基于神经网络的超磁致伸缩执行器模型参考控制

对超磁致伸缩执行器提出了神经网络模型参考自适应控制;超磁致伸缩材料具有磁滞非线性,随输入信号频率的增加,滞环也会增大,用一般的控制器难以实现精确控制;针对于此,为避免建立被控对象的精确模型实现精确控制,结合超磁致伸缩执行器的动态线性模型设计了基于BP和RBF神经网络的模型参考自适应控制器;RBF网络作为辨识器,BP网络为控制器,先进行离线学习;BP再在线辨识,同时把梯度信息传给RBF,使被控对象跟随参考模型;仿真结果表明,控制器的跟随效果良好,达到了较高的控制精度.     

超磁致伸缩执行器的P-模糊PID控制

在微加工领域应用超致伸缩材料的研究中,为提高超磁致伸缩执行器控制系统的定位精度,根据压磁方程和超磁滞伸缩执行器的动力学特性建立了执行器的数学模型,为加快系统响应速度,提出了将模糊理论及PID理论相结合的控制方案,利用MATLAB模糊逻辑工具箱设计了P-模糊PID控制器.在simulink图形仿真环境下,利用P-模糊PID控制方法和常规PID控制方法进行控制实验.经仿真比较和分析,采用P-模糊PID控制方法优于常规PID控制方法,并且P-模糊PID控制下的系统响应迅速,无超调,调节精度高,可为设计提供参考.     

超磁致伸缩力传感器的模型研究

磁致伸缩逆效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要应用特性,应用磁致伸缩逆效应可以制作超磁致伸缩力传感器,基于能量变分原理,建立了超磁致伸缩力传感器的有限元模型。应用该模型计算了超磁致伸缩力传感器空气隙中的磁感应强度和磁致伸缩棒上施加力的关系,并与实验值进行了比较。计算结果与实验结果符合较好,表明建立的超磁致伸缩力传感器的有限元模型是有效的。     

基于改进PSO算法的GMA迟滞模型参数辨识

使用改进的粒子群优化算法辨识Jiles-Atherton模型参数。针对J-A模型对超磁致伸缩致动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)迟滞特性建模中磁化参数互相嵌套难以辨识的特点,改进磁滞模型并建立了考虑超磁致伸缩材料磁机耦合特性的动态磁滞模型;为了克服普通粒子群算法实际求模型参数时计算量大,运行时间长的缺点,提出基于粒子群算法和遗传算法的改进算法--带交叉因子的粒子群优化算法,将模型仿真所求的磁化强度和实验测得的磁化强度的差值的平方作为适应度函数,并结合最小二乘法思想对J-A模型的几个参数进行辨识;最后,在Matlab 7.0上进行仿真,给出了模型辨识后的结果。在不同预压力和驱动频率下的仿真结果与GMA已有实验数据进行对比,验证得出辨识后的模型可较好地与实验数据拟合,磁致伸缩位移误差在5%以内。     

激励电流对超磁致伸缩换能器动态特性的影响

本文研究了不同激励电流脉冲宽度对超磁致伸缩换能器输出位移动态特性的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立了超磁致伸缩换能器的二维轴对称有限元模型。通过压磁-压电比拟法,对不同激励电流脉冲宽度下不同发射头质量的超磁致伸缩换能器输出位移动态特性进行了模拟研究。结果表明:激励电流脉冲宽度大小不仅直接决定超磁致伸缩换能器瞬态输出位移的大小,而且决定超磁致伸缩换能器的最佳工作状态。此研究结果为超磁致伸缩换能器的优化与应用奠定了基础。     

基于GMA的列车主动悬挂系统垂向振动分析

针对列车被动悬挂系统对列车减振效果不明显的问题，提出一种超磁致伸缩作动器(Giant Magnetostrictive Actuator, GMA)用于主动悬挂系统中的方法。基于列车主动振动特性和超磁致伸缩作动器的磁致伸缩工作机理，搭建GMA为作动器的主动悬挂系统模型，通过MATLAB/Simulink仿真软件得到车体垂向振动响应。仿真结果表明，基于超磁致伸缩作动器的列车主动悬挂系统，与被动悬挂系统相比，抑制了列车垂向振动，列车垂向平稳性指标优化了12.62%,提高了列车运行品质。     

