变势能阱双稳态气动弹性能量收集的性能增强研究

提出一种新型的磁耦合变势能阱双稳态压电颤振能量收集器，设计了外部磁场作用下颤振能量收集系统的双稳态构型，并利用弹性支撑的外部磁铁的运动实现了变势能阱技术，解释了变势能阱双稳态对颤振能量收集系统的性能增强机理。建立了磁力-压电-气动弹性耦合的颤振能量收集系统的动力学分析模型，根据非线性磁偶极模型以及平衡点稳定性理论，讨论了系统出现双稳态构型的参数条件。对磁耦合双稳态颤振能量收集系统的动态特性进行了数值仿真研究，结果显示，双稳态构型能够使无磁力颤振能量收集系统的超临界颤振行为转变为亚临界颤振，发生极限环振动的风速能够降低50%以上，拓宽了能量收集器的有效工作风速范围，并分析了磁铁间距、磁偶极矩对能量收集性能的影响规律。采用弹性支撑的外部磁铁的运动来自适应调节内外部磁铁之间的距离，达到变势能阱的目的，有效地降低了双稳态的势能阱深度，使系统更容易发生双稳态势能阱间的跃迁运动，从而在双稳态的设计基础上，实现了能量收集工作风速范围和输出电功率的同步提升，为低风速下的能量收集提供了一种有效的设计途径。     

直升机后缘襟翼驱动器迟滞现象仿真与抑制

直升机后缘襟翼多采用压电驱动器作为驱动元件，但是在使用过程中压电驱动器迟滞会对其振动控制性能产生不利影响，因此针对压电驱动器迟滞开展了迟滞建模与抑制研究。通过实验研究了压电驱动器在不同驱动频率下的迟滞特性，采用Bouc-Wen模型对驱动器迟滞现象进行了建模，并采用粒子群算法（PSO）辨识模型参数，与实际测量迟滞曲线进行了对比，在10~60 Hz范围内所建立的迟滞模型能够较为精确地描述压电驱动器迟滞现象。建立了基于Bouc-Wen逆模型的前馈补偿控制与PID反馈控制相结合的复合控制策略，实验结果显示该控制策略能够在10~60 Hz较宽的频率范围内有效抑制该压电驱动器迟滞现象。建立了考虑驱动器迟滞的主动控制后缘襟翼振动控制动力学模型，并对中等速度稳态前飞条件下后缘襟翼振动控制性能进行了仿真，仿真结果显示驱动器迟滞会在一定程度上削弱振动控制性能，而采用复合控制可以提高后缘襟翼旋翼振动控制性能。     

用于叶片减振的压电材料分布拓扑优化

提出一种可用于实际叶盘结构的压电分支阻尼器拓扑优化方法,可以给出总质量受约束的压电材料在叶片上的最佳分布,达到尽可能大的模态阻尼比。通过理论推导说明:压电阻尼器所产生的模态阻尼比仅取决于模态机电耦合系数,且该系数只与压电材料的几何形状以及模态应力场有关。进一步结合压电本构关系,基于应力分量的线性加权给出了有限的压电材料在叶片上铺设位置“优先级”的判断指标。给出了基于叶盘结构有限元模型的压电材料拓扑优化方法,通过替换单元类型和材料参数的方式对压电材料进行布置,并给出了多模态族优化、极化方向设置、电极铺设等问题的解决方案。在一个接近真实的叶盘模型上应用了此优化方法。结果表明,仅使用质量占叶片质量10%的压电材料,就可以为多个模态提供约12%的阻尼比。      

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

Analysis on Output Power for Multi-direction Piezoelectric Vibration Energy Harvester

To predict the performance of multi-direction piezoelectric vibration energy harvester,an equation for calculating its output power is obtained based on elastic mechanics theory and piezoelectricity theory.Experiments are performed to verify theoretical analysis.When the excitation direction is along Y direction,a maximal output power about 0.139 mW can be harvested at a resistive load of 65kΩ and an excitation frequency of 136 Hz.Theoretical analysis agrees well with experimental results.Furthermore,the performance of multi-direction vibration energy harvester is experimentally tested.The results show that the multi-direction vibration energy harvester can harvest perfect energy as the excitation direction changes in XY plane,YZ plane,XZ plane and body diagonal plane of the harvester.     

一种地面模拟太阳电池阵开关分流方法研究

为了充分验证太阳帆板驱动机构功率传输通路的设计可靠性和生产过程控制的有效性,在分析太阳帆板驱动机构在轨真实工况及传统测试方法的基础上,设计了一种地面模拟电池阵开关分流的方法,该方法使用太阳电池阵模拟器模拟处于开关分流状态的分阵,利用具有两种工作模式并可自动高速切换的电子负载模拟分流开关管.将该方法应用于太阳帆板驱动机构的功率传输通路测试,给出了测试系统的组成及试验结果.试验结果表明该方法可有效模拟开关分流工况,提高了SADM产品地面验证的充分性.     

压电悬臂梁振动能量收集仿真与试验验证

基于压电陶瓷的振动能量收集器以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点受到广泛关注。利用压电陶瓷的正压电效应,根据机电理论和结构动力学理论,采用模态法建立了压电悬臂梁的双向耦合分布参数模型,仿真分析了外激励频率和外接负载对压电能量收集器输出电压特性的影响,设计制作了铝制悬臂梁,并进行了地面振动和能量收集试验,试验结果与理论仿真吻合较好,验证了理论建模的正确性。试验结果表明,单个压电片的能量收集电压最大为73 V/N。     

高精度压电陶瓷驱动电源的研制

为进一步提高压电陶瓷微位移系统的定位精度,设计了一种以PA93高压运放器为核心的高精度、稳定性好的大功率压电陶瓷驱动电源.重点阐述了系统设计方案,并对其中的关键技术和特性功能进行了分析讨论.实验结果表明,该驱动电源具有精度高、输出电流大、响应速度快、稳定性好的特点.当压电陶瓷等效容性负载为3μF时,能在1KHz内实现0V～ 10V到0V～100V的动态放大,电压输出精度可达0.1mV.     

空间电源功率调节技术综述

介绍了空间电源功率调节装置(PCU)的分流调节器(SR),蓄电池的充电控制器(BCR)、放电控制器(BDR)和主误差放大器(MEA)的原理和技术现状。阐述了顺序开关分流调节(S3R)、混合型调节和顺序开关分流串联调节(S4R)三种基本拓扑的工作原理,并对三者进行了性能比较,认为S4R是目前最先进的调节技术。讨论了功率调节装置模块化、智能化和小型化的发展趋势并分析了大功率的功率调节装置研制难点。     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究，实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知，实施主动控制后，柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善，振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理，推导含压电片柔性梁的动力学微分方程，对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真，并将仿真结果与实验结果进行对比分析，两者的吻合性良好。研究结果表明，利用压电陶瓷作为驱动元件，采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法，在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。