压电陶瓷变压器的研究进展

压电陶瓷变压器是一种新型固态电子器件，具有高转换效率、高能量密度、结构简单、体积小、无电磁噪声的特点，在电子产品微型化的过程中起到了十分重要的作用。本文回顾了压电陶瓷变压器的发展历史，阐述了压电陶瓷变压器的基本工作原理，介绍了压电陶瓷变压器所用的新型压电材料、振动模式和几何结构、外围电路三大方面的最新研究进展。通过对比国内外在压电变压器领域的研究和应用现状，指出了我国发展压电变压器的优势和前景，并提出了压电变压器产业的发展方向。     

压电光子学效应及其应用

近年来,压电光子学作为一个新兴的研究领域吸引了学者们的广泛关注.压电光子学效应是压电半导体的压电极化和光激发的耦合,是利用应变诱导的压电极化调控材料能带结构进而控制电子-空穴的复合发光过程.压电光子学效应为新光源、智能触觉传感和机械光子学等重要技术提供了研究基础,尤其结合第三代、第四代半导体材料同时具有压电效应和半导体特性的优势,有望实现高性能的力-致发光器件.本文简要介绍了压电光子学效应的基本原理、材料体系以及压电光子学器件的研究进展,并对这一学科的未来发展进行了展望.     

基于GMM的压电驱动器磁滞特性建模及高精度抗扰跟踪控制

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)对压电驱动器固有的磁滞特性建模,并根据该模型进行前馈补偿,以消除磁滞非线性对控制精度的影响.其次,建立扩张状态观测器,对所有外部扰动及未建模误差进行观测与补偿,以提高系统的抗扰能力.为了进一步提高系统的跟踪精度与控制带宽,建立状态反馈与零相跟踪前馈控制策略,以优化闭环系统特性.实验结果验证了基于所提磁滞模型建立的抗扰跟踪控制方法的有效性.在0～50 Hz输入信号频率范围内,在给定的测试集内该控制策略下的系统跟踪误差小于2.2%,能够满足目标控制带宽下的高精度跟踪要求.     

2—2结构压电复合材料的机电耦合系数研究

对２－２结构的压电复合材料提出一种动态模型，求解沿界面传播的平面波，获得这平面波传播的色散曲线。取换能器厚度为半波长或其奇数倍，换能器的谐振，反谐振频率及高次谐振频率的实验值与理论色散曲线相吻合。由动态模型可求得压电复合材料厚度振动的机电耦合系数随两仃材料的宽厚比和体积比的变化。     

水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

针对水利水电工程施工水流控制过程中的工程技术问题及其仿真分析中存在的科学技术难题，通过分析施工导流系统动态、非线性的内外部结构，综合考虑主体建筑物、导流建筑物与水流控制三者间的复杂约束关系，建立复杂条件下施工导流系统的时空关系模型和施工导流过程的结构图仿真通用模型，提出了面向结构图的施工导流过程数值仿真方法和三维动态可视化仿真分析方法，并实现了集仿真建模、仿真计算和仿真可视化于一体的施工水流控制过程仿真与优化系统环境．工程实例应用表明，该方法建模过程便捷，仿真计算与数据可视化分析能有效地耦合，仿真与优化分析结果符合客观实际，为解决复杂条件下水利水电工程施工水流难以控制的问题提供了新的理论方法和技术手段．     

压电电子学及其仿生智能传感

在低维压电半导体材料(比如ZnO和GaN)中,压电极化和半导体电子传输特性的耦合可以给器件带来预想不到的性能.这大大提高了研究人员对压电电子学这一新兴领域的兴趣.另外低维压电半导体材料拥有优异的机械特性,可以被集成到能够应对巨大应力的柔性器件中,外部的机械刺激为柔性器件运行中的电荷-载流子传输,载流子的产生、复合以及分离提供了新的调制方法.本综述回顾了压电电子学的基础理论,不同维度材料体系中的压电电子学,压电电子学晶体管的分类,及广义压电电子学晶体管的应用方面的最新研究进展,并对将来的研究方向进行了深入讨论.     

