基于Si4432的无线射频遥控系统设计

射频技术在工业现场数据传输中的应用可降低传输成本、提高传输效率。但工业现场对数据传输的安全性和可靠性要求很高,如何保证射频数据传输的安全和稳定,是射频技术应用于工业现场数据传输的关键。利用Si4432射频芯片和单片机开发了一种新的无线射频遥控系统。系统通过终端节点发送控制命令,由主节点实现射频网络的组网和网络管理,由路由节点实现数据的接收和转发。系统采用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议,避免了因通信冲突引起的信道阻塞和数据丢失;利用调频管理机制,对射频网络频段进行管理。系统实现了组网和网络维护功能,保证数据的正确传输,提高了系统的可维护性。该系统可广泛用于冶金、水泥等需对设备进行远距离控制的行业。     

面向结构形状控制的驱动器结构参数与控制电压协同优化设计

飞机翼面结构形状的控制设计是提高飞机性能的关键技术。本文以压电纤维复合薄膜（Microfiber Composite,MFC）为驱动器,研究了协同优化设计MFC驱动器结构参数与控制电压以使飞机翼面结构具有理想形状的方法。以MFC的电极宽度、电极指间距、MFC厚度、压电陶瓷体积分数等驱动器结构参数以及控制电压为设计变量,以控制偏差最小为优化目标,以驱动器的击穿电压为约束,建立了驱动器结构参数与控制电压协同优化设计的模型;通过分析MFC驱动器结构参数对驱动性能的影响,给出了最优的驱动器结构参数;针对类似机翼翼面形状的平板扭转型面,给出了驱动器结构参数与控制电压协同的最优控制设计。设计结果表明：对于扭转变形,多个不同控制电压控制的型面均方差是相同控制电压控制均方差的45%,分析结果验证了本文所建立的协同优化设计方法的有效性。     

微热板式低气压传感器的研制

研制了一种采用CMOS工艺和表面牺牲层技术加工的微热板式低气压传感器.该微热板为四臂支撑悬空矩形板,其边长为75μm,支撑桥长为60μm,板下气隙高度为0.5μm.采用经典傅里叶传热理论分析了恒电流工作方式下气压对微热板瞬态和稳态热特性的影响,结果表明在低气压范围内微热板传热以支撑桥导热为主,气压较高时以气体导热为主,微热板加热功率随气压增加而减小;传感器的热响应时间为毫秒量级并随气压增加而减小.传感器采用恒电流工作方式时,测得其气压响应范围为1～105Pa,且加热功率与气压间关系的理论分析结果与实测值吻合得较好.     

局部加强体对预压双稳态结构跳转力学特征的影响分析

基于轴向挤压后屈曲模态的双稳态结构,其跳转力、保持力和跳转行程等双稳态特征与预应力分布和后屈曲模态密切相关,使得难以通过仅调整预压缩量来实现特定双稳态指标的设计。本文提出引入局部加强体调控预压双稳态梁临界屈曲载荷、应力分布及跳转特征的方法,建立了具有对称局部加强体的预压双稳态梁跳转分析模型,分析了预应力、加强体尺寸参数和位置对屈曲临界载荷、跳转力和行程的影响规律。结果表明:局部加强体不影响原结构跳转力和保持力相等的特征;与尺寸参数相比加强体位置参数对跳转力有较大影响,随着位置的变化,跳转力存在由大变小再变大的变化过程,且调控同行程双稳态梁跳转力的幅度可达17.04%;跳转行程主要依赖于局部加强体的刚度和所承受的预应力。     

柔性双稳态结构分岔跳跃模式的探讨

针对柔性双稳态结构跳跃路径不唯一及其力位移曲线存在不连续点(即尖点)的问题,基于有限元大变形理论建立了双稳态柔性结构的跳跃控制方程,采用多步位移载荷循环加载/卸载的方法数值模拟了跳跃过程中存在的可能屈曲模态及其变换方式,得到了其对称跳跃分岔的完整解。分析了双稳态结构参数对跳跃不连续点(尖点)和跳跃路径的影响关系,提出将结构品质因数作为双稳态跳跃"尖点"判据的方法,得到了具有稳定单一跳跃路径的双稳态结构。采用热成型方法研制了类余弦梁双稳态结构,考虑残余应力、夹持边界条件及载荷加载方式的影响,仿真预测的屈曲模态转换过程与实验结果基本一致,为双稳态跳跃特征的精确设计与控制提供理论依据。     

