利用线阵CCD自动测量MSBS中悬浮模型的位置与姿态

以我国自行研制的磁悬挂天平系统为背景,主要研究了利用线阵CCD传感器构建MSBS的模型位置与姿态测量系统以及相应的传感器配置方案、信号转换、测量原理和测量流程等问题。该系统的位置与姿态测量系统以两组共5片线阵CCD作为MSBS中悬浮模型的5自由度位置与姿态传感器,以串联的多级惯性环节电路为脉宽-电压转换电路,将测量信号分别输入控制回路和校准测量回路。文中详细介绍了5片CCD传感器的配置方案及其测量原理,然后研究了使用多级惯性环节实现脉宽-电压信号的转换问题,并对该方案进行了理论分析和仿真,最后研究了利用CCD的测量信号反演悬浮模型位置与姿态的数学原理及其自动测量流程。

15cm×15cm磁悬挂天平系统(MSBS)的电磁场分析与计算

本文采用二维电磁场有限元法及磁路的简化计算法对15cm×15cm磁悬挂天平系统（MSBS）的阻力线圈间距、磁场的分布情况进行了分析计算，并与测试结果进行了分析比较，给出了15cm×15cm磁悬挂天平系统（MSBS）的结构方案。

裂缝作用下CO_(2)吞吐动用基质页岩油特征

为明确裂缝作用下CO_(2)吞吐过程中基质页岩油的动用特征,通过采用实时在线称质量方法和核磁共振成像技术,研究了裂缝作用下不同混相压力、基质长度以及基质渗透率对CO_(2)吞吐效果的影响,并建立了注CO_(2)提高基质页岩油动用程度的吞吐方法。结果表明:CO_(2)在非混相、多次接触混相和一次接触混相压力下首轮吞吐动用基质深度分别为12.0、22.5、36.5 mm,累计吞吐采收率逐渐升高;但当压力大于多次接触混相压力后,累计吞吐采收率提高幅度减小;采用逐级增大衰竭压差的吞吐方式,能够弥补基质长度增加对吞吐采收率造成的不利影响,提高大尺寸基质原油的动用深度和动用程度;当裂缝密度保持不变时,基质渗透率的降低会导致累计吞吐采收率减小,且裂缝对吞吐采收率的影响程度降低;虽然增加吞吐次数和闷井时间可以提高低渗透率基质的动用程度,但提高裂缝密度、减小基质原油尺寸才是最有效的提高低渗透基质动用程度的开发方式。研究成果可为提高裂缝作用下页岩油CO_(2)吞吐采收率提供借鉴。

基于ZYNQ的磁悬浮天平测量系统设计与实现

针对磁悬浮天平系统存在设计结构复杂,造价昂贵的局限性同时测量数据漂移,长期测量的精度波动以及依赖于PC端来处理数据的问题,提出了基于ZYNQ的磁悬浮天平测量系统设计,设计运动控制器保证天平高精度定位的稳定性以减小天平托盘位置变化对驱动电流测量的影响,同时设计的小型ZYNQ系统完成AD、DA接口传输数据并在soc中完成数据的处理,回避了传统测量系统依赖PC端处理数据且受到PC端供电电源波动噪声而对测量精度产生的影响等缺点,以及通过修正算法抑制长时间测量所可能产生的数据漂移。实验结果表明:基于ZYNQ的磁浮天平测量系统优化了设计结构且造价低的同时保证了磁悬浮天平测量精度,有效抑制长时间测量带来的噪声和漂移。

磁悬挂天平的双环控制

对磁悬挂天平的双环控制系统进行了详细的分析和设计 ,并对设计的结果进行了仿真分析 ,仿真结果表明磁悬挂天平的双环控制系统具有良好的动态性能。

新型Nano-CMM二维定位平台研究

介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计:平台设计了无爬行的磁浮-滑动复合导轨;引入了“共平面“的导向模式,实现近零阿贝误差;并对二维定位平台力平衡和系统热效应作了优化设计。计算和实验结果表明,平台能有效解决低速驱动时的爬行问题,实现微小步距进给,满足微纳米级定位平台的要求。

