压电微夹钳的位移自感知反馈复合控制*

采用自感知方法获取压电微夹钳钳指位移,构成自感知反馈复合控制系统。根据反映钳指位移、表面电荷、夹持力、驱动电压之间关系的压电悬臂梁Smits方程,提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;引入死区算子对传统PI模型进行改进,建立了压电微夹钳钳指位移的迟滞模型;以对偏差的抛物线积分、对输出的先行微分分别代替常规PID控制器中的积分项和微分项,设计出了压电微夹钳的改进PID反馈控制器;将前馈控制器与PID反馈控制器相结合,并采用自感知反馈方式,设计出了压电微夹钳的闭环控制系统。实验结果表明:在自感知反馈复合控制作用下,压电微夹钳对5μm阶跃参考位移的响应时间为0.24 s,若不考虑噪声影响,稳态误差几乎为零;在最大位移为14.7μm的变幅值三角波参考位移以及最大位移为14.1μm的任意波形参考位移作用下,压电微夹钳的自感知反馈复合控制亦可取得良好的控制效果,其稳态误差中线在-0.02~0.04μm之间变化。自感知反馈控制的实验结果与传感器反馈控制基本相同,从而表明压电微夹钳的自感知反馈控制是有效的。     

Equivalent linear model for fully self‐centering earthquake‐resisting systems

Modern rocking and stepping cores have been known as the efficient self‐centering earthquake‐resisting systems (SC‐ERSs). The current article proposes an approximate equivalent linear (EL) model for rapid estimation of the SC‐ERS displacement. An equivalent damping ratio and effective stiffness are formulated for flag‐shaped hysteresis of a fully SC‐ERS. The approximate EL model is first established using secant stiffness and Jacobsen's damping model. Nonlinear response history analyses are carried out to compare exact and approximated peak displacements. Findings reveal that EL analysis of the SC‐ERS based on Jacobsen's damping leads to underestimation of the maximum inelastic displacement. Accordingly, a new optimal damping formula is proposed using a genetic algorithm and nonlinear regression analyses. The improved EL model is validated by practical examples, and the results show acceptable accuracy in design‐level displacement estimation.     

考虑变形及滞回效应影响的三维土-水特征曲面模型

为研究变形和滞回效应对非饱和土水-力耦合特性的影响,以边界面理论为基础,建立一个同时考虑变形及滞回效应影响的三维非饱和土土-水特征曲面模型,所建立模型可完整地描述非饱和土的水-力耦合特性。提出的本构方程以吸力和孔隙比为自变量,以饱和度为因变量,建立三维土-水特征曲面模型,通过编程实现了本模型的预测功能。通过程序的预测结果与一系列不同应力和水力路径下的试验结果进行对比,在饱和度-吸力/孔隙比二维平面及饱和度-吸力-孔隙比三维空间中,均验证了所建立模型的适用性及预测精度。     

Influence of Microplasticity on the Static and Dynamic Elastic Moduli of Rocks

Using the analysis of experimental data as the base, it is shown that the difference in the values of static and dynamic elastic moduli of rocks is governed by viscoelastic and microplastic mechanisms of deformation, provided the stresses do not exceed the proportionality limit.     

压电陶瓷作动器非对称迟滞建模与内模控制

压电陶瓷作动器被广泛应用于精密定位和控制中,但其本身存在的非对称迟滞非线性特性,严重影响了系统的定位和控制精度。针对这一问题,提出了一种基于广义Bouc-Wen模型的非对称迟滞建模方法,并利用差分进化算法辨识模型参数;基于所建的广义Bouc-Wen模型构建了其具有解析形式的迟滞逆模型,并设计了内模控制方案实现对压电陶瓷作动器的精密跟踪控制;最后在压电陶瓷作动器实验平台,对所提出的建模和控制方案进行了实验验证。对压电陶瓷作动器的建模结果表明,系统建模误差均小于0.051 0,比经典Bouc-Wen模型的建模误差降低约21%～46%;对100 Hz内幅值为20μm的期望位移信号的控制实验结果表明,所提出的控制方法具有良好的实时跟踪性能和跟踪控制精度。对100 Hz期望信号的跟踪控制均方根误差为0.491 6μm,相对误差为0.040 2μm,可以很好地满足实际工程需要。     

基于改进J-A模型的气动肌肉迟滞建模及其补偿控制

 针对气动肌肉非对称迟滞现象,采用改进Jiles-Atherton(J-A)模型来对其进行描述,并利用自适应权重粒子群来对模型所需参数进行辨识;通过与实验数据进行对比,对所建模型精度进行验证。基于所建迟滞模型,进而提出一种积分逆迟滞补偿器,通过将其引入到PID控制系统中,实现对气动肌肉的迟滞补偿控制。仿真结果表明,引入迟滞补偿器后显著提高了对气动肌肉的控制精度,验证了所提迟滞补偿器的有效性。     

基于自导向副弹塑性变形的深孔轴线偏斜研究

基于自导向机理,分析了导向副的载荷以及接触状态,借助Hertz接触理论、弹塑性变形理论,建立了自导向副的变形模型以及深孔轴线偏斜的数学预测模型。结合理论模型和钻削实验确定了钻削过程中导向副的实际接触状态,并研究了导向条滞后量和工件材料对轴线偏斜的影响。研究表明：滞后量越大,轴线偏斜越大;材料刚度越小,轴线偏斜越大。     

Multiscale study of ferroelectric–relaxor crossover in BaSnxTi1−xO3 ceramics

A systematic study of BaSn_xTi_1−xO₃ solid solutions (x = 0–0.20) by a combined field-induced dielectric and ferroelectric analysis with Raman and PFM investigations was realized, in order to obtain new insights concerning the composition-induced modification of the structural phase transitions and ferroelectric–relaxor crossover induced by the increase of Sn addition. The ceramics prepared via solid state reaction and sintering at 1400 °C/4 h showed average tetragonal symmetry for x ≤ 0.15 and cubic for x = 0.20. However, the dielectric and Raman analysis demonstrated that x = 0.05 and x = 0.15 are characterized by a coexistence of phases, which enhances their macroscopic properties (polarization for x = 0.05 and permittivity for x = 0.15). The domain structure shows a gradual modification when increasing Sn addition. No detectable domain structure has been found for x ≥ 0.15. All the compositions show local d₃₃(V) hysteresis loops at room temperature.     

考虑施工缝影响的框架结构抗震性能试验研究

对一组留置施工缝,一组未留置施工缝的两组单榀两层两跨框架结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究,对两组框架的滞回性能、延性、刚度退化等性能作了深入的分析。研究了框架结构中因为施工缝的存在而对结构整体抗震性能的影响。试验研究结果表明:施工缝的存在对结构抗震性能的影响还是比较明显的。     

高性能感应电机电流控制方法分析与比较

简要地综述了高性能感应电机电流控制技术的最新进展。重点分析了以控制理论为基础的基于模型的方法,主要包括滞环电流控制、比例积分控制、有限拍控制。介绍了它们的基本工作原理,讨论了它们目前存在的不足之处以及针对这些问题近期的研究工作提出的解决办法。同时也对基于神经网络和模糊逻辑的智能控制策略进行了分析,它们为电流控制的发展开拓了新的思路。最后系统地比较了各种方法的控制性能并且初步探讨了该领域今后的发展趋势。