结果表明,采用复合伺服驱动双滑块六杆执行机构实现压边力控制是可行的。     

作动器在智能桁架结构形状控制中的优化配置

导出了智能桁架结构静态形状控制方程,在线弹性范围内适用;一般主动杆件数远小于结构杆件数目,且主动杆件的配置问题取决于控制能量和杆件强度等因素,因此基于最短行程和最小导力指标对主动杆件进行了优化建模.     

基于MPC算法的飞机主动侧杆杆力控制研究

由于惯性多余力和电磁多余力的存在,主动侧杆存在杆力误差,特别是主动模式下侧杆受到突加多余力的影响易出现过冲和震荡进而影响飞行安全。为此,提出了一种基于MPC预测模型的系统杆力控制方法。将反馈力作为训练模型,经模型预测出期望反馈力并对不同反馈力做PID调节。通过仿真实验对该控制方法进行验证,结果表明,相比于传统的PID控制算法,所设计的主动侧杆杆力控制方法可有效提升控制精度。     

克林贝格三维线性测头的结构分析

详细分析了克林贝格三维线性测头(K3D)结构具有三个轴向运动质量、偏转力和偏转刚度相等,且动态特性一致的结构特点,并对其三个方向的偏转结构、"共平面"结构以及主动测量结构着重进行了结构分析,其"共平面"结构极大地减小了在XZ-平面的阿贝误差,并通过一对梯形双轴铰链杆将沿探针轴向的偏转位移转移到测头后部进行测量,设计非常巧妙,克服了三层嵌套式结构三轴向偏转运动质量不相等的缺点,另外在直角双轴杆处设计了一个可分离的主动测量机构使得测头具备主动向任意方向偏转测量的主动测量功能。     

大行程纳米分辨率加载机构的研制

对微构件力学性能测试的微力微位移装置的重要组成部分－－大位移高分辨率加载机构进行了研究。根据微力微位移装置的要求,提出了一种通过结构变形进行加载的载体式两级加载机构,该机构的第一和第二级分别通过压电陶瓷驱动器和直线电机进行加载,输出位移通过电容测微仪检测。加载机构的第一级是一个位移放大机构,采用柔性铰链连接的杠杆放大,第二级通过柔性杆进行输出位移的缩小。采用遗传算法优化设计了两级整体式结构,用有限元进行分析,并对加载机构的第一级进行了实验。有限元分析和实验结果表明,所设计的结构能够实现最1mm的输出位移,并在压电驱动器和直线电机的驱动下,获得小于10nm的理论位移增量和纳米级位移分辨率。该机构满足了最大加载为20N的要求。该加载机构的研制成功解决了微力微位移位置的一个关键问题。     

压电陶瓷用于智能梁结构的振动控制研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性梁结构振动主动控制的机理,建立了相应的实验系统,得出了智能梁结构的振动位移和驱动电压及传感电压之间的关系。实验中采用直接负反馈和趋势预测反馈控制方法,对智能梁结构进行了有效的振动主动控制,得到了良好的效果。     

基于LABVIEW的驾驶杆标定设计研究

本文介绍了对驾驶杆杆力和杆位移的标定方法以及实现过程。通过计算得出了压力值F与输出电压V的实际关系;通过实测传感器间隔等距的输出电压,获得一组和位移对应的电压值,用插值的方法获得任意的电压值对应的实际位移。