偏置磁场对超磁致伸缩致动器输出特性的影响分析

采用Terfenol-D棒作为超磁致伸缩致动器GMA(Giant Magnetostrictive Actuator)的主要材料,研制了有偏置磁场和无偏置磁场两种超磁致伸缩致动器,分析了具有分段式永磁偏置和无偏置致动器的结构及性能.基于安培定律、磁路基尔霍夫定律、叠加原理对致动器的磁场进行理论分析.为进一步分析磁场分布,创建三维模型,利用有限元仿真软件对GMA内部磁场进行分析和比较,仿真结果表明:分段式永磁偏置结构致动器能够达到理想的偏置要求,无磁场偏置的致动器在电流作用下磁场分布更均匀.实验结果表明:超磁致伸缩致动器输出位移和力的大小分别与Terfenol-D棒长度、直径呈正相关,施加偏置磁场能够改善超磁致伸缩致动器的动静态输出特性,提高致动器静态输出位移和力的线性度,消除动态输出位移与输出力的倍频现象,提高其输出精度.     

微位移驱动器的控制模型及仿真技术研究

介绍了超磁致伸缩驱动器(GMA)的结构、工作原理、特性方程以及超磁致伸缩效应模型,从有助于理解压磁效应的角度,建立了GMA的静态位移—力模型和磁—机耦合模型,并对后者进行了仿真研究,仿真结果显示:机械部分响应时间比较缓慢,减小阻尼会带来一些不利影响,如超调量增大,波动增大,要改善系统的动态性能,需要在控制系统部分增加合理的调节器。     

考虑磁场分布的精密磁致伸缩驱动器的涡流损耗特性研究

为了准确的计算棒状超磁致伸缩材料GMM(Giant Magnetostrictive Materials)的涡流损耗特性、提高控制超磁致伸缩执行器的位移精度,建立了考虑集肤效应的GMM棒涡流损耗模型.首先从麦克斯韦方程入手,推导出了棒状GMM的传统涡流损耗公式,接着讨论了集肤效应对于GMM棒内部磁场分布的影响,建立了考虑集肤效-应的棒状GMM涡流损耗公式,最后通过comsol多物理场有限元数值分析法及实验分析了GMA的温度特性.通过与传统涡流损耗对比可知,在低频时两种方法得到的结果基本一致,而在中高频时考虑集肤效应的涡流损耗公式可以更加准确的计算棒状GMM的涡流损耗.研究成果对提高GMA的控制精度、推进涡流损耗的研究具有重要意义.     

超磁致伸缩作动器的率相关Hammerstein模型与H∞鲁棒跟踪控制

利用Hammerstein模型对超磁致伸缩作动器（Giant magnetostrictive actuators,GMA）的率相关迟滞非线性进行建模,分别以改进的 Prandtl-Ishlinskii（Modified Prandtl-Ishlinskii）模型和外因输入自回归模型（Autoregressive model with exogenous input,ARX）代表Hammerstein模型中的静态非线性部分和线性动态部分,并给出了模型的辨识方法. 此模型能在1～100Hz频率范围内较好地描述GMA的率相关迟滞非线性. 提出了带有逆补偿器和H∞鲁棒控制器的二自由度跟踪控制策略,实时跟踪控制实验结果证明了所提策略的有效性.     

超磁致伸缩薄膜/光纤的制备及其磁探测性能

采用磁控溅射工艺在光纤表面制备了厚度均匀的TbDyFe超磁致伸缩薄膜。利用马赫 曾德尔干涉仪对TbDyFe超磁致伸缩薄膜/光纤传感器的磁探测性能进行了实验测试。结果表明:在调制频率f=1kHz附近,传感器对磁场具有最大的信号响应;在恒定直流磁场及调制磁场强度小于1kA/m的条件下,输出信号大小随调制磁场强度线性增加;在35～50kA/m的直流磁场范围内,传感器(对应1m长传感臂)可探测的最小磁场变化Hmin=8.6×10-2A/m,若采用分辨力为10-6rad的干涉仪并增加镀膜光纤的长度和薄膜厚度,则可进一步提高传感器的磁探测灵敏度。     

超磁致伸缩棒相位调制器相移系数的测量

采用马赫-曾德尔干涉仪对超磁致伸缩棒相位调制器的相移性能进行了实验测试,计算结果表明:在所测试范围内,平均相移系数为0.08621rad/(A/m)。同时,对影响相位调制器相移能力的几个因素进行了理论和实验分析,为研制新型光纤传感器做准备。     

