超磁致伸缩换能器磁路设计及优化

为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少GMM棒涡流损耗的设计方案,并忽略了气隙的影响.采用有限元方法仿真了不同磁路设计方案对换能器性能的影响,并进行了试验分析.结果表明,在GMM棒两端安装电工软铁能够提高工作磁场强度,减少磁通泄漏,增加换能器输出位移并降低驱动电流,改善换能器的发热情况,从而整体改善超磁致伸缩换能器的性能     

声发射与EMD相结合的埋地水管泄漏定位检测

针对运用水管泄漏定位方法的直接相关法受到噪声和声传播方式的影响,使其定位精度低的问题,提出了一种基于经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）与能量特征提取相结合的水管泄漏定位.该方法用声学传感器采集数据,通过分析噪声和声传播方式对直接相关法定位的影响,采用EMD分解将采集数据分为不同的频段,再基于能量特征的方法从其中提取有用的频段作互相关分析,通过比较相关系数来确定泄漏位置.仿真和实验表明,该方法消除了直接相关法的缺点,提高了定位精度.     

机械产品曳引系统的优化设计方法

针对机械产品曳引系统的性能优化,应用非支配排序遗传算法（NSGA II）求解曳引性能的三目标优化问题,即最大曳引效率、最小曳引功率和最小制动力矩.根据曳引性能优化模型中设计变量分为连续值和离散值的特点,引入浮点数与二进制数混合编码策略.通过改进NSGA II的二进制交叉、变异规则,保证了设计变量的全局寻优能力和有效性,使得算法一次运行就能够求得分布均匀的Pareto最优解集.实验数据分析表明,采用混合编码策略,NSGA II算法较线性加权法和Pareto强度进化算法（SPEA）能够获得边界性和分布性更好的Pareto最优前沿.     

视频处理器软硬件协同设计

为了提高视频图像处理速度与硬件资源利用,针对一种基于精简指令集处理器与数字信号处理器（RISC/DSP）混合体系结构的媒体处理器：浙大数芯（MD32）,给出了一种软硬件协同设计策略.所给策略结合视频处理核心算法,研究分析MPEG视频编码标准的处理过程,进行了视频处理指令扩展设计,提高了数据的并行处理能力,利用了指令内并行执行特性.为有效实现扩展指令,处理器执行级采用了可扩展流水级技术.实验结果表明,指令扩展硬件成本仅占MD32的2.7%,逆离散余弦变换实现性能比MMX/SSE指令集实现的性能分别提高31%和23%,运动补偿性能比MMX指令集实现的性能提高了40%.     

球域Bézier曲线的边界

针对几何造型和产品测量中的有效误差分析和误差控制,提出了球域Bézier曲线.借助于微分几何中空间曲面族的包络算法和变量替换方法,求得球域Bézier曲线的精确边界表示;进一步利用函数逼近论中Legendre多项式的最佳一致平方逼近方法,把球域Bézier曲线的边界曲面近似地表示为一张Bézier曲面或分片Bézier曲面的组合.利用球面族的隐式方程,得到球域Bézier曲线的边界曲面的隐式方程,进而把边界曲面参数化为显式方程.理论推导和实例运算结果表明,球域Bézier曲线是一种表达方式简洁、存储空间节省、运算速度较快的误差分析和误差控制工具.     

超磁致伸缩作动器磁路优化设计

为改善磁路环境,提高超磁致伸缩材料(GMM)的工作性能,在分析超磁致伸缩作动器(GMA)工作原理及GMM特性的基础上提出以减小磁漏、增大磁场强度和提高磁场强度均匀性为设计原则,将GMM棒中轴线上的磁场强度作为评价标准.基于ansoft maxwell对磁路进行电磁学有限元分析,得出磁路中的关键部件导磁端盖和导磁片的结构参数对磁场强度大小和均匀性的影响规律,结合高斯磁通理论分析产生这种现象的原因,在此基础上对结构参数进行设计优化.实验结果显示结构参数优化后GMM棒中轴线上的最大磁场强由55.4 k A/m增大到70.35 k A/m,增幅为26.98%,磁场均匀率由44.22%增大到99.5%.研究表明:导磁端盖主要用来减小磁漏、提高磁场强度且过大或过小的直径和厚度都将会导致漏磁增多,U型导磁片主要用来改善磁路环境、提高磁场强度的均匀性.     

有机磷农药乙酰甲胺磷的太赫兹光谱研究

为了获得有机磷农药乙酰甲胺磷在远红外波段的光学特性, 采用太赫兹时域光谱技术(THz TDS), 测量了室温下乙酰甲胺磷在0.2~2.2 THz的高分辨率吸收谱和折射率谱. 结果表明,在室温和氮气环境下,特征吸收峰位于1.58和2.10 THz处, 平均折射率为1.45. 同时运用密度泛函理论(DFT)计算了乙酰甲胺磷分子结构及其在太赫兹波段的振动频率, 并根据计算结果对实验数据进行了解析, 计算结果与实验数据吻合较好. 研究结果表明, 实验光谱的特征吸收峰是由分子的集体振动及扭转形成, 不同的吸收峰位对应分子不同的振转模式.     

一种新的基于多信息测度融合的边缘检测方法

针对高强度噪声图像, 提出了一种新的基于信息测度概念和Dempster Shafer(DS)证据理论的边缘检测算法. 利用邻域一致性、方向性和结构性3种信息测度定量描述边缘特征; 引入检测不确定性, 根据各信息测度响应分布设计基本可信度分配函数, 并利用DS合成规则加以融合; 融合后根据组合决策规则将像素分类成边缘与非边缘. 实验通过检测结果以及Pratt品质因数的分析比较, 表明该算法能够有效地区分边缘点和噪声点. 在低噪声情况下, 检测性能与传统检测方法相近; 而对于高强度噪声图像, 该方法具有较强的噪声免疫力.     

