数控磨削中的智能精度控制

智能控制技术的发展为机床的控制提供了有力的工具.本文介绍了一种陶瓷刀片数控磨削加工的实时智能控制技术及算法.在陶瓷刀片数控磨削加工过程中,被加工刀片的尺寸随着被加工刀片数量的增加会逐渐增大而超出允许误差.影响误差的因素很多且不断变化,误差产生的规律很复杂.利用文中介绍的智能自学习误差补偿技术,数控系统能通过自学习自动改进补偿策略,控制加工误差.最后给出了仿真结果.     

压电传感元件在智能结构中的应用研究

研究了压电材料作为传感元件在智能结构中的应用。开发了基于锆钛酸铅压电陶瓷传感元件的智能结构实验系统，利用压电传感器对复合材料板结构的载荷变化进行监测并对传感器组的冲击定位功能进行了试验。文中采用模式识别技术，成功地实现了结构连接损伤出现的判别和损伤位置的确定     

外腔式Fabry-Perot光纤传感器的研制及其在智能材料中的应用

在制作外腔式Fabry-Perot干涉 (FPEI) 光纤传感器中,提出并解决了基于抛光光纤端面并在其上镀上多层介质膜的关键技术,从而解决了外腔式Fabry-Perot干涉光纤传感器的干扰和稳定性问题.使探测系统大大简化,传感器性能显著增加,成本下降.本文还首次用模式理论计算了两波的干涉输出光强与位移的关系.最后将FPEI应变传感器贴附在一个分布式智能悬臂梁上,检测到振动频率及轴向应变值,其结果与用压电片监测到的结果完全一致.     

基于MCA7707的智能传感器补偿系统(英文)

讨论了一种基于 MCA770 7的智能传感器补偿系统。该系统可以补偿传感器 (特别是硅压阻传感器 )温度误差的线性部分和高阶非线性部分。通过该芯片的补偿 ,可以使硅压阻式传感器的重复性误差小于 0 .2 %。该系统能够自动地记录和计算各项补偿系数 ,从而大大地简化了补偿的工作量。为了方便操作 ,系统还设计了向导式的工作界面。     

压电结构的控制-结构一体化设计

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个 Ｌｙａｐｕｎｏｖ 方程的解。以系统的存留能量指标为适应度函数，以作动器和传感器的位置及控制增益为优化参数，利用基于共享函数机制小生境技术的遗传算法进行结构、控制设计。最后，对一悬臂压电耦合板进行了实例分析。结果表明，该方法是解决控制结构一体化设计的一种有效途径，可以得到多个最优解或次优解。     

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE PIEZOCERAMIC ACTUATING LAMINATE

压电陶瓷元件是目前在智能材料结构中广泛使用的一种驱动元件。建立驱动应力与控制信号之间的关系即传递驱动方程，对于分析压电陶瓷元件的驱动特性非常必要。本文以剪滞变形理论为基础，分析了压电陶瓷元件在驱动结构时的应力传递过程，建立了传递驱动模型；并以ＰＺＴ５型压电陶瓷元件驱动玻纤／环氧层合板为例对所建模型进行了实验验证。结果表明，建立的驱动模型与实际情况比较吻合。最后，根据实验结果和所建模型对影响压电陶瓷元件驱动层合板性能的一些主要参数作了分析。     

双程机电耦合效应对压电层合板机电响应的影响

基于一阶剪切变形理论和压电方程,推导了压电层舍板本构方程,得到一个双程压电-机械耦合的有限元模型,它可以对具有任意分布的表面粘贴式或嵌入式压电传感器和驱动器的复合材料层合板的机电响应进行分析。所得算例的计算结果与文献中的实验结果或ANSYS分析结果非常吻合,也显示了在压电传感器有信号输出时,单程压电-机械耦合的有限元模型所存在的误差。     

压电智能结构的实验研究

在复合材料表层铺设压电元件，利用压电元件能够实现力学量和电学量之间相互转化的独特性能，可将其用作传感器和驱动器，赋予材料和结构传感及动作的能力。本研究的压电材料采用锆钛酸铅压电陶瓷，基体材料采用玻璃纤维－环氧树脂复合材料，与外部信号采集和控制系统结合，构成了智能结构实验系统。本文对这一系统的损伤诊断和损伤主动控制功能进行了实验研究。该结构一方面可对冲击、过载等可能造成损伤的原因进行监测，并诊断裂缝、连接松动等损伤的产生和位置，另一方面还可自适应地驱动结构中的压电驱动器，改善结构应力状态，防止损伤的扩展。     

