超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性研究

针对超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称 GMA)磁滞非线性和动态特性难以精确描述的问题,以基于GMA的二自由度精密微定位平台为对象,对其进行磁滞非线性和动力学建模并仿真分析。根据Jiles-Atherton磁滞模型、磁致伸缩模型、磁滞非线性圧磁方程和驱动器的结构动力学原理,建立了组合的微定位平台磁滞非线性动态模型;通过模型计算出输出位移的大小;另外对四种数学模型进行动态特性仿真分析。研究结果表明:仿真位移曲线与实验测得输出位移曲线基本一致,验证了所建模型的正确性;且优化了系统的设计参数,对改善GMA的动态性能和稳态输出性能提供了依据。     

具有不确定参数的温度传感器的动态相对校准(英文)

存在动态偏差情况下的传感器校准,与多个传感器的相对校准类似.实现相对校准对许多控制问题都很重要,比如需要产生精确温度梯度的问题、保持均匀与稳定温度场的问题.本文以温度传感器为例,对静态(稳态)校准与动态校准从理论和实验两个角度进行了对比.动态校准的一个优势是其适用于任何测量数据,但其需要建立一个测量仪器的动态模型.尽管本文只研究了一个由三个传感器构成的简单设备,但其结果也适用于更复杂的情况.这正是因为动态校准的另一个显著优势,即其能在任何设备上进行校准,校准的一个前提是所用的动态模型与传感器具有相同的阶次.本文证明了可辨识性(可校准性)条件,并通过以迭代方式求解一个非线性加权最小二乘问题,实现了校准.对解的收敛性、一致性和渐近效率,不但给予了理论证明,且通过蒙特卡罗模拟实验进行了验证.     

基于改进型辅助变量法的压力传感器建模

针对经典压力传感器建模方法存在适应性较差、难以准确获取压力传感器动态特性的问题,提出了一种基于改进型辅助变量法的压力传感器动态建模方法。首先运用粒子群算法预估计模型参数,将预估计的参数代入差分方程构造辅助变量。然后利用输入、输出数据用辅助变量法辨识模型的参数,进行压力传感器系统仿真,在不同噪声模型及信噪比下得到系统输出,分别用提出的方法和现有方法建模,比较建模结果的差异。最后用激波管动态校准实验平台对压力传感器进行动态校准。根据输入、输出数据构造信息矩阵并对其正交分解确定模型阶次,再次用提出的方法和现有方法建模,验证仿真结果。通过压力传感器系统仿真及实验数据验证表明：在压力传感器建模中,改进型辅助变量法的辨识精度明显高于现有方法。     

开关氧传感器的动态建模方法研究

在发动机实验台上,对废气氧(EGO)传感器进行了静、动态标定实验,并研究了EGO传感器在不同温度下的动态特性。根据不同方向和不同幅值激励下的传感器响应信号,建立了动态非线性Hammerstein模型;根据传感器延迟时间与温度的关系,得到了可通过温度校正延迟的Hammerstein模型。     

基于激波管校准的冲击波压力传感器动态特性研究

为对冲击波压力传感器进行校准,研究传感器动态特性非参数模型。基于双膜激波管对传感器实施动态校准试验,获得了阶跃响应输出。仿真模拟四阶串联系统,并构造阶跃响应信号。分别使用理想阶跃分解法、低阶模型分解法和微分法得到传感器动态特性非参数模型。微分法计算精度更高且简单易行。为抑制寄生效应,采用机械结构对冲击波压力传感器进行改造。采用微分法对改造前后的典型冲击波压力传感器动态特性进行了研究。仿真结果表明,改造措施虽然可以减小机械振动与冲击和热效应,但使得冲击波压力传感器工作频带变窄,无法满足工程测试无失真条件。     

GTEM室频域校准系统及其不确定度评定

研究了脉冲电场的频域校准方法并对其不确定度进行了评定,针对脉冲电场的校准需求,以三维脉冲传感器为例,建立了一套基于GTEM室的频域校准系统,通过仿真和实验,对GTEM室产生标准电场的不确定度以及传感器和标准电场之间相互影响的不确定度进行了分析,通过不确定度合成,得出了在置信概率>95%时,校准的总不确定度为4.45%.在此基础上对三维脉冲电场进行了频域校准,校准结果表明,传感器在10 MHz~1 GHz内有着比较平坦的幅频响应.本文的研究对于分析电场传感器的频域校准有一定的参考意义.      

