基于随机平均法的MEMS陀螺自适应控制设计

利用随机平均法对MEMS(微机电系统)陀螺驱动和敏感模态进行了分析,研究了MEMS陀螺的自适应控制设计,使陀螺工作在调谐驱动和力平衡闭环检测状态.该设计能够实现陀螺的恒定幅度和固定频率谐振驱动、驱动和敏感模态匹配,抵偿由刚度耦合引起的正交误差信号,使敏感模态振动在零位平衡位置,提高陀螺动态范围和灵敏度.结合实际陀螺参数,利用MATLAB软件对陀螺自适应设计方案进行了仿真,并设计了驱动模态的调试电路,仿真和调试结果验证了理论分析的可行性.     

加速度地震检波装置简谐振子质量块设计与分析

利用ANSYS软件,选择单晶硅作为简谐振子质量块的材料,设置模型的材料属性,创建了简谐振子质量块的实体模型,并采用智能分网的方式对模型划分网格。对质量块模型沿设置的Z轴施加惯性载荷,通过静力分析得到质量块模型的总位移为0.218×10-7m;然后对简谐振子模型进行模态分析,得到模型模态前6阶的固有频率以及各阶对应的振型图和位移云图,并分析了各阶的振动情况;最后对简谐振子质量块模型施加地震波激励信号进行谱分析,模拟地震情况下的随机振动,得到8号关键点在不同地震波频率下的位移-频率响应曲线。通过ANSYS软件的仿真分析,为简谐振子的设计和制作提供理论依据。     

新型MEMS质量传感器的研究

研究了一种新型MEMS质量传感器的设计、仿真与制造.这种用于流体中微小分子质量检测的MEMS器件,具有高度对称的中空圆盘结构,以谐振的方式工作于简并/解并模态,能在测量时实现对环境波动的自我补偿.器件的中空腔内可以流过被测流体,腔外的真空环境使得圆盘谐振器受到更小的阻尼.利用ANSYS对圆盘在质量吸附前后的模态及频率分裂进行仿真,计算结果显示对质量的测量灵敏度达pg量级.采用MEMS双牺牲层工艺方法成功制作出具有双层结构的空心圆盘谐振器.     

微机械振动环陀螺

为了减小振动环驱动模态和检测模态的频率差从而提高陀螺性能,提出了一种采用电磁驱动、电磁检测的全对称振动环陀螺结构。采用MEMS体硅工艺完成该微机械振动环陀螺的加工,其结构在保持镜像对称的同时,还保持了中心对称,因此整个结构高度对称,有利于减小模态频率差。为有效跟踪陀螺驱动模态的谐振频率并稳定驱动模态的幅值,设计了闭环驱动控制电路。该电路由低噪声前置放大器、相位调整环节以及自动增益放大器(VGA)组成。测试结果表明,该陀螺两个模态频率差为0.27 Hz,实现了频率较好的匹配。在±200 °/s,测得陀螺灵敏度为8.9 mV/(°/s),分辨力为0.05 °/s,非线性度为0.23%。     

MEMS环形陀螺模态间刚度耦合频率调谐

MEMS陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大值。本文针对一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺,对其使用调频电压进行频率调谐过程中发现,模态间存在一定的刚度耦合。本文分析其模态间刚度耦合产生的原因是结构误差(环形谐振子的结构误差主要体现在两个振动参数,一个是频率,另一个是阻尼),由于调频电压改变的主要参数是刚度系数,所以本文仅对频率误差进行建模分析。首先,介绍了环形陀螺结构,同时以此结构为基础分析了静电负刚度原理。其次,分析了其频率误差产生的原因,并建模推导出调频电压对两个工作模态产生的影响。最后,结合理论模型和实验结果比对,验证理论推导的正确性,并通过实验验证频率调谐状态下对环形陀螺的灵敏度提升了2.7倍。     

双质量块调谐输出式硅MEMS陀螺仪的理论计算及仿真

提出了一种双质量块调谐输出式硅MEMS陀螺仪.采用两块反相、同频、等幅振动质量块作为敏感单元,通过测量谐振器谐振频率变化来计算转速的大小.推导了哥氏力与输人转速的传递函数,用瑞利-里茨法求得在轴向力作用下梁的固有频率方程,利用马蒂厄方程分析了双端音叉谐振器的运动数学表达式及陀螺仪标度因数方程.ANSYS分析表明:谐振器固有谐振频率为4.043 1×106Hz;在谐振器端部施加1×105Pa预载荷后,谐振频率偏移量为20.7 kHz.仿真结果验证了理论推导的正确性.该陀螺仪减少了振动噪声及能量损耗,消除了外界共模加速度引起的误差.     