磁悬挂天平校准关系的非线性拟合

以磁悬挂天平系统的校准为研究背景 ,介绍了传统的校准关系的线性建模方案 ,针对其存在的缺陷 ,并结合校准实验数据的特点 ,提出了非线性拟合的改进方案 ,该方案借鉴了主成份分析法的合理成分 ,采用三次样条拟合方法建立校准关系 ,获得了令人满意的实际效果 ,最后 ,还定量比较了校准拟合的改进方案和传统的线性建模方案。

永磁悬浮车稳定悬浮机构研究

介绍了３种用于永磁悬浮车的永磁悬浮机构。一种车体重心在悬浮机构之上，另两种车体悬挂在悬浮机构之下。根据永磁体斥力与吸力的基本特性，从力学平衡与稳定性的角度，对３种永磁悬浮机构进行了研究。分析表明将永磁体的斥力和吸力合理组合能够将车体悬浮起来。在３种永磁体悬浮结构中，斥力和吸力共同作用下的悬挂式悬浮机构可实现静态稳定悬浮。

基于LabVIEW磁悬挂天平的姿态控制系统

介绍了利用NI公司的高速定时器/计数器以及含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架来实现的磁悬挂天平的俯仰和平动姿态控制系统。该系统基于LabVIEW 7. 0平台进行编程,具有操作界面友好直观、姿态控制精度高、便于扩展等特点,是我校设计、加工的“30cm×30cm磁悬挂天平装置”及“30cm×30cm低速高品质气流风洞装置”的重要组成部分。

磁悬挂天平系统的磁场分析与计算(60mm×60mm 磁悬挂天平技术研究之一)

磁悬挂天平系统的磁场设计好坏是磁悬挂天平系统结构设计成败的关键。而磁悬挂天平系统的磁场结构比较复杂,用简单的磁路设计方法已经不能满足更高的设计要求。本文介绍了一种求解电磁场的方法——二维电磁场有限元法,建立了相应的磁悬挂天平系统的数学模型,并应用此法,对磁悬挂天平的均匀磁场和梯度磁场分布进行了分析计算;提出了一种用于求解磁场开域问题的方法。文章中还介绍了根据磁场的计算结果来确定线圈间间距和铁芯厚度的方法。在此基础上,提出了一个60mm×60mm 的磁悬挂天平系统的设计方案,并给出了此设计方案的理论计算与实验结果的对比表。

制作磁悬浮天平的设想

设想用磁场力悬浮天平刀口 ,以减小刀口摩擦力 ;用光放大和光电电位器检测平衡位置 ,用灵敏电流计的电流大小和指针偏转方向确定天平平衡状况 .

磁悬挂天平的变结构控制

鉴于磁悬挂天平系统强烈的非线性特性及存在的多种不确定性 ,针对非匹配不确定性情况设计了变结构控制器。根据对悬浮时模型受力图的分析 ,及其模型两端电磁力、电流和电压的平衡关系 ,并以 y轴方向受力为例 ,讨论了磁悬挂天平的非线性变结构设计过程。该设计的目的是使镇定误差趋近于 0 ,其设计步骤包括期望性能到期望力的传递、满足滑动模态可达条件的控制力到控制电压的传递、控制电压的求解。同时对设计的结果进行了仿真分析 。

微痕量水分标准发生系统的研制

设计并研制了由气体纯化器、水渗透管和稀释装置组成的微痕量水分标准发生系统。以氮气为稀释气,系统可连续发生含量范围为10~1 000 nmol/mol的水分标准,相对扩展不确定度为2.4%~8.4%(k=2)。系统中的水渗透管由磁悬浮天平测量装置实时在线称量,稀释装置由高精度流量计校准,发生的水分标准利用光腔衰荡光谱水分仪进行监测。利用水分析仪考察了系统的准确性和稳定性,结果显示,系统发生的水分标准与仪器示值一致性良好,偏差在±4%之内;系统的稳定性良好,除低浓度点外,12 h内示值的相对标准偏差不大于0.3%。微痕量水分标准发生系统可为国内微痕量水分仪提供校准服务。

