盆架状压电宏微平面作动器半解析性理论建模

为丰富宏微平面运动装置形式,该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态,利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动,迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理,构造作动器各单元的振动传递方程,在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上,建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型,编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型,求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型,还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz,求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95μm、3.27μm、1.37μm及3.12μm、3.61μm、1.82μm,表明了半解析模型的有效性。结果表明,该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式,为优化压电作动器性能开启了新思路。     

机器人的超声电机驱动及其控制研究

研究了超声电机在机器人中应用的可行性，探讨了行波超声电机（USM）的调速机理和调相伺服特性；引入了调相驱动的实现方法。针对超声电机驱动特点，在机器人动力学分析基础上，研究了动力学模型的线性化和解耦问题，提出了PD控制与前馈补偿相结合的机器人位置的控制方法。     

单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析

航空航天领域广泛存在着振动疲劳问题,严重危及飞行器结构的安全可靠性。本文首先设计了激振器直接作用于试件的力激励振动疲劳试验系统,并提出了跟踪结构共振频率的频带激励共振疲劳寿命测试方法;而后利用试件进行了频带激励下的定应变共振或定载荷共振结构振动疲劳试验;最后针对试验结果分析与讨论了可能影响结构振动疲劳寿命的各种因素。结论表明,试验结构件的边界条件、初始条件以及结构动力学特性等都可能是影响振动疲劳寿命的关键因素。频带激励共振疲劳试验方法为振动疲劳寿命曲线的测试积累了经验。     

基于围猎改进哈里斯鹰优化的粒子滤波方法

针对标准粒子滤波过程的权值退化和样本贫化问题,该文结合融入围猎策略的哈里斯鹰优化算法设计一种群智能优化粒子滤波方法(EHHOPF)。首先,引入围猎策略替代哈里斯鹰优化算法全局搜索策略以适配粒子滤波环境;其次,采用Sigmoid函数构建非线性猎物逃逸能量平衡算法的探索阶段和开发阶段;最后构建选择比例因子融合开发阶段捕猎策略并采用非线性猎物跳跃强度保证算法收敛效率。仿真结果表明,与标准粒子滤波以及磷虾算法、蝙蝠算法、布谷鸟算法、灰狼算法优化的粒子滤波方法相比,基于围猎改进哈里斯鹰优化的粒子滤波方法有效提升了系统状态估计精度、滤波稳定性和滤波实时性。     

工字型定子驱动的压电直线电机动力学特性

提出工字型定子驱动的压电直线电机,将工型结构上两平行板的面内一、二阶反对称弯振作为工作模态,以板侧的4个凸起作为驱动足。这些驱动足沿对角线分为两组交替地驱动动子。阐述电机的驱动机理,建立了定子的机电耦合分析数值模型,求解出电机工作模态,模拟出驱动端轨迹,验证了电机原理,完成了电机装配结构设计。研究表明,当弯、纵振激励电压分别为50V和250V时,驱动端的z、y向振幅分别达1μm和2μm。该电机有望输出较大动力和速度,具有良好的应用前景。     

盆架形压电振子同型模态驱动平面电机研究

为满足高精度平面运动的需求,提出了一种盆架形的平面超声电机,选取该定子的反对称纵向伸缩振动、左右方杆面内一阶弯振、前后方杆面内一阶弯振模态为工作模态,纵振模态与弯振模态复合形成xOz、yOz面的椭圆运动。该文阐述了电机的驱动原理,基于ANSYS分析软件建立了定子有限元模型,优化了结构尺寸,实现了干扰模态分离,进行了谐响应和瞬态分析,进行了运动调节特性分析。基于频率一致性优化得到盆架形定子的整体尺寸为53.136 mm×4.550 mm×4.560 mm,定子驱动足上x、y、z向振幅分别为2.0 μm、1.49 μm、3.36 μm,模拟出了椭圆运动轨迹,验证了该平面电机具有良好的运动特性,并给出了定子固定方式及设计了电机装配结构。     

