基于OODA的能量采集型无线传感器及执行器网络系统应用

无线传感器/执行器网络因为其感知能力与执行能力相结合的特点,非常适合精准农业应用.太阳能具有方便采集、清洁、可再生等特性,是践行精准农业绿色可持续发展,减少资源消耗和保护生态的重要手段.基于观察(Observe)、定位(Orient)、决策(Decide)、执行(Act)的OODA循环模型,将能量采集技术与无线传感器/执行器网络技术有效结合,研究适合无线传感器/执行器网络系统的OODA循环模型.在此基础上,提出一种能量采集型精准农业无线传感器/执行器网络系统框架,分析其组成结构、工作模式,并给出部分软硬件的参考设计及设备选型.由于能量采集机制和精准农业应用的独特性,提出了部分需要研究的关键技术,为下一步研究工作指明了方向.     

折叠翼飞行器机翼折叠过程的颤振仿真分析

折叠翼是一种很有前景的变体飞行器设计方案.在折叠过程中,相当于飞机具有多个不同的机翼构型,所以其颤振特性将会发生剧烈的变化.为了提高求解效率,提出用准静态方法代替实时模拟方法来模拟折叠过程,并对折叠翼飞机进行了颤振特性的变参分析.得出了以下两个结论:1)当折叠角进入变体折叠的中间阶段时,机翼的颤振速压降低较大.2)折叠作动器的刚度会明显影响机翼的颤振速压.     

永磁接触器操动机构多目标动态优化设计

针对圆柱形单稳态永磁接触器操动机构的多目标动态优化设计问题进行了研究.首先给出了操动机构的模型和工作原理,以及各个部件电磁设计方法,获得操动机构的初步设计方案.在此基础上,建立了以体积、平均合闸时间和撞击能量为多目标的最优化模型,运用自适应模拟退火算法进行多目标动态优化设计,提高其静动态综合特性.以75 A永磁接触器操动机构为具体优化对象,比较了优化前后的尺寸和优化目标,综合指标优化率为19.0%.不同气隙下的静态力特性计算与实测结果最大相对误差为7.4%,不同合闸相角时的动态特性仿真曲线均与相应实验结果吻合很好,验证了多目标优化设计模型和方法的有效性与正确性.     

基于升力面混合模型的水平轴风力机性能研究

提出了叶素方法（BEM）与升力面法相结合的一种新型混合模型．将叶片用一平面代替,并在叶片平面上采用压力跳跃边界条件,混合模型将CFD解算器与叶素方法（BEM）联合起来进行迭代求解,首先采用BEM模块根据入流条件和叶片各段面翼型的气动参数确定叶片上的不连续分布压力,然后采用CFD模型根据压力分布计算叶片上的力和转轮的流场尾迹结构等流场参数,CFD计算得到的流场参数再应用到BEM模块进行计算．每次迭代得到的流场参数与上次得到的值进行比较,残差达到要求则迭代过程结束．将该混合模型用于求解NREL第6期风力机出力性能,并与试验结果对比,得到了满意的效果．     

利用数字图像处理技术实现音圈电机运动检测

为了精确分析音圈电机的运动(特性)规律,运用IMPERX公司生产的高速相机,采用非接触式测量的方法;运用数字图像处理技术,在MATLAB平台上通过追踪特征点的运动轨迹,实现音圈电机运动的精确测量,并分析其运动特性.实验结果表明,音圈电机直线运动特性较好,视频运动分析可行.     

电致动聚合物致动器的动态响应研究

采用电场型电致动聚合物--介电弹性体(DE)制作了一种圆形致动器,在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了电压波形、幅值和频率的位移响应情况.实验结果表明,当幅值和频率相同、波形不同时,DE薄膜的驱动位移相差较大,在方波、正弦波和三角波电压下,其驱动位移依次减小.随着频率的增高,驱动位移的递减速度依次增大.当电压波形相同时,位移随电压幅值的增加而增大,随频率的增高而减小,均呈非线性关系,并且直流脉动电压比交流电压的驱动过程稳定.对比双向预拉伸2×2、3×3、4×4倍的DE致动器电致动实验结果可知,预拉伸4×4倍的DE致动器所需的驱动电场强度比预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器所需的驱动电场强度高,从变形过程的稳定性、响应速度以及稳定变形条件下DE致动器所能承受的频率来看,预拉伸4×4倍的DE致动器优于预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器.     

具有输入量化的信息物理系统的安全控制

针对执行器攻击、量化编码器/解码器参数不匹配和外部干扰的信息物理系统(cyber-physical systems, CPS),设计一种新型的鲁棒自适应控制器确保其安全稳定运行。基于Lyapunov稳定理论推导出使信息物理系统具有鲁棒H2性能的充分条件,控制器的非线性结构包含两部分：一部分为干扰和量化补偿器,用于消除外部干扰和量化误差的影响,另一部分为基于隐蔽式假数据攻击上界信息的攻击补偿器,用于抑制异常检测器检测不到、未触发警报的攻击。最后,仿真算例结果表明控制器能保证闭环系统稳定并且具有较好的系统性能,说明了方法的有效性。     

超磁致伸缩驱动器理论分析及实验研究

针对超磁致伸缩位移驱动器(Terfeno1-D棒6mm×80mm)进行了实验研究,主要考虑输入电流、预压力、温度与位移输出特性之间的变化关系。通过己有设备构建实验平台,在不同的条件下对驱动器输出特性进行实验,实验结果与理论分析一致,揭示了输入与输出的特性,为驱动器的优化奠定了基础。     

气动人工肌肉位置控制策略

针对气动人工肌肉位置控制系统,提出了两层滑模的变结构鲁棒控制策略,控制器的推导基于李亚普诺夫稳定性理论.实验表明所设计的气动人工肌肉位置控制系统稳态控制精度可达到±0.2 mm,在负载质量和气源压力改变的情况下,稳态位置控制精度仍可达到±0.3 mm,实验结果证明了所提出方法的有效性和系统的鲁棒性.该研究为气动人工肌肉获得广泛的应用提供了理论依据.     

满足圆形极点、方差指标与H∞性能约束的满意容错控制

对一类具有范数有界不确定性的线性连续系统,研究了当执行器发生故障时的静态输出反馈满意容错控制问题。在更实际、更一般的执行器连续增益故障模型下,所设计的控制器确保闭环系统同时满足期望的区域极点指标、稳态方差指标和H∞范数指标约束。同时分析了容错控制中三类期望指标的相容性,并给出了静态输出反馈满意容错控制器存在的充分条件和设计方法。仿真算例验证了方法的有效性,并且通过与不考虑故障的系统比较,进一步说明对系统进行满意容错控制的必要性。