具有不完全微分的Fuzzy-GA PID控制器及其在智能仿生人工腿中的应用

以模糊推理和遗传算法为基础，提出了一种新的具有不完全微分的最优PID控制器的设计方 法．该控制器由离线和在线两部分组成．在离线部分，以系统响应的超调量、上升时间以及 调整时间为性能指标，利用遗传算法搜索出一组最优的PID参数Kp*、Ti* 和 Td*，作为在线部分调整的初始值．在在线部分，一个专用的PID参数优化程序以离 线部分获得Kp*、Ti* 和Td*为基础，根据系统当前的误差e和误差变化率e ，通过一个模糊推理系统在线调整系统瞬态响应的PID参数，以确保系统的响 应具有最优的动态和稳态性能．该控制器已被用来控制由作者设计的智能仿生人工腿中的执 行电机．计算机仿真结果表明，该控制器具有良好的控制性能和鲁棒性能．     

率相关超磁致伸缩作动器的建模与H∞鲁棒控制

超磁致伸缩作动器(GMA)的率相关迟滞非线性成为其在工程应用中的一大阻碍因素.文中通过使用特殊的建模激励信号,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立了一定频率范围内的一个统一率相关Hammerstein-like迟滞非线性模型,该模型能够保证其建模频率范围内单频和复合频率的模型泛化性.在此模型基础上,设计了针对一定频率范围内输入信号的H∞鲁棒跟踪控制器,针对该频率范围内的所有单频和复合频率的输入信号,该控制器都能够保证其跟踪控制效果,最后通过实验实时跟踪控制结果来进一步验证了所设计控制器的有效性.     

不确定性系统的自适应鲁棒跟踪控制

针对存在未知干扰和未建模动态等不确定性的系统的自适应鲁棒跟踪控制问题进行了 探讨.首选将l1优化控制器的有限拍设计方法结合给出了最优鲁棒稳态跟踪控制器的设计方法． 然后利用集员辨识的思想,将名义模型的参数和未建模动态及干扰的大小作为未知参数,提出了 一种递推参数估计方法.最后将上述研究结果结合起来提出了一种自适应鲁棒跟踪控制策略,证 明了自适应算法的全局收敛性并给出了鲁棒跟踪性能指标的一下较紧的上界.与现有的结果相 比,本文提出的自适应控制具有非保守的鲁棒稳定性,具有渐近最优的鲁棒跟踪性能.     

基于H∞鲁棒控制和特征结构配置的无人机横侧向控制器设计

以PID为核心的无人机横侧向控制系统易受到参数摄动和外部扰动的影响,鲁棒性较差;针对这点不足.将H∞鲁棒控制理论与特征结构配置理论相结合设计了飞机横侧向控制器;用输出反馈的特征结构配置方法设计内环,以改善系统的动态性能,在此基础之上,利用H∞鲁棒控制理论设计外环,保证系统的稳态性能和鲁棒性;以协调转弯为例、对某无人机设计了横侧向控制器并进行了仿真,仿真结果表明,当选取状态变量β,P,r,φ,δa,δr,βe/s,φc/s,δoc,δr0对应的性能指标系数为c1=0.001,c2=0.002,c3=0.001,c4=0.002,c5=0.001,c6 =0.001,c7=0.3,c8=0.5,c9=1,c10=1时,无人机在有风干扰下仍然能够很好地跟踪输入指令,无稳态误差,调节时间短,仿真效果良好.     

基于GA-WNN的电涡流传感器的温度补偿

针对电涡流传感器的温度漂移对其测量精度带来较大影响的问题,提出了基于遗传优化小波神经网络(GA-WNN)算法对电涡流传感器进行温度补偿修正模型。通过对电涡流传感器做标定实验,并且利用LM35温度传感器监测其工作温度,建立GA-WNN神经网络模型。该模型用遗传算法对小波神经网络的权、阈值进行全局的优化,改善了小波神经网络训练速度慢的问题,克服了易陷入局部最优的缺陷。研究结果表明,补偿后的灵敏度温度系数由8.69×10^-3/℃提升到3.48×10^-4/℃;零位温度系数由4. 78×10^-3/℃提升到1.85×10^-4/℃,均提高了一个数量级,成功实现了温度补偿的目的。     

基于碳纳米管修饰的酶生物传感器检测有机磷农药

利用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶和牛血清白蛋白固定在直接生长于石墨电极基体上生长的碳纳米管电极表面,制备了可应用于检测有机磷农药的新型生物传感器,并确定了最佳工作条件。对农药甲基对硫磷、乐果、敌敌畏响应线性范围、检测限及相关系数分别为1×10^-8～l×10^-3mol/1,5．4×10^-9mol／1,0．9683和1×10^-7～1×10^-3mol／1,8．5×10^-8mol／1,0．9926及l×10^-8～l×10^-3mol／1,7．02×10^-9mol／1,0．9915。所制得的传感器稳定性,重现性较好,重现性达到了97．63％。     

A novel Terfenol-D transducer for guided-wave inspection of a rotating shaft

The purpose of this study is to develop a new ultrasonic transducer capable of transmitting and receiving guided-waves in a rotating shaft. The key idea in this development is the use of wireless capability of the magnetostrictive effect. In this investigation, relatively low-frequency longitudinal waves are generated by Terfenol-D, a giant magnetostrictive alloy (GMA). After an underlying magnetostrictive transducer configuration is presented, the effects of various design parameters on the transducer performances are studied experimentally. The material behavior of Terfenol-D is also briefly discussed. To show the effectiveness of the developed transducer, the transducer is used for guided-wave damage inspection in a rotating shaft having an artificial crack.     

