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基于GMM的压电驱动器磁滞特性建模及高精度抗扰跟踪控制

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 443-458页

作者：黄鹏升李加胜丁烨上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对压电... 详细信息

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)对压电驱动器固有的磁滞特性建模,并根据该模型进行前馈补偿,以消除磁滞非线性对控制精度的影响.其次,建立扩张状态观测器,对所有外部扰动及未建模误差进行观测与补偿,以提高系统的抗扰能力.为了进一步提高系统的跟踪精度与控制带宽,建立状态反馈与零相跟踪前馈控制策略,以优化闭环系统特性.实验结果验证了基于所提磁滞模型建立的抗扰跟踪控制方法的有效性.在0~50 Hz输入信号频率范围内,在给定的测试集内该控制策略下的系统跟踪误差小于2.2%,能够满足目标控制带宽下的高精度跟踪要求.

关键词：压电驱动器磁滞非线性高斯混合模型扩张状态观测器抗扰控制

基于声流的非接触超声电机理论分析与试验研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 10-17页

作者：陈书杰石明辉张绍林宋德红郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001

针对传统超声电机存在严重的摩擦磨损及难以长时间连续工作的问题,本文中基于声流原理设计了1种新型的非接触式超声电机.建立电机定子谐响应有限元分析模型,获得其工作频率及结构振型,并对悬浮间隙内的声流场进行建模,采用雷诺应力法求... 详细信息

针对传统超声电机存在严重的摩擦磨损及难以长时间连续工作的问题,本文中基于声流原理设计了1种新型的非接触式超声电机.建立电机定子谐响应有限元分析模型,获得其工作频率及结构振型,并对悬浮间隙内的声流场进行建模,采用雷诺应力法求解声流场驱动力,分析不同激励电压下转子转速以及驱动力的变化规律.为验证模型的合理性,搭建试验测试系统并进行性能测试对比分析.结果表明,该电机在声流驱动下能够稳定地运转,转速随着电压的升高而单调上升,驱动电压为1430 V时,转子转速可以达到28 r/min.理论结果与试验结果具有较好的一致性,验证了模型的合理性.

关键词：超声电机雷诺应力声流计算声流力转速

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GPU加速高阶谱差分方法在风扇噪声中的应用

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航空学报 2024年第8期45卷 118-132页

作者：张东飞高军辉北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

风扇是大涵道比涡扇发动机的主要噪声源之一,准确预测风扇噪声对声学设计、噪声机制分析具有重要意义。高精度计算气动声学方法是风扇噪声计算的一个重要途径,但是由于巨大的计算资源需求,限制了其在风扇噪声计算上的应用。将图形处理器... 详细信息

风扇是大涵道比涡扇发动机的主要噪声源之一,准确预测风扇噪声对声学设计、噪声机制分析具有重要意义。高精度计算气动声学方法是风扇噪声计算的一个重要途径,但是由于巨大的计算资源需求,限制了其在风扇噪声计算上的应用。将图形处理器(GPU)加速计算方法应用到高阶谱差分计算气动声学求解器中,对不同的GPU和中央处理器(CPU)异构计算模式进行了测试和优化,并分析了影响异构计算效率的瓶颈。在A100 GPU卡上测试的结果表明,相比于28核的CPU计算节点,采用静止网格、运动网格的GPU计算加速比分别为20.4、14.0。将GPU加速的计算气动声学求解器应用到低速风扇噪声数值模拟中,准确预测了管道内前两阶叶片通过频率(BPF)的主导模态,与实验测量结果相比,模态声功率级误差在5 dB以内。

关键词： GPU 异构计算风扇噪声谱差分方法叶轮机械

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固有成分滤波器的旋转机械故障诊断方法

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 159-165,204页

作者：张宗振韩宝坤李舜酩鲍怀谦王金瑞山东科技大学机械电子工程学院青岛266590 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

针对噪声环境下旋转机械微弱复合故障诊断问题,提出了一种强噪声干扰下基于固有成分滤波器(intrinsic component filtering,简称ICF)的旋转机械故障检测和分离方法。ICF通过最小化样本间特征的L1/2范数和样本内特征的L3/2范数来实现样... 详细信息

针对噪声环境下旋转机械微弱复合故障诊断问题,提出了一种强噪声干扰下基于固有成分滤波器(intrinsic component filtering,简称ICF)的旋转机械故障检测和分离方法。ICF通过最小化样本间特征的L1/2范数和样本内特征的L3/2范数来实现样本之间特征的一致性和样本内部特征的稀疏性,并训练出最优滤波器组,是一种无监督多维盲解卷积算法。首先,构建输入信号的Hankel训练矩阵,通过权值矩阵与Hankel矩阵的乘积模拟卷积过程,再利用固有属性滤波器实现特征学习;其次,通过峭度信息选择最优滤波器;最后,根据滤波后的时域波形和包络谱实现故障诊断。仿真和试验信号验证了提出方法的故障诊断性能,研究结果表明,提出的方法无需任何先验经验,可以实现强噪声环境下的微弱故障的分离,同时具备很好的鲁棒性。

