电磁式自动平衡执行器混合励磁结构参数优化

针对电磁式自动平衡执行器永磁/电磁混合磁路和结构优化困难、执行器运行平稳性差的复杂问题,采用永磁/电磁相结合的混合励磁结构参数优化方法,探究结构参数对自锁力矩和驱动力矩的影响规律;考虑不同尺寸执行器的结构差异性,提出宽比和厚比两个无量纲参数,利用混合励磁仿真优化永磁体、励磁环结构尺寸,大大提高了自锁及驱动稳定性。基于混合励磁结构参数优化结果搭建了一套自动平衡执行器,试验验证了永磁自锁和电磁驱动仿真结果：自锁力矩测试和仿真结果的误差不高于13.7%,电磁驱动配重盘实现了整圈步进。研究工作为电磁式自动平衡执行器的磁路优化设计提供了技术支撑。     

自动平衡补偿矢量精稳测算方法研究

自动平衡系统中配重块定位的准确性直接影响动平衡效果，如果定位不准确将导致配重块移动混乱，甚至造成平衡失败。以电磁式双配重平衡系统为研究对象，提出一种基于可编程逻辑控制器（PLC）高速采集的自动平衡配重块位置精稳测算方法，并在螺旋桨自动平衡试验台进行试验验证，实现了自动配平补偿矢量的精稳测算，结果表明在1 200 r/min的工作转速下误差不超过1步。该方法脱离了对计算机和高速数采设备的依赖，提高了控制系统的稳定性和灵活性，有利于实现自动平衡系统的轻量化设计，具有良好的工业应用价值。     

基于高速深沟球轴承支撑的平衡盘优化设计

为了解决配重块在高速旋转中产生的离心力造成平衡盘形变,严重时破坏平衡盘的稳定自锁状态、使配重块位置滑动或平衡盘卡死无法转动的问题,利用ANSYS建立了带深沟球轴承的平衡盘三维模型。在保证平衡盘平衡能力不变的前提下,分析了不同配重块形状、不同转速、不同轴承材料以及两配重块不同平衡能力对平衡盘变形的影响。仿真结果表明:通过优化设计配重块形状、改用陶瓷轴承支撑以及两配重块设计成相同平衡能力的方法,能够有效降低平衡盘的径向以及轴向变形,提高平衡盘的允许工作转速及稳定性能。     

磁力配重型在线自动平衡头的作动原理研究

从转子在线自动动平衡的基本原理入手,提出了自动平衡头的质量块运动方案。基于电磁-永磁混合驱动思想,设计了以环形通电线圈和稀土永磁材料为激励的平衡头磁路结构。介绍了平衡头作动过程,基于此给出了阶跃型驱动电压波形。针对170MD12Y16高速磨削电主轴,设计了平衡头具体结构,通过有限元电磁场仿真,确定了合适的线圈安匝数和磁阻调整环厚度;通过驱动试验,验证了仿真结果的正确性并确定了合适的电压及其持续时间。研究结果表明,当安匝数为1kA、磁阻调整环厚度为0.2mm、驱动电压为12.4V且占与空时间均为120ms时,平衡头运转平稳。     

双配重平衡头无错调控制算法研究

分析了现有的电机驱动型双配重平衡头造成错调、振荡、平衡时间长等问题的原因,提出了解决方法并将其应用到新设计的电磁驱动型双配重平衡头中。通过对双配重平衡头系统的分析,提出了配重块最优移动的准则及其判断原则。针对配重块的任意占位方式,总结出双配重平衡头无错调控制算法,并进行仿真试验验证。结果表明,该移动策略能有效地提高自动平衡品质,达到无错调、不振荡、平衡时间短的目的。     

转子自适应主动平衡算法及电磁平衡头单盘平衡试验

为了实现转子不停机平衡,研究了一种自适应主动平衡算法。基于单平面影响系数平衡方程,通过引入增益因子提高平衡迭代过程稳定性,并引入遗忘因子实现影响系数在线估计,构建了单平面在线自适应平衡算法的数学模型。为验证所提出的平衡算法的有效性,设计了一种含有永磁体的电磁圆环形主动平衡头,通过线圈电磁场与永磁体间的磁力作用驱动配重盘步进转动,依靠磁阻最小原理自锁。针对所设计的电磁平衡头,提出了一种单盘转动平衡策略,对平衡补偿量相位进行了校正。开展了不同不平衡量和转速下电主轴主动平衡试验,获得了平衡过程的时域波形、振幅下降率、平衡步数和配重盘终位置。试验结果表明:不平衡量为24.59g·cm∠180°时振幅降低42.65%,不平衡量为24.59g·cm∠285°时振幅降低37.8%;转速为2 400r·min~(-1)时振幅降低40%,转速为3 000r·min~(-1)时振幅降低60%。研究结果证明了所提出的平衡算法和装置是可行、有效的。     

