基于红外通信技术与适配器的高速数据采集系统设计

针对高速数据传输稳定性较低、多源数据传输过程非线性干扰较大的问题,设计了基于红外通信技术与适配器的高速数据采集系统。使用系统高速数据采集层的多个高速适配器,完成各待采对象的高速信号数据采集,将其通过通信层的通信接口上传到红外通信模块,利用该模块将所得信号数据复原成真实数据后并传送到服务层,该层的多源数据融合模块运用主成分分析方法,融合接收到的全部数据,同时采用展示层的液晶显示模块,呈现完整的高速数据采集结果。实验结果表明：该系统在不同信号数据长度下,均能以较高采样速率完成不同类型数据的精确采集;该系统能保证各通信信道在不同通信距离下的高速数据传输稳定性,且所得高速数据融合结果能清晰、完整地呈现全部高速数据采集结果。     

Leveraging Bioinspired Structural Constraints for Tunable and Programmable Snapping Dynamics in High-Speed Soft Actuators

Creating high-speed soft actuators will have broad engineering and technological applications. Snapping provides a power-amplified mechanism to achieve rapid movements in soft actuators that typically show slow movements. However, precise control of snapping dynamics (e.g., speed and direction of launching or jumping) remains a daunting challenge. Here, a bioinspired design principle is presented that harnesses a reconfigurable constraint structure integrated into a photoactive liquid crystal elastomer actuator to enable tunable and programmable control over its snapping dynamics. By reconfiguring constrained fin-array-shaped structure, the snapping dynamics of the structured actuator, such as launching or jumping angle and height, motion speed, and release force can be on-demand tuned, thus enabling controllable catapult motion and programmable jumping. Moreover, the structured actuators exhibit a unique combination of ultrafast moving speed (up to 2.5 m s⁻¹ in launching and 0.22 m s⁻¹ in jumping), powerful ejection (long ejection distance of ≈20 cm, 35 mg ball), and high jumping height (≈8 cm, 40 times body lengths), which few other soft actuators can achieve. This study provides a new universal design paradigm for realizing controllable rapid movements and high-power motions in soft matter, which are useful for building high-performance soft robotics and actuation devices.     

基于电机参数在线修正的高速永磁同步电机无位置传感器算法研究

针对运行环境恶劣的无位置传感器高速永磁同步电机(HSPMSM)系统,无位置传感器算法的参数依赖性是热门研究方向之一。研究了一种基于估计旋转坐标系下扩展反电动势的无位置传感器算法,利用系统稳定性分析法对算法模型的电机参数依赖性进行了定性分析。通过建立四阶扩展卡尔曼滤波观测器对电机参数进行在线辨识,并结合参数依赖性规律,实时修正位置观测器算法模型中的电机参数,有效解决了运行过程中参数变化导致系统失稳的问题。在额定功率、转速分别为60 kW与45 000 r/min的高速离心压气机系统中通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于5G-R系统的高铁站台场景信道特性

为推进智能铁路总体建设,实现高速铁路智能化,高铁信息基础设施将应用第五代移动通信技术(5G)建设铁路5G专用移动通信系统,2.1 GHz有望成为铁路5G专用移动通信系统的承载频段。高铁站台作为客货乘降与调度中转的功能核心,其在2.1 GHz下的电波传播特性亟待研究。本文以厦门北站高铁站台为研究场景,利用射线跟踪(RT)技术仿真2.1 GHz频段下的电波传播,基于仿真结果分析此场景无线信道特性,包括均方根时延扩展(RMS DS)、到达/离开方位角扩展、到达/离开俯仰角扩展(ASA/ASD, ESA/ESD)、交叉极化比(XPR)和以上参数的互相关。根据以上结果,对高铁站台场景中铁路5G专用移动通信系统的设计和评估提出相关建议。     

