超磁致伸缩致动器输出位移仿真分析

基于超磁致伸缩材料设计致动器,仿真分析了线圈匝数、质量等参数对致动器动态输出位移的影响。建立了致动器位移的单自由度线性系统模型,并求解了系统传递函数;利用MATLAB软件的step函数得到了各参量变化时系统的单位阶跃响应,据此分析了各参量对系统上升时间、稳态值等性能参数的影响。结果表明:增大线圈匝数和减小负载刚度有利于增大系统的稳态响应,减小质量和增大超磁致伸缩棒刚度有利于缩短系统响应时间,适度增大系统阻尼有利于减小系统超调量。研究结果对超磁致伸缩材料致动器的设计具有一定指导意义。     

超磁致伸缩致动器的磁-机械强耦合模型

稀土一铁超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料，其应用越来越受到人们的关注。为了有效地设计、开发超磁致伸缩材料的器件，必须建立材料器件的输入输出模型。利用能量变分原理，针对研制的超磁致伸缩致动器，建立了系统的磁一机械强耦合模型，并应用有限元法计算了致动器的输入电流与输出位移的关系曲线。计算值与实验值比较吻合，表明所建立的模型能够反映致动器的输入输出关系，模型对于设计超磁致伸缩器件、优化设计方案具有重要意义。     

超磁致伸缩材料及其在电动机中的应用

超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material简称GMM）是近年来发展起来的一种新型功能材料，在国内外得到广泛应用。将超磁致伸缩材料在电机中的应用技术已经比较成熟。简要介绍了超磁致伸缩材料以及在电机中的应用举例，还对研制一种新型电机-压电陶瓷-磁致伸缩电机进行了展望。     

轴向磁场分布对磁致伸缩驱动器磁滞特性的影响

稀土超磁致伸缩材料(GMM)具有磁滞非线性,严重影响超磁致伸缩致动器(GMA)的控制精度。为探讨轴向磁场分布对GMA磁滞特性的影响,确定了通过改变驱动线圈形状的方法来获得GMA不同的轴向磁场分布。基于材料自由能磁滞模型,建立了GMA磁滞非线性耦合模型,并给出了GMA磁滞回线计算方法。分析了四种典型形状的驱动线圈所对应的GMA的磁滞特性,结果表明轴向磁场分布对GMA磁滞特性具有重要影响,其中阶梯型和凹型线圈对应的GMA的最大磁滞较小。     

高温超导励磁低温超磁致致动器优化设计

在研究低温超磁致材料(cryogenic giant magnetostric- tive materials，CGMM)磁-机-电的场强耦合特性和高温超导材料带(high temperature superconductor, HTS)各向异性的基础上，设计了高温超导励磁的低温超磁致致动器。结合有限元场耦合计算方法，利用遗传算法进行了优化计算，计算结果表明，可以找到一个最佳位置，在超磁致材料性能充分发挥的同时，使高温超导带的使用量最少。基于超导特性并结合CGMM耦合有限元分析模型的遗传算法以及CAD软件为以多场耦合转换材料为基础的微操作机构与器件的设计提供了有益的经验和可借鉴的方法。     

驱动频率对超磁致伸缩致动器的损耗和温升特性的影响

从超磁致伸缩材料的压磁效应入手,基于能量极小值条件和磁学理论,分析了磁化过程中磁弹性力对材料中磁场的影响,分析了不同驱动频率下材料的涡流损耗、磁滞损耗以及复数磁导率的频率特性,对致动器中的磁能损耗以及损耗带来的温升特性进行仿真实验.结果表明,利用涡流损耗的计算公式得到的结果与有限元仿真结果吻合较好,该公式可适用于超磁致伸缩材料在中低频下的损耗计算,而高频下复数磁导率的变化将增大材料内部磁场的滞回非线性.实验结果表明,致动器中超磁致伸缩材料轴向温度分布随驱动频率的变化而变化;实验验证了计算与仿真结果的正确性,在此基础上分析了强制水冷对致动器温升的控制,所得结论为超磁致伸缩致动器的设计提供参考.     

