基于磁梯度张量的旋转永磁体定位技术

为解决现有无线导航定位系统在一些特殊场合定位精度不高甚至出现无法使用等问题,根据磁场信号穿透力强、可全天候工作的优势,提出了一种基于磁梯度张量(magnetic gradient tensor, MGT)的旋转永磁体三维定位技术。首先,利用旋转单永磁体作为磁信标产生固定频率的正弦磁场信号,在接收端依据信号特征采用总体最小二乘法提取信号。然后,利用Matlab软件对接收到的信号进行数据处理,解算出MGT及磁场强度的大小,通过建立数学模型求得位置信息。最后,在3种旋转频率下对所提出的方法进行实验验证,在45 m内的平均定位误差为0.24 m。分析表明，该方法能够有效降低环境磁场的干扰,具有隐蔽性、实时性等优点,在地下钻进系统、水下航行器运行等领域具有较好的发展前景。     

用于磁定位的永磁体磁场仿真与实验研究

磁场分布模型是体内微型诊疗装置磁定位方法中的关键问题.使用两种常用的静态磁场分布模型,磁偶极子模型和等效磁荷模型分别对微型施药胶囊中使用的圆柱形永磁体的空间磁场进行了仿真计算和对比,仿真结果表明当场点到源点的距离r大于10倍圆柱永磁体尺寸时,两种模型的计算结果非常接近.在实验平台上进行的实验也得到与仿真相同的结果,说明在磁传感器与永磁体的距离大于10倍永磁体尺寸的前提下,磁偶极子模型是适用于体内微型诊疗装置的磁定位的.     

基于心脏形调制磁信号的目标定向机理

针对传统磁信标采用幅值进行目标定位存在测量误差大、定位精度低等诸多不足, 提出一种基于心脏形调制磁信号的目标定向机理。首先, 借鉴无线电导航天线的心脏形方向图原理, 利用永磁体和通电导线生成心脏形调制磁信号。其次, 探究不同距离对心脏形调制信号的影响, 发现随着距离的增加, 调制信号仍然是单峰信号。然后, 研究通电导线的倾斜角度对调制信号的影响, 发现通电导线倾斜30°时, 心脏形调制信号效果更佳。最后, 利用调制磁信号进行角度测量, 发现测角误差与距离无关, 并通过构建实验平台, 利用无磁转台验证磁信号相位式测角的的可行性。     

一种获得磁跟踪系统参数的简单方法

提出了一种获得磁跟踪系统参数的简单方法，给出了利用磁传感器和三轴正交线圈作为磁场检测器件时的算法公式。该方法通过测量磁场中与发射线圈轴垂直的平面上三个点得磁场信号获得对应该发射线圈的各系统参数。试验结果表明利用该方法获得的参数相对利用传统方法获得的参数提高了系统定位精度。     

驱动胶囊内窥镜的外磁场的2D仿真及实验研究

提出了一种用于胶囊内窥镜驱动的外部磁场线圈，对它进行了二维磁场分析，用有限元方法对不同电流和永磁体直径下的磁场转矩进行了仿真，并搭建了相应的实验模型，在实验中取得较好的效果，为设计更加复杂的驱动无线内窥镜的外部磁场线圈提供了基础。     

无线内窥镜中圆柱永磁体建模与仿真

圆柱永磁体的数学模型的确定是无线内窥镜在体内空间定位的关键。通常的方法是将圆柱永磁体近似为磁偶极子来进行空间磁场的建模，但其前提条件是场点半径要远大于圆柱永磁体的半径，故在近区该模型并不适用。针对这个问题，运用一种基于等效磁荷法的模型分析该区域空间磁场，该模型适用于圆柱永磁体外任何空间，且方程简单。最后，在MATLAB6、5环境下对该模型进行仿真，并运用ANSYS软件对圆柱永磁体磁场进行验证，仿真结果表明其可行性和优越性。摘要：圆柱永磁体的数学模型的确定是无线内窥镜在体内空间定位的关键。通常的方法是将匾l柱永磁体近似为磁偶极子来进行空间磁场的建模，但其前提条件是场点半径要远大于圆柱永磁体的半径，故在近区该模型并不适用。针对这个问题，运用一种基于等效麓荷法的模型分析该区域空间磁场，该模型适用于圆柱永磁体外任何空间，且方程简单。最后，在MATLAB6、5环境下对该模型进行仿真，并运用ANSYS软件对圆柱永磁体磁场进行验证，仿真结果表明其可行性和优越性。     