关键词：旋转机械故障诊断无监督学习固有成分滤波器微弱信号检测复合故障分离

基于数据驱动的MEMS加速度计自检测自校正技术研究

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计算机测量与控制 2024年第10期 53-61页

作者：薛健张博亚尹可付杰付洪硕凤雷刘冰哈尔滨工业大学电子与信息工程学院火箭军装备部驻哈尔滨地区军事代表室中国航发湖南动力机械研究所

MEMS加速度计是一种用于测量载体加速度的微型集成系统，已被广泛应用于生产生活中；然而MEMS器件在使用过程中易由内外因素影响出现故障，若不能及时检测故障并校正故障数据，将会使得系统无法准确感知外界环境进而导致控制出现偏差，... 详细信息

MEMS加速度计是一种用于测量载体加速度的微型集成系统，已被广泛应用于生产生活中；然而MEMS器件在使用过程中易由内外因素影响出现故障，若不能及时检测故障并校正故障数据，将会使得系统无法准确感知外界环境进而导致控制出现偏差，因此及时检测MEMS加速度计的故障并校正其故障数据对于提高系统的鲁棒性、测量准确性以及控制稳定性等方面具有重要意义；现有检测校正方法大多依靠建立加速度计的物理模型或构建传感器冗余网络来实现加速度计的自检测与自校正，但这些方法存在建模复杂且引入额外误差或硬件资源需求高等问题；为了避免建模不准确引入的误差并减少算法对硬件资源的需求，基于近传感器计算的思想，设计了一种轻量化的、基于数据驱动的MEMS加速度计自检测自校正算法；测试结果表明，算法对冲击、偏差、信号丢失、恒定输出4种故障的检测率均达到90%,校正后数据与正常数据的平均绝对误差小于0.15 g,并且具有在2.54 ms内处理加速度计数据的能力。

关键词： MEMS加速度计自检测自校正近传感器计算数据驱动

多弧离子镀Al_(2)O_(3)-TiO_(2)/FeCrAl涂层的热冲击性能及在静态铅铋中的耐腐蚀行为研究

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核动力工程 2024年第1期45卷 90-97页

作者：张顺蔺潘东尹星陈勇赵海波孙兰王均四川大学机械工程学院成都610065 中国核动力研究设计院成都610213 四川大学分析测试中心成都610065

为探索一种核电用包壳材料FeCrAl合金表面涂层的制备方法,本文利用多弧离子镀技术在FeCrAl合金表面制备了以FeCrAl作为过渡层的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)涂层,对试样进行热冲击实验以探究涂层的抗热冲击性能,对试样进行600℃、1000 h静态铅... 详细信息

为探索一种核电用包壳材料FeCrAl合金表面涂层的制备方法,本文利用多弧离子镀技术在FeCrAl合金表面制备了以FeCrAl作为过渡层的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)涂层,对试样进行热冲击实验以探究涂层的抗热冲击性能,对试样进行600℃、1000 h静态铅铋合金(LBE)腐蚀实验,研究涂层的耐腐蚀性能,表征和分析了试样经LBE腐蚀前后的相组成和显微形貌。结果表明,通过多弧离子镀制备的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)为非晶态,30次热冲击试验后涂层未出现开裂、脱落等现象。腐蚀后,FeCrAl基体试样表面发生明显溶解腐蚀。而X射线衍射分析显示涂层试样在腐蚀后Al_(2)O_(3)发生结晶,表层Al_(2)O_(3)结构收缩出现孔隙,而涂层内部仍保持致密,且截面分析显示LBE未渗入涂层内部。因此,Al_(2)O_(3)-TiO_(2)/FeCrAl涂层能有效地阻止LBE对基体材料的腐蚀。

关键词： FeCrAl合金多弧离子镀 Al_(2)O_(3)-TiO_(2)/FeCrAl涂层抗热冲击性能铅铋合金(LBE)腐蚀

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航空发动机OEI应急工况模拟试验方法研究

强度与环境 2024年第2期51卷 57-64页

作者：刘煦宸崔若尧程昊武洋洋章的王晓钢特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能... 详细信息

