玻璃幕墙清洗机器人爬壁运动控制系统设计

针对高层建筑玻璃幕墙清洗问题,开发了一种双层结构玻璃幕墙清洗机器人,对机械人本体结构及爬壁运动控制系统进行设计,以FPGA芯片为核心,对控制系统各部分硬件进行设计选型,并编写上位机控制软件。采用模糊PID算法对步进电机实现闭环控制,利用Matlab软件对步进电机进行了仿真分析。仿真结果表明,机器人运行状态稳定,具有较高的实用性。

数控珩磨机床中直线电机的安全保护装置研究

直线电机驱动珩磨机床往复运动可以提高运行速度、换向加速度和定位精度,提高珩磨质量和效率。直线电机垂直应用的关键问题之一是直线电机在运动中意外失电,直线电机动子的安全保护问题。针对此问题,设计了一种气动抱闸保护装置。通过对直线电机运动系统的力学分析,建立了直线电机的数学模型,并对安全保护装置下直线电机失电后动子的运动状况进行了计算分析。结果表明,该气动抱闸装置具有很好的刹车效果,并且该气动抱闸装置也适用于直线电机垂直应用的其它场合。

SiN薄膜纳米孔芯片制造工艺实验研究

针对第3代基因测序的需求,提出一种大规模的氮化硅薄膜纳米孔芯片制造技术.通过测量不同膜厚氮化硅薄膜的应力,选择适用于纳米孔制造的最佳厚度为100 nm.采用低压化学气相沉积、反应离子刻蚀和释放工艺制备出高成品率的氮化硅纳米薄膜芯片.在此基础上,使用聚焦离子束和高能电子束实现氮化硅薄膜纳米孔的制造.研究聚焦离子束刻蚀时间、电流与纳米孔直径的关系.实验结果表明,采用聚焦离子束将氮化硅薄膜的厚度减薄至40 nm以下时,制作纳米孔的效果更好.采用聚焦离子束制造的氮化硅薄膜纳米孔最小直径为26 nm,而采用电子束制备的最小直径可达3.5 nm.该方法为基于固体纳米孔的DNA测序检测提供了有力的支撑.

基于二硫化钼固态纳米孔检测DNA分子实验研究

为了研究二硫化钼固态纳米孔在DNA检测中的性能,采用机械剥离的方法制备了单少层的二硫化钼,并将其转移到氮化硅基底上制作纳米孔,进行λ-DNA的过孔实验.研究了电压、溶液浓度对DNA分子通过二硫化钼固态纳米孔的过孔时间和幅值的影响,并与氮化硅纳米孔的实验进行了对比.实验结果表明,二硫化钼纳米孔中,使用1 mol/L的KCl溶液,λ-DNA通过纳米孔时所产生的阻塞电流信号幅值和标准幅值比都随着电压的升高而升高,过孔时间随着电压的升高而减小;而相同电压下,当KCl溶液浓度由1 mol/L降低到0.1 mol/L时,阻塞电流信号幅值随之下降,标准幅值比却随之升高,过孔速度变快.此外,在相同实验条件下,当基准幅值电流接近时,DNA分子通过二硫化钼纳米孔所产生的阻塞离子电流幅值明显高于通过氮化硅纳米孔时的阻塞离子电流幅值,归一化后的离子电流标准幅值比提高约3倍,证明二硫化钼薄膜具有更高的灵敏性和信噪比.

受限高浓度电解质溶液的电动力学输运

为了解释有关纳米通道内离子输运特性的一系列违反经典流体力学和电迁移理论的实验现象的内在机理,通过分子动力学模拟的方法,研究了受限高浓度Na Cl溶液的离子电流和迁移率等电动力学输运特性.结果显示,跨膜电压和接入电阻是导致单层石墨烯纳米孔的离子电流随孔径呈线性增长的重要原因.受限电解质溶液与体态溶液的本质区别是除了固液界面的边界效应外,跨膜电压造成的局部超大电场将导致电迁移速率随电场强度增加出现非线性增长的Wien效应.同时,离子迁移率随溶液浓度升高而下降.产生这些变化的微观机理除了离子氛屏蔽效应外,还有离子对形成和离子碰撞等离子间微观相互作用.