一种高性能电磁式微机械振动环陀螺

模态匹配和高的品质因数是提高振动环陀螺性能的关键。设计制作了一种电磁式微机械振动环陀螺,采用了全对称的结构以实现模态匹配。通过理论推导建立了陀螺灵敏度和机械噪声的数学模型,分析了陀螺参数对灵敏度及分辨力的影响。采用（100）晶向的单晶硅及MEMS体硅标准工艺加工了陀螺样片,该工艺简单,无需键合。器件频响实验结果表明,所设计的振动环陀螺驱动模态和检测模态频差小于0.5Hz,大气压下品质因数约为500,在1Pa的低真空下达到14000。锁相放大器测试结果表明,在-200 ~200 o/s测量范围内,陀螺分辨力为0.05o/s,灵敏度为0.2uv/ o/s。测试结果表明该陀螺能够实现模态匹配和较高的品质因数,具有较高的性能指标。     

基于多通道锁相放大器的硅微半球谐振陀螺性能测试方法

针对硅微半球谐振陀螺的性能评测问题,研究了一种利用多通道锁相放大器(HF2LI)的快捷、有效测试方法。该方法首先利用多通道锁相放大器对硅微半球陀螺进行扫频,得到硅微半球陀螺的谐振频率和两模态的频差。再记录硅微半球陀螺谐振信号的衰减过程,通过MATLAB指数拟合,从而求得硅微半球陀螺的品质因数。再对调谐电极和模态电极同时施加直流偏压可实现两模态匹配,进而利用该锁相放大器的解调、PLL、PID等模块构建驱动闭环和敏感开环检测系统,测得硅微半球陀螺的标度因数和零偏不稳定性等参数。测试结果表明,该方法具有简单、快捷和有效等特点,可广泛应用于MEMS谐振器件的性能参数测试。     

音叉式全解耦微机电陀螺的设计与仿真

文中对严重影响微机电陀螺(简称微陀螺)灵敏度的机械耦合误差进行深层研究和分析,提出并设计了一种基于体硅制造的新型全解耦音叉式微陀螺仪。为实现新型微陀螺的驱动和检测模态完全解耦,在一定的带宽下保持较高的检测灵敏度,采用了新型敏感检测梁和对称的音叉式结构。根据微陀螺仪的实体模型建立了其动力学模型,应用两种空气阻尼模型对检测阻尼特性进行了研究和计算。通过多种固有模态的匹配仿真试验和谐响应分析,确定了新型微陀螺的检测方式和弹性梁结构参数。仿真结果显示,该新型陀螺实现了驱动和检测方向的完全独立,显著减小了机械耦合误差。     

电容式环形微机电振动陀螺的设计

针对环形振动陀螺结构对称、模态特性参数相同与抗干扰特性好的特点,提出了一种新型的电容式环形微机电振动陀螺。设计了S形弹性支撑梁形式的硅基环形振动陀螺敏感结构,并仿真分析了陀螺的工作模态与幅频响应特性。根据环形振动陀螺的动力学特性,研究了陀螺的机电接口形式与硅基电极的设置方法,建立了硅基电极的电学参数模型与陀螺的角速度敏感模型。基于深离子刻蚀技术设计了简单可行的传感器制备流程,并成功制备了陀螺的敏感结构。实验测试结果显示,该环形微机电振动陀螺驱动与检测模态的谐振频率分别为9 028.86Hz与9 036.15Hz,品质因数分别为25 051与25 026,标度因数为0.589 7mV/((°)·s~(-1))。实验结果验证了陀螺设计与研究方法的正确性,为高性能硅基微机电陀螺的研制提供了一种可行的方案。     

Minimal Realization of Linear Graph Models for Multi-physics Systems

An engineering system may consist of several different types of components,belonging to such physical"domains"as mechanical,electrical,fluid,and thermal.It is t...     

On the Relation of Load to Average Gap in the Contact Between Surfaces with Longitudinal Roughness

A computer simulation model for the contact between longitudinally-oriented rough surfaces has been formulated. This model closely duplicates the actual surf ace contact deformation behavior by taking into account the elastic interactions between the asperities. There were no assumptions made about the shapes, or any deformation behavior of the asperities, except for their obeying the laws of elasticity. The plastic deformations on the high asperity peaks were taken into account by setting a ceiling on their contact pressures at the material hardness value. The simulations used real surface profiles which were digitized from unworn circumferentially ground steel surfaces. Each pair of these profiles was mathematically combined to form an equivalent rough profile pressing against an infinitely rigid flat and having the appropriately adjusted elastic modulus. A total of 28 different pairs of profiles were used in the simulations. Each contacting pair was subjected to 30 different load levels and the local contact pressures and deformations were calculated. The contact simulations yielded some important mathematical relationships between parameters, such as the real area of contact, average gap, and average asperity load through statistical curve fitting. Two analytical functions were generated to relate the average load to average gap and the real area of contact to load.     

