低频楼梯压电发电装置的数学模型和实验

 为收集和利用密集人群对楼梯的踩踏能量,设计了一种基于低频的新型楼梯压电发电装置,基于RLC 等效内阻建立了该装置的发电电路和数学模型;利用搭建的振动实验平台,对等效电路和数学模型进行实验验证。结果表明,在低频条件下,激励位移越大,频率越小,该压电发电装置输出的电能越大;压电发电单元的实验输出电压为电路中等效电阻Z₂的电压,利用数学模型计算得到的理想电压源电压是实验空载电压的2.64~2.88 倍;通过对实验数据的分析计算,得到了与理论计算电压变化规律相一致的实验电压源电压,两者最大误差为7.1%,验证了该压电发电单元等效发电电路和数学模型的正确性。     

两轮机器人行走机构的建模与实验

研究两轮机器人行走机构的系统组成及数学模型的建立,并进行了仿真和样机实验.行走机构由机械行走装置、姿态监测传感器和控制器组成,左右车轮由2个直流伺服电动机分别驱动,姿态监测使用陀螺仪和倾角传感器.在建立系统结构模型的基础上,利用Lagrange方法建立系统的动力学方程.根据线性系统理论,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器,通过仿真验证了系统的稳定性.采用样机进行实际行走控制实验,验证了系统建模和控制器设计的合理性和有效性.     

基于电力测功和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台设计

 高速数控机床的工作性能首先取决于高速主轴的性能。设计了一种基于电力测功加载系统和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台,它能够完成转速为18000r/min以上的电主轴可靠性试验;实现高速电主轴的性能指标测试,如电主轴温升控制,主轴的径向跳动和轴向窜动等的测试;采用电力测功加载系统及压电陶瓷加载系统模拟主轴受力状况(包括径向力、轴向力与扭矩),实现电主轴的动态加载实验与测试;检测试验过程中的各种故障,记录试验过程中试验信息,并可进行查询,通过采集的参数数据进行可靠性分析,为提高电主轴的可靠性提供了定量数值评估平台。     

基于实时小波的光纤陀螺阈值滤波

 为补偿姿态测量系统中光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope,FOG)的误差,根据光纤陀螺的静、动态误差在时频域上的分布,介绍了小波滤波的一般理论和方法,分析并比较了阈值和阈值函数的选取;采用数据滑动窗的方法实现了递推运算和实时的数据更新,对窗内数据进行周期对称延拓解决滤波信号的边界问题。仿真实验验证了实时小波阈值滤波在光纤陀螺信号处理中的可行性,得出了不同小波基函数的选取对滤波效果的影响,并验证了采用软硬阈值结合方法实时滤波的优越性,该实时滤波方法不仅提高了陀螺输出的稳定性和使用精度,且对光纤陀螺信号处理具有参考价值。     

陀螺振荡误差对方位对准的影响

通过对实验数据的研究发现,光纤陀螺仪测量的角速率中存在一部分低频振荡误差,此种误差会影响惯性导航系统初始对准的稳定性。为了抑制陀螺振荡误差所产生的影响,从频域角度对罗经法对准系统的频率特性进行了研究,分析了不同频率的陀螺振荡性误差对方位对准的影响形式。最终提出了抑制陀螺低频振荡误差的罗经法对准参数设计方案。经过理论分析以及半实物仿真,结果表明,按此种方法设计出的系统能够有效地抑制陀螺振荡性误差对方位对准所产生的影响。     

惯性平台测漂方案的研究

陀螺仪的漂移是空间稳定惯性导航系统的主要误差源,对漂移模型系数的准确辨识是保证系统实现长时间、高精度自主导航的关键.给出了一种利用三轴高精度伺服转台提供多个测试位置,使惯性平台工作在相应位置下,并处于惯性稳定状态的静态6位置测漂方案.三轴转台的使用提高了多位置测量时,平台测漂位置的精确度.建立了包含陀螺仪漂移、地球自转、安装误差角等因素在内的平台漂移数学模型.对平台漂移误差参数的辨识方法进行了阶段性分析,取加速度计和欧拉角的输出作为观测量,建立了平台漂移误差模型的状态方程和输出方程.从理论上分析了影响陀螺安装误差角辨识精度的主要因素,提出了转台相对地面存在角速率条件下的辨识方案改进的思路.     

BNT-BKT-BiCrO3压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了一种新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0·5Na0·5TiO3-xBi0·5K0·5TiO3-yBiCrO3(简写为BNT-BKT-BC-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度的变化规律.结果表明:除x=0·18、y=0·025的组成析出第2相外,其他组成陶瓷均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分范围为x=0·18~0·21,y=0~0·02.在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=168pC·N-1,kp=0·326.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系确定的退极化温度基本相同,陶瓷的退极化温度随BC含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

An in-pipe micro robot actuated by piezoelectric bimorphs

A novel in-pipe micro robot providing stable and accurate locomotion inside a tubular structure with diameters ranging from 16 mm to 18 mm is presented in this paper. Driven by impulsive voltages, deflections of the piezoelectric bimorphs are generated and then converted into translational locomotion by the principle of the Impact Drive Mechanism （IDM）. Theoretical analysis of the proposed system is performed based on a simplified mechanical model. Then dynamic simulations of the dynamic behavior are performed. Finally, an experiment is conducted to investigate the moving ability of this device. The results demonstrate that a maximum translational velocity of 3.5 mm/s can be obtained under an im- pulsive driving voltage with peak value at 50 V and frequency of 1100 Hz. Both theoretical analysis and experimental trials prove that the principle of IDM actuated by piezoelectric bimorphs is feasible and robust for achieving accurate locomotion of the micro robot in pipes with diameters of less than 20 mm.     

光纤激光陀螺的实验研究

分析了光纤激光陀螺系统的工作原理和基本构成,采用单向泵浦光纤复合谐振腔结构的光学系统设计方案,通过调整光学系统结构参数,实现了窄线宽单模激光输出. 在此基础上实现双向功率匹配,并最终获得稳定的角速率旋转电压信号. 结果表明,该实验装置具有可行性,通过转台实验测得光纤激光陀螺的灵敏度为0.02°/s.     

无铅Bi0．5（Na0．90-xKxLi0．10）0．5TiO3-NaNbO3压电陶瓷的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5（Na0.90-xKxLi0.10）0.5TiO3-NaNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能．研究结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,NaNbO3的引入使Bi0．5（Na0．90-xKxLi0.10）0.5TiO3体系的相界发生了移动;随着钾含量的增加,NaNbO3对体系性能的影响越明显．在室温下,该体系表现出较好的压电与铁电性能：压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到174pC／N和29．6％,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度达到33．4μC／cm^2．