摘要：利用粒子群算法对双稳态永磁机构参数进行最佳优化设计,并在此基础上研制了一种永磁机构智能控制器。该控制器利用TMS320F2812 DSP作为核心控制芯片,主要包括电源、微处理器系统、电容充电及电压检测电路、分合闸线圈控制电路、输入/输出单元、过压欠压监视、各种保护单元及GPRS通信等部分。通过光纤、无线实现远距离监控,零序电流保护可以区分区内、区外故障,遥控分合闸采用了防止误动作设计,提出保证IGBT并联电路可靠工作及避免影响手动分合闸的技术措施。通过Multisim软件仿真和实际测量波形进行比较,从而验证了设计电路的可行性。最后进行了工业现场实验,实验结果证明该智能控制器性能可靠、体积小,实现了对开关的智能化控制。

摘要：双稳态结构的构型和驱动位置设计是改善其跳转特性的关键技术。提出通过协同调控预压缩量、局部加强结构参数和驱动位置设计具有特定跳转性能的预压双稳态结构。首先,给出了局部加强预压双稳态结构的成型过程,并在理论分析的基础上得到特定性能预压双稳态结构的设计方程。然后,基于有限元方法验证了设计方程中设计参数(预压缩量,驱动位置,局部加强结构尺寸、位置)对双稳态结构跳转特性(偏置跳转力、拱高)的影响,并绘制了双稳态结构跳转特性的等值线图。最后,根据跳转特性等值线图设计并制备了拱高为3.57 mm,偏置跳转力为1.20 N的预压双稳态结构。实验结果表明:预压双稳态结构的拱高和偏置跳转力的设计值和实验值的误差分别为1.68%和11.67%,验证了预压双稳态结构设计结果的有效性。

摘要：为了验证双稳态屈曲梁结构的低频跳跃突变特性以及其能否在较低频率范围内进行能量耗散和吸收,本文基于小驱动大变形的设计目标,本文设计了一种以梁二阶屈曲模态为基础的新型双稳态结构,即在简支屈曲梁上施加可移动铰支约束,并在可移动铰支处施加可调驱动力矩,从而实现屈曲梁在较小外部激励作用下发生稳定的二阶屈曲模态跳变。通过动力学建模,采用最小势能原理得到双稳态屈曲梁发生二阶跳变的最小驱动力矩,并给出了移动铰支变化时,屈曲梁双稳态形式的变化特点及相应的跳变能量。通过仿真分析了双稳态屈曲梁的固有频率及跳跃模式,验证了理论分析结果。基于理论与仿真分析结果,设计了双稳态屈曲梁跳跃机构。通过实验验证了所设计双稳态屈曲梁结构在低频外激励作用下能发生二阶模态的跳变,为低频振动下进行能量吸收和耗散结构的设计提供了新思路。

摘要：针对高性能、低能耗的电磁执行器发展趋势,提出了一种动铁式双稳态永磁执行器。通过高性能永磁体的引入以及关键结构参数的设计,优化了执行器力—位移特性曲线的线性度,从而提升了执行器的驱动能力,在产生足够保持力同时提升启动力。为确保性能的稳定性以及降低能耗,提出了脉冲电流激励模式,同时分析了激励参数对执行器动态响应的影响。仿真及试验结果表明:力—位移特性曲线线性的主要影响因素为永磁体高度,衔铁高度仅仅影响行程端部的线性,而衔铁半径只是影响力—位移特性曲线的斜率。执行器样机保持力为370 N,启动力达158 N;在额定激励参数下,动态响应时间为5.8 ms,最高工作频率为90 Hz,工作周期输入能量与传统控制模式相比减小了33%。

摘要：研制了双稳态永磁机构智能控制器,利用AVR单片机作为主控芯片进行了硬件设计。控制器包括电源、微处理器系统、电容器电压检测电路、分合闸线圈控制电路、输入/输出单元、过压/欠压监视、保护单元等部分。提出了保证IGBT并联电路可靠工作以及避免影响手动分/合闸的技术措施。Multisim软件的仿真结果验证了所设计电路的可行性;工业现场实验结果表明该控制器性能可靠,能够实现对开关的智能化控制。

