微惯性环节介入法与同阶闭环系统的稳定性

奈奎斯特判据是经典控制理论中最为重要的稳定性判据,但并不适用于同阶闭环系统。同时由于基本环节样式不全、开环传递函数含义易误解且使用不便,导致初学者对自控原理学习和理解的困扰。为此对频域法的一些概念和表达方式进行了梳理,对基本环节和控制系统进行了完整的分类,提出环路传递函数概念解决了开环传递函数含义易误解和使用不便的问题,提出微惯性环节介入法解决了同阶闭环系统稳定性判断的问题,环路传递函数、微惯性环节介入法、巨惯性环节与微阻尼振荡环节替代等方法大大地简化了系统特性的分析,从而完善了频域分析法及其知识体系。

微进动弹道导弹目标雷达特征提取

该文总结了弹道导弹目标雷达识别的研究现状,引入微进动和微RCS的概念,推导了进动锥体目标对雷达波的姿态角计算公式,分析了微RCS和姿态角的关系,使用进动锥体目标的微RCS序列估计目标进动参数和惯量比。以惯量比为特征,提出了识别弹头和诱饵的方法。最后给出了仿真结果。

微弱电容信号的离散频率测试方法及其硬件电路的实现

硅微惯性器件的微弱电容信号检测一直是微机械研究领域的重要问题,其检测方法及集成电路的实现已成为制约微惯性器件发展的一个重要因素。利用频率信号抗干扰性好的特点将微弱电容信号转换成频率信号,提出了一种利用离散频率测试的方法对加速度信号进行测试,使得所测加速度可以通过各离散频率点与步长频率的倍数关系直接读出,并通过硬件电路实现了该方法,对实验结果进行了验证,与理论仿真结果很相符。

风储直流微网虚拟惯性控制技术

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。

微机械陀螺仪的微结构分析与设计

针对基于微米技术的微机械陀螺检测功能微弱的现象 ,本文建立了振动轮式微机械陀螺仪的机电系统动力学模型。经对某微陀螺结构的仿真计算发现 ,哥氏阻尼力随激励哥氏力增大而增大 ,造成电容检测信号极为微弱 ,无论激励的幅度和频率如何。为此 ,本文给出了一种新型振动轮式微陀螺结构 ,可减小哥氏阻尼力 ,相对增大了激励哥氏力。这种新型结构显著增强了电容检测信号 ,而且具有双轴微陀螺功能、对耦合线加速度不敏感等特点。

夹层板在舰艇冲击防护中的研究进展

为了提高舰艇抗冲击能力,已发展了各种舰艇冲击防护方法。传统的冲击防护手段会使舰艇的重量大幅增加,影响舰艇总体性能。夹层板的出现给舰艇冲击防护提供了另外一条途径,成为近期国内外相关研究的热点。文中以舰艇冲击防护为背景,从夹层板的冲击变形模式、微惯量效应、应变率效应、几何非线性效应、流固耦合效应、以及均匀化和模拟试验方法等方面,回顾了近期国内外相关研究进展。

泡沫金属的微惯性效应和动态塑性泊松比

采用三维Voronoi技术和显式有限元方法来研究闭孔和开孔两种泡沫金属的动态塑性泊松比问题和微惯性效应。细观数值模拟的结果表明:塑性泊松比随着轴向应变的增加而下降,塑性泊松比的峰值随着冲击速度的增加而下降;相对密度增加时,泡沫金属塑性泊松比增加;微惯性对平台应力的影响不大。该数值模拟结果能够解释侧向约束情况下闭孔泡沫金属的压溃应力随着加载速率的提高而下降的实验现象。

水压柱塞副的微流场特性研究

对于水压柱塞副间隙流场,水的流动惯性可能改变流场的局部甚至全局流态。综合考虑表面粗糙度和惯性力等因素,通过CFD仿真计算研究了包括水在内的几种不同黏度流体在柱塞副间隙流场中的压力和流量特性,并进行了试验对比验证。结果表明应用经典润滑理论得到的计算结果与实际情况有较大误差,设计计算时需要考虑惯性力和表面粗糙度的影响以及正确的流态,这是因为水的低黏度导致惯性力的效应增强,使得流态对表面粗糙度更敏感;表面粗糙度影响微流场的流态,最终影响摩擦副的压差流量特性。

基于微惯性与Unity3D的室内滑雪教学与训练可视化系统设计

鉴于目前开展室内滑雪运动时存在滑雪者沉浸感差、动态数据无法存储、专业动作教学及训练效果差等问题,以模拟滑雪机为平台设计基于微惯性与Unity3D引擎的室内滑雪教学与训练可视化系统。该系统结合黑龙江亚布力雪场实景构建虚拟滑雪场景,以专业滑雪运动员构建滑雪人物模型,提出碰撞实时检测策略,同时以人物实时动态测量数据为基础实现虚拟滑雪者滑行、刹车、左倾及右倾等动作控制。实验结果表明,室内滑雪教学与训练可视化系统安全性强、体验性好,是数字化及智能化滑雪教学与训练的重要装备。

混凝土类材料动态拉伸强度的微观力学模型

基于水泥砂浆试样动态劈裂拉伸实验,研究了不同加载速率下水泥砂浆材料动态劈裂时的裂纹发生和扩展规律,提出一个微观力学模型。结果表明,微裂纹惯性是混凝土类材料动态拉伸实验中测量到的动态拉伸强度随应变率的增加而提高的一种微观机制。

