共振式压电驱动器分析及实验研究

推导了压电陶瓷等效刚度和驱动力的表达式.考虑胶层及预压弹簧的影响,将压电陶瓷简化为等效驱动力作用下的弹簧,设计了共振式压电驱动器.建立了共振式电驱动器的动力学模型,并进行了共振式压电驱动器原理性实验验证.实验与理论分析结果误差在10％以内,结果表明等效弹簧模型在低频范围内能够较为准确地模拟压电陶瓷的动力学特性.共振式压电驱动器可以显著放大压电陶瓷的位移,克服压电陶瓷输出位移小的缺点,有较为广阔的用途.     

Robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control for discrete-time systems with quadratic D stabilizability

The problem of robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control with quadratic D stabilizability against actuator failures is investigated for a class of discrete-time systems with value-bounded uncertainties existing in both the state and control input matrices. Based on a more practical and general model of actuator continuous gain failures, taking the transient property, robust behaviour on H∞ performance and quadratic cost performance requirements into consideration, sufficient conditions for the existence of satisfactory fault-tolerant controller are given and the effective design steps with constraints of multiple performance indices are provided. Meanwhile, the consistency of the regional pole index, H∞ norm-bound constraint and cost performance indices is set up for fault-tolerant control. A simulation example shows the effectiveness of the proposed method.     

基于弹簧系统的飞机结构扣重技术

飞机强度验证试验中,为保证集中大质量结构扣重的准确性,提高卸压安全性,基于弹簧系统提出了一种新的飞机结构扣重技术。解决了作动器扣重方式卸压后扣重载荷消失以及反配重扣重方式摩擦力使扣重量值不够准确两项技术难点问题。通过验证试验对该扣重装置进行测试,结果表明:弹簧刚度数据与设计预期吻合良好;试验状态,载荷施加正常;卸压时刻,试验载荷和扣重载荷转换平稳;停机状态,扣重载荷施加准确。成功应用于某型飞机疲劳试验发动机假件扣重,实现了飞机集中大质量结构试验状态和停机状态的准确扣重,同时降低了卸压瞬间载荷冲击。     

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。     

基于最小二乘偏差补偿法的舵机模型参数辨识

舵机作为无人旋翼机一个重要的执行机构,控制着旋翼机飞行姿态与轨迹的改变,为建立舵机的数学模型,提出了基于最小二乘偏差补偿法辨识伺服舵机的模型参数。在研究了伺服舵机的结构与工作原理的基础上,首先建立舵机各组件模型,综合得到舵机的系统模型;然后采用最小二乘偏差补偿法辨识模型参数。实验仿真验证了该方法具有较高辨识精度与有效性。     

一类不确定执行器非线性系统的自适应控制

针对一类带不确定执行器非线性的控制系统,提出了一种自适应神经网络控制方法。建立了包括死区、齿隙和“类齿隙”磁滞特征的非线性执行器模型。通过结合所建立的模型和Nussbaum增益技术,解决了当执行器非线性不确定时的控制问题。所设计的方案不需知道非线性特征参数边界,并且当非线性特征为死区时,其坡度可以为时变的。引入了自适应补偿项消除建模误差和干扰的影响。仿真结果验证了该方法的有效性。     

超磁致伸缩微位移致动器的理论分析与设计

科学技术的快速发展使得机电设备越来越趋于微型化,为了在体积不足1cm^3的空间里达到精确测量,超磁致伸缩材料成为当下研究的热点。本文以J-A模型和磁-机效应法为依据,建立超磁致伸缩的磁机耦合模型,设计了以圆弧形超磁致伸缩薄片为核心部件的微型位移致动器。利用COMSOL Multiphysics仿真软件分析了当给予线圈电流密度为10^6A/m^2的驱动电流时,不同厚度的超磁致伸缩薄片模型,得到相应的应力张量图和磁致伸缩曲线。文中展示0.35mm厚度的铁镓合金辅以1mm厚度硅基底的致动器模型,并获得了较为理想的0.8μm输出位移量。将仿真与实验结果进行对比,证明了理论模型的准确性以及执行器结构的可行性。该微位移执行器具有体积小、响应快、精度高、便于集成等优点,在振动控制、微定位、机器人等领域有着广阔的应用前景。     

多级双极性等离子体激励器加速气流的实验研究

等离子体激励器是一种新型的流动控制手段,通过其产生的等离子体加速气流,从而实现对流动的控制．然而,单一等离子体激励器因其加速气流的效果受到自身流向长度的限制,其应用范围通常被局限在小尺度的物体上．目前采用的解决方法是将多个传统等离子体激励器并联成一组,形成多级激励器,然而前后电极的相互干扰大大降低了这种多级激励器的工作效率．本文提出了一种新型等离子体激励器的串联方案,也就是将多级激励器中前一级的下电极都与后一级的上电极相连,形成一种新型多级双极性等离子体激励器．粒子示踪测速系统（PIV）对该激励器加速气流的实验结果表明,这种新型多级激励器能够消除前后电极之间的相互干扰,大大提高多级等离子体激励器加速气流的效率．     

基于压电陶瓷的惯性驱动器控制技术研究

由于压电陶瓷迟滞效应和摩擦力非线性等因素影响,压电惯性驱动器开环控制存在着一定的误差,定位精度较低。为了提高压电惯性驱动器的定位精度,满足高精度控制的需要,提出了基于前馈补偿的模糊PID反馈混合控制器。设计了开环、前馈开环、模糊PID闭环反馈三种控制方式,对压电惯性驱动器定位精度的控制效果进行了相关的试验测试。试验表明,基于前馈补偿的模糊PID闭环反馈控制有效提高了压电惯性驱动器的定位精度,减小了稳态误差,在16μm的运动范围内,定位精度达到0.04μm。     

非线性系统执行器死区故障的鲁棒自适应控制

针对一类具有不对称执行器死区故障的不确定非线性系统,基于反推滑模控制原理提出了一种神经网络鲁棒自适应控制方案。通过简化死区故障模型,取消了模型倾斜度相等和边界对称条件,结合动态面控制避免了传统反推设计方法存在的计算复杂性问题。所提控制方案取消了控制方向已知的条件,消除了执行器死区故障的影响,使得系统输出趋于给定参考轨迹的一个小领域。仿真结果验证了该方法的有效性。