微型之字形压电式能量收集器输出电压的建模和仿真

为了有效解决无线传感器网络节点的供电难题,提出之字形结构的微型压电式能量收集器。相比于传统的直悬臂梁,此结构等效加大了压电梁的长度,降低了系统的固有振动频率。建立了之字形压电梁的本构方程和受迫振动方程,推导得到其输出电压的频域表达式。基于之字形压电梁的结构,利用ANSYS软件对其进行了谐响应分析。仿真结果表明,压电梁的输出电压在各阶固有振动频率处存在极值,符合理论分析的结果;输出电压大小随压电梁长度增加而降低,随压电梁宽度增加而升高,但均为非线性关系;压电梁末端质量块的长度和厚度、基体层厚度减小时,会导致输出电压的增大。在论文中所提出的结构尺寸下,10根直梁构成的之字形结构压电梁,在其一阶固有振动频率处,输出电压可达10 V以上,符合无线传感器网络节点的实际供电需求,证明了之字形压电梁结构的有效性。     

压电陶瓷换能器收发系统幅频特性建模与分析验证

压电陶瓷超声波系统是实现物体探测的重要方法。本文基于压电陶瓷换能器收发系统的等效电路模型,通过引入声波衰减系数建立了发射换能器激励电压与接收换能器输出电压间的关系,并求解出了该等效电路模型的传递函数。实测数据与传递函数仿真数据对比表明,收发系统幅频特性的仿真曲线与实测曲线基本一致,验证了所给等效电路模型与传递函数的正确性。     

基于压电振动俘能的自供电刮板输送机张力检测系统

为实现对刮板输送机运行过程中链条张力的有效检测,克服供电模块需要定期拆卸更换的难题,提出了一种基于压电振动俘能自供电的刮板输送机张力检测系统.通过采集刮板运行过程中产生的振动能量实现电能的有效转换,保证张力检测装置和无线信号发射装置长期有效工作.通过系统多个周期张力检测实验结果表明,检测系统自供电性能稳定;截取103 s的单周期进行分析,刮板经过链轮时的最大张力峰值为274.2 kN,通过计算两端部啮合点张力的差值得到下边链的运行阻力为12 kN,测试结果符合现场实际工况,表明系统具有较高的检测精度及可靠性.     

时滞反馈作用下压电梁的参数共振分析

基于Hamilton原理建立了受控压电梁的参数振动方程,研究了轴向激励压电梁时滞速度反馈控制的主参数共振.采用非线性振动的多尺度法研究了压电梁的亚谐波主参数共振,并对其稳定域进行分析.通过算例分析得到了不同时滞,控制增益,轴力影响下压电梁参数共振的稳定域和时程曲线.结果表明:时滞值增大,系统承受轴向力减小,相对于控制增益则反之.同时,随着轴向力增大,在一定范围内主动阻尼增加,时滞反馈能有效降低响应幅值.随着时滞值增大,减振效果变差.     

利用DCS实现风阀电动执行器的开关量控制

简述了退火窑电动执行器的控制原理,通过分析电动执行器的故障特点,介绍了越于西门予S7-400H系统对执行器的改造方案,并重点叙述了该系统的硬件结构和控制程序的组态与设计等。     

压电换能器瞬态接收特性的有限元模拟研究

接收信号在压电换能器压电层中的多次反射及波形转换对超声检测的灵敏度和分辨率有重要影响,如何优化阻尼结构与材料参数是提高压电换能器接收性能的关键之一。本文用ANSYS有限元软件中的力-电耦合瞬态模拟方法,研究了压电直探头中阻尼结构的几何尺寸及声阻抗对其瞬态响应的影响,得到了压电换能器中不同时刻的弹性波场、电场分布以及输出电压响应曲线,揭示了换能器瞬态响应产生的多次反射波对其检测灵敏度和分辨率的影响。研究结果表明：通过改进的阻尼结构与材料参数对消减接收信号的多次反射,缩短余振时间具有明显的作用,也可以大大降低换能器的研发周期和成本。     

Linear actuation in coextruded dielectric elastomer tubes

Cylindrical fibre actuators have been constructed by a coextrusion method using a thermoplastic polyurethane wall and a conductive grease filler. These actuators may be operated as single fibres or bundled together as actuating ropes. Key results include the validation of Carpi’s wall pressure model [F. Carpi, D.D. Rossi, Dielectric elastomer cylindrical actuators: electromechanical modelling and experimental evaluation, Mater. Sci. Eng. C-Biomimetic Supramol. Syst. 24 (2004) 555–562] and the proof-of-concept demonstration of a technique that can be used for producing inexpensive dielectric elastomer actuators on an industrial scale.     

蛋白质在硅烷膜表面吸附特性的压电传感监测

在压电石英晶片表面自组装修饰末端为胺基的硅烷膜,该膜在酸性和中性pH条件下带正电荷,可通过静电引力吸附带负电荷的牛血清白蛋白(BSA),吸附过程中的质量变化可通过石英晶片的谐振频率变化实时监测。结果表明:该吸附过程虽然为部分不可逆,但吸附等温线符合Langmuir方程,吸附速率常数为0.0117 L.g-1.s-1,吸附平衡常数为2.87 L.g-1,表观饱和吸附量Γ∞=0.954μg.cm-2。     

压电发电器建模研究

压电发电器的优化设计必须以模型为基础。提出了一种新的压电发电器模型建立方法,运用该方法分别推导出2种结构的压电发电器的性能参数表达式,实验数据与表达式计算结果比较吻合,证明表达式可以用于压电发电器的性能预测。通过对输出参数表达式进行深入讨论,得出压电发电器的一般特性和相关参数与发电器性能参数之间的关系,可指导压电发电器的优化设计。     

Switching contact task control in hydraulic actuators: Stability analysis and experimental evaluation

A switching contact task control for hydraulic actuators is proposed. The controller is built upon three individually designed control laws for three phases of motion: (1) position regulation in free space, (2) impact suppression and stable transition from free to constrained motion and (3) force regulation in sustained‐contact motion. The position and force control schemes are capable of asymptotic set‐point regulation in the presence of actuator friction and without the complexity of sliding mode or adaptive control techniques. The intermediate impact control scheme is included for the first time to dampen the undesirable impacts and dissipate the impact energy that could potentially drive the whole system unstable. The solution concept and the stability of the complete switching control system are analyzed rigorously using the Filippov's solution concept and the concept of Lyapunov exponents. Both computer simulations and experiments are carried out to demonstrate the efficacy of the designed switching control law. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.