摘要：针对分数阶控制器数值计算和应用难的问题,研究了分数阶控制器的数字实现方法和控制特性．取Grunwald-Letnikov定义有限项,并直接离散化,得到有限记忆数字实现法;利用Tustin算子生成函数把分数阶微分由复频域变换到Z域,然后用连分式展开式CFE(continued fraction expansion)近似展开,可得到Tustin+CFE数字实现法．两种方法的频域对比分析表明Tustin+CFE法优于有限记忆法．采用设计的分数阶控制器的数字实现方法,对分数阶控制器和传统PID控制器的控制性能进行了对比实验分析．研究结果表明:分数阶控制器对非线性具有较强的控制能力．

摘要：混沌和分岔使得多稳态俘能系统的非线性动力学响应对系统结构参数非常敏感,导致了系统的非线性特性正向设计比较困难.为了定量地表征非线性恢复力与结构参数的关系,提出了一种多稳态俘能系统的准确磁力建模方法.推导了多稳态俘能系统端部磁铁和外部磁铁的相对距离和转角位置,并采用磁荷理论建立了多稳态系统的非线性磁力模型.通过搭建实验平台测量了不同结构参数条件下多稳态系统的非线性磁力,并对比了本方法与传统方法和实验测量的结果.结果表明:本方法的磁力计算结果与实验测量值吻合较好,双稳态系统和三稳态系统的磁力峰值误差分别仅为4.3%和6.49%,验证了本方法计算多稳态系统非线性磁力的有效性.此外,基于本方法探究了多稳态系统结构参数对系统势阱的影响机理,获取了多稳态系统的稳态临界位置,研究了双稳态和三稳态系统在不同结构参数下的响应电压规律.参数优化结果表明,双稳态系统在竖直距离为34 mm时,均方电压最大为10.22 V;三稳态系统在竖直距离为28 mm且水平距离为8 mm时,均方电压最大为12.7 V.该研究提出的模型以期为多稳态系统的输出性能优化设计提供借鉴.

摘要：人‑机电耦合俘能背包的输出功率的影响因素复杂,缺乏合理的建模设计方法,因此本文基于机械振动和电路理论建立了人体运动俘能背包的功率输出模型。采用理论模型数值仿真分析了人体负重质量、增速比和行走运动对俘能功率的影响。设计了一种电磁式俘能背包,并搭建了多参数测试系统,实验研究了不同负重质量、运动速度、增速比及其耦合情况下对俘能功率的影响。多参数耦合与阻抗匹配实验结果表明:俘能功率随着负重质量和行走速度的增大而增大,而且在人‑机电耦合情况下存在最优增速器增速比和最优外接阻抗使背包输出功率最大。理论和实验结果表明设计的功率输出模型可以为人‑机电耦合俘能背包参数设计提供较好的理论指导。

摘要：在分析分数阶微积分的基础上,提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器.分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数,为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展.结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑,用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元,构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构,采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算.最后,用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性.研究结果表明,设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性.

摘要：采用4阶龙格库塔法和10阶连分式欧拉法，数值计算、分析了分数阶阻尼Duffing系统的动力学特性．利用相图、Poincare截面映射图和分岔图等非线性动力学分析方法研究了阻尼的分数阶微积分阶数对Duffing系统动力学性能的影响，采用分岔图法研究了外部激励的幅值和频率变化时分数阶阻尼Duffing系统的动力学行为．分析表明，分数阶阻尼的阶数在0．1～2．0发生变化时，系统依次进入周期运动、混沌运动、周期运动、混沌运动和周期运动，并且在混沌运动区间中存在着周期运动窗口，由周期运动进入混沌运动的倍周期过程比较明显，结果证实了阻尼的分数阶微分阶数对系统的动力学特性影响比较大，因此在系统动力学设计和分析中应该重视．

