高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计与分析

针对超磁致伸缩致动器集中于静态与准静态领域的不足,开发设计出一款用于高频驱动的超磁致伸缩致动器。建立完善用于高精度励磁场的轴线磁场强度、三维空间磁场强度的ANSYS模型,完成励磁场均匀度分析,为高频磁场的设计提供理论基础。     

微型超磁致伸缩高速阀致动器的优化设计

通过优化设计驱动线圈和Terfenol-D的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料Terfenol-D为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善Terfenol-D的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.     

双金属热致动器的设计与仿真

双金属热致动器通过加热使得驱动元件本身的温度升高,结构内部产生热应力,导致薄膜产生线性应变,从而达到驱动目的.分析了双金属热致动原理,经过理论建模与matlab软件仿真,给出了双金属片的形变位移与悬臂梁长度、结构厚度、两种材料热膨胀系数差、温度变化量以及材料弹性模量与悬臂梁宽度的具体关系,根据仿真结果,后两者的变化对其形变大小影响不大.所得结论为双金属热致动器的设计提供了详细的理论依据.     

超磁致伸缩致动器控制系统的建模与仿真

结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，对磁致伸缩致动器控制系统进行了仿真，设计了PID调节器，并在此基础上进行了离散化，得到了数字控制系统，为磁致伸缩致动器控制系统的硬件选型和硬软件设计提供前提条件。     

超磁致伸缩致动器动态特性分析与实验研究

基于超磁致伸缩材料磁滞非线性,结合其致动器结构,推导了致动器的动态应变模型.为了验证模型的准确性,进行了致动器动态特性测试,测试结果和理论仿真结果基本一致,为致动器的实际使用打下了基础.     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.     

以Terfenol-D为核心元件的致动器低频输出特性实验研究

对无偏置磁场时低频(0～20Hz)范围内致动器的输出位移和致动器中Terfenol-D棒的伸长量同时进行了实验测试,并分析了致动器输出位移与Terfenol-D棒伸长量之间的关系.实验主要进行了交流输入电流频率一定时改变输入电流值和交流输入电流值一定时改变输入电流频率两种情况.分析实验结果可知,致动器的输出位移比致动器中Terfenol-D棒的伸长量小,器件有机械损耗,可见器件的结构设计有很重要的意义.为发挥Terfenol-D棒的性能,提高器件效率,可以优化结构设计.该实验研究结果对致动器的设计、优化具有一定的指导作用.     

一种超磁致伸缩致动器温度控制系统的设计与分析

根据超磁致伸缩致动器(GMA)的热特性,设计了一种具有内外双层铜水管冷却结构的温度控制系统,在精确控制致动器温度的同时,有效降低了致动器的输出误差。利用ANSYS有限元分析软件对GMA温度场进行了稳态和瞬态分析,结果表明,所设计的温度控制系统能够精确控制致动器温度,大大提高了致动器的输出精度。最后搭建温控实验平台,通过无水冷和强制水冷实验可知,双层铜水管冷却结构的温控系统,大大减小了热变形对GMA输出精度的影响,温控效果十分显著。     

基于二次型性能泛函的主动控制致动器优化配置

致动器过多不仅增加控制能量和成本,而且会增加控制难度及降低控制效率。已有的优化配置研究中,已对一定数目致动器的位置配置进行了探讨,而对致动器的最优数目研究较少。本文首先根据致动器对结构系统的状态影响矩阵中控制贡献大小,提出控制系统中致动器最优数目的优化方法;然后根据致动器的灵敏度,提出改进的最优致动器布置计算方法及算法流程,提高计算效率,并通过实例进行了验证,说明本文提出改进的致动器优化配置算法流程的适应性和有效性,更能适应于大型土木工程结构主动控制中的致动器优化配置。     

一种压电陶瓷致动器直流可调稳压驱动电源设计

研究一种基于开关式原理的压电陶瓷致动器动态驱动电源.方案采用7组三端可调稳压器LM317串联叠加输出稳定电压给压电致动器供电,输出电压值通过调节接入电路中光耦占空比大小来实现.经过实际电路测试实验,所提方法制作的压电陶瓷致动器动态驱动电源能够输出0~200V直流电压,具有良好的稳定性.     