本文针对旋翼航空器单台发动机不工作(One Engine Inoperative,OEI)工况进行了模拟试验方法研究,重点研究了两种热加载试验技术,即感应线圈加热试验方法和热模拟电阻加热试验方法。首先,进行了感应加热和热模拟电阻加热的热-力加载性能测试,明确了两种试验方法的技术特点。其次,通过对某种典型镍基高温合金在两种加热方式下进行OEI模拟试验研究,分析了在两种加热方式下OEI对材料性能的影响,评估和比较了感应加热和热模拟电阻加热的OEI工况试验模拟效果。结果表明,由于热模拟电阻加热方法有控温精度高的优点,并且可在试样表面形成较大的均温区,因此能够更好地模拟OEI工况。相比之下,感应加热方法易在试样表面引入较大的热梯度,从而影响测温的一致性,并可能造成较大的热应力,导致OEI工况模拟的效果欠佳。因此推荐采用热模拟机试验方法作为OEI工况模拟的首选方法。

关键词：单台发动机不工作感应加热热模拟机模拟试验方法高温合金

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立贮固体发动机黏接界面剪切破坏风险研究

装备环境工程 2024年第4期21卷 17-23页

作者：周坤林陈家兴樊自建申志彬国防科技大学空天科学学院长沙410073 空天任务智能规划与仿真湖南省重点实验室长沙410073 内蒙动力机械研究所呼和浩特010010

目的评估长期立贮固体发动机黏接界面因剪切变形导致破坏的风险。方法对固体发动机黏接界面剪切试件进行高温加速老化,而后对老化剪切试样进行定速拉伸剪切试验,依据剪切试验结果,总结固体发动机黏接界面力学性能的老化规律。基于Arrhen... 详细信息

目的评估长期立贮固体发动机黏接界面因剪切变形导致破坏的风险。方法对固体发动机黏接界面剪切试件进行高温加速老化,而后对老化剪切试样进行定速拉伸剪切试验,依据剪切试验结果,总结固体发动机黏接界面力学性能的老化规律。基于Arrhenius方程外推得到固体发动机黏接界面考虑老化的剪切变形破坏判据,采用该破坏判据对立式贮存15 a的某型固体发动机黏接界面因剪切变形发生破坏的风险进行评估。结果黏接界面在经过15 a的老化后,其最大剪切变形为0.7926 rad,比初始性能下降5.31%。选定某型固体发动机进行长期立贮工况计算,仿真计算结果显示,该固体发动机立贮15 s时,黏接界面危险点处的切向应变值0.4633 rad。该值小于老化15 a后黏接界面剪切变形破坏起始点,即该发动机在立式贮存15 a后,界面剪切变形程度未达到破坏阈值。结论该破坏判据能够较为直观地对长期立式贮存固体发动机黏接界面因剪切变形发生破坏的风险进行评估,可为长期贮存固体发动机黏接界面结构完整性评估提供借鉴参考。

关键词：固体发动机长期贮存高温加速界面老化剪切破坏结构完整性评估

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组合火焰稳定器横向喷射高温燃油液滴分布特性实验研究

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推进技术 2024年

作者：翟文辉范育新陈玉乾黄玥南京航空航天大学能源与动力学院内蒙古工业大学航空学院厦门大学航空航天学院

为了研究高温高速来流中横向喷射高温燃油的喷雾液滴分布特性，本文采用光学拍摄和图像处理方法对外壁凹腔支板组合火焰稳定器下游高温燃油喷雾液滴分布开展了试验测量和粒径分析。研究结果表明，当燃油温度为373 K时，壁式凹腔区域内... 详细信息

为了研究高温高速来流中横向喷射高温燃油的喷雾液滴分布特性，本文采用光学拍摄和图像处理方法对外壁凹腔支板组合火焰稳定器下游高温燃油喷雾液滴分布开展了试验测量和粒径分析。研究结果表明，当燃油温度为373 K时，壁式凹腔区域内液滴数量最多，由壁式凹腔向试验段中心轴方向移动，液滴数量明显减少；在不同主流速度、温度和供油当量比下，稳定器下游各测试截面上不同粒径范围的液滴数量基本呈正态分布，液滴数量最多的粒径范围主要集中在26 ～ 40 μm，其次是21.88 ～ 25 μm和41 ～ 55 μm，大液滴数量很少。当燃油温度增加至473 K时，大液滴基本消失，液滴数量最多的粒径范围是21.88 ～ 25 μm，且总液滴数量很少，液相燃油大多数已经蒸发。随着主流速度、主流温度和燃油温度增加，稳定器下游各测试截面的液滴总数和索泰尔平均直径（SMD）均降低；与之相反，供油当量比增加时，各测试截面的液滴总数和SMD则略微上升。其中，提高燃油温度和主流速度时，SMD下降速度大于提高主流温度的结果，不过当主流速度超过100 m/s后大液滴数量减少，导致SMD的下降变缓。此外，从30 ～ 60 mm截面时，燃油喷雾的SMD下降幅度较小；从60 ～ 90 mm时，则快速下降。

关键词：一体化火焰稳定器横向射流高温油雾液滴尺寸液滴数目索泰尔平均直径