微涡旋混凝低脉动沉淀技术处理低温低浊水

依据低温低浊水的特点，对其处理过程中的亚微观传质及絮凝过程中的动力特性进行分析，并通过试验结果阐明了该技术的可应用性和实用性以及低耗高效的特点。

基于MEMS陀螺仪的微惯性测量系统的实现

微机电(MEMS)惯性传感器应用日益广泛,本文给出了一种基于新型MEMS陀螺仪的微惯性测量系统的实现。系统采用了ANALOG DIVICES公司的AIDS16255陀螺仪,其精度较高,并增加了校准功能,能够在内部对敏感度和偏差因子进行补偿。系统具有体积小、重量轻、可扩展性好等特点。本文给出了系统的原理图和软件流程的关键内容。

低g值微惯性开关中阿基米德平面螺旋梁的设计

针对低g值微惯性开关对微弹簧的系统刚度达到(0.1~10)N/m数量级的要求,设计了一种阿基米德平面螺旋梁结构的微惯性开关。根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导了阿基米德平面螺旋梁的弹性系数计算公式,并与ANSYS有限元仿真分析结果进行了对比。基于推导的弹性系数计算公式设计了一种三根阿基米德平面螺旋梁支撑的动作阈值5.5gn的微惯性开关,并采用SOI硅片以及玻璃-硅-玻璃键合技术进行了加工,在离心转台上对开关实际动作阈值进行测试,并将测试值与设计值进行对比。结果表明,采用推导到的阿基米德平面螺旋梁弹性系数计算公式计算结果与ANSYS仿真结果相近,基于推导的弹性系数计算公式设计的三根阿基米德平面螺旋梁支撑的微惯性开关动作阈值设计值与实测值相近,单根阿基米德平面螺旋梁弹性系数约0.8 N/m,能够满足低g值微惯性开关低刚度的要求,推导的弹性系数计算公式能够用于基于阿基米德平面螺旋梁的低g值微惯性开关的设计。

一种新型微孔洞损伤模型

在前人的基础上引入单位体积微损伤个数概念,从而将宏观损伤参量与微观孔洞体积结合起来,并且在孔洞长大扩展时计入惯性效应的影响,得到了一个新的二次型微孔洞损伤演化方程,指出表面扩张效应和惯性效应分别在孔洞长大的不同阶段起主导作用,最后以921钢板撞击实验为参考,通过比较自由面速度时程曲线,得出的结果与实验相符,验证了本模型的正确性。

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Microelectro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关。该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作。通过对弹簧-质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10–4s量级,与有限元仿真结果吻合较好。

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明:开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。

Si-玻璃阳极键合失效机理研究

在采用Si-玻璃阳极键合技术制备微惯性传感器的过程中,实验发现键合圆片中心区域键合失效。通过对键合机理和工艺过程进行分析,认为湿法腐蚀工艺引入钾离子(K+)污染是造成键合失效的主要原因,也可以对键合失效现象给出合理的解释。改变工艺参数进行了键合对比实验,结果表明,未受K+污染的键合圆片没有发生键合失效现象。提出了解决键合失效问题的两种方案,并首次提出在Si片表面生长氧化层提高失效区键合强度的方法;从理论上分析了增加SiO2介质层的可行性。强度测试结果表明,在SiO2厚度为150nm时,键合剪切强度达到14MPa,验证了方案的可靠性。利用上述方法制备出微加速度传感器敏感结构。

用于MEMS惯性开关的微弹簧有限元动力学分析

设计水平和垂直方向两种驱动形式MEMS(micro-electro-mechanical system)惯性开关,应用ANSYS10.0有限元软件对其中的镍质微弹簧结构进行实体建模和动力学模拟分析,得到其在动载荷下的应力分布情况和端部位移响应曲线,并比较静动载荷下结构参数对微弹簧水平和垂直方向上弹性常数(klevel和kvertic)的影响规律。文中的有限元动力学分析方法为较准确地评定类似MEMS微弹簧弹性常数提供一条有效途径,具有工程实际应用价值,特别是为动载荷下工作的惯性类微器件中弹簧的进一步优化与加工提供重要依据。

微米级球形金属粉体的稳定脉冲微输送

针对激光熔覆或3D微打印等金属零件先进制造技术对稳定微量输送金属粉体的要求,分析了微米尺度金属粉体脉冲输送机理。为提高金属粉体脉冲输送分辨率和输送稳定性,设计了余弦修圆波形、正弦修圆波形和正弦余弦组合修圆波形作为压电致动器的驱动电压波形。对平均粒径为100μm的均匀球形TC4钛合金粉体进行了脉冲微输送实验。实验结果表明:余弦修圆波形使粉体做"前进"运动,正弦修圆波形使粉体做"后退"运动;分散态粉体单颗稳定输送达粉体总量的90%,密集态粉体脉冲微输送过程中密实度可控,粉体微输送过程稳定,无结拱现象发生。本文的研究结果也可为其它微米尺度材料或其他形状粉体的脉冲微输送提供参考。

直流微电网虚拟惯性控制及其稳定性分析

针对直流微电网惯性低,母线电压抗干扰能力差的问题,考虑直流微电网中各旋转设备和储能设备的潜在惯性支持能力,提出直流微电网虚拟惯性控制。首先,给出了直流微电网中各可控电源提供的惯性功率的通用的表达式,该惯性功率直接由直流母线电压变化量及虚拟惯性控制系数确定;其次,在设计各变流器附加惯性控制时,采用一阶惯性环节代替了微分环节,避免了对输入信号产生高频干扰;再次,建立了直流微电网的小信号模型,分析了加入虚拟惯性控制后直流微电网的稳定性,给出了虚拟惯性控制系数的选取范围;最后,在Matlab/Simulink中建立了直流微电网模型并进行了时域仿真,验证了所提控制策略的有效性以及稳定性分析的正确性。