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%。     

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。     

Tb0.3Dy0.7Fe1.95单晶的应用研究

用提拉法磁悬浮冷坩埚技术生长的 RFe2 (Tb0 .3Dy0 .7Fe1 .95)单晶材料 ,其室温下的饱和磁致伸缩系数 λs 可达2× 10 - 3以上 ,优于同成份的定向结晶材料。采用高性能 Tb0 .3Dy0 .7Fe1 .95单晶材料 ,通过优化微位移致动器的机械、磁路参数 ,研制出具有非水冷结构的新型微位移致动器。     

超磁致伸缩驱动器设计方法的研究

在分析超磁致伸缩材料(GMM)工作特性、超磁致伸缩驱动器(GMA)基本结构与工作原理的基础上,给出了机电磁设计参数的确定准则和数学模型,提出了超磁致伸缩驱动器的一般设计理论与方法.在该方法指导下设计实现的超磁致伸缩驱动器最大输出位移达36 μm,定位精度为0.1 μm,性能达到设计要求.试验结果验证了该方法的可操作性和有效性.     

磁致伸缩微动驱动器的研制

对国产Tb0.27Dy0.73Fe2稀土铁单晶超磁致伸缩材料的应用特性进行了测试和讨论. 在此基础上研制了磁致伸缩驱动器,该驱动器在场强9.55×104A/m时位移输出为20m,分辨率为0.1m,线性度约为4%,静态力输出1109N,工作电压范围1～15V,工作电流3A以下. 该驱动器具有体积小、发热量少、工作稳定等特点.     

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.     

"稀土巨磁致伸缩材料的制备、磁性和致动器模型研究"项目通过鉴定

由河北省科学技术厅组织,河北省自然科学基金委员会和教育厅主持的“稀土巨磁致伸缩材料的制备、磁性和致动器模型研究”项目于2004 年2 月通过鉴定. 该项目由王博文教授主持,主要参加人员有闫荣格,曹淑瑛等.鉴定委员会主任由东北大学何开元教授担任.鉴定意见认为,该项目在以下几方面具有创新性成果. 1)采用电弧熔炼和高温退火方法成功地合成了(Sm0.5Nd0.5) Fe2化合物,推翻了Pinkerton 等人认为只有采用快淬法才能获得此种化合物的结论; 2)首次采用高温加低温两次退火方法制备了粘结Tb-Dy-Fe 合金棒材,使棒状试样的动态磁致…     

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.     

超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D可以研制出推进力大、量程大、纳米级分辨率的超磁致伸缩致动器,在超精密加工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域有着广阔的应用前景.本文对超磁致伸缩材料的磁化机理、超磁致伸缩致动器的非线性模型、控制技术及精密位移控制系统作了较为详细的评述,并指出了超磁致伸缩致动器的模型与控制技术的发展趋势.     

基于GMM微进给刀架的温度特性分析

在分析超磁致伸缩微致动器的特点、工作原理以及应用研究现状后,给定致动器各种参数,利用有限元分析软件分别对致动器在无水冷以及强制水冷两种工况下进行瞬态热分析,得到GMM棒表面的温度分布云图以及沿轴向的温度分布曲线,为GMA微驱动器的设计提供理论基础.     

基于Preisach理论的GMA迟滞建模与参数辨识

针对一直动型磁致伸缩致动器（GMA）的非线性迟滞建立了数学模型,对限制三角形进行均匀离散网格划分,给出了非负约束最小二乘参数辨识模型,在一阶回转实验数据（FOD）的基础上,得到了GMA迟滞输出预测模型,并采用LabVIEW虚拟仪器平台进行了迟滞预测实验.为减小涡流对实验结果的影响采用了低频信号（1Hz）.实验结果表明,用非负约束最小二乘参数辨识算法得到的数值模型对GMA迟滞位移输出有较高的预测精度,预测误差小于6%.进一步的误差分析表明,经典Preisach模型同余性要求与GMM变化率依赖型迟滞之间的差异是预测误差产生的主要原因,必须通过模型的改进,放松其对系统同余性的要求才能够进一步提高经典Preisach模型的迟滞预测精度.     

GMM的发展现状及其在精密致动器件中的应用

超磁致伸缩材料的制备及其应用开发已成为当前机电工程领域中的研究热点.本文回顾了超磁致伸缩材料的发展,全面分析了超磁致伸缩材料的特点,系统地介绍了国内外超磁致伸缩材料在精密致动领域的应用及其开发情况,并对该材料未来的发展及应用领域作了展望.     

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.     

超磁致功能器件的应用现状和发展研究

介绍了超磁致伸缩材料的基本特性,综述了超磁致功能器件的种类和应用领域,论述了超磁致功能驱动器和传感器的工作原理和应用,并对超磁致伸缩功能器件的未来发展进行了研究.     

超磁致伸缩执行器的三维非线性动态有限元模型

超磁致伸缩执行器工作时超磁致伸缩材料的磁导率会随着应力变化而变化,并存在磁滞损失和涡流损失等非线性问题,同时磁场、电场、温度场及机械应力场之间存在耦合.建立了超磁致伸缩执行器电场、磁场和机械应力场3场耦合的三维非线性动态有限元模型,考虑了超磁致伸缩执行器Terfenol D棒质量、预压应力、偏置磁场、磁滞和涡流损失.使用Jile-Autherton磁化模型计算磁滞损失,在商业有限元软件FEMLAB中实现了有限元模型.模型仿真结果和实验结果相一致,验证了所建立模型的正确性.     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

多棒结构磁致伸缩换能器的磁场研究

基于换能器的不同应用背景,设计了2台换能器样机,分别为应用于高频的双棒结构换能器样机和应用于微米级抛光的四棒结构换能器样机。基于Maxwell方程组,应用有限元方法对两台多棒结构换能器样机进行了磁场分析,确定了最佳磁路结构。研究发现,在6 000 Hz频率和2 A励磁电流下,驱动线圈串联的双棒结构换能器的平均磁通密度为0.879 T。与其他磁路结构相比,它的磁通密度更高且更均匀,适用于高频换能器。对四棒结构换能器进行不同激励条件下的磁场分析,结果可知A棒和C棒的磁通密度相位相差180°,B棒和D棒的磁通密度相位也相差180°,磁通密度峰值均为0.45 T。4个磁致伸缩材料棒之间形成闭合回路,漏磁较小,具有三维位移输出,此磁路结构适用于微米级抛光的换能器。