基于落锤动标装置的传感器准静态绝对校准方法

该文介绍落锤动标装置的工作原理及其功能，阐明了传感器准静态绝对校准的定义、方法，按照传感器的压力量程，分别设计了相关模型段的重锤－油缸组件，根据大量实验数据，建立各压力段的绝对校准模型，并且通过实验验证模型的可行性。     

超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)磁滞非线性和动态特性难以精确描述的问题,以基于GMA的二自由度精密微定位平台为对象,对其进行磁滞非线性和动力学建模并仿真分析。根据Jiles-Atherton磁滞模型、磁致伸缩模型、磁滞非线性圧磁方程和驱动器的结构动力学原理,建立了组合的微定位平台磁滞非线性动态模型;通过模型计算出输出位移的大小;另外对四种数学模型进行动态特性仿真分析。研究结果表明:仿真位移曲线与实验测得输出位移曲线基本一致,验证了所建模型的正确性;且优化了系统的设计参数,对改善GMA的动态性能和稳态输出性能提供了依据。     

电容式数字微位移传感器的研究

设计了一种基于AD7745芯片的数字式的电容微位移传感器,采用屏蔽电缆和电容保护环技术,有效降低杂散电容的影响。采用数据滤波技术对采样数据进行处理,提高了测量的准确性和重复性。实验结果表明:该电容微位移传感器的分辨力为0.01μm,全量程线性度0.05%,性能较传统电容位移传感器有较大提高。     

考虑磁滞的铁稼磁致伸缩位移传感器输出电压模型及结构设计

基于Jiles-Atherton模型、魏德曼效应和压磁效应建立了考虑磁滞影响下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算结果与实验结果基本吻合,表明所建立的输出电压模型的正确性.对传统Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的结构进行了改进,消除了由磁致伸缩材料的磁滞效应带来的位移迟滞,降低了剩磁和驱动脉冲电流对输出电压的影响,使电压信号的信噪比由14.7 dB提高至27.6 dB.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,通过实验验证了新结构能改善传感器的线性度、重复性、迟滞性和精度.基于新的传感器结构,此研究可为磁致伸缩位移传感器的优化、生产提供理论依据和实验基础.     

一种RIM型低频振动光纤加速度传感器的设计

设计了一种反射式光强调制光纤传感器（RIM—FOS），用于测量低频振动加速度信号．由于只采用一根单模光纤用于发射和接收，整体结构紧凑小巧且在一定条件和范围内使其数学模型相对简练，通过数字和线性化处理可不失真地实时输出低频振动加速度信号．此传感器具有信号失真小，对初始位移漂移不敏感的特点。     

无线无源LC谐振式位移传感技术研究

对无线无源LC谐振式位移传感技术进行了研究,运动的介质进入电容极板使电容量发生改变,进而使LC谐振频率发生改变,通过谐振频率值来推测介质进入电容极板的位移,通过制作PCB位移传感模型并对该模型进行天线无源扫频信号测试,测试结果表明LC谐振频率随着介质位移的增加而单调减小,而且在介质10 mm的位移量内,传感器谐振频率发生了17.5 MHz的变化。实验中由于电容边缘效应和电感寄生电容的影响,测试值与理论推导值有一定的偏差。     

超环面行星蜗杆传动系统的动力学建模

为研究超环面行星蜗杆传动的自由振动特性,建立了超环面行星蜗杆传动的三维动力学模型.考虑该模型中行星蜗轮个数、质量和材质等设计参数,首次将滚动体作为系统的一个部件进行建模,对动态啮合力进行了计算.该三维模型为研究设计参数对自由振动特性的影响奠定了基础.     