珩磨机伺服进给系统建模与分析

为了解决珩磨机液压进给系统响应速度慢、效率低、液压油易泄漏、无法实现恒速进给等不足,通过对珩磨加工工艺的研究,针对珩磨工艺特殊的加工要求,提出了珩磨机伺服进给系统;并通过动力学分析,得到了进给机械系统传递函数;利用PID控制算法在Matlab/Simulink工具箱中建立了系统控制模型。通过仿真分析得到了合理的PID控制参数,仿真结果表明,所设计的珩磨机伺服进给系统具有较好的动态性能,仿真分析所得到的控制参数对设计珩磨机控制系统具有重要的指导作用。

阵列天线电磁-结构-热耦合理论:现在与未来

有源相控阵雷达作为支撑国家战略安全的核心装备,承担着国家战略反导、超视距探测、反隐身侦查、远程引导打击等重大任务,维护着我国的国土安全,更是我国大国地位的战略支柱.有源相控阵技术诞生于20世纪60年代的战火之中,军事上的迫切需要使其一经问世就引起了世界的轰动,它的出现甚至影响了世界军事的变革.相比于传统的单脉冲、脉冲多普勒等技术,它使雷达迈入了一个新时代,对雷达发展产生了深远和广泛的影响.有源相控阵雷达中每个天线单元都连接有对应的发射/接收组件,通过控制移相器改变天线孔径上的相位分布,实现天线不做机械转动而天线波束在空间进行快速电扫描.因此,相比于传统机械扫描雷达扫描惯性大、数据率有限、信息通道数少、不易满足自适应和多功能需求等缺点,有源相控阵雷达具备微秒时间内灵活且无惯性扫描、功能多、可靠性高、数据率大、雷达反射截面积低、自适应能力强、不易受到干扰等无可比拟的优势.随着现代国防的重大需求,雷达装备向着超视距、精准探测、极度隐身等方向持续发展,有源相控阵天线向着高频段、高增益、高指向精度、低副瓣电平等方向不断迈进,天线的高电磁指标对结构的刚度、轻量化、高效散热等设计参数提出了严苛的要求,天线内部各参数呈现高维度多场耦合关系,更容易受到战场恶劣环境的干扰而恶化天线的电性能,降低雷达的探测威力、制导精度与战场生存能力等.有源相控阵天线被誉为“三军之眼”,是涉及多学科交叉的典型装备,其结构、热、电磁之间存在的相互影响、相互制约的耦合关系定义为有源相控阵天线的机电热耦合问题.主要耦合问题有四点.其一,馈电误差影响天线电磁性能:有源相控阵天线馈电网络误差、辐射单元失效、热敏电子元器件(如发射/接收组件中的移相器)性能温漂、天线单元互耦等都会引起馈电电流的幅相误差,导致天线电磁性能恶化.其二,结构误差影响天线电磁性能:有源相控阵天线制造、装配存在随机误差,服役中振动、冲击、热功耗等导致阵面变形,最终引起辐射单元位置偏移,天线阵面电磁幅相分布发生变化,导致发射波束变化,最终使天线电性能受到严重影响.其三,热影响天线电磁性能:有源相控阵天线阵面上安装有成千上万的发射/接收组件,热功耗巨大,一方面会导致天线阵面的结构热变形,另一方面也会引起器件的性能下降,最终导致天线电磁性能的恶化.其四,结构、热与电磁性能耦合:三者中任一个变化,都会引起其他两个的变化.有源相控阵雷达在不同占空比工作模式下,其天线阵面电磁幅相会做出相应分布,导致热功耗随之变化,从而引起温度分布发生变化,进而影响天线阵面的结构热变形.因此有源相控阵天线的机电热耦合问题已成为制约其稳健发展,进一步提升性能的瓶颈问题.本文梳理了陆基、舰载、机载、弹载、星载不同平台上有源相控阵天线的发展动态,分析了各武器平台上有源相控阵天线的结构特点,归纳了“陆、海、空、天”不同战场环境的服役载荷对有源相控阵天线的影响,然后总结了天线结构误差、天线罩高温烧蚀、T/R组件馈电误差、天线单元失效等多重因素影响下有源相控阵天线机电热耦合机理分析与建模方法,机电热耦合技术在有源相控阵天线制造精度、高效散热以及轻量化综合优化、稀疏阵设计等领域的应用,以及服役环境下有源相控阵天线状态监测、位移场重构、电性能补偿等关键保障技术,最后探讨了机电热耦合技术的未来研究方向以及在不同研究领域的应用前景.