三绕组变压器的双绕组等效建模及在Matpower中的应用

针对实际电网存在着大量的三绕组变压器,但国际上一些著名商业软件,如BPA仿真软件、Matpower这一权威潮流计算开源软件,均只提供双绕组变压器模型,限制了其在具有三绕组变压器的电力系统中的应用的问题,潮流计算是自主开发的电力系统各种应用软件的核心模块,因此依托国际权威开源程序进行二次开发,是一种较好的选择。对Matpower要求的数据格式进行了归纳,对变压器的一般的等值电路及带理想变压器的等值电路和带标幺值的等值电路进行了分析研究,提出了三绕组变压器转换为双绕组等效模型的建模方法,使得原先只适应双绕组变压器的潮流计算软件可以适用于三绕组变压器电网的潮流计算;最后以Matpower软件为例进行了案例计算,并用PSASP仿真软件进行对比验证。研究结果证明,所提出的建模方法是有效的。     

Quantum Cooperative Robotics and Autonomy

The intersection of Quantum Technologies and Robotics Autonomy is explored in the present paper.The two areas are brought together in establishing an interdisci...     

电站锅炉模糊风险评价方法研究与应用

针对电站锅炉风险等级评价问题,将模糊综合评价技术应用到电站锅炉风险等级评价中。开展了电站锅炉失效影响因素及模糊评价因素的重要程度分析,建立了一套科学合理适于在线评价的电站锅炉风险评价体系,提出了模糊综合评价技术与改进的模糊层次分析法相结合的模糊风险评价方法,利用改进的模糊层次分析法计算了指标体系中各层指标权重。对某一台电站锅炉的实际运行工况影响子因素进行了模糊风险评价,采用模糊合成算子进行模糊综合运算得到电了站锅炉运行工况影响子因素的评价向量。研究结果表明:电站锅炉的运行工况影响子因素的风险评价等级为第6级,失效可能性等级为小,该电站锅炉运行工况良好。     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

Fifth International Summer School on Screw-Theory Based Methods in Robotics

正3-11 September,2014University of Bologna,Bologna,Italy www.summerscrews.org summerscrews2014.ing.unibo.it SUMMER 20SCREWS 14In 2014,our screw-theory school comes to the world's oldest university.In early September,Summer Screws'14 will gather six experts in the application of screw theory in robotics and up to 40 participants at the University of Bologna,Bologna,Italy.The school will teach attendees how to apply existing methods and empower them to develop new ones in their own research.The basic theoretical notions will be introduced in a rigorous manner,emphasizing examples,applications,and exercises.Scholarships are available.     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

INDUSTRIAL ENGINEERING AND VISUALISATION-A PRODUCT DEVELOPMENT PERSPECTIVE

Taking the actual project of teaching and researching process for example, the relationship between the industrial engineering and product development is discussed. And use the novel visualization technology to support the industrial engineering and product development. How to use the new computer modeling and simulating technologies to support the product development and industrial engineering, is introduced especially. The support includes both domestic products and industrial systems. The visualization and computer technologies take a very important role in some system or multi-direction modeling, those technologies mentioned above can help the industrial engineers study the effect of design on the whole life circle, including the producing steps. So the engineers can avoid making the wrong decision which may cause bad effects on the whole industrial engineering.     

Non-monotonic material contrast in scanning ion and scanning electron images

30 keV Ga⁺ focused ion beam induced secondary electron (iSE) imaging was used to determine the relative contrast between several materials. The iSE signal compared from C, Si, Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Mo, Ag, and W metal layers does not decrease with an increase in target atomic number Z₂, and shows a non-monotonic relationship between contrast and Z₂. The non-monotonic relationship is attributed to periodic fluctuations of the stopping power and sputter yield inherent to the ion–solid interactions. In addition, material contrast from electron-induced secondary electron (eSE) and backscattered electron (BSE) images using scanning electron microscopy (SEM) also shows non-monotonic contrast as a function of Z₂, following the periodic behavior of the stopping power for electron–solid interactions. A comparison of the iSE and eSE results shows similar relative contrast between the metal layers, and not complementary contrast as conventionally understood. These similarities in the contrast behavior can be attributed to similarities in the periodic and non-monotonic function defined by incident particle–solid interaction theory.