用于壁板结构多模态振动主动控制的改进最小控制合成(MCS)算法

针对压电壁板结构,引入具有良好非线性控制性能的最小控制合成(minimal controller synthesis,MCS)算法来抑制其振动.鉴于标准的MCS算法在快速扰动下缺乏稳定性,为进一步提高其控制效果,构造了一种新的自适应补偿因子,形成了改进MCS算法-IMCS算法,并通过波波夫准则验证了该控制系统的稳定性.选取LQR(linear quadratic regulator)控制作为参考模型,分别施加宽频随机扰动和前2阶正弦混合脉冲激励,分析比较了IMCS算法和标准MCS算法的控制效果、自适应增益因子和跟踪误差.仿真结果表明,IMCS算法具有更快的收敛速度和更小的跟踪误差;多模态扰动实验结果表明,当存在外部非线性扰动时,IMCS算法具有更好的控制效果和鲁棒性.     

变体机翼单向变形柔性蒙皮理论与实验研究

变体飞行器要求蒙皮在变形过程中具有一定的柔性以满足在特定方向大变形的需要,同时需要具备承受气动载荷的能力。以变弯度机翼为背景,研究了采用纤维增强弹性体方法制备的具有一维单向大变形能力的0泊松比柔性蒙皮。首先依据变形体理论给出了该柔性蒙皮结构的基本假定,然后采用增量关系对蒙皮非线性力学特性进行分析,建立了基于增量关系的理论模型;并通过试验对理论模型进行验证。结果表明,采用纤维增强弹性体方法设计的蒙皮具有高度的各向异性(两方向弹性模量的差距大于10~4数量级),同时在变形量不大于40%的条件下,具有稳定的应力应变关系,大变形方向弹性模量小于0.3 MPa。研究表明,纤维增强柔性蒙皮可部分满足单向拉伸变形的需要。     

一类非线性非最小相位系统的神经网络逆控制

基于对象的逆动力学模型,提出一种RBF神经网络逆控制的在线自学习控制方案.辨识器采用RBF神经网络和最近邻聚类学习算法,实现对象逆模型的动态辨识.并引入优化策略对聚类半径进行自动调整,以保证聚类的合理性.为克服逆控制对非最小相位系统的不足,利用构造铸系统的方法,构成一种对非最小相位系统仍然有效的神经网络逆控制器.仿真实验证明该控制策略不仅能使非线性非最小相位系统具有良好的动态跟踪性能,而且具有较好的抗干扰能力.     

微波烧结法制备Fe2O3掺杂0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷及性能

 微波烧结是一种新型、高效的陶瓷烧结工艺,具有升温速度快、节能省时、改善微观结构以及降低烧结温度等特点.本文采用微波烧结工艺制备了Fe₂O₃掺杂的0.55Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-0.45Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃(简写为0.55PNN-0.45PZT)压电陶瓷,烧结温度为1200℃、保温时间为2h.利用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、阻抗分析仪及铁电分析仪等测试表征方法,研究了Fe₂O₃掺杂对陶瓷的结构、介电以及压电性能的影响.结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,随着Fe₂O₃掺杂量的增加,压电和介电性能呈先增加后减小趋势.当Fe₂O₃掺杂量为0.8%(质量分数)时,陶瓷达到最优电学性能：压电常数(d₃₃)、平面机电耦合系数(k_p)、相对介电常数(ε_r)和介电损耗(tanδ)分别为d₃₃=520pC/N,k_p=0.51,ε_r=4768,tanδ=0.026.     

基于柔顺机构的风力机叶片变弯度前缘结构设计

为实现风力发电机叶片的自适应变形及结构轻量化,叶片前缘采用柔顺机构设计。以实际位移与目标位移差值及最大应力为约束,以材料用量最小为目标,采用变密度法对柔顺机构进行拓扑优化设计。以双程形状记忆合金丝作为驱动器驱动前缘柔顺机构自适应变形。研究结果验证了柔顺机构及拓扑优化结果的可靠性,为大型风力发电机叶片柔顺机构的设计提供了借鉴;同时也验证了双程形状记忆合金丝作为智能驱动器具有工程发展应用的前景。     

负电容在主-被动混合压电振动控制中的应用

针对压电被动振动方法中分支电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高输入功率的问题,提出了一种基于负电容压电分支电路和小波变换自适应算法的振动主-被动混合控制策略.文中阐述了这种主-被动混合振动控制方法的原理,分析了被动控制效果、主动控制电压与负电容参数的关系.仿真和实验结果表明,这种主-被动混合振动控制方法能够有效抑制结构振动,其控制效果优于单独的主动控制或被动控制.     

微波烧结法制备Fe2O3掺杂0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷及性能

微波烧结是一种新型、高效的陶瓷烧结工艺,具有升温速度快、节能省时、改善微观结构、降低烧结温度等特点。本文采用微波烧结工艺制备了Fe2O3掺杂的0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(简写为0.55PNN-0.45PZT)压电陶瓷,烧结温度为1200℃、保温时间为2h。利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、阻抗分析仪及铁电分析仪等测试表征方法,研究了Fe2O3掺杂对陶瓷的结构、介电以及压电性能的影响。结果表明,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,随着Fe2O3掺杂量的增加,压电和介电性能呈先增加后减小趋势。当Fe2O3掺杂量为0.8%(质量分数)时,陶瓷达到最优电学性能:压电常数d33、平面机电耦合系数kp、相对介电常数εr和介电损耗tanδ分别为d33=520pC/N,kp=0.51,εr=4768,tanδ=0.026。     

机械式超低频振动台设计与振动特性研究

为获得一种结构简单、运行稳定且成本低的超低频振动装置,采用机械运动机构中常见的曲柄连杆机构设计了一种机械式超低频振动台,对其结构设计和振动特性进行了详细的说明和理论分析。采用激光多普勒测振仪对实际振动台装置的振动特性进行了测试和验证。结果表明:振动台的实际振动特性符合理论计算结果,振动加速度幅值与振动频率的平方成线性关系且存在二倍频分量。但在工程应用中,本振动台装置可通过调节相关参数如连杆比来降低二倍频的影响程度,进而认为其能够提供3 Hz以内的振动激励源,最终通过典型应用实例验证了机械式超低频振动台的实用性。     

基于IAI机械臂的高频电磁涡流检测系统集成研究

主要介绍一种基于复合材料结构的高频电磁涡流检测系统集成方法,将实验室自行研制的高频电磁涡流检测电路和日本IAI公司推出的三轴机械臂运动平台通过LabVIEW(Laborary Virtual Instrument Engineering Workbench)开发的上位机软件,有效地集成在一起。上位机与硬件平台通过串口进行数据、命令通信,控制实现了运动平台的精确运动,线圈激励信号的产生,感应线圈的信号采集以及采集数据的实时成像等功能。经实验验证,该系统运行稳定,性能良好。另外,重点研究了IAI公司X-SEL控制器与上位机的通信协议,为今后此类设备的改装、升级提供了相关指导。     

多裂纹相互作用下断裂行为的边界元分析

基于边界元法,数值计算含多裂纹有限板在拉伸载荷下的断裂参数。利用裂纹面边界单元节点的张开位移,并结合线性拟合外推的方法计算应力强度因子。综合考虑计算精度和计算效率,讨论并选定合适的边界单元划分密度和类型。按照最大周向应力准则,通过断裂参数等效应力强度因子和扩展方向,分析裂纹I和II型复合断裂行为。裂纹间的相互作用会抑制或增强断裂行为,通过多个算例考查多裂纹的角度、长度、分布位置和间距等因素对抑制和增强作用的影响。