高速列车受电弓气动噪声分析与空腔降噪研究

随着高速列车运行速度的不断提高,受电弓气动噪声也愈加严重。针对这一问题,文中采用LES大涡模拟、边界层噪声源模型和FW-H声类比法,通过建立某型号受电弓局部1:1气动噪声分析模型进行数值模拟。文中研究了受电弓各部位的气动噪声贡献量,还探究了针对较大噪声位置空腔采用射流降噪方法的降噪效果。结果表明,当网格总数为4 323万个时,数值模拟精确度满足要求。受电弓空腔上游和空腔中部绝缘子是气动噪声的主要来源。在射流降噪前后,空腔内部气动噪声均为宽频带噪声,主要能量集中在0~4 500 Hz。对250 km·h^-1行驶速度下的空腔进行主动射流降噪,距列车25 m远处的垂向监测点声压级最小值为81.65 dB,比降噪前降低了2.64 dB。     

低功耗高速时钟数据恢复电路

为了降低高速串行接口的时钟数据恢复(CDR)电路的功耗,在研究、分析现有时钟数据恢复结构的基础上,提出了一种新的时钟数据鉴相算法及其电路实现方法。新的电路设计仅使用一个高速采样时钟,比传统的鉴相电路减少一半的采样率,从而减少了前端采样模块的功耗。该鉴相算法采用统计方法减小鉴相时钟的噪声,进而达到很低的误码率。该鉴相算法可使用数字综合的方法实现,工作在较低的频率下,这样便于迁移到不同的工艺中。整个电路使用40nm工艺实现,实际芯片测试数据表明,使用该电路的接收端可以稳定工作在13Gb/s的速率下,功耗达到0.83p J/bit,误码率低于10E-12。     

钛合金交替供气GMAW焊接研究

研究了钛合金GMAW保护气交替供气方式对TA2平面堆焊焊缝的影响。利用高速摄像、电流传感器对焊接过程电弧形态、熔滴过渡、电流信号等信息进行采集,并记录焊缝的形貌特征,试验结果表明,交替保护下熔滴过渡方式为细滴状轴向过渡和粗滴状非轴向排斥过渡的混合过渡模式;平均焊接电流随时间延长以类似正弦波上下交替变化,变化频率与交替频率保持一致;相比Ar气、预先混合气,交替保护能够获得熔深更深、熔宽更宽的焊缝。     

列车运行引起坡子街村房屋振动测试与分析

武广城际铁路列车通过坡子街村时,导致了该村A、B、C三栋房屋明显振动。为了分析房屋振动原因,进行了现场振动测试,从而获得了列车通过时三栋房屋的振动时程。依据测试数据,分别从时域和频域两方面进行处理分析,分析表明:高速列车运行产生的振动引起B、C两栋房屋x轴方向发生共振现象。由于共振效应,B、C两栋房屋x轴方向振动速度峰值反而大于距铁路更近的A栋房屋。结果还发现:列车运行速度加快会明显增加房屋共振的幅度,但列车长度对房屋共振的幅度及振动持时影响均不明显。     

超声冲击对高速列车转向架焊接十字接头超高周疲劳性能的影响

针对高速列车转向架在实际运用中出现的疲劳问题,利用HJ-Ⅲ型超声冲击处理装置,对高速列车转向架用SAM490BW钢十字接头焊趾进行超声冲击处理,并对处理后接头的超高周疲劳性能进行研究。结果表明,原始焊态试样和超声冲击态试样的S-N曲线均出现了传统意义上的水平段。超声冲击处理试样的疲劳强度相比于未处理试样提高了25%。经过超声冲击处理后,疲劳裂纹源的数量由多个变为单个,焊接接头焊趾处的应力集中系数下降了32.4%,降低了裂纹萌生概率;超声冲击降低了焊趾区域的残余拉应力,并诱发产生残余压应力,高达-255.5 MPa;焊趾表层晶粒得到细化,晶粒平均尺寸小于100nm;裂纹在塑性变形区扩展路径变长。     

横风下高速列车系统动力学的平衡状态法

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种快速计算横风下高速列车系统动力学行为的平衡状态方法.首先,忽略轨道不平顺并利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,将平衡状态下的气动力加载到车辆-轨道耦合动力学模型并计算高速列车动力学响应.利用建立的平衡状态方法,研究了列车在速度为13.8 m/s的横风下以350 km/h速度运行时的流固耦合动力学行为.比较了平衡状态方法和联合仿真方法两种方法下列车姿态、安全性和舒适性指标的差异,计算结果差别在3.26%以内.研究结果表明:平衡状态方法计算横风下高速列车流固耦合的效率更高.