采动区框架结构主动抗变形支座及其力学性能研究

研究了一种主动抗变形支座装置,是对采动区建筑物进行主动保护的措施。该支座装置安装在框架柱脚和基础之间,能够自动响应地表不均匀沉降。通过装置自动伸长来调节框架结构柱间沉降差,使框架结构均匀沉降,可以从根本上消除地表不均匀沉降对上部结构的破坏作用。针对抗变形支座装置的作用机理,对支座装置自动伸长的敏感性和装置伸长之后的自锁性能等力学性能进行了试验研究。结果表明:支座装置受0.02kN拉力作用时就可以自动伸长,抗变形支座装置受拉敏感性良好,能够自动响应地表变形;试验采用的缩比支座装置自锁后的承载力能够达到80kN,自锁性能良好,完全符合设计要求。     

永磁爪极步进电动机运行特性及其控制

由于永磁爪极步进电动机特殊的爪极结构,磁场分布情况较为复杂,在理论分析和设计制造上与一般步进电动机不同。根据永磁爪极步进电动机的特殊结构,讨论了电机的矩角５特性、牵入性与牵出特性,并对样机的最大转矩和空载起动频率进行了样算,最后对永磁爪极步进电动机的驱动控制系统进行了分析。实验结果与理论分析吻合。     

超重力机主动平衡实验台的研制

转子质量不平衡而造成的工频振动是影响超重力机长周期运行的关键问题。为解决转子的振动问题保证机器的长周期运行,提出了利用电磁式主动平衡技术在线控制转子振动的方法。在确定了平衡平面的安装位置并计算了转子平衡所需的校正量的基础上,研制了超重力机主动平衡实验台。阐述了电磁式主动平衡系统的结构以及配重盘的驱动、自锁原理。对不平衡量为的外加载荷进行了主动平衡的实验验证。结果表明,主动平衡实验台设计是合理的,电磁式主动平衡系统可以有效的降低转子振动,为今后深入的电磁式主动平衡技术的实验研究提供保证。     

自动平衡角度控制系统的设计

介绍了自动平衡实验系统的设计,该系统由加速度传感器、ATmega16单片机、步进电机和平衡支架组成.单片机系统实现了对传感器的数据采集、步进电机的控制和上位机的串口通信.通过上位机(Lab-VIEW)与单片机串口通信,能够实现步进电机的“自动水平”和“既定角度转动”两种功能.     

电磁式柔性直线驱动器概念设计与参数优化

设计了一种结构紧凑可实现力位解耦控制的电磁式柔性直线驱动器.该柔性驱动器主要由变刚度装置和位置调节装置两部分组成,其中变刚度装置采用双线圈-永磁铁对称布置结构,通过动态改变线圈中输入电流的大小调节电磁力,从而实现变刚度输出.建立了通电线圈周边磁场的数学模型,并采用等效磁荷法推导出永磁铁在通电线圈磁场中所受电磁力的显示表达式.在此基础上,分析了设计参数对电磁力的影响规律,完成了变刚度装置的参数优化设计.通过虚拟仿真分析了变刚度装置的力-位移和力-电流特性,并将实验结果与理论结果进行对比,验证了变刚度装置力-位移和力-电流特性的准确性和有效性.结果表明,所设计的柔性直线驱动器能够实现变刚度控制.     

空间连杆机构摆动力与摆动力矩的近似平衡

提出了通过在连架构件上附加质量配重实现空间连杆机构摆动力与摆动力矩近似平衡的方法.质量配重参数可通过依次求解空间机构摆动力近似平衡方程组、摆动力矩近似平衡方程组得到,并着重讨论空间机构摆动力矩近似平衡方程组的建立与求解.首先建立了空间连杆机构摆动力矩近似平衡方程组并将之转化为超确定线性方程组,进而利用广义逆矩阵导出了其求解公式.     

互补滤波技术在自平衡机器人中的应用

首先在理论上建立了自平衡机器人的动力学模型。基于PD控制算法,开发保持自平衡机器人直立的控制算法,并设计相应的控制器。利用模拟量输出的陀螺仪ENC03和加速度计MMA7361两个传感器分别测量角速度和角加速度,再采用互补滤波技术实时获得自平衡机器人的角度。在实验部分,自平衡机器人的机械结构使用普通小功率直流电机,驱动芯片使用BTS7960大电流半桥芯片,以ColdFrie MCF52255芯片作为控制器,采用蓝牙模块进行数据传输。将编写好的程序烧写到32位飞思卡尔单片机中,实现对自平衡机器人的控制,通过实时采集数据验证所开发的程序和算法的合理性。实验结果验证了所设计自平衡机器人的机械结构与硬件电路的合理性。     