超磁致伸缩作动器结构设计与分析

以设计一款能长期工作且最大工作位移为50μm、最大输出力为2 kN的新型超磁致伸缩作动器为目的.在分析超磁致伸缩作动器结构及工作原理的基础上,对关键参数进行设计.选取超磁致伸缩材料的最佳预压应力,通过计算确定超磁致伸缩棒的几何参数;同时,为提高作动器的工作效率,对电磁线圈进行优化设计以及关键参数进行分析.利用MATLAB、ANSYS对其进行仿真分析.实验表明,所设计的作动器满足设计要求.其研究结果对超磁致伸缩作动器的结构设计及相关理论计算具有参考价值.     

超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型

超磁致伸缩致动器的输入磁场与输出应变存在着磁滞非线性。为了控制及使用致动器，必须建立其准确的数学模型。该文基于Jiles—Atherton磁滞模型、二次畴转模型、非线性压磁方程和致动器结构动力学原理，建立了超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型。应用该模型对致动器的输出应变进行计算，计算结果与实验结果符合较好，验证了模型的正确性和实用性。     

基于位移传递机构的超磁致伸缩致动器径向磁场仿真分析

为放大超磁致伸缩致动器的位移,设计了位移传递机构以叠加致动器中超磁致伸缩棒和筒的输出。针对该致动器中棒和筒的径向磁场分布,基于有限元法建立了磁场强度的计算电磁学模型,并利用ANSYS软件进行了仿真。通过仿真得到棒和筒上任一点磁场强度值,选取多个截面的磁场强度进行平均计算,得到近输出端、近底座端和中间部位三处不同位置的磁场径向分布规律及位移传递机构相对磁导率对它的影响。研究结果对于位移传递机构材料选择具有重要的意义。     

超磁致伸缩材料的伸缩特性及其磁感应强度控制原理及方法的实现

超磁致伸缩材料 (GiantMagnetostrictiveMaterial,简称GMM )是近年来发展起来的一种新型功能材料。在分析了磁致伸缩现象产生的唯象机理的基础上 ,建立了超磁致伸缩材料的控制模型 ,提出采用磁感应强度作为控制量的原理及其在执行器中的具体实现方法 ,并对采用电流强度 (磁场强度 )和磁感应强度作为控制量的两种控制方法进行了对比分析和实验研究 ,得出了基于磁感应强度的控制方法可提高超磁致伸缩微位移执行器的线性度和控制精度并减小滞回的结论。     

椭圆加工中高响应直线电机运动控制系统实验研究

在建立直线电机基本数学模型的基础上，采用自适应模糊PID算法对直线电机往复运动进行控制，对影响其动态性能的参数进行了分析；根据短行程高响应直线电机往复运动的特点，按照椭圆加工中直线进给单元的运行规律，对椭圆加工中直线电机的进给运动进行了研究，并对直线电机的性能进行了相关实验研究。     

开关磁阻电机的自抗扰控制策略研究

开关磁阻电机由于其具有结构简单、可靠性高、调速范围宽等优点,在多种场合如新能源汽车以及家用电器等领域内得到应用和发展。本文以直驱型宽转速调速的多功能食品料理机为研究对象,结合开关磁阻电机特性及机械运动方程,建立系统仿真模型,利用自抗扰控制设计了开关磁阻电机宽转速稳定的调速系统,验证自抗扰系统能更好地抑制外部负载变化引起的扰动影响,并且具有更好的动态响应及稳态性能。最后对一台四相8/6开关磁阻电机进行实验,结果表明自抗扰控制可以有效控制电机的转速和转矩,在宽转速范围变工况条件具有优良控制性能。     

磁致伸缩微位移工作台的新型定位方法

稀土超磁致伸缩材料广泛应用于传感器、执行器.本文介绍了我们研制的一种磁致伸缩微位移工作台的结构、运动原理以及新型精密定位控制方法,即电磁式吸紧定位.实验测量微位移最小分辨率达2nm.整个微位移工作台结构简单,位移分辨率高,且能够实现双向可控运动.     

