超磁致伸缩驱动器自适应精密驱动控制研究

超磁致伸缩驱动器(GMA)虽然具有很多优点,但是超磁致伸缩材料(GMM)在磁化过程中存在磁滞非线性,磁滞误差可达20 %,要解决这一问题,必须对GMA采用精确有效的方法实现建模,并用于GMA驱动位移精密控制。研究中采用LMS算法对研制的GMA进行自适应系统模型辨识,用不同频率的正弦信号和方波信号作为输入,辨识模型都能精确逼近GMA输出信号,辨识精度高达0.069 μm;最后采用Fx-LMS算法对GMA进行驱动位移控制实验,通过在线辨识有效减小磁滞误差,提高控制精度。     

面向并行工程的产品特征模型多视域转换平台

并行工程是产品传统开发方式的一种变革,核心就是实现产品信息在产品生命周期各个阶段的集成和共享。文章在分析特征转换技术的基础上,应用组件化程序设计技术,建立一个适合并行工程工作模式的产品多视域特征模型转换平台系统,通过建立的中间基本特征模型库可以实现产品信息在多视域间的共享和转换。对由设计域到加工域的转换知识的表示和建立进行研究,实现设计特征模型到加工特征模型的转换。建立的系统具有良好的编程语言无关性和可扩充性。     

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。     

Terfenol-D磁致伸缩微小驱动器磁路设计

提高磁致伸缩驱动器驱动效率的关键环节是建立优化的驱动器磁路。本文基于准静态条件下线性磁致伸缩理论,得出磁致应变S与磁致伸缩材料内部磁场强度B的关系;并根据对无永磁磁偏磁路的分析进一步得出磁致应变S与磁路磁阻R和漏磁磁阻R1的对应关系。应用有限元方法对3种典型磁路结构的磁化效果进行对比分析,验证磁路结构的变化——即磁阻R和漏磁磁阻R1的相应改变对磁致伸缩材料磁化程度的不同影响,进而得出微小驱动器磁路壳体适宜壁厚为2mm,导磁材料的磁导率为2000μ0。根据此结果和磁路设计的2个遵循原则,对一7mm×20mmTerfenolD棒驱动的驱动器进行了磁路设计,应用ANSYS验证了该结构设计的合理性,并试制了驱动器样机。     

基于Prandtl–Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制研究

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模,并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识,模型预测误差为0.037 9 μm。接着,通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制,从而有效减小磁滞误差,补偿控制误差为0.309 μm。实验结果证明,PI模型可以精确描述GMA磁滞现象,且具有计算简单,磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差,提高GMA实时驱动定位控制精度,是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。     

Terfenol-D磁致伸缩形变测试及应用研究

基于准静态条件下线性磁致伸缩理论 ,对 7mm× 2 0 mm的 Terfenol- D试样 ,在其轴向施加 0、0 .0 4 5、0 .1 5 6、0 .662、6.9MPa压应力和 0～ 3A直流电磁激励条件下的磁致伸缩形变特性进行了测试 ,测得试样的最大轴向形变量可分别达到 4.98μm、7.94μm、8.64μm、1 4.74μm和1 9.7μm。实验结果表明 :磁致应变量随压应力载荷增加而明显放大 ;磁致应变输出效率随压应力载荷的不同而发生变化 ,并具有优选励磁范围。该结果为进一步的在驱动器设计时选定预压应力载荷和确定励磁电流强度范围提供了实验依据。文中对已试制出的基于试样的驱动器样机作了简介。     

新型电磁振动台低频振动控制研究

针对新型电磁振动台5 Hz以下复杂的磁滞非线性问题,设计基于磁滞非线性分解的改进型重复控制器。磁滞非线性对系统的影响在周期性信号输入下可分解为一个线性增益和一个有界的周期性干扰。在此基础上,辨识系统动力学模型,针对线性部分设计PI控制器。针对系统非线性部分设计改进型重复控制器,有效抑制了周期性干扰,同时,避免了复杂的磁滞建模过程。选频滤波器的引入改善了传统重复控制器对非倍频周期性干扰放大的问题。实验结果表明,改进型重复控制器有效改善了新型电磁振动台的低频输出波形。     

超磁致伸缩微振动电驱系统设计与实现

为了实现对超磁致伸缩驱动器的微振动进行实时精密控制,设计大功率程控电驱系统,包括恒流驱动电路和供电电路。首先,对该恒流驱动电路所采用的连续调整型恒流源的原理进行研究。接着阐述该电路的具体设计以及元器件的选型。然后,详细介绍该恒流驱动电路的供电电路所采用的拓扑结构以及具体设计。实验结果表明:该大功率程控电驱系统输入的小电压信号与输出大电流信号的线性度为0.105%,时漂为3 m A/h,频率可达500 Hz,并且驱动超磁致伸缩驱动器实现1 Hz和5 Hz的正弦输出,基本满足了驱动超磁致伸缩微振动的高精度、高稳定性、高集成度的要求。