基于H卧板面内四足驱动的平面超声电机

提出H结构定子三相振动模态驱动的平面超声电机,设定H卧板两纵杆端部处于xOy面内的四个凸起作为定子驱动足。通过H结构的面外二弯模态分别与面内一纵模态以及面内二弯模态的振动复合,在驱动足合成出沿yOz面、xOz面的椭圆轨迹,推动动子交替地沿x、y向做直线运动。阐释了电机的工作原理,推导出驱动足的两相空间椭圆轨迹方程;建立了定子有限元分析模型,实现了定子频率一致性动力学特性优化,仿真出驱动足的频响特性、振动响应及其运动调节特性,设计了电机的装配结构。模拟了仿真定子的运动,结果表明,驱动足沿x、y、z向振幅均达微米级,且调节激励电压和相位可调节电机x、y向速度与推力。该电机具有广阔应用前景。     

基于Logistic插值模型的约束阻尼结构拓扑动力学优化

建立阻尼板有限元动力学方程,求解模态损耗因子算式。构建以模态损耗因子倒数为目标函数,以阻尼单元相对密度为拓扑变量,以阻尼材料用量及频率为约束的优化模型,采用优化准则法解算该模型。运用序列凸规划法构造目标函数的凸性逼近函数而对准则法进行改进,基于SIMP(SolidIstropicMaterialwithPenalization)和RAMP(RationalApproximationofMaterial Properties)材料插值模型推导出逼近函数对于拓扑变量的灵敏度,从而实现了两种插值模型下的改进准则法(OC),并验证了改进法具有全域性优化特性。针对这两种插值模型在对阻尼单元的密度进行惩罚时存在偏惠性问题,结合Logistic(LOGS)函数的几何特征,提出可以对单元密度范围进行选择性惩罚的LOGS模型,编程实现了基于LOGS插值的改进准则法。研究表明:LOGS模型比SIMP和RAMP具有更佳的单元惩罚特性,能更均衡地将单元中间密度惩罚至0或1,从而能得到更具全域性、减振效果更佳、更便于实施的阻尼与约束层优化构型。     

口齿式定子驱动的平面超声电机特性分析

推出口齿形定子驱动的压电平面电机,选定子的面外弯振、面内横齿弯振、面内纵齿弯振作为工作模态,利用面外弯振分别与面内纵齿弯振、面内横齿弯振的振动耦合,分别在纵、横齿驱动足上生成沿xOz、yOz面行进的椭圆轨迹,以推动动子沿x、y向移动,阐明了电机的运动原理。基于频率一致性目标优化了定子尺寸,并厘定电机最适驱动频率为30 800 Hz。建立了定子机电耦合分析模型,计算出定子的瑞利阻尼,模拟出驱动足的椭圆轨迹,仿真得到在250 V电压激励时驱动足的x、y、z向振幅分别为2.1μm、2.6μm和2.0μm。探析了驱动电压、频率、相位差对电机振幅的影响。     

双H叉合式定子谐振驱动的压电平面电机研究

为满足应用领域对高精密平面运动驱动的需要,提出了双H叉合式谐振驱动的平面电机及其动力学结构,择取该定子的面外对称弯振、左右杆面内弯振、上下杆面内弯振模态为电机的工作模态,通过面外弯振模态分别与两相面内弯振模态进行谐振耦合,分别在定子上下杆和左右杆的驱动足上复合出沿xz、yz面行进的两椭圆轨迹以驱动动子的x、y向运动。建立了定子的机电耦合分析有限元模型,求取了定子工作振动模态,验证其预设工作模态的存在性。通过对定子进行频率一致性计算,得到定子的主要尺寸为30 mm×8.7 mm×7.4 mm;通过定子谐响应分析,解算出其干扰模态特性,实现了干扰模态分离。通过定子瞬态振动响应计算,模拟出驱动足的两相椭圆轨迹,求得250 V驱动电压激励条件下的驱动足x(或y)和z向振幅分别为1.5μm和1.3μm,验证了电机工作原理并探析其调压、调频和调相振动特性。给出了定子夹持固定方式并完成了电机装配结构设计,该电机具有良好的动力学特性和应用前景。