用于核电无损检测的小型直流电机控制器设计

为了满足核电无损检测（NDT）自动化检查装备研制的需求,开发了一种以STM32为主控制器的通用型低成本小型直流电机运动控制器。该控制器主要由单片机最小系统、电机驱动电路、编码器信号处理电路和通信电路组成。通过STM32内部的增量PID算法和积分分离位置式PID算法来调节脉宽调制（PWM）输出,达到了快速、稳定、静态误差小的理想控制效果。基于此控制器,设计开发了一套双轴运动控制系统,实现对管道外壁面焊缝区域自动化栅格扫查的应用。     

Anti‐windup algorithm with priority to proportional control output of speed PI controller for precision servo system

A robust servo system is important for performance improvement of motion control systems in several industry applications. Generally, a high‐speed positioning servo system consists of robust control systems with integrator, such as PI controller. The industrial servo system always has the limitation for the capacity of the actuator and power amplifier. An ordinary industrial position servo system often has to deal with the saturation of motor current and motor speed. It is difficult for the high‐speed positioning servo system to keep the robust position control against the saturation of motor current and motor speed. This is the case because an ordinary position servo system has a complicated control structure with many control loops. Hence, it sometimes has a large overshoot and an oscillated response due to the limitation of motor current and motor speed. In order to overcome this problem, this paper proposes a new robust high‐speed positioning servo system considering the saturation of torque current and motor speed. The experimental results show that the proposed robust high‐speed positioning servo system has quick and stable position response for the saturation of motor current and motor speed. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 170(3): 57–64, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20904     

基于模糊自抗扰的精密直线电机运动控制

针对精密直线电机运动平台模型参数不确定以及直线电机结构特性带来的端部效应和定位力波动等非线性因素引起的系统动态响应性能下降问题,分析了直线电机运动平台数学模型,设计了一种模糊自抗扰控制器(ADRC)。通过Simulink建立伺服运动平台和控制器模型,并进行仿真优化。仿真结果表明,与传统PID控制器和经典ADRC相比,设计的模糊ADRC的跟随误差明显下降,抵抗系统扰动能力明显上升,说明了模糊ADRC具有更高精度的动态跟随能力及更好的抗干扰性、鲁棒性和自适应能力。     

基于滑动模控制的感应电动机增益自适应锁相环速度控制

提出一种高性能感应电动机速度控制方案。首先采用滑动模控制理论对感应电机的转矩进行强鲁棒性控制,在此基础上设计了双模速度控制器,用锁相技术获得高稳态精度,并通过环路增益自适应方法提高锁相环系统的抗干扰能力。综合采用上述方法,可使系统获得优良的动态和稳态性能,并对电机参数和外部干扰具有强鲁棒性。仿真结果证明了控制方案的有效性。     

基于直接转矩控制的先进汽车测试系统

动态响应速度是先进汽车动态测试中的关键,在研究直接转矩控制的基础上,提出用其设计的测试系统方案,并建立了仿真实验模型.在设计中,采用电惯量替代传统的机械惯量模拟汽车运动惯量.由于直接转矩控制能快速响应转矩指令,使得研究的电惯量模型能精确的控制汽车加速度,突破了单纯速度跟踪的限制.仿真结果也表明性能优越.     

无刷直流电机的指数趋近律滑模变结构控制

为了提高无刷直流电机(BLDCM)控制的抗负载扰动和快速响应能力,利用滑模变结构原理设计了一种指数趋近律的滑模变结构控制策略,并对该控制策略的可行性进行理论分析。通过设计BLDCM控制系统的速度环节,使控制性能得到很大改善。仿真试验表明,该控制策略具有响应速度快、无超调、抗负载扰动能力强等优点,提高了BLDCM的鲁棒性,从而验证了指数趋近律的滑模变结构控制策略的有效性。     

An Approach to Flux Control of Induction Motors Operated with Variable-Frequency Power Supply

A new speed control system for induction motors has been developed which is capable of controlling with quick field weakening and superior response and stability. This method is to control the stator current as a vector quantity on the basis of slip frequency control. More specifically, it is designed to calculate the commanded stator current of the induction motor by corresponding to flux and torque commands on the basis of motor constants and use the calculated commands to control the stator current.