压电偏摆镜快速精确控制研究

研究压电偏摆镜的快速精确控制系统.采用压电偏摆镜、电压放大器、位移传感器和实时控制系统AD5435搭建了闭环控制跟踪系统,根据压电系统动力学特性设计前馈-反馈复合控制器,采用闭环控制实验验证了压电偏摆镜的快速跟踪能力,对50 Hz谐波和三角波跟踪时,相对均方根误差小于3.6%.提出的压电偏摆镜精确跟踪控制设计方法可以应用在星载光机系统的精确扫描和抖振抑制等领域.     

压电网络复合板的振动抑制实验研究

主要研究了压电网络系统针对薄板的振动抑制特性,在对压电网络复合板机电耦合动力学方程分析的基础上,通过设计模拟电感电路解决了压电网络复合板振动实验中最优电感值过大的问题,从理论和实验上分析比较了电阻型和电感电阻并联型压电网络复合板振动控制效果及其特点。实验证明采用均匀化处理方法建立的机电耦合动力学方程能够正确预测压电网络复合板的动力学特性,同时实验验证了压电网络的电路模态和压电复合板的机械模态的耦合关系,明确了最优电学参数选取原则,为压电网络复合板的最优参数设计提供了依据。      

基于压电陶瓷驱动的六自由度空间光学拼接系统

由于加工工艺的限制,大口径空间光学系统通常由多个子镜拼接而成。为了保证系统的成像质量,每个子镜都需要在毫米级范围内实现微米级精度的运动调节。提出了一种串并混联的、由压电陶瓷（PZT）驱动的六轴高精度定位系统。与常见的Steward平台相比,该方案具有结构紧凑、运动学简单等特点。为了同时实现大行程和高分辨率,采用桥式放大器对PZT行程进行放大,采用柔性铰链消除运动过程中的摩擦和间隙,分析了放大器在两种外部负载下的性能,并根据实际应用情况对放大器进行了设计。此外,还发现了在执行机构的输出端必须使用位移传感器,以消除柔性机构中常见的输入耦合现象。设计的可行性通过有限元分析和实验研究进行了验证。     

压电自适应桁架结构主动控制模型及实验

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了压电柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究.由传感器、作动器与柔性梁组成压电自适应桁架结构.基于自适应结构的机电耦合理论,在测量位移的情况下,采用改进的二次积分力反馈控制方法研究了空间压电柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题.建立了压电柔性自适应桁架结构主动控制实验系统,并对这类自适应结构进行了实时计算机振动主动控制实验研究.实验研究表明柔性自适应桁架结构能够改善结构的动力学特性,对外界的干扰具有良好的自适应性.     

一种柔性铰链对铰接板振动特性影响试验研究

针对用于连接小型航天器和太阳能帆板的一种弹簧刚度可调的柔性铰链，研究铰链刚度和铰链转动副的摩擦与铰接结构中阻尼对柔性铰接板系统振动响应的影响.首先，建立了压电柔性铰接柔性板试验平台，采用压电片传感器和激光位移传感器检测，压电片驱动器用于持续激励振动.然后，在柔性铰链扭转刚度不同的情况下，分别进行了外部激励和持续压电驱动器激励的柔性铰接板振动模态分析的实验研究.实验结果分析表明，柔性铰链的刚度和旋转副摩擦阻尼因素，会影响柔性铰接板系统的基频振动固有频率和阻尼比.实验研究结果为分析柔性铰接板的铰链影响特性提供参考.     

Digital simulation model piezoelectric cantilever design and analysis of beam smart elements

针对在薄壳结构上层合压电传感器与作动器的智能结构系统进行振动控制问题,提出了一种专用的数字电路化智能元仿真模型进行振动特性分析的新方法.以压电悬臂梁系统为例,利用有限差分方法将主体结构、压电传感信号及压电控制力矩的动力学偏微分方程转化为智能元差分方程;建立基于Newmark-β积分方法的智能元数学矩阵模型;在DSP数字电路系统上设计智能元仿真系统;对不同差分密度和积分时间步长下系统各个模态的输出特性进行了分析,并与相关文献中采用不同控制方法的模拟电路仿真结果进行了比较,取得了更精确的结果.该方法为压电结构系统的振动特性仿真分析提供了新途径.     