推靠式旋转导向系统推靠机构设计及实验验证

为了研制推靠式旋转导向系统,设计了一种推靠机构。推靠机构带有独立的液压控制系统,通过控制电机和柱塞泵的旋转以及电磁阀的开关实现翼肋的伸出、收缩及自锁。详述了推靠机构的结构以及液压控制系统原理,介绍了翼肋伸缩的控制过程,推导了翼肋行程及推靠力的计算方法。并根据推靠机构的设计,研制了实验装置,对推靠机构、液压控制原理、翼肋伸缩和翼肋伸出后的自锁功能、翼肋的行程和推靠力等进行了验证。实验表明翼肋的最大行程约为26 mm,最大推靠力约为3. 5 t,翼肋伸出后可以自锁。     

自激脉冲空化射流装置的冲蚀效果

运用正交实验方法,研究了自激脉冲空化水射流喷嘴装置的结构参数(腔室直径和下游喷嘴长度)对冲蚀效果的影响。在此基础上作者选用较优参数组合的自激喷嘴装置与传统用13°锥角喷嘴进行了对比冲蚀实验,研究了自激脉冲空化水射流的体积冲蚀速度随靶距和泵压的变化规律。     

汽车窗升降器自锁条件及结构参数设计研究

从密圈弹簧的本构关系分析车窗升降器的开启与自锁特征，揭示了自锁条件下结构参数设计规律，并用实例验证研究结论。     

凹陷状胶体粒子的自组装

凹陷状胶体粒子的自组装具有独特的方向性和形状识别性,是最近几年自组装研究的热点问题之一.由于缺乏合适的实验模型系统,至今为止,大部分研究都是以计算机模拟为主.为了从实验上研究凹陷状胶体粒子的自组装现象,本文首次采用分散聚合的方法,设计并成功合成了两种单分散性的、具有不同数目凹陷的胶体粒子:单凹陷粒子和多凹陷粒子.通过扫描电镜和光学显微镜对合成的凹陷粒子的形貌、大小进行分析,结果表明所得到的凹陷粒子为大小均一的微米级胶体粒子,表面光滑,在水溶液中能稳定分散,适合利用光学显微镜直观研究胶体凹陷粒子自组装.本文考察了单凹陷胶体粒子的方向性聚集组装和多凹陷粒子的特定识别性自组装现象.我们研究发现,在交变电场中,单凹陷粒子倾向于侧向移动,容易定向自组装成线性结构,使得该粒子在模拟碗状粒子凝聚态物理结构方面具有潜在的应用.另外,本文以多凹陷胶体粒子为"锁",聚苯乙烯圆球为"钥匙",研究了多凹陷粒子与圆球粒子的"锁-钥"自组装现象,展现了圆球粒子与凹陷粒子之间丰富的"锁-钥"自组装可能性,并初步探讨了其形成机制.     

水力步进缸系统动态保持特性研究

水力步进缸系统是以流体动压为动力的反应堆新型控制棒驱动装置。本文将整个水力步进缸系统纳入分析,提出了系统的非恒定流模型,并用这种模型对水力步进缸系统的动态保持特性进行了理论研究和实验验证,理论研究结果与实验结果较好的吻合,验证了计算模型建立的合理性,本文从理论上论证了水力步进缸系统在保持态具有“水力自锁”特性,计算出了系统的固有频率。     

直驱式电液伺服阀用线性力马达耐高温优化设计

线性力马达研究在高温下永磁铁存在退磁、线圈散热能力下降导致许用电流降低等问题,对材料选择和结构优化设计提出了挑战.文中从线圈参数、气隙结构、永磁材料等方面对6通径DDV阀用线性力马达进行优化设计.利用Ansoft Maxwell软件建立线性力马达有限元仿真模型,针对线圈结构参数,重点研究安匝数的优化选择;针对气隙结构参数,研究气隙宽度、高度等因素对马达力性能的影响;对耐高温永磁体的材料进行优化选择.仿真与实验结果表明:优化后的线性力马达耐高温能力和输出力显著提高,工作油温最高可达200℃,驱动力在100N以上.      

永磁磁力轴承的悬浮力的计算方法分析

阐述了虚功原理的有限元计算方法，采用虚功原理法对轴向永磁磁力轴承进行了悬浮力的分析和计算，并就该类轴承的两磁环之间的气隙和结构参数对轴承性能的影响进行了研究。计算结果表明，对轴向永磁磁力轴承，两磁环之间的气隙和结构参数对悬浮力有明显的影响，它为永磁磁力轴承的设计优化提供了理论依据。