超磁致伸缩单晶微位移致动器特性研究

采用高性能Tb0 .3 Dy0 .7Fe2 单晶材料 ,通过优化微位移致动器的机械、磁路参数 ,研制出了具有非水冷结构的新型微位移致动器。致动器的最大线性工作区间为 0 .5～ 3 5 .5 μm ,工作电压为 2～ 2 4V ,饱和驱动量可达 3 9.5 μm     

磁致伸缩作动器的设计与性能分析

在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了一种微位移作动器．通过有限元分析，对作动器的结构进行优化，得到均匀的偏置磁场和激励磁场；设计了预压力加栽结构和强制冷却结构．对该作动器的动、静态性能进行了测试，结果表明：作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响较小，相位延迟较小，同时也证明了对作动器的磁场分析和结构优化是正确的．     

超磁致伸缩致动器非线性动力学的分数阶时滞反馈控制

设计了一种分数阶时滞反馈控制器,用于控制单自由度的超磁致伸缩致动器（GMA）的非线性动态响应。考虑到预压碟形弹簧机构引入的几何非线性因素影响,建立了GMA系统的非线性数学模型。利用平均法求解系统在含分数阶时滞反馈控制策略下主共振的幅频响应方程,根据Routh-Hurwitz准则得到系统的稳定性条件。通过数值模拟研究GMA系统中关键结构参数对幅频响应特性的影响,以及主共振峰值和系统稳定性随每个时滞反馈参数变化的特性规律;通过分岔图和Lyapunov指数图得到外激励幅值对系统混沌运动的影响;最后调节时滞反馈增益和分数阶次抑制系统的混沌运动。结果表明,时滞反馈增益和分数阶次能够有效抑制系统的主共振峰值和不稳定区域,可以将系统响应从混沌运动调整为稳定的周期运动,提高系统的稳定性。     

新型纳米级微位移致动器的设计

磁致伸缩型微位移致动器通常采用多晶或孪晶结构材料作为驱动单元 ,由于晶界和孪晶界对畴壁的移动具有阻碍作用 ,其低场下的位移输出较小 ,调控精度受到较大影响。采用Tb Dy Fe单晶材料可以有效解决这一问题 ,本文介绍了采用这一单晶材料设计的新型高精度微位移致动器以及致动器的结构和数控电源     

用磁致伸缩作动器进行主动隔振的研究

本文对用磁致伸缩作动器的主动隔振系统进行了试验与分析。建立了采用此作动器的模拟试验台及控制模型，得到了被隔振机械主要工作频率成份的隔振量提高12dB和500HZ内总隔振量提高7．2dB的较满意的结果。为振动的主动控制应用于工程实际奠定了良好的基础。分析表明，该隔振系统为一主动惯性效应系统。对系统实施主动隔振，并没有恶化振源的运动状态。     

超磁致伸缩作动器用于振动主动控制中的仿真研究

目前对于太阳和地球引力变化引起的微振动，采用先进的主动控制能达到高精度的隔振要求。主要是推导并建立了超磁致伸缩作动器（GMA：Giant Magnetostriction Actuator）的动力学方程和数学模型，并将其运用到振动主动控制中，采用PID（Proportional-Integral-Differential）反馈控制方法，对双层隔振下层受到激扰的系统进行仿真计算，仿真结果表明它能对微幅低频振动衰减20-50dB，能起到明显的减振效果。     

微位移致动器中磁一机械能转换效率的研究

本文研究了微位移致动器中磁能到机械能的转换效率K.计算方法实分别计算其受压状态下的总磁能以及由磁弹耦合作用产生的机械能.通过计算发现Terfeno1-D在其线形工作区间具有85% 左右的转换效率,实压电材料的2～3倍,是一种极具前途的磁致伸缩材料.     

超磁致伸缩多层悬臂梁的场致弯曲

利用四参量模型系统研究了由超磁致伸缩（GMS）薄膜材料制备的多层悬臂梁的弯曲问题，其中包括GMS/NMS（非磁衬底）、GMS/GMS、GMS/NMS，GMS等悬臂梁体系．针对此3类悬臂梁研究了它们的弯曲挠度等弯曲特性与构成悬臂梁的各种参数的关系，为进一步设计和优化新型悬臂梁体系给出了一些建议性结论．计算结果表明，GMS/GMS双层悬臂梁，其挠度最大值总是大于具有相同几何结构的其它悬臂梁体系。当在悬臂梁系统中需要使用非磁衬底时，较软而且较薄的衬底有益于得到更大的弯曲挠度，相比之下，两层薄膜较硬，因此薄膜不宜过厚．两层磁致伸缩材料的最优厚度比主要由两层材料的弹性模量比决定，即较软的薄膜需有较大的厚度。由于弯曲后悬臂梁自由端位移向下．因此较硬的磁致伸缩薄膜2（沉积在衬底下表面上的薄膜）有益于增加GMS/NMS/GMS3层悬臂梁的挠度．     

基于超磁致伸缩作动杆的结构振动主动控制研究

利用磁致伸缩材料的变形机理、磁控特性以及磁机耦合特性,设计出一种磁致伸缩作动杆,分析其工作原理和设计方法。然后利用LQR主动控制算法,将其应用于结构振动主动控制分析中,结果表明GMM作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在土木工程领域的应用打下了良好的基础。     