摘要：为了同时提高振动能量俘获系统的效率和实用性,俘能器主结构的振动特性与环境振动特性的匹配度显得尤为重要.非线性系统复杂的动力学行为为设计高效的俘能器奠定了基础,但结构一旦被设计、生成出来,其工作频率往往是固定的,无法根据环境中的振动而发生相应的改变.本文利用可移动铰支座和非线性磁力设计了一种具有双稳态特性的宽频压电俘能器,通过拓宽压电俘能器的工作频带,来匹配环境中较宽的振动频率.为了保证系统低频宽带的俘能效果,详细分析了结构的长度比、磁间距、负载阻抗、外激励频率和幅值等对系统线性刚度、非线性刚度以及动力学行为的影响,并进行了实验验证.首先将系统简化为欧拉-伯努力梁,利用拉格朗日方程建立系统的非线性动力学方程,并利用谐波平衡法进行求解.针对理论分析给出的不同外激励频率下的最优长度比,搭建了实验平台进行验证.理论和实验的结果表明:非线性磁力的引入使系统呈现负刚度特性,使俘能器能够在单稳态和双稳态之间的变换,实现低频俘能效果;通过调节可移动铰支座的位置,改变系统的长细比,能够实现从0到16 Hz的宽频俘能效果.

摘要：针对可变形鼓包型面设计方案需求,以铰支边界的椭圆底扁薄球壳模型为对象,通过数值仿真研究了结构双稳态构型的转换机理以及需要满足的参数条件;对稳态构型转换中的跳变类型以及影响因素进行了分析;给出了不同驱动方式下,加载位置和形状参数对稳态构型转换需要的临界驱动力以及结构内应变的影响.结果表明:结构在铰支约束下存在双稳态需满足一定的拱高厚度比;稳态构型在转换过程中存在局部跳变和整体跳变组合方式,可以通过选择加载位置和结构参数进行控制;结构发生跳变时的临界载荷和结构内应变与加载方式和结构参数有关.

摘要：提出一种新型的磁耦合变势能阱双稳态压电颤振能量收集器,设计了外部磁场作用下颤振能量收集系统的双稳态构型,并利用弹性支撑的外部磁铁的运动实现了变势能阱技术,解释了变势能阱双稳态对颤振能量收集系统的性能增强机理。建立了磁力-压电-气动弹性耦合的颤振能量收集系统的动力学分析模型,根据非线性磁偶极模型以及平衡点稳定性理论,讨论了系统出现双稳态构型的参数条件。对磁耦合双稳态颤振能量收集系统的动态特性进行了数值仿真研究,结果显示,双稳态构型能够使无磁力颤振能量收集系统的超临界颤振行为转变为亚临界颤振,发生极限环振动的风速能够降低50%以上,拓宽了能量收集器的有效工作风速范围,并分析了磁铁间距、磁偶极矩对能量收集性能的影响规律。采用弹性支撑的外部磁铁的运动来自适应调节内外部磁铁之间的距离,达到变势能阱的目的,有效地降低了双稳态的势能阱深度,使系统更容易发生双稳态势能阱间的跃迁运动,从而在双稳态的设计基础上,实现了能量收集工作风速范围和输出电功率的同步提升,为低风速下的能量收集提供了一种有效的设计途径。

摘要：利用V形梁结构的双稳态跳转特性,设计了一种具有显著阈值特性的双稳态惯性开关,并建立了阻尼力、惯性力、弹性力及触点碰撞力等多力耦合作用下的开关动力学模型。开关结构主要由触点、弹性元件及其支撑的惯性质量块构成。动态仿真及实验结果表明开关具有良好的阈值特性。采用离心测试装置测得开关闭合阈值为9.6g,与设计值10g的偏差仅为4%,断开阈值为-3.1g,开关响应时间低于5ms,闭合后在零惯性力作用下仍能使开关保持闭合状态,验证了V形梁结构惯性开关设计理论的有效性和可行性,因而在航空、航天及汽车电子安全领域具有广阔的应用前景。

摘要：双稳态复合材料可广泛应用于各类可变结构的设计。针对反对称铺层的圆柱壳,利用有限元软件ABAQUS的Standard准静态分析,模拟其双稳态跳变过程和跳回过程,探讨在整个连续过程中圆柱壳上的应力分布情况,以及应力随时间和载荷变化的趋势,从而对该类可变结构的设计起到指导作用。结果表明:该类复合材料圆柱壳跳变过程中最大应力出现在载荷施加点与约束点附近,第二稳态下应力关于板中心呈中心对称分布,最大应力沿板壳对角线出现在四个角内侧附近,而跳回过程中应力由第二稳态下的分布慢慢变为集中在约束点附近。而且整个圆柱壳上的最大应力时刻与最大载荷施加的时刻不重叠,具有滞后性。