基于压电致动器的有限元分析

由于压电智能结构装置变得越来越复杂化和多样化，给智能结构的设计和优化分析带来困难．为了定量地分析影响执行器与结构材料之间变形传递关系的因素，使用有限元商业软件成为一种方便快捷的途径．使用专用的有限元软件建立单面粘贴压电元件悬臂梁的模型，通过计算分析粘接层和压电层性质(弹性性质和厚度)对执行器与结构材料之间变形传递关系的影响．     

Design and implementation of an active rectangular aerostatic thrust bearing stage with electromagnetic actuators

The design and implementation of an active rectangular aerostatic thrust bearing stage with electromagnetic actuators are presented. The stage is fundamentally precise and simple since the out-of-plane degree-of-freedoms (DOF) of a thrust air bearing are closed-loop controlled by electromagnetic actuators. The design is one-moving-part with mechanical symmetry, and a commercially available air bearing is rigidly attached to the table. The actuators are four independent coils mounted to the guiding surface of the table with iron cores, which are directly machined on the table. A bench level prototype system is developed and out-of-plane axes decoupled models of the system are derived. A control algorithm synthesized by arbitrarily placing closed-loop poles according to the model with air bearing dynamics neglected is implemented by C programming language running on the DOS platform. The stage is capable of vertical direction precision micro-positioning and guiding 3-DOF plane motions without limiting the working range of plane motions. Positioning accuracy of the stage no longer depends upon design and manufacturing of an air bearing, while passive preload of the stage for a flat film aerostatic thrust bearing is eliminated. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50475083)     

基于积分器的压电陶瓷自感知执行器研究

拟用压电陶瓷执行器自感知位移,省去外部传感器．从基本压电方程出发,推导出压电陶瓷执行器晶片上自由电荷中包含的执行器位移信息,进而提出了一种基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知方法．对压电陶瓷叠堆执行器设计了电压驱动电路,同时设计了获取自由电荷的积分器电路．基于此复合电路,执行器在执行的同时,可以感知其自身的位移．该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易,克服了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足．实验结果表明,在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下,基于积分器的压电陶瓷自感知执行器均能够很好地获取执行器的位移信号．     

单边饱和跟腱控制器结构振动控制实验研究

两个电机跟腱控制器被用于一中心刚体和两个对称太阳能帆板的卫星模型振动控制中．跟腱一端安装在柔性帆板的自由端,另一端与驱动电机相连,安装在中心刚体上．针对无预紧力跟腱的单边饱和特点,采用了一种分段性能指标代替原有的二次型性能指标的最优控制方法．该方法将跟腱的单边饱和特性考虑在内并以合适的抑制速度对结构振动进行控制．卫星模型悬浮在4 m×1．7 m的气浮台上,以此模拟太空二维无重力环境．控制率是通过ERA(eigensystem realization algorithm)算法辨识出的系统动力学模型进行设计,并对各种激励下的模型振动进行控制．实验验证了该最优控制率和跟腱控制方式能有效地控制各种干扰下引起的卫星模型振动．     

舵机带宽对Ⅱ型PIO预测影响研究

针对舵机带宽影响Ⅱ型PIO预测结果的问题,提出对有限舵机带宽人机系统运用高度饱和描述函数模型进行Ⅱ型PIO预测。基于描述函数法分别建立了速率限制舵机的正弦输入/三角输出描述函数模型和高度饱和描述函数模型,研究了两种模型在Ⅱ型PIO预测中的使用域。对有限舵机带宽人机系统,分别运用高度饱和描述函数模型及正弦输入/三角输出描述函数模型进行了Ⅱ型PIO预测。仿真结果表明,在进行Ⅱ型PIO预测时需考虑舵机带宽的影响,应用高度饱和描述函数模型可提高预测结果精度。     

智能结构压电执行器位置的拓扑优化

提出了一种选取压电执行器优化位置的拓扑优化方法·其基本思想是利用可控矩阵的奇异值单元灵敏度来识别压电执行器优化位置·讨论了智能结构模态可控性的度量问题;推导了可控矩阵奇异值单元灵敏度公式;给出了确定压电执行器优化位置的优化准则;用算例说明了方法的有效性·     

梁振动控制中压电作动器的位置优化准则

以输入的控制信号能量最小为目标,提出了梁结构振动控制中压电作动器的位置优化准则,基于压电片层合简支弹性梁的模态振动方程,给出了反映各压电作动器上控制电压与模态控制力之间关系的控制电压影响系数的表达式;详细推导了控制信号能量的表达式,并根据控制能量最小的准则对压电作动器的位置进行优化,数值分析中,对梁结构的振动控制过程进行系统仿真,比较了相同衰减时间下压电作动器位于梁表面不同位置时系统输入能量的大小,数值模拟所得的最优位置与理论结果非常吻合,验证了该准则的正确性。     

具有饱和执行器的离散时滞系统的鲁棒镇定

考虑了一类具有饱和执行器的不确定离散时滞系统的鲁棒镇定问题.通过把饱和项表示为多胞型不确定项,基于参数依赖的Lyapunov函数,得出了系统可以镇定的充分条件,并对吸引域进行了估计.     

磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用

磁控形状记忆合金是一种在磁场控制下可产生较大变形并具有形状记忆功能的新型功能材料。在阐述该种材料磁控特性的基础上,论述了磁控形状记忆合金执行器的工作原理,并以所研制的蠕动型磁控形状记忆合金直线电机为例,介绍了其设计方法与试验结果。