具有自适应电感共享策略的压电能量收集电路设计与实现

针对以电池为能量供给的传感设备必然存在因电池寿命的限制或自身电能的逐渐耗尽而造成的失效问题，提出了一种具有自适应电感共享策略的压电振动能量收集电路，通过将环境中的机械振动能量最大化地转换为电能并供给传感设备使用，可实现传感设备的无电池自获能供电，并大幅延长传感设备的使用寿命。该能量收集电路在原有并联电感的同步开关收集电路结构和buck-boost功率级拓扑的阻抗匹配变换器结构基础上，通过建立“先到先得”的自适应电感共享策略，避免了仲裁器的使用，大幅简化了电路设计，并实现了仅需单一电感的压电振动能量收集系统，提升了系统的集成度。此外，对电感共享造成的竞争给出了详细分析，并在此基础上进一步优化了整体电路，实现了最大功率点追踪算法。采用标准180 nm CMOS工艺，完成了压电能量收集电路的设计工作。仿真结果表明：bias-flip整流器在2 V和3 V开路电压激励下，输出功率分别达到了55.01μW和111.59μW,较传统全桥整流器，分别实现了6.40倍和4.48倍的输出功率提升；引入电感共享策略后，变换器的最大输出功率可达110.04μW,相比于非电感共享策略，电感共享策略下变换器峰值...     

数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

基于单向气动驱动器的软体手变形机理

针对软体气动驱动器的变形机理,以气动驱动软体手为研究对象,开展了基于单向气动驱动器的软体手指弯曲和摆动机理的研究。设计了气动驱动软体手,其弯曲和摆动结构均由多个相互连通的气室和一个不可延伸层组成。当相邻气室因充气膨胀而相互挤压时,气室受到不可延伸层的约束,实现了弯曲和摆动变形。为进一步考察软体手的变形机理,对620#T超弹性硅橡胶材料的非线性力学特性进行了研究,测定了其材料常系数。基于Yeoh模型密度函数,结合空间力矩平衡方程,建立了驱动压强和曲率半径的理论模型,并开展了软体手指弯曲及摆动变形的仿真研究,结果证明了理论模型的正确性。研究结果可以为其他基于气动驱动的软体结构变形机理研究提供理论基础。     

非极性纳米线压电电子和压电光电子学效应的研究进展

压电极化和半导体特性之间的耦合因具有独特的物理性质而引起了人们的关注，并由此兴起了一些新的研究领域(如压电电子学和压电光电子学).文章回顾了压电效应和压电光电子学效应对金属/半导体(M/S)和p-n结的影响，详细介绍了c轴和a轴压电电子和压电光电子学研究的基本进展和应用探索. c轴纳米结构中的压电效应是界面效应，它利用在纳米结构的局部M/S接触处或同质/异质结处产生的压电极化来控制载流子跨界面传输，并通过光感应载流子进行相应的光电过程.在非极性a轴纳米线中，外部应变感应的压电电荷沿整个极性表面分布，方向垂直于纳米线.压电半导体的电荷载流子传输过程在整个纳米结构体内受到压电效应的调节.     

电动汽车驱动器冷却系统的研究

随着节能经济在全世界的不断普及,越来越多的国家开始关注电动汽车的研究和推广。电动汽车与传统汽车不同,它主要由三大部分组成,分别是电机驱动系统、控制系统以及能源子系统。在这三个系统中,最重要的就是电机驱动系统。电机驱动系统管理中最大的难点就是对它发热的管理,因此,开发和研制电动汽车驱动器的冷却系统成为研究热点。该文首先分析了电动汽车驱动器发热对其性能的影响,然后介绍了目前常用的几种冷却系统,最后提出了并提出了冷却系统的性能评价方式及标准。     

一维六方准晶压电材料中螺型位错与椭圆孔口的相互作用

目的根据点群6mm一维六方准晶的位错理论,通过一维六方准晶压电材料反平面问题的控制方程,研究含螺型位错与椭圆孔口相互作用时的应力场和电场的相互关系。方法根据复变函数方法,引入适当的保角变换,将椭圆孔口问题映射到单位圆来讨论。结果 1)得到了一维六方准晶压电材料含螺型位错时电弹性场的解析表达式;2)得到了椭圆孔口与螺型位错相互作用时应力强度因子解析表达式。结论由螺型位错与椭圆孔口的相互作用结果,这为研究一维六方准晶压电材料位错问题和断裂问题提供了重要依据。     

准同型相界附近0.02Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.50Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.48Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3陶瓷压电性能研究

采用传统固相反应法制备四元系0.02Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.50Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.48Pb(ZrxTi1-x)O3(0.29≤x≤0.34)陶瓷.观察样品的晶相结构和显微结构,测试压电性能和介电性能.随着Zr/Ti比的增大,晶相从四方相向三方相转变.发现准同型相界位置在x=0.32附近.1 240℃烧结的0.02PZN-0.50PNN-0.48PZ32T陶瓷展现了良好的压电性能,压电常数d33为715 p C/N,机电耦合系数kp为0.541,剩余极化强度Pr为25.5μC/cm2,矫顽场强Ec为5.6 k V/cm.新的压电材料适合高性能压电器件应用,且简单的制备方法给生产带来极大便利.     

基于PLC的运动板料长宽测量系统

针对金属板材、塑料、玻璃的分类处理,提出一种基于PLC的运动板料长宽测量系统的设计方案.该系统能对板料尺寸进行动态测量,并将测量信息打印在板面上.对PLC、伺服驱动器和变频器的电路进行设计,利用WinCC完成触摸屏设计.系统试运行结果表明,板料测量能达到较高精度.     

PMSM广义预测前馈控制器

为解决PMSM驱动器的硬性约束问题,特别是驱动器必须保证强大的电机电流的限制及终极驱动力的动态性能,提出一种广义预测(GPC)极点配置前馈控制算法.该方法以前馈控制器的结果作为GPC的一个极点,选择适当的惩罚矩阵,只有在极点附近GPC控制才能提高对前馈控制器的作用.使用10.7 k W的样机验证该理论.实验结果表明:与传统的PI矢量控制相比,基于GPC的前馈链路数字化控制器效果更优.     

基于电容微位移传感器的大载荷微动台的研制

在超精密光学工程等领域,为了满足大质量部件的超精密进给定位应用需求,设计并研制了一种大载荷的纳米定位平台。该纳米微动承载台采用双闭式气浮导轨,由压电陶瓷致动器结合柔性铰链提供驱动,通过电容微位移传感器实时监测终端承载台位移并实现闭环反馈控制,有效地克服了压电陶瓷致动器的非线性影响因素,并消除了系统由于形变或应力释放等因素产生的不确定性干扰。在传统纯柔性铰链传动机构上增设了双导轨气浮承载台,显著增强了系统的载荷能力,气浮均化效应也提高了系统进给运行的直线性,双压电推拉式驱动方式提高了系统结构刚度,电容微位移传感器取代双频激光干涉仪或电阻式位移传感器的应用,降低了系统运行尤其是测量系统对环境条件苛刻的要求,也保证了平台进给的定位精度和长期稳定性。在载荷为100 kg情况下,定位精度达±2 nm,行程大于10μm。实验结果表明,大载荷纳米微动台能够满足大质量部件的纳米级超精密定位需求。