动态切削中振动频率和切削转速的关系

基于切削再生颤振理论，研究动态切削过程中振动信号的颤振频率与切削转速的关系，据此建立了相应的数学模型，通过实例分析，验证了该数学模型。     

一种微位移柔顺放大机构的优化设计

基于柔性梁的动刚度矩阵以及矩阵位移法建立了一种微位移柔顺放大机构的伪静态参数化模型.该模型可以对新机构进行快速化运动预测和参数化运动分析，并且可以得到位移放大率的解析模型.通过模拟退火算法优化结构的尺寸与形状得到了一种新的机构，它的放大率相比于原始构型增加了9%且固有频率为409Hz，与有限元结果对比相对误差小于2%，验证了模型的准确性.分析了在负载与输入位移共同作用下新机构的放大率变化规律以及结构关键节点处的加工误差对输出位移的影响.结果表明，模型顶点与输出端的X方向加工误差对输出位移的影响最大.     

主动约束层阻尼结构的振动控制

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼板的有限元动力学模型。结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移和速度反馈,对主动约束层阻尼板进行了闭环振动控制,研究了不同控制增益条件下,主动约束层阻尼板的动态特性。研究结果表明:采用自感电压的比例、微分反馈控制,能有效控制约束层阻尼板的振动,增大振动能量耗散,尤其对频率共振峰有明显抑制作用。由于该方法结构简单,容易实现,有很好的工程应用前景。     

双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究

对一种新型的双层预紧式六维力传感器进行了动态性能理论分析与实验研究。首先介绍了双层预紧式六维力传感器的结构特点。建立了该传感器的振动系统简化模型,基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。经过对运动微分方程进行求解,得到了传感器的各阶固有频率。最后采用阶跃响应法对传感器样机进行动态性能实验研究,经过快速傅里叶变换得到了传感器的频率响应曲线。实验结果与理论计算结果一致,从而验证了理论推导的正确性。研究结果表明,双层预紧式六维力传感器的动态性能较好,能够满足一般工业生产中对六维力测量的要求。     

一种新型两自由度高速并联机械手的弹性动力学分析

对一种新型两自由度平动并联机械手进行弹性动力学分析. 采用有限元方法建立了并联机械手的弹性动力学模型．在该模型的基础上,分析了机械手在工作空间的前四阶固有频率的分布情况;研究分析了在外力和刚体惯性力激励下机械手动平台的位置误差;给出了构件在各个时刻的最大动应力及其出现的位置．研究分析表明：系统的固有频率与其位形有关;机械手动平台的位置误差主要是由高速运动时刚体惯性力引起的;机械手各个柔性构件的动应力谱是变幅应力谱．     

满足固有频率相似的海洋平台相似模型设计

基于Bockingham的π定理,推导出海洋平台相似模型设计需要满足的条件,并分析了实现各个相似比的基本条件.分析发现,在海洋平台相似模型设计中,模型与原形的固有频率相似是最难以满足的相似条件,但它对动力相似又至关重要.作者首次引入固有频率比相对误差作为模型相似程度的衡量标准,通过分析各个参数对固有频率比相对误差的影响,最大限度地满足相似比条件,为海洋平台相似模型设计提供了实用方法.应用该方法对南海W12-1海洋采油平台进行模型设计,得到较为满意的相似模型.     

悬梁式磁流体惯性传感建模及输出可控性分析

提出在传统悬臂梁传感器结构中引入纳米功能材料磁流体,基于磁流体的磁粘可控特性,实现悬臂梁传感器的输出可控性.重点为建立其传感数学模型并进行运动分析,求得动态函数表达式,借助仿真数值方法得到传感模型中的幅值比与阻尼比、频率比的关系曲线,并对传感器可控性进行分析.结果表明,通过改变磁流体的粘度可实现传感器的输出可控性,最终实现宽量程传感测量,研究得出采用二脂基磁流体,选取激励电流为1.2A时磁流体传感量程可放大超过10倍.