滑动式磁力耦合车路能量收集装置设计、建模与实验

风致振动能量俘获技术是振动能量俘获技术领域的一个研究重点方向,具有解决无线传感器自供电的潜力.本文研究了非线性三稳态风致振动能量俘获系统的输出特性,并建立了动力学模型,对比分析了具有对称和非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统输出特性.分析结果表明,具有非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统初始工作风速较低,实现大振幅振荡的工作风速区间较宽.此外,分析了系统在不同外接电阻、等效质量和等效刚度线性项条件下的输出特性,通过分析发现,在定风速条件下,系统的输出电压随着外接电阻的增加而增加,当外接电阻大于10 MΩ时,输出电压的变化趋于平缓.最后,通过分析发现系统的等效质量和等效刚度线性项会对系统初始工作风速和有效工作风速区间产生影响.     

三稳态压电振动能量采集器的动力学建模、仿真与实验研究

为探究磁－机－压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉－伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,仿真分析了系统参数(d、dg)对能量采集器的势能、磁力以及非线性动力学输出特性的影响,研制了磁－机－压电耦合型三稳态振动能量采集器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了理论模型与仿真结果的正确性。研究结果表明:适当调整d后和dg可使压电振动能量采集器分别作单稳态、双稳态和三稳态运动,其中三稳态运动存在3个势能阱,势能阱的深度和宽度均小于双稳态压电振动能量采集器的势能阱深度和宽度,这有利于提升振动能量采集器的工作频带和采集输出效率。     

双稳态压电振动能量采集器的时-频域动力学特性及实验研究

为揭示双稳态压电振动能量采集器系统参数对其时－频域动力学特性的影响,利用等效磁荷法和拉格朗日方程及基尔霍夫电流定律分别建立了双稳态压电振动采集器的非线性磁力模型和系统分布参数动力学方程。基于谐波平衡法对双稳态压电悬臂梁振动能量采集器的动力学响应特性进行了解析,并分别从频域和时域角度仿真分析了系统参数对采集器动力 学响应特性的影响规律,实验验证了仿真结果的正确性。研究结果有利于对双稳态压电振动能量采集器的结构优化设计和综合性能的提高。     

摩擦-电磁复合式能量回收带设计与动力学分析

提出了一种磁力耦合的滑动式车路能量收集装置(Magnetic coupled Sliding Vehicle road Energy Harvesting device,MSVEH)收集行驶车辆产生的机械能.能量收集装置与路面平齐,在收集能量的同时能有效地减少冲击对车辆行驶过程的影响.磁力耦合驱动方式可以实现非接触运动传递,从而将动密封转换为静密封,全密封设计理念有助于提高装置可靠性.滑动部件在车轮的双向激励下产生水平运动,通过磁力将运动传递到发电单元引起磁铁盘与线圈的相对运动从而发电.使用了单向轴承和换向齿轮联合设计实现装置在复杂交通环境自适应,适应车轮的双向激励并输出单向旋转运动.建立了永磁体间磁力的数学理论公式并进行了计算并得到了磁力曲线.建立了系统的动力学模型研究系统电学特征,探究了在外接负载下的滑动位移和激励频率参数对电学输出的影响.结果表明,滑动位移对装置输出性能影响显著,在负载电阻60Ω,位移20mm和频率5.0Hz时,峰值电压和峰值功率分别为10.2V和1.734W.     

基于能量采集技术的CO_2传感器设计与实现

设计并实现了一种采用能量优化、基于STM 300无线电模块的智能测量概念的自供电CO_2传感器。基于能量采集技术,以太阳能板为供电核心,以STM300模块为控制核心,以GSS—COZIRCO_2传感器为采集模块,实现了CO_2传感器在光伏模式下的有效供电以及浓度的精确采集。针对传感器供电寿命短的问题,提出了一种利用其工作周期和低功耗关断模式平衡供电的动态功耗分析方法,并给出了长期试用下对于误差的自动校准方法。     

冷箱脱甲烷系统能量耦合建模与全局优化

乙烯分离装置中冷箱脱甲烷系统的冷量消耗占全装置的50％以上.采用Aspen plus对改进的前脱丙烷流程的冷箱脱甲烷系统以及乙烯、丙烯压缩透平系统进行能量耦合建模,其中分凝分离器(Dephlegmator)、脱甲烷塔、乙烯塔和压缩机等关键设备模拟结果与实际数据相对误差在2％以内.构建冷箱脱甲烷系统全局优化模型,根据生产...     