磁悬挂天平的变结构控制

鉴于磁悬挂天平系统强烈的非线性特性及存在的多种不确定性 ,针对非匹配不确定性情况设计了变结构控制器。根据对悬浮时模型受力图的分析及其模型两端电磁力、电流和电压的平衡关系 ,并以Y轴方向受力为例 ,讨论了磁悬挂天平的非线性变结构设计过程。该设计的目的是使镇定误差趋近于 0 ,其设计步骤包括期望性能到期望力的传递、满足滑动模态可达条件的控制力到控制电压的传递、控制电压的求解。同时对设计的结果进行了仿真分析 。

磁悬挂天平导航控制系统的应用与研究

介绍了利用美国国家仪器有限公司(简称NI:National Instruments)的软件LabVIEW和硬件高速定时器/计数器,以及含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架来实现的磁悬挂天平MSBS(Magnetic Suspension and BalanceSystem)导航控制系统,其中主要包括它的俯仰、左右和平动方向的导航控制。磁悬挂天平是进行风洞实验的理想装置,其基本核心技术之一就是进行导航控制。该系统基于LabVIEW7.0平台进行编程,具有操作界面友好直观、导航控制精度高、便于扩展等特点。磁悬挂天平导航控制系统是“30cm×30cm磁悬挂天平装置”及“30cm×30cm低速高品质气流风洞装置”的重要组成部分。

磁悬挂天平五自由度位置传感器的数学分析

磁悬挂平天的位置传感器具有一定的特殊性，它需要同时获取被悬挂的飞行器模型的多自由度位置分量。本文对这一问题进行了研究，并讨论了其工程实现问题。

纳米磁悬浮二维工作台力平衡结构设计

为了消除附加力矩对纳米磁悬浮二维工作台平稳直线运动的影响,研究了工作台的磁力、重力及摩擦力等各种作用力。基于力平衡原理对纳米工作台进行了结构设计,得到了纳米电动机驱动力的作用方向和作用点坐标。在此基础上进行了工作台运动导轨直线度及重复性实验,结果表明,工作台的偏摆误差在5″以下,俯仰误差在15″以下,两种误差每毫米点的重复性均在1″左右,工作台运动平稳。

利用磁悬浮技术提高动平衡精度及平台设计

在现有的磁悬浮技术和动平衡原理的基础上,对常规的机械式动平衡仪进行改进,提出了利用磁悬浮技术对动不平衡质量进行不停机自动切除的方案.即在不停机的情况下,采用激光加工器对不平衡质量进行自动切除,使转子由不平衡到平衡.分析转子的动平衡特性和磁悬浮的振动特性,建立振动方程,对工作平台的结构进行分析设计.该方法与传统的在停机情况下对不平衡质量进行切除相比,提高了动平衡的精度和系统的效率.

磁悬挂天平的变结构控制

鉴于磁悬挂天平系统强烈的非线性特性及存在的多种不确定性,针对非匹配不确定性情况设计了变结构控制器。根据对悬浮时模型受力图的分析,及其模型两端电磁力、电流和电压的平衡关系,并以Y轴方向受力为例,讨论了磁悬挂天平的非线性变结构设计过程。该设计的目的是使镇定误差趋进于0,其设计步骤包括期望性能到期望力的传递、满足滑动模态可达条件的控制力到控制电压的传递、控制电压的求解。同时对设计的结果进行了仿真分析,仿真结果表明磁悬挂天平的变结构控制系统具有良好的动态性能。

基于LabVIEW的磁悬挂天平的姿态控制系统

介绍了利用NI公司的高速定时器/计数器以及含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架来实现的磁悬挂天平的俯仰和平动姿态控制系统,该系统基于LabVIEW 7.0平台进行编程,具有操作界面友好直观、姿态控制精度高、便于扩展等特点。它是我校研制的“30 cm×30 cm磁悬挂天平装置”及“30 cm×30 cm低速高品质气流风洞装置”的重要组成部分。