强偏置超磁致伸缩致动器准静态位移建模与试验

为满足电控喷油器球阀开闭的要求,设计了强偏置超磁致伸缩致动器。阐述了强偏置超磁致伸缩致动器的工作原理,基于其偏置特征分析了致动器适用的正弦波信号。根据磁阻理论、J-A模型、二次畴转模型和线性系统理论建立了强偏置致动器的准静态位移模型,计算了此模型致动器方波输入时位移幅值和电流幅值的关系,正弦波输入时位移-电流滞环曲线,幅值为3 A的方波电流输入时的致动器位移输出。设计了强偏置致动器的试验系统,通过同幅值反向的方波信号辨别输入方向,并进行了致动器的方波和正弦波测试。结果表明:模型计算得到的方波位移幅值特性以及谐波位移-电流滞环与试验结果吻合,由此验证了模型的准确性;强偏置致动器在3 A方波电流输入时位移超过30μm,响应时间约为10μs,超调量为零,具有较好的驱动性能。     

喷油器用超磁致伸缩致动器设计方法和驱动波形研究

将超磁致伸缩材料的输出特点和喷油器的驱动需求相结合,设计并驱动适用于电控喷油器的超磁致伸缩致动器。针对常闭式电控喷油器仅需要单向和缩短位移的特点,结合超磁致伸缩材料在不同偏置磁场强度输出特性,提出了2种不同偏置磁场的致动器结构并分析了各自适用的电流输入方向;借助实验系统测试了2种致动器的稳态位移和响应时间,并分析了二者输出性能。针对传统直流方波驱动时致动器响应过慢的问题,借鉴电磁铁大电压快速开启的方法,设计了喷油器用超磁致伸缩致动器的驱动波形,并测试了该设计波形对强偏置致动器的驱动性能。研究结果表明,采用所设计的驱动电压,可将超磁致伸缩致动器的响应时间由4 ms降至1 ms,极大地提升了致动器的瞬态响应速度,同时,超磁致伸缩致动器可输出12~33μm的连续稳态位移,提供了更多的驱动效果。     

位移差动自感式磁流变阻尼器设计与试验

针对磁流变车辆半主动悬架减振系统中使用磁流变阻尼器与传感器分离布置易造成安装空间大、系统可靠性低、维护成本高以及传感器信号易受外部环境干扰等不足,设计了一种位移差动自感式磁流变阻尼器。该阻尼器活塞头凹槽内缠绕2层铜线圈,内层线圈为阻尼励磁线圈,通过控制阻尼励磁线圈输入电流就可控制输出阻尼力,实现阻尼力可控;外层线圈为产生感应电压信号所需感应激励线圈,当给感应激励线圈通入高频交流电励磁信号时,缠绕在绕线缸体上的两组感应线圈可分别感应出同频率的位移信号,并通过差动原理实现位移差动自感应。推导了位移差动自感应数学模型;搭建测试系统进行自感应特性测试及阻尼力学性能分析。试验结果表明:静态拉伸时阻尼器活塞位移与感应电压成线性关系;动态拉伸时,当振幅分别为5、10、15 mm时,能够产生幅值为0.3、0.6、0.9 V的感应电压,通过拟合可得到阻尼器活塞头位移与自感应电压成线性关系;给阻尼励磁线圈施加1 A直流电时,能产生360 N左右的可控阻尼力。     

超磁致伸缩作动器的混沌非线

激励电流与输出位移之间的非线性影响超磁致伸缩作动器的性能,混沌现象是超磁致伸缩作动器非线性的重要方面.为研究超磁致伸缩作动器的混沌行为,建立了其非线性动态力学模型,用数值方法得到了反映系统非线性响应特性的分岔图、最大Lyapunov指数图、相图、Poincaré截面图、幅值谱等.分析结果表明,在低频条件下,激励电流过大或系统刚度过低都会导致混沌现象的出现.     

柱棒式超磁致伸缩振动能量收集装置建模与实验

针对目前超磁致伸缩式振动能量收集在理论研究上的不足,根据超磁致伸缩材料的材料特性,设计了一种柱棒式超磁致伸缩能量收集装置(GMEHD),并对其工作原理进行了阐述。结合GMEHD的结构特点,建立了装置的输入输出模型,推导了输出电压计算公式,对系统在正弦激励下的响应进行了求解;根据线圈结构,通过电路分析,对线圈匝数进行了优化。利用仿真软件COMSOL Multiphysics,建立了GMEHD有限元模型,得到其仿真结果。在上述基础上制作了GMEHD样机,搭建了实验测试系统,得到了不同频率正弦力作用下GMEHD输出电动势曲线,并与模型计算值和仿真结果进行了对比。结果表明:在1、10、50 Hz单位正弦激励下,GMEHD输出电动势幅值分别为2、15、75 m V,相位超前于输入力π/2。实验与模型计算和仿真分析结果基本吻合,验证了模型的准确性,为GMEHD优化设计提供了参考依据。     