基于有限元法的永磁磁场内套管缺陷仿真研究

漏磁法是在役油气套管缺陷检测的重要方法之一,对于确定套管内缺损的位置和评价其损伤程度,以及后续的修复处理工作都具有非常重大的意义。提出一种基于二维轴对称永磁磁场有限元分析的漏磁检测和处理方法。使用泛函分析和内插值方法在理论上证明永磁磁场有限元分析的可行性;利用有限元法分析套管饱和临界条件,借此确定实际检测装置的结构参数;模拟实际的工作环境,并在不同缺损尺寸和多个缺损的条件下进行仿真。实验结果验证了永磁磁场内有限元法的正确性及可靠性,为后续的套管漏磁检测装置设计提供了理论依据。     

旋转条件下非连续卫星导航信号处理技术

针对传统卫星导航技术无法估计旋转载体的转速, 且旋转导致的卫星信号非连续性使得定位和转速估计更加困难的问题,提出一种基于多天线结构的开环跟踪与差分卡尔曼滤波相结合的跟踪定位方法, 并利用相邻天线间的多普勒频率差值实现载体转速估计。同时,利用开环结构无反馈回路和快拍方式工作的特点实现对非连续信号的跟踪。差分卡尔曼滤波以相邻历元间差分值进行建模, 消除原始观测量中公共偏差, 实现跟踪信息的融合滤波和定位。最后,利用相邻天线间共视卫星的多普勒频率差值实现载体转速估计。基于模拟信号和实际信号的实验结果表明,所提算法能够实现对卫星信号的持续跟踪, 并且获得高精度的定位结果, 对转速的估计误差的标准差不超过1 rps。     

基于FMCW雷达的旋转目标微动参数提取方法

针对旋转目标微多普勒频率相互交叠、重合难以提取的问题, 提出了一种基于调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)雷达的微动参数提取方法。考虑到旋转目标微多普勒频率具有正弦形式的特征, 利用多普勒信号构造了矩阵并进行奇异值分解, 使得奇异值比谱在旋转频率处的比值达到最大。为了估计旋转半径和初始相位, 对多普勒信号时频分析结果进行逆Radon变换, 将正弦曲线的参数估计问题转化成了参数空间中的峰值检测问题。仿真和实验数据结果表明, 结合奇异值分解、时频分析技术和逆Radon变换的旋转目标微动参数提取方法具有在低信噪比条件下提取高精度参数值的能力, 有效解决了相互交叉的微多普勒频率参数提取问题。     

自适应小波阈值在磁记忆信号降噪处理中的应用

用金属磁记忆方法检测时信号常常被各种噪声污染,为了降低噪声的干扰,对传统阈值方法的局限性进行了分析,并在改进阈值函数的基础上提出了一种自适应小波阈值降噪方法。通过仿真实验对该方法的性能进行了验证,然后将其应用于磁记忆信号的降噪处理中,结果表明算法较好地剔除了信号中的噪声,提高了重建信号的噪声抑制率,降低了信号的失真率,是一种可行的磁记忆信号降噪方法。     

谐波对磁悬浮转子运动轨迹的影响分析及仿真

与机械轴承支承的控制力矩陀螺相比,磁悬浮控制力矩陀螺具有转速高、寿命长、体积小、重量轻、精度高等优点,因此是大型航天器的理想执行机构。分析了磁轴承支承的陀螺转子在离心力与干扰力的作用下,其中心运动轨迹为圆,但由于谐波(主要为三次谐波)成分的存在,改变了陀螺转子中心运动轨迹(使其运动轨迹变成近似矩形或菱形)、功耗增加、引起高频干扰,并通过磁悬浮控制力矩陀螺的实验进行了验证。对于如何减小系统的功耗、提高磁悬浮转子控制系统的性能提供了理论依据。     