磁致伸缩材料作动器在振动主动控制中的应用研究

磁致伸缩材料作动器是一种具有特色的机敏材料作动器。本文在自行研制Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ作动器及其特性试验的基础上，研究该类作动器在主动隔振与主动吸振中的应用。文中提出并导出了多通道前馈控制的时延滤波—ｘＬＭＳ法，并就这种算法的收敛性进行进一步的讨论。     

超磁致伸缩执行器热误差补偿及抑制方法研究

超磁致伸缩执行器是典型的物性型现代执行器,在精密、超精密加工领域有着广阔的应用前景。对超磁致伸缩执行器的热误差实施有效的补偿或抑制等措施,可以消除或抑制由于温升带来的不利影响,提高执行器的输出精度,这是超磁致伸缩执行器的关键技术之一。针对这一问题,提出了6种热误差补偿及抑制方法,并介绍了这些方法的实现原理,分析了它们的特点及适用场合,同时,对自行研制的相变水冷组合温控系统进行了试验,取得满意的效果。提出的热误差补偿与抑制方法可用于指导各种场合的超磁致伸缩执行器的研究和开发。     

超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法

超磁致伸缩执行器在其工作过程中易受环境影响,尤其在精密定位与进给应用中,执行器最易受外部应力的影响.将工作在压应力影响下的超磁致伸缩执行器作为研究对象,引用均质能量场模型和磁机耦合理论,利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子,并引入应力对均质能量场模型中矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响,提出了超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型.对模型进行了离散化处理,并根据离散模型给出了求逆算法.对执行器在受0、10、20、100MPa压应力下进行了仿真,计算且图示了求逆算法与模型的误差,仿真结果证明了模型和求逆算法的有效性.     

超磁致伸缩驱动器设计准则的建立

在分析超磁致伸缩材料的工作特性、超磁致伸缩驱动器的基本结构与工作原理的基础上,给出了超磁致伸缩驱动器的设计准则．在所提出的设计准则指导下,开发了用于振动主动控制的超磁致伸缩驱动器,并对其主要特性参数进行了测量．实验结果表明,该驱动器的输出性能达到了设计要求。验证了该设计准则的有效性和实用性．     

基于CMAC小脑神经网络的超磁致伸缩作动器高精度控制的仿真研究

为了补偿超磁致伸缩作动器(GMA)内在的滞回非线性提高其精度,将小脑神经网络（CMAC）前馈和PID反馈控制器相结合,提出了一种实时滞回补偿控制策略,以期实现GMA的高精度跟踪控制。由于CMAC神经网络不能够直接逼近滞回逆这种具有记忆性的多映射现象,通过引入一个滞回逆算子,将多映射的滞回逆转换成一一映射,然后运用CMAC神经网络控制器来逼近这个一一映射,从而建立一个基于CMAC神经网络的滞回逆模型。仿真结果表明该控制策略能适应GMA滞回特性随输入信号的变化,在线建立GMA的滞回逆模型,从而消除滞回非线性的影响,实现GMA的高精度控制。     

磁致伸缩层合悬臂梁式作动器的振动分析

为了分析磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁式作动器的振动问题,应用磁致伸缩材料的非线性本构关系,由哈密尔顿原理导出了双层悬臂梁的振动微分方程。采用分离变量方法和常微分方程组的解析解法对磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁的自由振动和受迫振动进行了理论分析。数值算例表明本文计算结果与有限元结果吻合较好,从而佐证了本文理论模型和求解方法的正确性,并讨论了几何参数、材料参数对层合梁固有频率的影响。还分析了在周期输入磁场激励下悬臂梁的挠度响应,且挠度响应呈现出倍频效应的动态特性。      

一种磁致伸缩微位移器机械结构设计探讨

以提高磁致伸缩换能器的电机转换效率为出发点,分析了影响磁致伸缩换能器工作性能的主要因素,讨论了在换能器机械结构设计中应考虑的主要问题和遵循的原则,提出了相应结构参数的确定思路和方法。研究结果对磁致伸缩换能器机械结构的合理设计具有一定的理论指导意义。     

Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的研究

从超磁致伸缩材料的定义出发,介绍了超磁致伸缩材料的研究现状及应用,阐述了Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的制备方法及简要分析了实验结果,并根据实验结果推导出成分对超磁致伸缩材料性能的影响,指出了Tb-Ni-Fe超磁致伸缩材料的研究方向.     

TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的研究进展

对TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的研究进展进行了综述.主要对TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的应用前景和提高TbFe巨磁致伸缩薄膜材料的低场磁致伸缩性能的方法进行了总结,指出了TbFe磁致伸缩薄膜研究中存在的主要问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

退火超磁致伸缩合金中富稀土相析出物研究

对退火后超磁致伸缩合金中富稀土相析出物进行了研究，采用扫描电镜．能谱分析、X射线衍射和电阻应变片技术，着重研究了析出物的析出根源、相组成、相结构以及磁致伸缩性能．结果表明：过量稀土Ho的存在，是析出物析出的根本原因；析出物中富含稀土，主要包括立方结构DyFe2、HoFe2，六方结构Dy5Si3、Tb5Si3及立方结构Dy2O3、Ho2O3等物相；在磁场强度为400kA/m时，析出物的磁致伸缩系数约为100×10^-6，此时，已经饱和且远小于基体棒的磁致伸缩量（＞500×1010^-6）．配方中适当过量稀土，并采取适当的热处理工艺，可望制备高性能的稀土超磁致伸缩材料．