基于变弯度技术和协同射流的混合流动控制技术研究

现代飞机强调高速巡航特性且兼顾隐身特性,因此翼型往往采用厚度较小,前缘半径不大,弯度不大的薄翼型。这类翼型的低速气动性能较差,容易失速,限制了这类飞机的短距起降特性和载重能力,因此需要借助流动控制技术来改善低速特性。该文讨论新型的协同射流主动流动控制技术,同变弯度技术包括后缘变弯和前缘下垂技术等被动流动控制技术相结合,探索混合流动控制技术的流动控制机理和控制效果。基于数值模拟的结果发现:仅采用单一的流动控制技术在薄翼型上得到的控制效果有限,而将协同射流同变弯度技术结合的混合流动控制技术可同时发挥不同流动控制技术的优点(例如协同射流引起的后缘失速的推迟,下垂前缘带来的前缘失速推迟,后缘襟翼带来的零升迎角减小)。该文提供的混合流动控制方案可以将薄翼型的最大升力系数提升至C_Lmax=3.3127,相对原始构型提升了96%,具有广阔的工程应用前景。     

多段翼型地面效应数值研究

本文通过数值求解质量加权平均N—S方程,得到了单段翼型和多段翼型以不同飞行迎角在高空中自由飞行和近地面飞行时的流场,阐明了地面效应对单段翼型和多段翼型气动力特性的影响,并解释了其气动力变化的原因。在地效范围内,多段翼型下翼面压力变化很小,上翼面吸力减少,因而升力降低。     

高湍流度对翼型气动性能影响的试验研究

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。     

磁致伸缩材料作动器在振动主动控制中的应用研究

磁致伸缩材料作动器是一种具有特色的机敏材料作动器。本文在自行研制Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ作动器及其特性试验的基础上，研究该类作动器在主动隔振与主动吸振中的应用。文中提出并导出了多通道前馈控制的时延滤波—ｘＬＭＳ法，并就这种算法的收敛性进行进一步的讨论。     

机翼失速颤振抑制的合成射流相位控制方法

提出合成射流抑制机翼失速颤振的相位控制方法。基于复合材料闭口截面薄壁梁理论建立了三元机翼两自由度的动力学模型,并采用CFD软件模拟了合成射流作用下翼型周围的流场,发现在一定条件下,合成射流可控制脱落涡的相位。在此基础上,提出采用合成射流控制翼展涡脱相位,降低脉动气动载荷在各阶振型上的投影幅值来抑制失速颤振。以NACA0012复合材料三元机翼为例,对其进行数值验证。结果表明:当翼展上合成射流激励器之间的相位差较大时,一阶弯曲和一阶扭转的共振幅值可降至约6%,而二阶弯曲和二阶扭转的共振幅值可降至10%。     

直升机结构响应主动控制作动器优化设计研究

采用子结构综合法建立考虑作动器动特性与其相互影响的直升机机身／多作动器耦合系统频域数学模型，研究了直升机结构响应主动控制中采用作动器位置序号进行编码的遗传算法对多作动器位置进行优选，以及与电磁式惯性型作动器参数优化的综合优化问题，进行了结构响应主动控制试验研究，验证了多作动器减振的有效性和所提出的作动器位置优选方法的正确性。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

结构地震响应控制的优化方法

针对大跨空间结构地震响应主动控制,以超磁致伸缩材料为核心元件设计了一种可以应用于大跨空间结构振动主动控制中的超磁致伸缩作动器,制作出了作动器的原型并对其进行了输出性能测试。使用遗传算法对大跨空间结构主动控制作动器的布置位置进行了优化设计,最后进行了优化效果的数值模拟分析。以此验证了超磁致伸缩作动器具有良好的作动效应,利用遗传算法在大大提高结构主动控制优化设计效率时,可以保证实现对结构的整体优化以及作动器能高效、经济地实现对结构进行主动控制的目的。     

厚膜永磁阵列微致动器的磁路研究

研究了厚膜永磁阵列微致动器中的磁场分布，并研究了永磁阵列单元几何尺寸对微致动器电磁力的影响。结果表明，厚膜永磁阵列单元高宽比和磁体单元间隔对微致动器电磁力影响较大磁徕单元高宽比为0．7是一个比较合适的尺寸。     

微泵电磁致动器的研制与测试

本文阐述了微型机电系统领域中微泵的几种常见的致动方式及其特点。根据硅微泵的结构特点，制作出用于微型泵的电磁致动器，并对该电磁致动器进行了分析与振动测试。     

超磁致伸缩驱动器设计准则的建立

在分析超磁致伸缩材料的工作特性、超磁致伸缩驱动器的基本结构与工作原理的基础上,给出了超磁致伸缩驱动器的设计准则．在所提出的设计准则指导下,开发了用于振动主动控制的超磁致伸缩驱动器,并对其主要特性参数进行了测量．实验结果表明,该驱动器的输出性能达到了设计要求。验证了该设计准则的有效性和实用性．     

Some aspects of aerodynamic flow control using synthetic-jet actuation

Aerodynamic flow control effected by interactions of surface-mounted synthetic (zero net mass flux) jet actuators with a local cross flow is reviewed. These jets are formed by the advection and interactions of trains of discrete vortical structures that are formed entirely from the fluid of the embedding flow system, and thus transfer momentum to the cross flow without net mass injection across the flow boundary. Traditional approaches to active flow control have focused, to a large extent, on control of separation on stalled aerofoils by means of quasi-steady actuation within two distinct regimes that are characterized by the actuation time scales. When the characteristic actuation period is commensurate with the time scale of the inherent instabilities of the base flow, the jets can effect significant quasi-steady global modifications on spatial scales that are one to two orders of magnitude larger than the scale of the jets. However, when the actuation frequency is sufficiently high to be decoupled from global instabilities of the base flow, changes in the aerodynamic forces are attained by leveraging the generation and regulation of 'trapped' vorticity concentrations near the surface to alter its aerodynamic shape. Some examples of the utility of this approach for aerodynamic flow control of separated flows on bluff bodies and fully attached flows on lifting surfaces are also discussed.     