连续相位调制的定时-频偏联合估计方法

针对连续相位调制信号的同步问题,研究了一种定时-频偏联合估计算法.算法分3步实现：(1）对接收基带信号差分并平方,得到四阶非线性变换值;（2）求其二阶统计量;（3）基于该统计量联合估计定时偏差和载波频偏.通过改变载波频偏值及参与二阶统计量计算的符号数,对定时同步及频偏估计性能进行研究.在加性高斯白噪声信道及Rice慢衰落信道下分别进行仿真.加性高斯白噪声信道仿真表明,算法在载波频偏达到15%符号率条件下仍有出色同步性能,当参与估计的符号数等于64时,定时偏差和频偏均方误差分别达到10－6及10－5以下;低信噪比不影响算法定时恢复性能.Rice慢衰落信道仿真表明,算法具有一定的抗衰落能力,适当改变Rice信道模型参数能提升其性能.算法采用非数据辅助方式及前馈结构,同步捕获快速,实现简单,适合于突发通信.     

海底热液长期原位探测器流控系统的设计与实现

为了实现深海热液长期原位探测,设计了3套能实现深海热液传感器在线自校正与自维护功能的流控系统.在实验的基础上,针对系统结构、功耗以及流量特性3个主要方面,对3种流控系统进行了比较,最终选择采用二位二通阀配合泵工作的系统作为探测器的流控系统.针对流控系统不能在高压下工作的缺陷,借助于甲基硅油介质,采用压力补偿的方式设计了流控系统的压力补偿装置,并实验验证了在40 MPa的压力下,所设计的流控系统仍能正常工作,证实了该流控系统合理且实用,从而为深海热液长期原位探测的实现提供了技术支撑.     

超磁致伸缩驱动器设计方法的研究

在分析超磁致伸缩材料(GMM)工作特性、超磁致伸缩驱动器(GMA)基本结构与工作原理的基础上,给出了机电磁设计参数的确定准则和数学模型,提出了超磁致伸缩驱动器的一般设计理论与方法.在该方法指导下设计实现的超磁致伸缩驱动器最大输出位移达36 μm,定位精度为0.1 μm,性能达到设计要求.试验结果验证了该方法的可操作性和有效性.     

基于遗传算法的超磁致伸缩执行器优化

提出了超磁致伸缩执行器(GMA)优化设计模型,并应用多目标遗传算法对超磁致伸缩执行器进行优化设计.模型优化目标包括：减少执行器导磁回路磁阻使Terfenol D棒上磁场强度高;空心线圈产生的磁场强度高;Terfenol D棒上磁场均匀;线圈的效率系数大和线圈与Terfenol D棒间气隙小.优化变量包括：Terfenol D棒的尺寸、执行器导磁回路结构尺寸、导磁回路材料的磁导率和线圈结构.根据设计要求选取变量范围,利用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到执行器的主要参数,应用有限元软件ANSYS分析验证了该结构设计的合理性,并试制了执行器.     

线性磁致伸缩作动器振动问题的数值分析

对Terfenol-D杆的周期振动问题进行了数值分析.采用有限元和传递矩阵相结合的数值方法,求解了Ter-fenol-D杆由交变电流激励引起的周期振动问题.基于磁致伸缩线性本构关系和Harmilton变分原理导出有限元方程,并且在传递矩阵的计算中应用了矩阵指数的Padé近似.计算结果表明位移响应是周期的,并与电流变化同步.还分析了材料的线性磁致伸缩系数及电流峰值和频率对输出位移的影响.所得数值结果与文献中的实验结果吻合较好,验证了该数值方法的正确性.     

超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D可以研制出推进力大、量程大、纳米级分辨率的超磁致伸缩致动器,在超精密加工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域有着广阔的应用前景.本文对超磁致伸缩材料的磁化机理、超磁致伸缩致动器的非线性模型、控制技术及精密位移控制系统作了较为详细的评述,并指出了超磁致伸缩致动器的模型与控制技术的发展趋势.     

用于超磁致伸缩作动器的一种改进的控制方法

为提高对超磁致伸缩作动器的控制精度,在基于Preisach模型前馈补偿的PID控制基础上,提出了一种基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制方法．采用dSpace实时仿真系统搭建超磁致伸缩作动器的实时控制实验平台．利用研制的超磁致伸缩作动器测试了基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制与PID控制方法下对方波信号和混合信号的轨迹追踪能力．两种控制方法下的实时控制效果对比分析表明,基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制比常规PID控制具有更好的控制效果,从而验证了该方法的有效性．     

超磁致伸缩驱动器工作温升抑制的有限元分析

超磁致伸缩驱动器在工作时,温度的升高对超磁致伸缩棒的输出特性有较大影响.在分析温升对GMA输出精度影响的基础上,针对大功率、长时间工作的使用场合,引入了有限元分析方法对GMA进行热分析.分别设计了两组GMA,其中一组具有强制水冷温控系统,另一组无温控制装置.通过热分析得到了两组GMA在电流为4 A时的温度场分布,从而可用于指导热设计.     

基于压电堆的网壳振动智能控制研究

利用压电材料的压电效应机理,设计出一种压电主控作动杆件,分析其工作原理和设计方法.然后利用模糊智能控制进行仿真,将其应用于网壳结构振动智能控制分析中,结果表明压电主控作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在桁架结构中的应用打下良好的基础.     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.