农田平整度测量装置研究与预测分析

为准确测量农田平整度,测量装置采用超声波传感器间接测量与磁致伸缩位移传感器直接测量相结合,并通过姿态传感器与陀螺仪获取测量装置姿态辅助修正测量值,通过LSTM神经网络的不同数量训练集对其测量值进行趋势变化预测。试验结果表明,测量装置磁致伸缩位移传感器测量过程中稳定性优于超声波传感器,通过卡尔曼分布式融合数据能有效滤除噪声,再分别通过前10 s、前20 s与前30 s数据做训练集,来进行预测分析,其均方根误差平均值为2.42,平均绝对误差平均值为2.67。试验结果表明,Kalman滤波融合数据与预测数据的均方根误差与平均绝对误差较小,能准确反映与预测平整度变化趋势,使测量装置准确的测量农田平整度及预测变化趋势。     

耕深测量装置研究与多元线性回归模型预测分析

针对耕作环境复杂、旋耕机耕作深度测量作业影响因素多等特点，设计了一种自动化测量、省时省力、精度高的便携式耕深深度测量装置。装置搭载于旋耕机后，通过磁致伸缩位移传感器、超声波传感器、姿态传感器和GPS模块等传感器采集数据，结合装置数学模型，融合相关数据，有效获得准确的耕深数据。对超声波传感器和磁致位移传感器采集的数据进行S-G滤波加权融合，有效应对测量过程中泥土飞溅或越坎等数据波动，减小外在因素对测量精度的影响，提高测量的精度。结合多元线性回归预测模型，对滤波融合后的数据进行预测分析，准确预测耕深数据变化值并辅助旋耕机调整机身姿态。试验结果表明：在3组16cm预定耕深下，磁致位移传感器直接采集的数据可以准确地反映数据的变化和趋势，且超声波传感器数据间接辅助磁致伸缩位移传感器数据，还原数据真实变化趋势。研究结果表明：多元线性回归模型预测数据与实际测量的数据之间的平均绝对百分比误差分别为0.03%、0.26%、3.16%,能准确反映实际旋耕机作业耕深数据情况，实现耕深测量预测。     

超磁致伸缩微致动器结构优化与静态特性试验

采用超磁致伸缩材料作为微致动器的主要材料,详细阐述了超磁致伸缩微致动器的结构及性能。通过建立超磁致伸缩微致动器的2D轴对称模型,利用有限元方法对微致动器的电磁结构进行优化。试验结果表明超磁致伸缩致动器在合适的偏置磁场及预压力作用下,能达到较佳的输出电流-位移及电流-输出力响应特性。     

基于磁致伸缩的大功率拖拉机阻力传感器设计

基于磁致伸缩原理,设计了一种大功率拖拉机电-液提升器用销轴式阻力传感器。根据铁磁学理论、安培环路定理以及磁路欧姆定律建立了传感器励磁电路的数学模型,并在Matlab/Simulink中对传感器的电压信号输出随负载的变化情况进行了仿真分析。采用45调质钢和40Cr调质钢两种材料作为传感器外壳进行对比。传感器剪切力静态加载试验结果表明：45调质钢静态特性曲线线性度决定系数R2为0.9965,加载70 kN剪切力时输出电压为0.55 V,性能优于40Cr调质钢。     

超磁致伸缩伺服阀用电—机转换器传热及热误差分析

提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。     

带有粘性阻尼与库仑阻尼悬架的频率响应特性

粘性阻尼和库仑阻尼对悬架的性能影响重大,为了解悬架在粘性阻尼和库仑阻尼共同作用下的动力学特性,本文对它的频率响应特性进行了计算和分析,结果显示,在谐波激励下,(1)适当地设置库仑阻尼,可使悬架系统在低频段和共振频段内处于锁死状态,从而获得较好的动力学特性;(2)当悬架处于非锁死状态时,仅有库仑阻尼不能抑制共振点处的振动,悬架系统必须具有一定大小的粘性阻尼;在高频段内,库仑阻尼和粘性阻尼越小对减振越有利;受库仑阻尼的影响,簧载质量位移响应的幅值会有一定的小幅波动。     

磁力泵滑动轴承磨损传感器设计

为了实现磁力泵轴承磨损实时监测,设计了一种新颖的磁力泵滑动轴承磨损传感器.针对磁力泵采用特殊的传感器结构,变曲面测量为平面测量,经过防腐处理的导磁材料制作的检测轮固定在内磁转子上,检测探头固定在隔离套上的环型嵌槽内,其一端为密闭罐形,另一端为检测工作平面,并与检测轮平面相对,检测磁钢、导磁体、导磁体铁额与霍尔集成电路均放置在检测探头内,检测探头与检测轮组成闭环检测磁路.采用磁路分析法,对检测探头和检测轮磁路简化.传感器确定后,磁路各参数如导磁体磁导、磁钢磁动势、磁路截面积等均为常数,因而霍尔集成电路输出电压与检测探头铁额的面积变化量关联,即和检测轮移动量δ关联.通过磁力泵X轴差分检测传感器试验,传感器的位移特性曲线线性度得到改善,分辨率为0.1 mm,测量精度为0.1~2.3,传感器灵敏度为10 mV/mm,该传感器对实现磁力泵轴承磨损实时监测具有一定的应用价值.     