微热板式低气压传感器的研制

研制了一种采用CMOS工艺和表面牺牲层技术加工的微热板式低气压传感器．该微热板为四臂支撑悬空矩形板，其边长为75μm，支撑桥长为60μm，板下气隙高度为0.5μm．采用经典傅里叶传热理论分析了恒电流工作方式下气压对微热板瞬态和稳态热特性的影响，结果表明在低气压范围内微热板传热以支撑桥导热为主，气压较高时以气体导热为主，微热板加热功率随气压增加而减小；传感器的热响应时间为毫秒量级并随气压增加而减小．传感器采用恒电流工作方式时，测得其气压响应范围为1～10~5Pa，且加热功率与气压间关系的理论分析结果与实测值吻合得较好．     

基于多核相关向量机优化模型的锂离子电池容量在线估算

准确的锂离子电池容量在线估算是电池管理系统的核心功能之一。基于放电过程的电池容量估算易受运行工况的复杂外界因素影响,该文基于部分充电数据的容量增量曲线,提取表征电池容量退化的两个老化特征,建立以老化特征为输入量、电池容量为输出量的多核相关向量机优化模型。以灰狼优化算法确定多核相关向量机的核函数权值和核参数,结合在线提取的老化特征估计电池容量。利用Matlab和LabVIEW联合仿真,建立基于多核相关向量机优化模型的电池管理系统。通过马里兰大学单体电池老化数据集和大连理工大学电池组老化数据集进行模型验证。结果表明,该文提出的电池容量在线估算方法对单体电池和电池组容量估计误差均在2.3%以内。     

微加热板式半导体微气压传感器的测试

组建了一套用于半导体微气压传感器的测试系统。该系统主要由真空装置和信号采集系统两部分组成。该系统为半导体微气压传感器的研制提供了实验平台,利用该系统对一种微加热板式传感器的微气压特性进行了实验测试及分析。     

梯形变截面悬臂梁式微质量传感器设计与分析

针对微小集中质量测量问题,提出并制备了一种梯形变截面悬臂梁式微质量传感器,建立了梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的振动分析模型。采用有限元方法求解其振动控制方程,获得了微质量传感器的灵敏度。仿真分析结果表明,相对于等截面矩形悬臂梁式微质量传感器,单层压电和双层压电结构的变截面悬臂梁传感器的灵敏度分别提高了127.00%和263.00%。采用线切割工艺,加工制备了单压电层梯形变截面结构的微质量传感器并对传感器进行了实验测试,在误差允许范围内,仿真结果与实验结果基本一致,验证了采用梯形变截面悬臂梁式结构可以有效的提高传感器的灵敏度。     

面向结构形状控制的压电纤维复合薄膜驱动器布局方式与控制参数协同优化设计

能够根据工作环境改变翼面形状的自适应变形能力是未来航空、航天飞行器结构设计追求的重要目标。研究驱动器布局方式以及控制参数的设计技术是实现该目标的关键。以压电纤维复合薄膜(Macro fiber composites,MFC)作为驱动器,研究在一定数量的MFC驱动器条件下,通过驱动器布局与控制参数的协同设计,以实现类翼面平板结构具有理想形状的最优控制设计方法。以驱动器的铺设位置、铺设角度、层数、对称性以及控制电压为设计变量,以驱动器的击穿电压、铺设位置限制等为约束,建立多参数下的协同优化设计模型。数值算例以类机翼平板的弯曲、扭转、弯扭型面作为理想型面,以实际型面与理想型面在81个参考点位置的均方差为评价指标,设计获得弯曲、扭转和弯扭组合型面的均方差分别为9.977×10–5、4.394×10–4和5.308×10–4,实现了较高的变形控制精度。研究了驱动器数量对变形精度的影响,制作了具有6个驱动器的类翼面平板结构测试平台,仿真与试验结果高度吻合,从而验证了所提出的驱动器布局与控制电压协同优化设计模型的有效性和可行性。