新型双向加载MEMS微执行器动力学分析

传统横向单向加载MEMS静电微执行器存在位移过小或驱动电压过大等问题.本文提出一种纵横双向加载的新型硅基静电执行器模型.基于拉格朗日-麦克斯韦方程建立了微执行器动力方程,分析了边缘漏电场对静电力的影响,基于龙格-库塔算法将所有轴向载荷等效为轴向集中载荷,并分别仿真得到了变形与驱动电压、调节电压和轴向挤压量之间的关系,结果表明当驱动电压仅为16 V时,位移高达10.861μm,远大于目前传统横向加载单向变形微执行器的位移量.通过微型制造工艺加工了微执行器,利用高频信号采集了横向极板间的电压变化量,验证了仿真结果.     

基于可控性柱面网壳结构主动控制作动器布置的优化研究

利用磁致伸缩材料的磁控特性制作的作动器可以对结构进行主动控制。首先分析了这种作动器的工作原理和设计方法,并通过实验对其进行了输出性能测试。接着在对作动器进行动力学建模的基础上,推导出整个柱面网壳结构的作动控制方程,同时基于作动效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,并且在综合考虑控制效果系数、硬件成本和系统复杂性等因素的基础上,初步确定了作动器的数量,然后采用遗传算法,对作动器的布置位置进行了优化。最后利用LQR主动控制算法,对一柱面网壳模型结构进行了主动控制分析。结果表明,通过优化布置的作动器能够有效地减小结构的动力反应,是一种较好的主动控制方法。此外,主动控制模拟结果也验证了应用遗传算法优化此类问题的优越性和可靠性。     

智能写字机器人机构与递阶控制系统设计

设计了6自由度转动关节机器人机构.基于坐标变换,建立运动学模型.三级递阶控制的组织级采用PC机.利用视觉获取字符图像,通过网格化得到字符点阵.通过计算脊信息,得到笔画.利用笔画中心点的聚类分析确定书写顺序.协调级采用MSP430单片机实现通讯和多舵机协调运动.执行级基于舵机实现关节的位置闭环控制.在自主开发的样机上,开展了写字实验,验证了设计的有效性.     

基于给定非线性刚度的柔顺驱动器设计及性能评估

安全的人机交互和适应环境的仿生运动都要求机器人关节具有柔顺性。为了解决现有被动型柔顺驱动器存在的对不同外负载适应性弱、需要额外的刚度调节电机以及刚度与负载不匹配等问题,设计了一种新型非线性刚度柔顺驱动器,采用“凸轮+扭簧”机构结合齿轮传动,可实现给定的双向非线性刚度。首先,介绍了非线性刚度机构的工作原理、凸轮有效轮廓曲线的计算方法以及非线性刚度柔顺驱动器的工作原理;其次,基于提出的双向非线性刚度机构设计了柔顺驱动器样机;最后,对所设计的柔顺驱动器进行了性能评估。通过对样机刚度特性的仿真和试验分析,验证了所设计的柔顺驱动器能够较好地按给定的非线性刚度特性曲线进行刚度调节;通过与相近的驱动器的对比,表明所设计的柔顺驱动器具有优良的综合特性;通过对具有不同力矩峰值和频率的正弦力矩信号的跟踪试验,初步验证了所设计的柔顺驱动器具有良好的力矩控制性能。研究结果表明所提出的设计方法有效,可为机器人关节驱动器的设计提供新思路。     

光电层合圆柱薄壳的自组织模糊主动振动控制

本文针对当前的光致伸缩驱动器构型在壳类结构的振动抑制中不能产生负膜力的问题,提出了一种新型的多片组合驱动器构型。并将该构型层合在圆柱薄壳结构的上下表面,建立了光电层合圆柱壳独立模态振动控制方程。考虑到光致伸缩驱动器的非线性和时变驱动特性,以及模型的不确定性,设计了基于性能函数负梯度调节的规则自组织模糊主动控制器,克服了常规模糊控制器控制规则设计的困难;为了验证上述提出的控制策略的有效性,进行了数值仿真;仿真结果表明提出的自组织模糊控制器取得了理想的振动控制性能,实现了柔性薄壳结构的非接触主动振动控制。     

Modeling and Analytical Solution of Hybrid Thermopiezoelectric Micro Actuator and Performance Study Under Changing of Different Parameters

Micro actuators are an irreplaceable part of motion control in miniaturized systems and are intended to have a high range of deformation, high accuracy, large force, and quick response. In this article, an analytical model for a hybrid thermopiezoelectric micro actuator is developed in which a double lead-zirconnate-titanate piezoceramic (PZT) beam structure consisting of two arms with different lengths are used. Governing differential equation of motion and electrical field are derived and solved. Out of parametric studies it was observed that, under application of temperature and voltage gradients, the deflection of the actuator shows different trends depending on the geometry of the micro actuator and also type of PZT material.