基于弹性能量函数的非线性不确定系统控制方法

针对非线性不确定系统的控制问题,提出一种基于弹性能量函数的扰动观测方法和弹性跟踪控制方法.该方法以弹性能量函数为核心,将其分别应用于扰动观测器、虚拟跟踪指令以及弹性跟踪控制器的设计.该控制方法的突出优势是只根据误差来消除误差,不涉及误差的微分运算,控制器增益参数完全根据积分步长来整定.理论研究表明,所提出的弹性跟踪控制方法不仅可从理论上保证各级子控制器的稳定性,有效解决高阶SISO非线性不确定系统的控制问题,而且可有效避免反步控制方法出现的微分爆炸问题.此外,每个子控制器只有一个由积分步长即可整定的增益参数,因而控制器结构简单、计算量较小.仿真结果表明:所提出的控制方法不仅具有快的响应速度、高的控制精度以及强的抗扰动能力,而且不依赖于被控对象模型,在非线性不确定系统控制领域具有广泛的应用前景.     

一种在轨可展开天线的多柔体动力学建模与计算

研究了一种考虑重力梯度的大型空间可展开天线桁架的动力学建模与计算问题.使用绝对节点坐标法和绝对节点坐标参考节点法建立了可展开结构的刚柔耦合动力学模型.利用离散方向导数构建了动力学方程的保能量动量时间积分算法,通过计算获得了含有多个模块的大型空间可展开天线在轨展开以及展开后轨道机动过程轨道-姿态-变形耦合动响应.通过数值计算结果与经典算例结果、商业软件ADAMS计算结果的对比分析验证了提出方法的正确性.     

指纹图像采集系统的设计与实现

介绍了一种新型CMOS指纹图像传感芯片--FPS200的结构特点、性能及其工作原理,设计并实现了基于FPS200和微控制器的RS232串行接口指纹图像采集系统,具体说明了系统的硬件构成和运行流程.该系统具有自动指纹检测、功耗低、成本较低等优点.对系统采用不同的参数进行了实验,实验结果显示:该系统采集的指纹图像变形较小、清晰度较高.     

供电关口电能量采集与计费自动化管理系统的设计与实现

以供电关口电能量采集与计费自动化管理系统为对象,详细论述了研发系统利用的技术:面向对象编程技术,OLE技术,预测技术,数据库技术和Web技术.本系统是完成电费核算,负荷预测,电量统计分析的电力管理系统,着重研究了基于历史数据预测未来用电量的一元线性回归模型与算法及付之实现使用,实现了各种电量数据的Web查询浏览并完成线损电量、网损电量等的统计分析与计算.     

带弹性放大器的双稳态压电振动能量采集器

针对带弹性放大器的双稳态压电振动能量采集器,利用Hamilton原理和Raleigh-Ritz方法建立了压电振动能量采集器的机电耦合分布参数模型.重点分析了激励频率Ω≥1时系统质量比、刚度比、磁铁对间距等参数对系统输出性能的影响.研制了压电振动能量采集器原理样机,搭建了实验测试平台,实验测试了压电振动能量采集器的输出性能.研究结果表明带弹性放大器的压电振动能量采集器是一个非线性双自由度系统,具有两个双稳态运动区域;在激励频率Ω≥1时压电振动能量采集器需要较大的激励能量才能进入大幅值周期振动状态.     

基于微分反馈法的随机受迫Brusselator模型的混沌控制

研究了一个随机参数受迫Brusselator模型的非线性微分反馈控制,首先将其用Chebyshev多项式逼近得到扩阶的等价确定性系统,然后设计了非线性微分反馈控制器,使得混沌的受迫Brusselator模型被稳定在了某一条不稳定的周期轨道上．数值结果验证了方法的有效性．     

非线性压电振动能量采集器的振动特性与实验研究

为了提高线性压电振动能量采集器的输出特性,在线性压电振动能量采集器悬臂梁末端引入Duffing非线性磁力,构造了一种双稳态非线性压电振动能量采集器;综合考虑能量采集器的动态振型与轴向应变分布情况,建立了系统非线性机电耦合集总参数运动控制模型,并利用4阶、5阶Runge-Kutta算法对能量采集器的非线性振动特性进行了数值模拟;利用谐波平衡法计算获得了能量采集器的幅频响应方程,数值分析了激励频率、激励幅值以及磁铁间距等对系统非线性振动特性的影响,发现双稳态运动可以极大地提高能量采集器的频率响应范围和能量采集效率,并且能量采集器在低频、低幅值激励情况下可以产生大幅值周期运动;最后,通过实验对数值计算结果进行了验证.     

