双质量硅微机械陀螺仪带宽拓展系统设计

检测开环状态下,微机械陀螺的实际工作带宽约为驱动和检测模态固有频率差值(?f)的一半,而陀螺结构的机械灵敏度与Δf成反比,较高的机械灵敏度有助于优化陀螺的噪声特性。本文提出了一种较为通用的陀螺带宽拓展方法,在使陀螺拥有较好的机械灵敏度基础上有效提高陀螺带宽以增强其动态环境适应性。首先,建立了陀螺检测系统的模型,并进一步得到了陀螺结构的传递函数和机械带宽。其次,分析了带宽拓展控制器的系统特性,设计了基于比例-积分串联相位超前控制方法的带宽拓展控制器,并对其进行了系统级和电路级仿真,验证了设计参数。最后进行了测试,结果表明采用本文所述方法可将陀螺带宽从原有的13 Hz拓展到了104 Hz,且具有较好的带内平整度,验证了设计方案。     

静电陀螺监控器对航天器定轨精度影响分析

航天测量船与陆基测控站在对航天器进行轨道跟踪测量中存在很大区别,陆基测控站是定点测控,定轨精度完全取决于无线电设备自身精度,而测量船是海基动态测控,定轨精度除受无线电设备自身精度影响,更大程度上受制于惯性导航系统(INS)提供的船姿船位(航向、船摇、位置)数据精度。测量船为提高船姿船位数据精度,使用了静电陀螺监控器(ESGM)与惯性导航设备(INS)、全球卫星导航系统(GNSS)相结合的组合导航系统。结合INS/ESGM/GNSS工作原理和测量船航天器定轨中船姿船位数据源的选择,将船姿船位数据精度对测量船定轨精度的影响进行了仿真,并通过无线电设备实测数据的事后数据处理对仿真结果进行了验证。研究结果表明,ESGM能够在很大程度上提高测量船航天器的定轨精度。     

超重力反应合成TiB2-TiC陶瓷温度场模拟与显微组织分析

利用ANSYS有限元模拟超重力反应合成TiB2-TiC陶瓷凝固过程中温度场分布及各区域温度随时间变化曲线,并对制备的陶瓷进行显微组织分析.由模拟结果可知,陶瓷熔体自边缘向心部迅速降温、凝固,且不同区域的温度变化速率差异明显.XRD、FESEM和EDS分析表明,陶瓷基体主要由TiB2片晶与不规则的TiC球晶组成,但各区域的组织形态有所变化,这主要是由于凝固速率差异造成的.同时,超重力反应合成TiB2-TiC陶瓷显微组织分布验证了ANSYS有限元模拟陶瓷凝固过程中温度场变化箱势的有效性.     

结构力学虚拟仿真实验教学研究

基于结构力学实验,应用Flash开发系统建立了结构力学实验的虚拟实验环境和虚拟实验物理的模型.通过将实验对象的数学模型引入到虚拟实验对象状态控制程序的方法,实现了对结构力学虚拟实验对象的实时判断和实际数据库的动态链接,使虚拟实验系统具有完好的交互性和实验现象、规律、实验结果的准确性.为加强实践教学环节提供了另一种实验教学的手段,为力学实验教学网络化提供了可视资源.     

悬挂式偏心欹器的分析与制作

为制作出结构简单、易于加工的欹器,设计了一种悬挂式偏心的方案.使用MATLAB和Pro/E软件分别建立了数学模型与三维实体模型,对欹器的重心位置变化进行了仿真,在此基础上提出可行悬挂区域的概念,同时分析了若干重要结构参数对悬挂区域面积大小的影响,从机械制造的角度对欹器进行了设计和参数优化,采用机械加工方法加工出实物,并通过注水试验达到预期效果.     

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。     

智能柔性悬臂梁的动力学建模研究

对带有压电陶瓷作动器和传感器的平面智能柔性梁进行了有限元动力学建模。采用Euler-Bernoulli梁模型,在考虑平面梁压电效应的基础上,考虑了大变形和非线性变形,进行了有限元离散;基于Lagrange方程建立了带压电元件的智能柔性悬臂梁的电-结构耦合动力学有限元精确模型,并将本文模型和一般不考虑压电元件质量和电势能模型的仿真结果进行了对比,结果表明:两种模型得到的一阶固有频率最大相差31.8%,响应振幅也有较大的差异。因此,在工程动力学建模中,不能忽略压电元件的质量和电势能。本文所建立的电-结构耦合动力学模型能更加精确地反映实际应用中智能柔性悬臂梁的动力学特性。     

电磁超声换能器中电磁场及洛伦兹力的快速求解方法

电磁超声换能器(EMAT)中电磁场及洛伦兹力的计算多采用有限元仿真,其运算量大且计算时间长;且已提出的EMAT解析模型未考虑换能器的关键部件,即永磁体;也没有推导其激发的三维非均匀静态磁场解析表达式,导致洛伦兹力的计算结果精度低。对此,本文基于ETREE(Extended Truncated Region Eigenfunction Expansion)解析法对EMAT进行数学建模,模型中引入了永磁体及其所激发的三维非均匀静态磁场,推导了EMAT的电磁场及洛伦兹力理论表达式。通过与有限元仿真的对比发现,采用本文提出的EMAT解析模型计算得到的电磁场及洛伦兹力与有限元仿真结果吻合很好,且解析求解计算耗时极少,从而验证了此方法的准确性和高效性。     

网络结构和信息披露对网络参与主体的收益影响研究

网络结构和网络上的信息披露机制对网络功能的发挥有着直接的影响,建立相应的数学模型并采用数学分析和仿真验证的手段揭示其对于网络参与主体收益的影响规律,具有理论和应用价值。在明确网络中两类参与主体的基础上,定义了他们的收益,并根据信息披露的不同情形,分为两种情况求解模型,应用数学证明和仿真分析的手段得到了网络结构对收益影响规律的三个结论。在对结论分析的基础上,指出了模型的管理学意义,讨论了进一步的研究工作。     

Vernier阳极设计与成像模拟

光子计数成像探测器作为探测微弱光的重要手段,由微通道板,解码阳极以及后续的读出电路组成,其中解码阳极的性能直接影响着探测器的成像质量。作为一种电荷分割型阳极,Vernier阳极利用周期性的正弦电极区域替代了楔条形阳极(WSA)的线性电极,可获得高的成像分辨率和大的电极活动区域。根据Vernier阳极的设计原理对Vernier阳极进行了仿真和设计,首先,介绍了矢量形式的阳极解码,确定了阳极设计参量为阳极周期长度,电极振幅及电极波长;其次,分析了各阳极设计参量对探测器成像的影响,利用Labview软件分别模拟了电子云,Vernier阳极板以及其相互作用成像情况,确定了Vernier阳极周期长度与粗调波长之间的关系以及设计参数一定时,成像达到最佳的电子云大小,依照模拟结果和实际的加工条件,设计和制备了周期为891 μm,绝缘沟道为25 μm,振幅为50 μm,粗调数为5的九路Vernier阳极。