压电悬臂梁智能元数字仿真模型设计及分析

针对在薄壳结构上层合压电传感器与作动器的智能结构系统进行振动控制问题,提出了一种专用的数字电路化智能元仿真模型进行振动特性分析的新方法.以压电悬臂梁系统为例,利用有限差分方法将主体结构、压电传感信号及压电控制力矩的动力学偏微分方程转化为智能元差分方程;建立基于Newmark-β积分方法的智能元数学矩阵模型;在DSP数字电路系统上设计智能元仿真系统;对不同差分密度和积分时间步长下系统各个模态的输出特性进行了分析,并与相关文献中采用不同控制方法的模拟电路仿真结果进行了比较,取得了更精确的结果.该方法为压电结构系统的振动特性仿真分析提供了新途径.     

基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法

分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法确定光平面测量坐标系到设计坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度.     

石英振子力传感器的原理和应用

本文比较详细地叙述了石英振子力传感器及其仪器原理、特点和应用。另外,着重解释了压电石英振子力传感器的主要特点是输出频率信号,不同于电荷石英传感器。最后对这种传感器的发展作了简要说明。     

表面结构的MOTIF参数表征

工程表面结构的粗糙度和波纹度之间一直没有明确的界限,而它们的产生原因及对零件表面性能的影响却是不同的.最近被国际标准所采纳的莫逖夫法(MOTIF)则提供了一种可供选择的分离未滤波轮廓的粗糙度和波度的新方法.对MOTIF法的基本概念、参数和表征方式作了初步的研究,并对几种传统的精加工方式加工的样块表面特征进行了描述.     

The measurement of water vapour in thermal emission on studies of nimbus-7 stratoprobe flights for correlative studies of nimbus-7

A scanning infrared radiometer used to measure nitric acid was flown on the STRATOPROBE Flight of November 8, 1978. Using the observed thermal emission from 6.5 to 7.4 microns during the balloon ascent, a water vapour profile has been derived using a band model of the water vapour lines in this spectral region. The resulting profile has a minimum of 3.3 ppmv at the tropopause and then rises to a value of 5 ppmv by 30 km. The profile is comparable to the profile from another water vapour instrument from the National Physical Laboratory which was flown on the LIP balloon payload on the same day. A coincident profile from the LIMS experiment on NIMBUS 7 was also obtained since the STRATOPROBE experiment was flown as a correlative measurement for the LIMS experiment.     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

Solar X-ray Monitor (XSM) on-board Chandrayaan-2 orbiter

The remote X-ray fluorescence spectroscopy is a powerful technique to investigate the elemental abundances in the atmosphere-less planetary bodies. The experiment involves measuring spectra of fluorescent X-rays from lunar surface using a low energy X-ray detector onboard an orbiting satellite. Since the flux of fluorescent X-ray lines critically depend on the flux and spectrum of the incident solar X-rays, it is essential to have simultaneous and accurate measurement of X-ray from both Moon and Sun. In the context of Moon, this technique has been employed since early days of space exploration to determine elemental composition of lunar surface. However, so far it has not been possible to exploit it to its full potential due to various reasons. Therefore it is planned to continue the remote X-ray fluorescence spectroscopy experiment on-board Chandrayaan-2 which includes both lunar X-ray observations and solar X-ray observations as two separate payloads. The lunar X-ray observations will be carried out by Chandra Large Area Soft x-ray Spectrometer (CLASS) experiment; whereas the solar X-ray observations will be carried out by a separate payload, Solar X-ray Monitor (XSM). Here we present the overall design of the XSM instrument, the present development status as well as preliminary results of the laboratory model testing. XSM instrument will have two packages namely – XSM sensor package and XSM electronics package. XSM will accurately measure spectrum of Solar X-rays in the energy range of 1–15 keV with energy resolution ∼200 eV @ 5.9 keV. This will be achieved by using state-of-the-art Silicon Drift Detector (SDD), which has a unique capability of maintaining high energy resolution at very high incident count rate expected from Solar X-rays. XSM onboard Chandrayaan-2 will be the first experiment to use such detector for Solar X-ray monitoring.     

