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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

三稳态风致振动能量俘获系统分析

使用具有指数相关性的色噪声近似外界环境干扰,研究色噪声激励下驰振能量采集器(GEH)的稳态响应.首先,介绍了系统的理论机电耦合运动方程,并对其进行无量纲化处理.其次,通过广义谐波变换对方程进行等效解耦,然后使用能量包线随机平均法得到系统稳态响应的解析解.最后,使用四阶龙格库塔算法进行数值模拟,在验证解析解有效性的同时分析了风速、色噪声参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,较大的噪声强度有利于提升系统的能量采集性能,且在风速较低时效果更明显;噪声相关时间对系统稳态响应的影响与噪声强度相反.当系统的振动模式由风激励主导时,系统的响应表现为带有附加噪声的周期性振动;随着风速增加,增强的风激励削弱了色噪声激励对系统稳态响应的影响.此外,本文还研究了系统结构参数和电气参数对平均输出功率的影响,研究结果为优化系统设计提供了有效的理论指导.     

新型机械按压能量收集装置设计与实验

基于法拉第电磁感应定律,设计了一种新型的机械按压式能量收集装置。该装置通过永磁体的运动使通过线圈的磁通反转从而产生感应电动势。根据装置的设计结构,采用ANSYS有限元软件对所设计的结构进行有限元数值模拟,在永磁体运动速度为0.4 m/s时,该装置所产生的平均开路电压约为3.31 V。同时也对加工制造后的装置进行了实验测量,测得平均开路电压约为3.20 V,带负载时的平均电压约为2.76 V,平均电流约为21 mA。装置一次运动所产生的能量为103.4μJ^301.0μJ。     

柔性机器人的动力学建模及其控制*

本文首先综述了近年来在柔性机器人动力学建模方面所取得的进展，着重介绍了目前较常见的几种建模方法和模型，同时对柔性机器人的控制问题进行了评述，指出了今后研究的方向。     

弹性飞机的建模与模型降阶方法研究

现代大型高速飞机的结构弹性变形日趋严重,而传统的刚性模型不能反映出飞机的结构变形特性,需要在建模时考虑飞机模型是弹性体.研究了基于Lagrange方程与"平均轴"坐标系的弹性飞机建模方法;说明了平衡截断降阶法及其改进方法平衡奇异摄动法的实现算法;以弹性飞机纵向方程为例,通过分析高、低弹性模型与刚性模型的频率响应,说明了弹性变形对飞机建模的影响,并应用平衡截断法和平衡奇异摄动法简化了高弹性飞机模型,得到了实用的低阶模型.最后分析了两种降阶方法的截断误差,指出了各自适用范围.     

能源消费需求的系统动力学建模与仿真——以陕西省为例

为探索能源消费可持续发展能力,运用系统工程理论分析能源消费的影响因素,采用系统动力学方法建立能源消费需求动态分析模型。以陕西省为例进行实证研究,对未来一段时期内陕西省能源消费、经济发展、大气污染物的排放量等进行预测。研究结果表明：按照现有的发展模式,到“十一五”期末,陕西省较之2005年单位GDP能耗降低20％,SO2排放量削减12％的指标实现不了,未来节能减排的压力还将持续加大。最后,提出加强科技进步、优化能源结构、发展可再生能源等是实现能源消费可持续发展的有效途径。     

具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁式俘能器的随机动力学

本文研究了色噪声激励下具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁混合式俘能器的动力学特性.首先,建立了非线性双稳态压电-电磁俘能器的集中参数型机电耦合运动方程,并基于能量包线随机平均法推导得到系统稳态概率密度函数和平均输出功率表达式,通过蒙特卡洛数值方法验证了理论解的正确性.其次,分析了时滞和反馈增益系数对系统输出功率的影响.研究结果表明：在一定参数范围内,随着位移时滞与速度时滞的增加,输出功率出现周期性变化,并在特定的时滞与反馈增益组合下达到最大值;调节反馈增益系数可以改变输出功率的相位和大小.说明通过合理地设置时滞反馈控制可以提高俘能器的采集功率,为随机激励下非线性振动俘能器的设计和优化提供一定的理论依据.     

Dynamic Modeling and Experimental Validation of a 3-PRR Parallel Manipulator with Flexible Intermediate Links

This paper presents the development of structural dynamic equations of motion for a 3-PRR parallel manipulator with three flexible intermediate links, based on the assumed mode method. Lagrange’s equation is used to derive the dynamic model of the manipulator system. Flexible intermediate links are modeled as Euler–Bernoulli beams with pinned–pinned boundary conditions. Dynamic equations of motion of a 3-PRR parallel manipulator with three flexible links are developed by adopting the assumed mode method. The effect of concentrated rotational inertia at both ends of intermediate links is included in this model. Numerical simulations of vibration responses, coupling forces and inertial forces are presented. The corresponding frequency spectra analysis is performed using the Fast Fourier Transform (FFT). Experimental modal tests are performed to validate the theoretical model through comparison and analysis of modal characteristics of the flexible manipulator system.     

基于无网格法考虑热效应及剪切效应FGM梁的动力学建模与仿真

将无网格点插值法和无网格径向基点插值法用于温度场中旋转柔性功能梯度材料梁的动力学分析.在考虑剪切效应的基础上,在梁本构关系中计及热应变,采用4种离散方法描述梁的变形场,运用第二类Lagrange方程,推导出大范围运动功能梯度材料梁的一次近似刚柔耦合动力学方程,研究不同温度变化下梁的动力学响应.通过动力学仿真得出以下结论：温度场对沿横向对称分布的功能梯度材料梁的横向变形影响较小,对纵向变形的影响较大,且在计算温度荷载作用下的梁末端变形时不应忽略轴向变形影响.