差线栅位移传感器参数设计准则

差线栅位移传感器的机械参数对其性能有决定性的影响.其参数设计过程中需考虑的因素和遵循的规律比较独特.推导了含有分辨率准则、精度准则、幅值准则、波形准则的差线栅位移传感器参数设计准则,为传感器的结构设计和机械参数选择提供了理论依据.     

基于近红外光电效应的联合收获机谷物厚度测量方法

谷物在刮板升运器中的堆积状态是影响光电式流量测量精度的重要因素。为了提高联合收获机容积式谷物流量传感器的测量精度,开展了基于近红外光电效应的谷物厚度测量方法及其传感器的研究。通过激光发射器生成850～980 nm的近红外光,采用硅光电池接收透射谷物的红外光线,根据光强的变化获取谷物的厚度。设计了以T型反馈网络为核心的I/V转换处理电路,根据试验测量的输出电压与谷物厚度的变化关系,拟合建立了Gaussian函数方程,分析了激光发射器功率、红外线波长对不同品种水稻厚度测量性能的影响。结果表明:当红外线波长为940 nm时,回归方程的拟合精度最高,水稻厚度测量误差小于0. 5 mm;随着激光发射器功率的增加,水稻厚度测量量程随之增大,当功率为500 m W时,谷物厚度的有效测量距离约为50 mm;红外线的穿透能力随着波长的增加而增强,随着籽粒含水率的降低而减弱。提出的谷物厚度测量方法可以提高容积式谷物流量测量精度。     

基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略

为了提高液压系统控制精度,通过分析几种常用驱动策略下阀芯的动态特性以及进油口压力对动态特性的影响,提出了一种可适应进油口压力变化的多级电压激励驱动策略,与常用的双电压激励策略相比具有更好的动态特性,阀芯开启、关闭时间分别降至2. 2、1. 7 ms,线圈热功率降低了68. 5%。设计了一种通过PWM调制、可输出0～60 V之间任一电压的驱动电路。采用BP神经网络对PID参数进行整定,可实现液压缸位移的精确控制。在自适应电压激励与BP神经网络联合控制策略下,恒流量液压系统液压缸位移误差在-0. 3～0. 3 mm之间,变流量液压系统液压缸位移误差在-0. 5～0. 5 mm之间。     

排种器振动种盘内种群质量实时监测方法

采用悬臂梁称重传感器测量排种器振动种盘内种群的冲击力,在分析不同参数下输出信号变化特征的基础上,设计了由加法器、精密半波整流、二阶巴特沃斯低通滤波和差动放大串联组成的信号处理电路,实现了振动状态下种群质量的实时监测。在振动种盘试验台上进行了性能试验,设定振幅为3、4、5mm,相应振动频率分别在11~13Hz、10~12Hz、9~11Hz范围,结果表明:当单位面积籽粒质量κ1.8 g/cm2时,信号处理电路输出电压Vout与κ的非线性误差小于5.5%;当κ2.0g/cm2时,由于种群振动运动的不稳定导致输出电压Vout的波动性增强,测量的非线性误差增大。信号处理电路零点输出电压随种盘振动强度的提高而增大,测量灵敏度随种盘振动频率的提高而降低,籽粒形状和力学特性差异对测量结果的影响可以被忽略,监测方法具有很好的适应性。     

某新型车辆在基于MATLAB环境中随机路面下平顺性探析

通过在典型正弦信号激励下仿真,研究两种阻尼系数下的车身振动。然后在不同车速及路面工况下采用多种阻尼进行仿真,找出减振器阻尼系数对整车垂直振动加速度及位移的影响,为减振器设计提供理论阻尼参数,也为车辆在行进过程中保持车内货物不受损坏提供理论基础。     

基于土壤LF-UHF频段介电特性的FDR测量频率研究

土壤介电特性是影响FDR传感器测量土壤含水量精度和适应性的重要物理参数。为了确定28 mm长、10 mm间距的7探针FDR传感器理想频率,通过矢量网络分析仪对4种不同土壤的LF-UHF频段(1 MHz～3 GHz)散射参数进行了测量,通过Logsdon和Laird模型变换,使用Matlab进行了4种土壤表观介电常数的计算和绘制。通过土壤介电频谱分析,研究了土壤极化机理,分析了土壤介电特性与频率的关系,确定了FDR传感器的工作频段为44～398 MHz,考虑到温度对极化的影响,其最佳工作频段为62～110 MHz,其中75 MHz是其工作的最佳频率。此频率下土壤介电值仅对土壤含水量敏感,是消除温度等因素对FDR传感器影响的理想频率。     

冲量式谷物流量传感器性能实验研究

介绍了现有谷物流量传感器的种类、测产系统中所使用的冲量式流量传感器的基本结构和工作原理,对在升运器实验台上安装导流板和未安装导流板冲击式谷物流量传感器的输出信号值进行了比较分析,实验表明安装导流板后,传感器输出电压信号值平均提高30％左右,明显提高了传感器输出信号强度。