肠道内变径胶囊微机器人空间磁力矩特性

提出一种以相邻异向径向磁化瓦状多磁极组成的圆筒式永磁体为外驱动器，以胶囊机器人内嵌同磁极结构永磁体为内驱动器，在外驱动器旋转磁场的磁机耦合作用下，驱动变径胶囊机器人在肠道内旋进的驱动控制方法．根据等效磁荷法建立了偏心状态下磁驱动力矩普遍性数学模型，对驱动力矩与驱动器磁极结构参数的特性进行了研究，试验表明该驱动方法具有驱动力矩大、安全可靠等优点，变径胶囊机器人由径向间隙自补偿，显著提高了在肠道内的驱动能力，该磁驱动系统在人体肠道内具有良好的医学应用前景．     

用PVDF压电传感器对高强度聚焦超声声功率实时监测的实验研究

本实验研究旨在探索一种实时监测高强度聚焦超声(HIFU)声功率的方法.用PVDF压电膜制成传感器,安装在HIFU换能器声场中某一固定位置.换能器工作过程中用示波器检测PVDF压电传感器的电压输出信号.结果显示示波器可稳定检测出PVDF压电传感器的输出电压,该电压正比于换能器的驱动电压.这表明换能器的声功率输出与PVDF压电传感器的电压输出呈正相关关系,证明PVDF压电传感器可用于实时监测HIFU治疗过程中换能器的声功率输出,从而保证HIFU治疗的安全性和有效性.     

轴对称层合横观各向同性压电圆板的精确解：I.压电圆 …

从压电材料的三维弹性方程出发，导出压电圆板在轴对称变形下的状态方程，对其应用有限Ｈａｎｋｅｌ变换并使变换产生的边界自由项等于零，得到一常系数常微分方程组和相应的边界条件，进而求得对应于广义刚性滑动和广义弹性简支２种边界条件的２个精确解。     

各向异性压电驱动器对机翼空气动力的影响

通过改变机翼形状增强飞行器空气动力性能始终是飞行器设计者所追求的目标，利用智能材料控制机翼外形可以提高飞机的空气动力特性．以一个高空长航时无人机机翼的简化模型为对象，研究了压电驱动器产生的各向异性效应及其对机翼空气动力特性的影响，并完成了试验验证．     

基于二维材料的压电光电子学器件

二维(2D)材料由于原子级超薄、可调带隙和优异的光电性质,在柔性光电子学领域有着巨大的潜力.利用应变诱导的压电势或压电极化电荷可以调控二维材料界面载流子的传输和光电过程,这种将压电、半导体特性、光激发三者耦合产生的压电光电子学效应推动了新型二维材料光电器件的开发,特别是压电光电子学增强的光电探测、光电化学、气体传感和太阳能电池等方向.本文简要综述了近年来二维材料在压电光电子学领域取得的研究进展,并对这一新兴领域未来的挑战和科学突破进行了展望.     

欠驱动三连杆机器人的混杂控制方法

针对第二关节为被动关节的欠驱动三连杆机器人，提出一种混杂控制方法．欠驱动三连杆机器人的运动空间分为3个阶段：退化阶段、摇起阶段和平衡阶段．首先，在退化阶段，对第三关节构造Lyapunov函数，并针对此函数设计控制律使其连杆相对于前一连杆自然伸展，使系统退化为类Pendubot机器人；同时基于能量不断增加的思想设计第一关节控制律，以节省后阶段的能量控制时间．其次，在摇起阶段，保持第三关节控制律形式不变；通过仅控制系统能量和同时控制系统能量、角速度两种方法设计第一关节控制律，使系统进入平衡区．最后，对退化后的系统采用线性控制将其稳定在竖直向上不稳定平衡点上．数值仿真结果表明文中所提方法具有控制时间短，所需力矩小等优点．     

多维隔减震结构水平向振动台试验及隔减震性能分析

多维粘弹性隔减震装置是一种新发明的被动控制装置，具有隔震和减震性能．为掌握该装置在水平地震作用下对结构的隔减震效果，本文对加与未加装置的钢框架结构进行了水平向振动台对比试验，并对其隔减震性能进行了研究．试验和理论研究结果表明：该装置在水平方向上对结构具有隔震和减震的双重效果，是一种有效的隔减震装置；这种新型隔减震结构的水平向减震系数可以参照隔震结构的水平向减震系数的计算方法计算．     