摘要：针对动力电池特性参数受振动影响会导致其状态估计精度受到干扰而目前又没有统一测试规范的问题,提出一种基于多方向实车振动路谱探究电池模组容量和阻抗特性的试验研究方法。通过分析国内外电池振动测试标准,提出采用实车路谱的必要性,然后设计采集系统获取强化道路下的电池包多方向振动信号,计算其功率谱密度估计,并选取能量集中频率区间分段拟合,构建适用于一般振动台的随机振动曲线。最后搭建了振动放电试验系统,以电池模组为对象还原实车中的安装形式与预紧力,进行振动工况下的标准放电和脉冲特性测试。结果表明:路面激励传递到电池包存在明显能量衰减和敏感方向,电池包振动加速度小于2g且能量集中于50Hz以下;一般的强化道路振动对动力电池放电容量并无明显影响,但会引起直流内阻产生不超过10%的增大。研究结果将为考虑振动因素的动力电池状态估计与故障诊断提供支撑。

摘要：螺栓连接作为一种典型的机械装配结合方式,在航空航天、武器装备、能源化工和交通运输等关键机械装备设计和运行中扮演着至关重要的角色,但螺栓连接也引入了刚度和阻尼非线性因素,给装备的动力学性能预测和服役可靠性带来了新的挑战,这些促使螺栓连接研究涉及界面微观摩擦到宏观结构动力学多个学科。总结分析了螺栓连接界面微观摩擦到宏观动力学研究领域螺栓接头摩擦本构模型的分形表征、统计求和模型和Iwan模型的建模方法,归纳了目前国际上螺栓连接的几种实验测试基准系统,概述了螺栓连接宏观动力学问题中涉及的非线性建模、参数辨识、数值仿真技术和结构健康监测等多方面的最新技术进展,展望了未来螺栓连接动力学需要重点开展研究的方向。

摘要：无线网络和低功耗微电子技术的进步推动着设备健康监测技术的网联化和智能化发展.轴承作为旋转设备的关键部件,对国防、轨道交通、风电等重大装备的健康状态起到了非常重要的作用,实现轴承状态监测的微型化和自供能是装备智能化的重要技术基础.论文针对于轴承无线传感器网络的供能问题,提出了一种用于轴承自供能监测的径向电磁式旋转能量俘获建模方法,并通过引入环形Halbach永磁阵列增强了线圈中的磁场强度,提高了能量俘获系统的输出性能.基于磁荷理论和空间坐标变换给出了环形Halbach永磁阵列的径向磁场计算方法,进而利用电磁感应原理建立了电磁式旋转能量俘获系统的输出电压模型,仿真分析了不同参数对系统输出电压的影响.有限元仿真和不同转速下的实验结果验证了所建立模型预测输出电压的准确性,同时功率测试实验表明设计的俘能系统在1000 rpm转速下可实现81.2 mW的输出功率.

摘要：针对负刚度非线性振子回复力的辨识困难问题,提出了一种基于回复力曲面的时域非参数辨识方法。对比分析了位移微分和加速度积分的数值处理方法,给出了利用实验数据绘制4种典型负刚度振子三维回复力曲面图及提取刚度力和阻尼力的方法。研究结果表明:对4种负刚度振子的数值模拟,多项式刚度力和阻尼力系数的辨识精度都可达95%以上。通过搭建实验平台对不同加速度水平下的多稳态振子进行了扫频实验,并基于设计方法建立了多稳态振子的回复力表面,表面识别结果与实测回复力面吻合较好,验证了回复力曲面法辨识负刚度非线性振子的有效性。该研究为能量俘获及振动控制领域的非线性研究提供了一种可行的方法。

摘要：为满足设备级通信的实时性、可靠性和互操作性 ,提出基于CAN现场总线的智能仪表组网技术。通过分析CAN总线和RS 485总线的特点 ,设计了CAN总线多功能集中器和网络通信协议。设计的CAN总线多功能集中器可以与上位机 (PLC或PC等 )通过CAN总线通信 ,也可通过RS 485与网络底层仪表通信 。