Параметрическая устойчивость микромасштабного бесконтактного индукционного подвеса с электростатическим контуром управления жесткостью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье выполнено аналитическое исследование параметрических колебаний недеформируемого диска, находящегося в бесконтактном электромагнитном подвесе с электростатическим контуром управления эффективной жесткостью. На основе асимптотических методов нелинейной динамики получены аналитические выражения для переходных кривых стационарного положения левитирующего тела в областях главного и вторичных параметрических резонансов. Получены оценки параметров системы, для которых бесконтактный подвес с квазинулевой электромагнитной жесткостью является асимптотически устойчивым.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. П. Удалов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Автор, ответственный за переписку.
Email: pp_udalov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. А. Попов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: pp_udalov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Лукин

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: pp_udalov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Л. В. Штукин

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: pp_udalov@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

К. В. Полеткин

Университет Хэфэя

Email: pp_udalov@mail.ru
Тайвань, Хэфэй

Список литературы

  1. Han H. S., Kim D. S. Magnetic levitation // Springer Tracts on Transportation and Traffic. Heidelberg: Springer Netherlands, 2016. P. 247.
  2. Leland R. P. Mechanical-thermal noise in MEMS gyroscopes // IEEE Sensors J. 2005. V. 5 (3). P. 493.
  3. Prikhodko I. P. et al. Sub-degree-per-hour silicon MEMS rate sensor with 1 million Q-factor // 2011 16th Int. Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, IEEE, 2011. P. 2809.
  4. Мартыненко Ю. Г. Движение твердого тела в электрических и магнитных полях. М.: Наука, 1988. 368 с.
  5. Мартыненко Ю. Г. Аналитическая динамика электромеханических систем. М.: Изд-во МЭИ, 1984. 64 с.
  6. Xiao Q. et al. Design and experiment of an electromagnetic levitation system for a micro mirror // Microsystem Technologies. 2019. V. 25. P. 3119.
  7. Бадыков Р. Р. и др. Разработка экспериментальной установки для исследования несущей способности одностепенного магнитного подвеса ротора // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2022. Т. 4 (143). С. 4.
  8. Пириева Н. М. Методика проектирования индукционного левитатора // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2022. Т. 65 (2). С. 69.
  9. Williams C. B. et al. Modelling and testing of a frictionless levitated micromotor // Sensors and Actuators A: Physical. 1997. V. 61 (1–3). P. 469.
  10. Williams C. B. et al. Initial fabrication of a micro-induction gyroscope // Microelectronic Engineering. 1996. V. 30 (1–4). P. 531.
  11. Shearwood C. et al. Development of a levitated micromotor for application as a gyroscope // Sensors and actuators A: physical. 2000. V. 83 (1–3). P. 85.
  12. Wu X.S. et al. Micromotor with electromagnetically levitated rotor using separated coils // Electronics Letters. 2004. V. 40 (16). P. 996.
  13. Liu W. et al. Variable-capacitance micromotor with levitated diamagnetic rotor // Electronics Letters. 2008. V. 44 (11). P. 681.
  14. Liu W., Zhang W., Chen W. Simulation analysis and experimental study of the diamagnetically levitated electrostatic micromotor // J. of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. V. 492. P. 165634.
  15. Vlnieska V. et al. Development of control circuit for inductive levitation micro-actuators // Proceedings. MDPI, 2020. V. 64 (1). P. 1.
  16. Zhang W. et al. The study of an electromagnetic levitating micromotor for application in a rotating gyroscope // Sensors and actuators A: physical. 2006. V. 132 (2). P. 651.
  17. Xiaogang H. et al. High resolution differential capacitance detection scheme for micro levitated rotor gyroscope // Chinese J. of Aeronautics. 2007. V. 20 (6). P. 546.
  18. Xu Y. et al. Passive diamagnetic contactless suspension rotor with electrostatic glass motor // Micro & Nano Letters. 2019. V. 14 (10). P. 1056.
  19. Yang B. et al. Research on a new microelectromechanical hybrid gyroscope // The 2010 IEEE Int. Conf. on Information and Automation. IEEE. 2010. P. 1520.
  20. Xia D., Yu C., Kong L. A micro dynamically tuned gyroscope with adjustable static capacitance // Sensors. 2013. V. 13 (2). P. 2176.
  21. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. 488 с.
  22. Rosa E. B., Grover F. W. Formulas and tables for the calculation of mutual and self-inductance. Washington, DC: US Government Printing Office, 1948. V. 169.
  23. Zhang X., Quan C., Li Z. Mutual inductance calculation of circular coils for an arbitrary position with electromagnetic shielding in wireless power transfer systems // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021. V. 7 (3). P. 1196.
  24. Babic S., Akyel C. Magnetic force between inclined circular loops (Lorentz approach) // Progress in Electromagnetics Research B. 2012. V. 38. P. 333.
  25. Sari I., Kraft M. A MEMS linear accelerator for levitated micro-objects // Sensors and Actuators A: Physical. 2015. V. 222. P. 15.
  26. Xiao Q. et al. Design of contactless electromagnetic levitation and electrostatic driven rotation control system for a micro mirror // 2018 15th Int. Conf. on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV), IEEE. 2018. P. 1176.
  27. Xu Y. et al. Realization of a diamagnetically levitating rotor driven by electrostatic field // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2017. V. 22 (5). P. 2387.
  28. Liu K. et al. An innovative micro-diamagnetic levitation system with coils applied in micro-gyroscope // Microsystem technologies. 2010. V. 16. P. 431.
  29. Liu W., Zhang W., Chen W. Simulation analysis and experimental study of the diamagnetically levitated electrostatic micromotor // J. of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. V. 492. P. 165634.
  30. Xia D., Yu C., Kong L. A micro dynamically tuned gyroscope with adjustable static capacitance // Sensors. 2013. V. 13 (2). P. 2176.
  31. Poletkin K. Quasi-finite Element Modelling // Levitation Micro-Systems: Applications to Sensors and Actuators. 2021. P. 45.
  32. Nayfeh A. H. Perturbation methods. New-York: John Wiley & Sons, 2008. P. 425.
  33. Удалов П. П. и др. Статическая устойчивость трехстепенной модели индукционного подвеса // В сб. трудов конф. “МИКМУС-2023”, Москва, 2–23. С. 567.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение электромагнитного подвеса.

Скачать (129KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Области устойчивости (окружности) и неустойчивости (черные точки) в плоскости параметров (ε, δ). Черные линии – переходные кривые, задаваемые выражениями (18), (26); ν = 0.15.

Скачать (565KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».