基于三点形状可调的二次三角Bzier曲线

给出了二次三角多项式形式的Bzier曲线,基函数由一组带形状参数的二次三角多项式组成。由三个控制顶点生成的曲线具有与二次Bzier曲线类似的性质,但具有比二次Bzier曲线更好的逼近性。形状参数有明确几何意义:参数越大,曲线越逼近控制多边形。曲线可精确表示椭圆弧,还给出了两段三角多项式曲线的G2和C3连续的拼接条件。     

悬臂梁式压电双晶片振动能量采集器的模型与实验研究

针对悬臂梁式双压电晶片振动能量采集器的质量效应问题,通过幅值修正方法建立了能量采集器的集总参数修正模型,利用阻抗分析和导纳圆法对模型参数进行了识别,得到了采集器在简谐基础激励作用下的机电耦合输出传递函数表达式;建立了悬臂梁压电振动能量采集器的实验系统,实验与仿真分析了悬臂梁末端质量、负载电阻等对能量采集器输出特性的影响,结果表明理论仿真结果与实验结果具有很好的吻合度,证明本文模型有利于提高压电振动能量采集器输出性能的分析预测精度。     

双稳态屈曲梁压电发电结构非线性动力学分析

建立了磁场力作用下双稳态屈曲梁发电结构非线性动力学方程,利用Galerkin离散和多尺度方法分别分析了一阶离散和二阶离散系统的非线性动力学特性.分析了系统阻尼、外激励幅值和外激励频率对该发电结构振动特性的影响,获得了频率响应曲线;分析了系统在1∶2内共振情况下动力学行为,数值结果表明系统存在倍周期运动和混动运动.     

带质量块微型双稳态压电板的动力学分析

本文对带质量块的微型双稳态压电板进行动力学分析.以中心固支四边自由的带质量块微型压电层合板为研究对象,应用应变梯度理论考虑尺寸效应,综合考虑力、电、热耦合作用,采用Von Karman大变形理论,运用Hamilton原理建立非线性动力学方程.利用特征值法探究不同内禀长度和不同压电铺设面积的情况下,温度和电压对其固有频率和稳定性的影响.其次研究了不同外激励下系统的非线性动力学响应.通过本文的研究发现,随着压电铺设面积的增大,力、电、热耦合效应增强,对系统的稳定性影响越显著;通过研究温度和电压对系统振动幅值的影响为振动控制提供了理论依据.同时发现尺寸效应对结构刚度影响较大,验证了微型结构考虑尺度效应的必要性.本文的研究结果会为今后的工程实际应用提供一定的理论参考价值.     

复合式压电振动能量收集器的研究

为解决无线传感器网络和便携式电子产品的自供能问题,研究了基于电磁耦合的压电悬臂梁式振动能量收集器.理论分析表明,通过增加压电悬臂梁的所受外力,可以按平方关系提高其产生的发电量.即采用PZT4压电元件及铍青铜作为金属基板,以固定于基板末端的永磁铁作为质量块制作了基于电磁耦合的悬臂梁式压电振动能量收集器.实验表明,压电悬臂梁附加永磁铁后其最大输出电压增加了222％,压电悬臂梁在磁场强度分别为0T与1T的作用力下,电压值的增幅分别为0.38％和2.12％.     

基于Legendre正交多项式非参数混合模型的图像分割

针对有限混合模型中参数估计方法对先验假设存在过分依赖的问题,提出了一种非参数的Legendre正交多项式图像混合模型分割方法。首先,设计了一种基于Legendre正交多项式的图像非参数混合模型,并用最小均方差(MISE)估计每一个模型的平滑参数;其次,利用EM算法求解正交多项式系数和模型的混合比。此方法不需要对模型作任何假设,可以有效克服模型失配问题。通过图像的分割实验表明,该方法比其他非参数混合模型分割效果更好。