GPS/IMU组合导航系统中杆臂效应分析(英文)

研究了组合导航系统中杆臂效应引起的干扰比力问题。文中给出了几种飞行状态下由杆臂效应引起的导航误差。分析表明 ,当飞机作机动飞行时 ,杆臂效应引起的干扰比力是主要的误差源之一 ,并且由干扰比力产生的导航误差随时间快速积累。因此 ,在组合导航系统中必需考虑在线的补偿方法 ,以便补偿由杆臂效应引起的导航误差。     

高精度气压高度表的研制

研制了一款适用于小型飞行器和无人机的高精度气压式高度表.通过曲面拟合的方法,运用最小二乘法完成了对硅阻压力传感器的标定和误差补偿工作,提高了压力传感器的实际输出精度.对实际大气状况与标准大气不符时的气压高度原理误差进行了分析,提出了误差补偿的新方法.实验结果和理论分析吻合较好,表明气压高度表有效地补偿了压力传感器原始误差以及大气状况不符时的气压高度原理误差,提高了气压高度表高度信息的实际精度.     

含金属芯压电陶瓷纤维的本构方程

含金属芯压电陶瓷纤维是一种新型的压电器件。为了研究压电纤维的压电和机械性能,本文推导了其本构方程。该方程用于描述压电纤维在受到外力和电压作用时的响应。在悬臂杆式压电纤维的电极上施加电压,并在自由端施加力,计算其在热平衡状态下的内能密度,并在整根纤维上积分,得到其励参量是作用力和施加的电压,而响应参量是自由端的伸长量和电极上的电荷量,两者之间由一个2×2的压电矩阵相联整体能量。结果表明,自由端施加力作用时的广义位移为伸长量δ,电压的广义位移为电荷量Q。所建立的本构方程中的激系。     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A CANTILEVER BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSORS AND ACTUATORS

讨论了利用压电片作为传感器和驱动器对悬臂梁进行主动振动控制问题，针对模态频率差距较大的系统，提出了分组建模和控制的方法。使用滤波器消除观测溢出。文中还讨论了传感器／驱动器配置问题。实验结果验证了所述方法的有效性。     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小，以结构强度及作动器性态作为约束条件，以作动器电压作为控制变量，建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析，利用线性压电学原理，导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果，实例表明该方法在保证强度的同时，能有效控制结构的节点位移，并可处理任意工况多位移要求的情况，这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

多片压电双晶片并联驱动器的设计

针对微型无人机在受到外界干扰时通过自适应控制来实现飞行的稳定性设计了一种多片压电双晶片并联驱动的新型驱动器.用功率放大器和频谱分析仪分别对驱动器的在空载和带栽情况下的静态特性和动态特性进 行了测试,分析比较了在不同负载下单片压电双晶片和双片压电双晶片组成的驱动器的驱动能力,测得了双片 压电双晶片并联驱动器的输出位移和驱动电压之问的传递函数.实验结果表明:该驱动器不仅可以实现位移放 大,而且可以通过多片压电双晶片并联补偿驱动器的输出力,为设计新型压电双晶片驱动器提供了新的思路,同 时为压电双晶片驱动器的自适应控制提供了参考.     

压电驱动自耦合射流流动特性实验

为了研究压电驱动狭缝喷口自耦合射流的流动特性,采用PIV、热线风速仪测试手段,对自耦合射流激发器在不同激励因素下的流场和速度场分布进行了实验和分析.结果显示,自耦合射流在狭缝出口处产生了反向涡对,随着自耦合射流的发展,射流呈现出在喷口短轴方向急剧向两侧扩展、而在喷口长轴方向先收缩后缓慢扩展的流动特征;自耦合射流的速度分布在法线方向呈现先上升后下降的趋势,在z/b=10左右速度达到最大值;在射流展向上,短轴方向速度呈规律的对称分布和速度自模的特征,而长轴方向速度近喷口区域呈现马鞍状分布,随着法向距离增加这种趋势消失.研究中发现,激发器存在两个谐振频率,在谐振频率激发下自耦合射流的速度和涡量比较大.与常规射流相比,自耦合射流显示出了独特的流动特性.     