空壳纳米钯-碳纳米管修饰的无酶葡萄糖传感器的研究

在玻碳电极表面形成碳纳米管/壳聚糖膜/空壳纳米钯均匀致密稳定的修饰层,制备了用于测定葡萄糖的新型无酶传感器。该传感器可以快速地实现电极与葡萄糖之间的直接电子转移,有良好的稳定性。在最佳实验条件下,用差分脉冲伏安法(DPV)测定葡萄糖,其响应电流与葡萄糖的浓度在2.5×10-7～1.5×10-6mol/L范围内有很好的线性关系,线性回归方程为I(μA)=2.169c(μmol/L)+8.399×10-6,相关系数r=0.9872。     

Nonlinear adaptive robust control design for static synchronous compensator based on improved dynamic surface method

In view of single machine to infinite bus system with static synchronous compensator, which is affected by internal and external disturbances, a nonlinear adaptive robust controller is constructed based on the improved dynamic surface control method(IDSC). Compared with the conventional DSC, the sliding mode control is introduced to the dynamic surface design procedure, and the parameter update laws are designed using the uncertainty equivalence criterions. The IDSC method not only reduces the complexity of the controller but also greatly improves the system robustness, speed and accuracy. The derived controller cannot only attenuate the influences of external disturbances against system output, but also has strong robustness to system parameters variance because the damping coefficient is considered in the internal parameter uncertainty. Simulation result reveals that the designed controller can effectively improve the dynamic performances of the power system.     

基于纳米金／石墨烯－壳聚糖－离子液体／L－半胱氨酸包覆CdTe量子点的双酚A传感器

在石墨烯、壳聚糖和1-乙基－3－甲基眯唑四氟硼酸盐（[BMIM]）复合材料（Graphene—Chits-[BMIM]）表面电沉积金,并自组装L－半胱氨酸包覆CdTe量子点,制备了修饰玻碳电极新型双酚A传感器。采用循环伏安法和电化学交流阻抗等方法研究了修饰电极的电化学特性。由于Graphene-Chits－[BMIM]复合材料中,石墨烯和[BMIMI都具有良好的导电性,该修饰电极对于双酚A有较好的电流响应。在最佳条件下,该传感器对双酚A的检测浓度范围：5．0×10^-8～7．05×10^-6mol／L,检测限为2．0×10^-8mol／L（3倍信噪比）,相关系数为0．999。     

基于纳米银/石墨烯/酪氨酸酶/聚酰胺-胺的双酚A传感器

采用石墨烯纳米材料,并结合酪氨酸酶、聚酰胺-胺(PAMAM)和纳米银修饰玻碳电极研制了新型BPA生物传感器。运用循环伏安法和电化学交流阻抗考察了修饰电极的电化学行为。由于石墨烯独特的物理化学性质,结合聚酰胺-胺和纳米银的协同作用,该修饰电极对于BPA有较好的电流响应。在最佳条件下,该传感器对双酚A的线性检测范围为1.0×10-7～3.3×10-5mol/L,检测限为3.0×10-8 mol/L(信噪比为3),相关系数为0.998。     

基于头孢克肟的荧光熄灭效应用于微量铬(VI)的灵敏检测

利用Cr(VI)对头孢克肟的荧光淬灭效应,建立了一种微量金属铬的荧光探针分析方法。以甲醇-盐酸(1.0×10-3mol/L)溶液(1∶1,V/V)为介质,最大激发与发射波长分别为397 nm和438 nm,头孢克肟荧光强度与Cr(VI)浓度对数呈良好的线性关系,其线性范围为1.0×10-6~2.0×10-3mol/L,线性方程可拟合为F=-25.09 lgc-36.61(r=0.995 6),检测限为5.8×10-7 mol/L。常见的共存离子不干扰测定,此方法可用于环境水样中Cr(VI)含量的测定。     

一种设计仿人智能控制器特征模型的新方法

特征模型的设计是仿人智能控制理论中十分重要的组成部分之一.文中从某些时域性 能指标出发,提出了一种设计(e-t)信息空间特征模型的新方法,通过引入特征点、特征直线等 概念,直接建立了仿人智能控制的特征模型与系统的上升时间tr、超调量δp和峰值时间tp等性 能指标的定量关系,并用于实时调整特征状态的切换阈值,实现了对特征模型的动态设计.仿真 实验结果表明了该方法的适用性和有效性.