一种新的永磁同步电机直接转矩控制方法

提出了一种新的无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制方法。针对内埋式永磁同步电机直接转矩控制存在较大脉动转矩和逆变器的开关频率不恒定的缺点,设计了一种自适应模糊控制器确定占空比的方法。与其它基于自适应模糊控制器的直接转矩方法不同,这种自适应模糊控制器通过控制正反电压矢量作用时间,在每一采样周期计算出最优占空比。该控制器输出部分的比例因子可以根据转矩的变化趋势经自适应机构的模糊规则库在线调整,不仅可以使永磁同步电机直接转矩控制系统保持恒定的开关频率,而且可以有效地减小磁链和转矩脉动,特别是低速时的转矩脉动。为了获得高性能的无速度传感器永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器方案。理论分析和仿真实验结果证明了自适应模糊永磁同步电机直接转矩控制策略的有效性。     

Construction of Multilayer Porous Scaffold Based on Magnetically Guided Assembly of Microfiber

This paper proposes a novel method of magnetically guided assembly to construct multilayer porous scaffold for three-dimensional cell culture by apply magnetic microfibers. Microfibers are composed of biocompatible and biodegradable alginate solution with homogeneous magnetic nanoparticles, which are continuously spun from a microfluidic device by precise pressure control of the syringe pump. Magnetic nanoparticles enable the control of magnetic field on microfibers. Meanwhile, magnetized device combining with a round permanent magnet are utilized to guide the distribution of spouted microfibers. The device is composed by pure iron wire arrays and wax, which stimulates powerful magnetic flux density and magnetic field gradients for the capture and assembly of microfibers.Thus, magnetic microfibers are spun on desired places of the magnetized device by motion control of the micromanipulation robot, and precise locations are adjusted by magnetic force couple with the assist of glass micropipette. Afterwards, microfibers are spatially organized by periodic magnetic force and crossed layer-by-layer to form micro-pore structure with both length and width of 650 μm. Finally,the authors construct a multilayer microfiber-based scaffold with high porosity to provide a satisfactory environment for long-term cell culture. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

最简多磁偶极子等效建模方法

针对磁体模拟法等效磁偶极子个数过多、磁矩方向不明确造成等效方程求解困难的问题, 研究了利用多磁偶极子模型等效模拟磁异常目标空间磁场分布时, 在不同空间尺度条件下的多磁偶极子磁矩、空间分布对等效效果的影响即多磁偶极子等效规律。建立了不同空间尺度条件下的多磁偶极子最简等效模型。通过COMSOL Multiphysics仿真软件完成潜艇空间磁场分布的仿真求解, 并将最简等效模型在测平面上的磁场分布与仿真结果对比, 验证了最简等效模型的有效性。     

Newman-Watts型小世界电机网络混沌行为的牵制控制

小世界永磁同步电机(PMSM)网络的耦合强度和连接概率参数值处于某些范围时,会出现混沌行为,这将严重危及电机网络传动系统的稳定运行。因此,如何控制PMSM网络中的混沌行为成为保持其稳定性的关键问题。首先给出了NewmanWatts型小世界PMSM网络的牵制控制模型,然后通过Lyapunov稳定性理论证明了受控系统的稳定性,并得到牵制控制器参数的选择条件,最后利用数值仿真方法验证该牵制控制方法的正确性。     

基于信号传播修正的GNSS干扰源质心定位方法

针对广泛存在的全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)干扰, 采用基于接收信号强度(received signal strength, RSS)的定位方法时, 存在RSS值提取难度大, 城市环境中不开阔、多径等复杂场景下定位误差大等问题, 提出一种基于载噪比加权和干扰信号传播误差修正的GNSS干扰源质心定位方法。该方法采用GNSS接收机输出的载噪比信息, 并采用神经网络的方法预测干扰信号传播影响因子, 通过质心加权实现GNSS干扰源的定位。实验结果表明, 该方法的定位精度得到显著提升。