Test on an Optimized Cylindrical Non-contact Piezoelectric Actuator

An optimization design for the cylindrical non-contact piezoelectric actuator is presented after analyzing the acoustic radiation pressure and acoustic viscous force.By adding the specific microstructure on the rotor to alter the near-field sound effect and maximize the use of high intensity acoustic field induced by the stator to drive the rotor,the rotor speed is increased.The finite element analysis of the acoustic field induced by a variety of rotors with different structures is conducted,A prototype is manufactured,the speed-test system for the actuator is built,and the driving characteristics are measured.The results suggest that the rotation speed of the rotor can reach 4 167r/min,which demonstrates that the driving characteristics of cylindrical non-contact piezoelectric actuator are successfully improved using the optimization method proposed.     

翼型曲面的压电振动除冰方法研究

以缩比后的翼型前缘曲面为研究对象,对压电振动除冰的方法进行了理论和实验研究。针对翼型曲面的特殊性,以有限元模型导出的翼型截面离散点为基础,设计了针对翼型曲面和不同压电元件尺寸下的压电元件可贴区域的求解算法,并通过五点共圆法和四点共圆法的理论思想得出翼型曲面各点切法向矢量的求解算法。针对翼型曲面研究了压电元件的布局规律。结果表明,翼型曲面结构下,压电元件的激励效果随着间距的增大而减弱,压电元件布置在振型波峰位置附近有最佳的激励效果。在粘贴接触面积一定的前提下,激励效果随着相对贴片数量的增加而减弱,而压电元件的贴片集中度越高,激励效果越好。实验得到了较好的除冰效果,验证了布局方式的可行性,同时除冰功率最大为69.77W·m-2,低于电热除冰系统所需功耗。     

利用压电主动构件进行空间桁架结构的振动控制(英文)

主动控制是增强结构设计鲁棒性、提高结构性能的一种有效方法。本文利用在空间桁架结构内部配置的压电主动构件作为控制执行元件,进行了结构的主动阻尼控制实验,获得了较好的阻尼控制效果.首先设计了一种用于桁架结构控制中的压电堆式主动构件,并对其进行了实验研究,然后采用直接速度反馈控制策略,实现了结构的主动阻尼控制。文中还引入模态耗散能因子的概念,讨论了主动构件的优化配置问题.通过实验比较了空间桁架结构开环和闭环时的振动响应,说明了文中所述方法的有效性.     

Stick-Slip Tower-Shaped Piezoelectric Actuator

Since stick-slip actuators present the advantage of allowing long displacements(several centimeters or even more)at a high speed with an ultra high resolution(5nm),a new type of stick-slip piezoelectric actuator is proposed to attain sub-nanometer positioning accuracy.The actuator is composed of a slider and a tower-shaped stator using forced bending vibration in y-z plane to generate tangential vibration on the top of the driving foot.When excited by the sawtooth input voltage,driving foot of the stator is able to generate a tangential asymmetrical vibration on the top,and the slider is thus pushed to move.A prototype and its testing equipment are fabricated and described.Following that,the testing of vibration mode and mechanical characteristics as well as stepping characteristics are conducted.Experimental results show that under the condition that the sawtooth input voltage is400VP-Pand the pre-pressure is 6N.Velocity of the actuator reaches its maximum 1.2mm/s at the frequency of 8000 Hz and drops to its minimum 35nm/s at the frequency of 1Hz.When the excitation signal is the single-phase sawtooth stepping signal,the tower-shaped actuator can directionally move forward or backward step by step.And when excited by the sawtooth stepping signal with 1Hz and 300VP-Pduring 1cycle(200ms),the actuator has a minimum stepping distance of 22 nm.     

多模型直接自适应执行器故障补偿控制系统

为了更快更好地补偿执行器故障带来的不确定性,发展了一种新的多模型自适应执行器故障补偿控制系统设计方法。首先,分析所有可能的执行器故障模式,得到故障模式集。再针对每一种故障模式,分别进行控制器设计,控制器设计时采用直接模型参考自适应执行器故障补偿控制方法进行设计。然后根据参数估计误差分别计算每种故障模式下系统的性能损失函数,选择性能损失最小的子系统对应的控制器作为当前的全局控制器。最后以飞行控制系统为例进行了仿真,仿真结果表明,所设计的多模型直接自适应执行器故障补偿系统闭环稳定,且有良好的跟踪性能。