新型双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的工作原理

大尺寸渐开线样板加工困难,测量更加困难,导致大齿轮的量值传递成为难题。采用圆弧代替渐开线齿廓,构造了新型大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板。提出了新型大尺寸渐开线样板的工作原理,研究了样板的设计方法,建立了样板的原理误差模型,提出了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可评定的齿轮测量仪器单项误差项,以及使用样板评定齿轮测量仪器的齿面偏差测量性能的方法。为验证所提工作原理的可行性,加工了原理验证样板,实验结果表明:加工的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板,其测量得到的原理误差曲线与理论的原理误差曲线整体趋势一致,都为驼峰状,证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差模型建立的准确性和可行性;在评定范围内,整个评定偏差曲线幅值为45.5 μm,对应产生的压力角误差为1.34 μm/rad;证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的圆弧选取准则、中心距的设计模型和圆弧半径的设计模型的正确性。研究成果为大齿轮的量值传递提供了研究思路。      

Design and Verification of the Feet Design used for the “Heat Flow Property Package Instrument” (HP3) on-board the Mars Mission InSight

The HP³ instrument measures the thermal flux through the Martian crust using a penetration probe. Launched on the InSight mission in 2018, HP³ was deployed for penetration activities in the beginning of 2019. During initial operation, the instrument is vulnerable to slip, due to a combination of low system mass (3.3 kg on Earth), shocks delivered by the penetration probe’s action, and the possibility of an inclined attitude on the surface. An uncontrolled position change of the instrument on the surface can reduce the scientific output and even lead to a loss of the experiment if the probe’s supporting structure moves laterally. Naturally, the design of the feet has major impact on the total amount of slippage. A new design for the feet with a high slippage resistance capability at a low level of complexity and mass was developed for this instrument’s supporting structure. The design provides sufficient slippage resistance while fulfilling the challenging set of requirements for a Mars surface mission. The design was verified by test campaigns which emulate launch environments and operational behavior on Mars. This paper gives a detailed overview of the HP³ instrument itself, the relevant requirements, the complex different test campaigns and the final flight design.     

TC4喷丸强化仿真与试验

针对目前喷丸有限元仿真研究中弹丸规则排列、覆盖率无法精确计算的研究现状,基于ABAQUS二次开发建立了弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算;在此基础上研究了不同喷丸参数对TC4钛合金材料表面残余应力与表面粗糙度的影响规律。进行了TC4喷丸试验,将得到的残余应力分布、表面粗糙度与仿真结果进行对比,验证了该有限元模型的合理性。研究成果对喷丸工艺参数的确定具有一定的指导意义。      

压电网络板的机电耦合动力学特性

借鉴复合材料结构建模中的均匀化处理方法建立了压电网络板机电耦合动力学方程并对其进行求解,获得了耦合系统的频率特征方程;通过求解频率特征方程发现压电网络板的固有模态以耦合模态对的形式存在;在此基础上对耦合系统的频率特性进行了分析,表明耦合模态对的特征频率值随着电感的变化会出现频率转向现象.进一步通过对系统在频率转向区能量转换规律的研究,揭示了压电网络板中频率转向的意义.最后,分析了压电网络板设计参数对频率转向区特性的影响,为压电网络板的合理设计提供了理论参考.     

机械系统人机界面优化匹配决策系统的研究

应用决策支持系统的理论给出了机械系统人机界面优化匹配决策支持系统的方法,利用先进的计算机辅助设计技术CAD(Computer Aided Design)建立了机械系统人机界面优化匹配的多维组合式仿真试验台,该试验台主要由台架、仪表板、台面、底座及其它附件组成,在不变换试验台主体的情况下,可对多数机械系统人机界面进行优化匹配模拟仿真试验.应用层次分析法模型、模糊综合评判模型构建方法库和模型库.通过该决策支持系统,可以较好地完成初始方案的优化,即节省时间,又可以节省大量人力和物力.