自传感介电弹性体执行器的动力学设计及应用

本文提出了一种传感与作动一体化的介电弹性体(DE)软执行器,可用于薄膜结构形面变形的同步测量和控制.首先,建立DE软执行器电致驱动过程的动力学模型,描述其力电耦合行为.其次,通过开展动态作动实验,辨识该动力学模型的参数.第三,分析不同参数对作动器动态响应的影响,以理解其基本动力学特性.第四,建立DE软执行器自传感过程的简化电路模型,并对其电学参数与位移之间的关系进行实验标定.最后,开展平面薄膜结构的形面位移自适应调整实验,并设计相应的控制策略.实验结果表明,该DE软执行器在作动和传感方面均具有较高精度.因此,其在构建高精度空间薄膜天线方面具有较好的应用前景.     

一次逆、二次正压电效应在自感知执行器上的应用

提出利用一次逆、二次正压电效应为同一压电体内的双向效应原理,进行传感器与执行器集成一体化——自感知执行器的研究.即利用一次逆压电效应输出一个微位移,作为执行器使用;利用二次正压电效应的输出电荷自感知执行器的输出位移,作为传感器使用.在准静态（电压0～50V）和低频（电压100V,频率10Hz）条件下,分别进行了一次逆压电效应输出位移、二次正压电效应输出电压的实验,并将得到的数据进行归一化处理.实验结果表明,通过测量二次正压电效应产生的电荷能够较好地自感知一次逆压电效应产生的位移.     

智能电力排管结构变形感知方法与应用

电力排管作为浅埋地下结构,其分布广,遍布于城市每条街道,易受到工程施工的影响,而传统监测技术难以实时捕捉到结构变形破坏过程,需要实现结构自感知。光纤传感技术是一种能够做到实时、长期、分布式、新型监测方法,其在智能结构自感知领域应用潜力广阔。通过一组模型实验,并对变形监测数据进行研究,得到电力排管的受力变形特性;分析光纤传感器所得的水平向应变与电力排管沉降变形之间的关系,提出了光纤沿电力排管结构埋设并首尾相接形成监测闭合环路的安装方法,并在现场试验中进行验证。实验结果证明了基于布里渊频域分析(BOFDA)的分布式光纤传感技术运用在电力排管变形监测中的准确性、可靠性和优越性。研究成果可用于运营期电力排管结构安全状态的分布式监测,实现结构变形自感知,为智能地下结构的应用打下良好基础。     

超磁致伸缩执行器的系统建模与控制技术

回顾了超磁致伸缩执行器的系统建模与控制技术的发展历程.归纳出超磁致伸缩执行器的基本设计思想.总结了近年来在传感器、执行器集成、磁滞非线性建模以及控制技术方面的主要研究成果,讨论了该领域尚待解决的问题.     

自感知执行器—传感器、执行器集成新概念

总结了传感器与执行器集成的两种方式,即结构集成和功能集成,功能集成就是自感知执行器,如果待测信号能从执行器的控制信号中分离出来,理论上讲基于电磁耦合和机电耦合等可逆效应的换能器都可作自感知执行器,重点分析了压电材料作自感知执行器的物理基础,基于应变速度电桥电路制成了压电陶瓷自感知执行器,实验表明能有效抑制悬臂梁的振动。     

Research on Micro-Flow Self-Sensing Actuators Based on Piezoelectric Ceramic Stack`

The paper is concerned with the micro-flow self-sensing actuators, the work of which is based on the secondary piezoelectric eftect. The piezoelectric ceramic stack can yield micro-displacement due to its first inverse piezoelectric effect. Therefore, we apply this micro-displacement to cell micro-flow injection. Moreover, due to the charge of the secondary direct piezoelectric effect, the piezoelectric ceramic stack is able to detect the force and displacement in the injection by itself. The experiments of first inverse piezoelectric effect and secondary direct piezoelectric effect are conducted. The experiment results show that, subjected to 0-60 V input, the piezoelectric ceramic stack can generate 13.45 μm displacement, and control accuracy can achieve 2 nm. It can completely meet the needs of cell micro-flow injection. Also, the experiments demonstrate that the micro-displacement due to the first inverse piezoelectric effect can be well self-sensed by the electric charge due to the secondary direct piezoelectric effect.     

外流作用下管道流固耦合非线性动力学研究进展

管道广泛应用于海洋、核电以及航空航天等重大工程中,是采油平台、蒸汽发生器等重要工程装备的关键结构之一.当有外部流体经过时,管道会发生流固耦合振动行为,是导致重大装备振动破坏和失效的重要原因之一,已成为重大工程设计必须解决的关键问题.本文针对外流作用下柔性管道流固耦合非线性动力学机理这一科学问题,梳理了国内外学者的重要研究成果,重点分析了柔性管道分别在横向外流和轴向外流作用下的流固耦合非线性振动行为.从实验研究、仿真分析和理论建模等方面进行了深入地探讨,揭示了外部流体对管道动力学行为的影响机制.最后,对当前国内外研究现状进行了简要的总结,并给出了这一研究仍存在的难点与挑战.     

压电自感知微夹钳

研制了不需要外部附加微位移与微力传感器、采用自感知方法来获取压电微夹钳的钳指位移与夹持力的压电自感知微夹钳。根据压电陶瓷晶片在驱动电压与外力作用下发生变形会在其表面产生电荷的思想,提出了基于积分电荷的钳指位移与夹持力的自感知方法;基于Jan G.Smits的压电悬臂梁弯曲变形理论,给出了钳指位移与夹持力的自感知表达式,即用钳指上压电陶瓷晶片表面的电荷来表达钳指位移与夹持力。设计了获取晶片表面电荷的积分电路,给出了其平衡条件为晶片电容与其绝缘电阻之积同积分电容与反馈电阻之积相等。自感知验证实验结果表明:修正后在31.59μm最大钳指位移范围内的自感知位移最大偏差为0.78μm;在35.91mN最大钳指夹持力范围内的自感知夹持力的最大偏差为0.24mN。实验结果验证了所提自感知方法是有效的。     

协同式CO_2焊短路过渡模糊控制系统研究

介绍了一种在波形控制基础上,采用电弧自身传感的协同式模糊　控制方法对焊接过程参数进行实时控制的逆变式ＣＯ２焊机控制系统。它通过电弧自身传感　对ＣＯ２焊接过程有重要影响的短路过渡频率的检测,通过模糊处理和模糊判决之后,实时　的对电弧电压进行控制,以保持焊接过程中规范参数的协同匹配关系。试验结果表明,采用　该控制系统的焊机,实现了焊接规范参数的自动匹配和自动调节,同时明显改善了焊缝成形　和降低了焊接过程中的飞溅。     

一种新型自感知作动器及其应用

利用压电片的正逆压电效应。提出了一种基于分时结构的自感知作动器，将压电片作为传感器和作动器的功能在时间上进行分离，以实现用同一压电片在作动与传感之间的功能切换，并探讨了其用于主动控制的可行性。对一悬臂梁的振动主动控制研究表明该自感知作动器在实际上是可行的。