且群机器人队形控制的人工力矩法

为了得到一种一般性的队形控制方法，首先给出了一种新的队形表示图：吸引线段式主．从队形图和组群机器人的系统模型．然后基于上述成果和文中定义的两种人工力矩：主吸引矩和从吸弓l矩，提出了一种新的队形控制方法：人工力矩法．文中介绍了该方法的基本原理，并给出了机器人运动控制器的数学模型．最后运用Liapunov稳定性定理证明了系统的稳定性并给出了仿真．理论和仿真结果表明，给出的队形表示图和队形控制方法是可行且有效的．     

压电介质半平面的Green函数解

从一般解出发，导出３个“调和函数”表示的通解。并用试凑法和通解，求出了压电材料半平面内部作用集中力和点电荷时的Ｇｒｅｅｎ函数。     

采用流体网络与气热耦合方法的涡轮叶片复合冷却结构改型设计

将流体网络方法应用于高性能涡轮叶片复合冷却结构的设计中，开发了气热耦合数值计算方法，并对其进行了可靠性验证．对采用复合冷却方式的某型高压动叶内部冷却结构进行基于流体网络分析的快速预测，评估其气动与传热特性．针对网络分析结果，提出3种改进措施，即调整不同冷却通道冷却气体流量、减小通道转弯结构流阻、以及调整局部高温区的内冷几何结构．通过全三维燃气．固体叶片一冷却气流耦合计算验证，指出改型设计降低了叶片表面最高温度，整体温度分布更加均匀，冷气入口参数匹配合理．结果表明，计算方法大大缩短了涡轮叶片复杂冷却结构的设计周期．     

光滑粒子流体动力学（SPH）中摩擦接触的模拟

光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具，但是，如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法，迫切需要开展研究．提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法，该算法根据所存在的接触边界，将计算域分解为若干个子域，以接触力为桥梁在各子域间建立联系，最终实现接触问题的整体求解．在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时，修正了SPH固有的边界缺陷，使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度，保证了接触探测的精度．然后，假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体，根据允许的残余侵入量，运用动量原理，计算沿接触面法向和切向的接触力，并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力．与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子．粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比，方法具有更高的计算效率和精度，适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟．通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证，计算表明，基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好，算法是有效的，可用于拓展SPH的计算能力与应用范围．     

轴对称层合横观各向同性压电圆板的精确解--I.压电圆板精确解

从压电材料的三维弹性方程出发 ,导出压电圆板在轴对称变形下的状态方程 ,对其应用有限Hankel变换并使变换产生的边界自由项等于零 ,得到一常系数常微分方程组和相应的边界条件 ,进而求得对应于广义刚性滑动和广义弹性简支 2种边界条件的 2个精确解     

基于基排序法的冗余操纵面控制分配与管理

先进布局飞机的操纵舵面具有数量多,功能复杂且耦合的特点,为一典型过驱动冗余系统.针对该问题,首先提出了冗余操纵面控制分配与管理的概念和系统结构,然后基于一种新型受限控制分配方法——基排序控制分配方法,通过对分配过程物理含义的解析,给出了控制分配的优化目标、候选操纵舵面、限制条件和工程经验的综合管理方法,提高了控制系统对飞行状态、任务和故障的适应性.以某新型飞翼式布局飞机为对象进行了数字仿真和对比分析,结果表明:相对传统控制分配,本系统分配过程可灵活调整,分配结果更加合理,可保证飞机更安全、高效的完成飞行任务.     

基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法

实现长期循环荷载作用下基床结构累积变形有效控制是建造高速铁路的技术难点之一.基于高速铁路无砟与有砟轨道路基承受列车动荷载特征,提出和完善了用于基床结构设计的荷载作用模式;根据循环荷载作用下土工填料累积变形演化状态的分类及阈值判别准则,结合室内单元结构填土模型试验,获得了级配碎石基床填料变形状态演化的阈值参数.以设计荷载条件和填料设计参数为基础,针对无砟与有砟轨道对基床变形状态控制的不同要求,采用结构分析原理,构建了基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法,确定了无砟与有砟轨道基床结构累积变形分别满足快速稳定和缓慢稳定的状态控制要求,以地基系数K30值表征的关键参数指标.研究成果为实现高速铁路基床结构由构造设计向状态控制定值分析转变奠定了基础.