超磁致伸缩作动器磁路优化设计

为改善磁路环境,提高超磁致伸缩材料(GMM)的工作性能,在分析超磁致伸缩作动器(GMA)工作原理及GMM特性的基础上提出以减小磁漏、增大磁场强度和提高磁场强度均匀性为设计原则,将GMM棒中轴线上的磁场强度作为评价标准.基于ansoft maxwell对磁路进行电磁学有限元分析,得出磁路中的关键部件导磁端盖和导磁片的结构参数对磁场强度大小和均匀性的影响规律,结合高斯磁通理论分析产生这种现象的原因,在此基础上对结构参数进行设计优化.实验结果显示结构参数优化后GMM棒中轴线上的最大磁场强由55.4 k A/m增大到70.35 k A/m,增幅为26.98%,磁场均匀率由44.22%增大到99.5%.研究表明:导磁端盖主要用来减小磁漏、提高磁场强度且过大或过小的直径和厚度都将会导致漏磁增多,U型导磁片主要用来改善磁路环境、提高磁场强度的均匀性.     

超磁致伸缩驱动器工作温升抑制的有限元分析

超磁致伸缩驱动器在工作时,温度的升高对超磁致伸缩棒的输出特性有较大影响.在分析温升对GMA输出精度影响的基础上,针对大功率、长时间工作的使用场合,引入了有限元分析方法对GMA进行热分析.分别设计了两组GMA,其中一组具有强制水冷温控系统,另一组无温控制装置.通过热分析得到了两组GMA在电流为4 A时的温度场分布,从而可用于指导热设计.     

涡流对断路器方形永磁机构特性的影响

由于高压断路器永磁机构工作时间短、动作速度快,工作时会在动静铁芯中产生涡流,为了分析其对机构特性的影响,采用耦合法对永磁机构的瞬态磁场进行分析,并研究了电压激励下的瞬态磁场,推导出考虑涡流影响的非线性瞬态磁场数学模型.运用有限元分析软件Ansoft对方形永磁机构进行仿真,分析涡流对其特性的影响,并对其损耗进行计算分析.分析结果表明,由于涡流的影响使永磁机构的动作时间增长,在永磁机构动作过程中,动铁芯的涡流损耗很大.     

稀土磁致伸缩材料Terfenol-D的变负载特性分析研究

关于稀土超磁载伸缩材料Terfeno1-D的磁致伸缩特性国内外已有大量报道，但大多数都是基于载荷(预紧力)在磁致伸缩过程中保持不变条件下的磁致伸缩特性研究．在这些研究的基础上分析了Terfenol-D材料在变负载时的磁致伸缩特性。介绍了变负载动态特性曲线的绘制方法并讨论了恒载与变载的特性曲线的特点与差异。对设计和研究磁致伸缩换能器的动态特性具有参考价值．     

基于Preisach修正模型的GMA前馈补偿研究

超磁致伸缩驱动器(GMA)的磁滞建模与非线性补偿是实现GMA高精度定位的基础。根据GMA的特点,提出了GMA的磁滞Preisach修正模型建模与非线性补偿方法。设计制作了一台GMA样机,对其主磁滞回线和一阶折返曲线进行了精密测量,基于实验数据建立了驱动器的Preisach磁滞修正模型。为了避免对Preisach算子求逆,提出了一种以主磁滞回线升程为基准的输入校正迭代算法,并以此设计了驱动器的前馈补偿器,实验表明,提出的GMA前馈补偿方法具有较高的精度,其定位误差不超过1%。     

真空断路器永磁机构计算与分析

在介绍了高压断路器的双稳态永磁机构结构及工作原理的基础上，对其涡流电磁场方程进行了描述，研究了电流源激励下的瞬态磁场，并推导出考虑涡流情况下的非线性瞬态磁场数学模型，建立出永磁机构动态方程.采用耦合法，并且应用了ANSYS软件进行编程来对永磁机构的瞬态场进行计算，对它的线圈电流、动铁芯位移及受力进行分析，并研究了涡流效应对永磁机构的影响，得出应选择电导率小，电磁性能好和损耗低的导磁材料的结论.     

双稳态及单稳态永磁操动机构的研究

在介绍高压断路器的双稳态永磁操动机构和单稳态永磁操动机构的基础上，采用有限元法分别计算了双稳态和单稳态永磁操动机构的静态磁场分布，分析了两种结构永磁操作机构的保持力大小和永磁材料的结构，布置方式以及尺寸的关系，分析了双稳态和单稳态记尖操作机构在分闸和合闸过程中的速度特性，对两种永磁操动机构的特性进行了对比分析。     

永磁操动机构磁场计算及动特性分析

在建立永磁操动机构动态分析数学模型的基础上，采用有限元分析方法对永磁操动机构激磁后的动态特性进行计算，得出了动铁芯运动过程中的机构磁场分布，线圈电流，动铁芯的位移，运动速度及在运动中受力随时间变化的规律，并比较了在两种不同激磁方式下的机构运动特性及电压大小对永磁操动机构运动特性的影响。