微位移驱动器的控制模型及仿真技术研究

介绍了超磁致伸缩驱动器(GMA)的结构、工作原理、特性方程以及超磁致伸缩效应模型,从有助于理解压磁效应的角度,建立了GMA的静态位移—力模型和磁—机耦合模型,并对后者进行了仿真研究,仿真结果显示:机械部分响应时间比较缓慢,减小阻尼会带来一些不利影响,如超调量增大,波动增大,要改善系统的动态性能,需要在控制系统部分增加合理的调节器。     

长线磁致伸缩位移传感器的磁极化强度模型

长线磁致伸缩位移传感器是一种利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应及其逆效应实现位移测量的传感器.运用电磁学和铁磁学相关理论,构建了磁极化强度模型,讨论了该种传感器中扭转式弹性波的产生机理.通过建立有限元模型,使用ANSYS仿真平台进行了激励磁场的仿真模拟.理论模型对仿真结果数据的进一步计算获得了磁致伸缩线体内应力的分布特性.计算结果与实验数据的比较,证明了磁极化强度模型相关理论的合理性.为构建有效的弹性波信号,提高该种传感器检测精度提供了理论依据和实验数据.     

基于免疫反馈算法的缝纫设备振动控制研究

为降低缝纫设备缝纫时产生的振动对缝纫性能的影响,开发了一种缝纫设备振动主动控制系统。该系统中的执行机构采用超磁致执行器,能满足振动控制精度和频响的要求。在完成系统的总体设计后,研究了超磁致伸缩执行器工作原理以及缝纫设备机身的振动特性,并分别对他们进行建模。设计了一种基于人工免疫原理的免疫反馈控制器,采用MATLAB环境中的Simulink工具对控制系统进行建模仿真,并在工业缝纫机上进行了现场实验测试,结果证明该系统能很好地抑制缝纫时引起的机身振动。     

智能材料在电动机方面的应用

磁致伸缩材料和磁控形状记忆合金是两种新型的智能材料,它们可以提供一种产生力和位移的新方法。首先阐述了它们的工作原理,介绍使用磁致伸缩材料和磁控形状记忆合金进行步进电动机、旋转式电动机、共振电动机和使用三相交流电来驱动线性电动机的设计方法。并对磁致伸缩材料和磁控形状记忆合金在执行器中的应用前景进行了展望。     

考虑磁场分布的精密磁致伸缩驱动器的涡流损耗特性研究

为了准确的计算棒状超磁致伸缩材料GMM(Giant Magnetostrictive Materials)的涡流损耗特性、提高控制超磁致伸缩执行器的位移精度,建立了考虑集肤效应的GMM棒涡流损耗模型.首先从麦克斯韦方程入手,推导出了棒状GMM的传统涡流损耗公式,接着讨论了集肤效应对于GMM棒内部磁场分布的影响,建立了考虑集肤效-应的棒状GMM涡流损耗公式,最后通过comsol多物理场有限元数值分析法及实验分析了GMA的温度特性.通过与传统涡流损耗对比可知,在低频时两种方法得到的结果基本一致,而在中高频时考虑集肤效应的涡流损耗公式可以更加准确的计算棒状GMM的涡流损耗.研究成果对提高GMA的控制精度、推进涡流损耗的研究具有重要意义.     

超磁致伸缩智能构件的位移控制系统设计与仿真

由于超磁致伸缩材料（GMM）内在的迟滞特性会引起智能构件的定位误差,并且其迟滞现象具有输入和输出一对多,输出随输入频率变化的特点,提出一种基于神经网络实现GMM智能构件动态迟滞建模方法。通过所建立神经网络实现GMM 智能构件逆迟滞模型,结合PD反馈控制器,实现智能构件的实时精密位移控制。在Matlab平台上进行仿真,结果表明所建立控制策略能消除GMM智能构件迟滞非线性的影响,实现了GMM智能构件的精密位移控制目的。     

挤出过程温度场的CAE研究

针对温度变化对挤出制品的质量影响很大的问题,结合实际生产状况,建立挤出流道的3维有限元分析模型,提出系列点加热源理论,并利用MSC Nastran对塑料挤出流道的温度场进行3维模拟与分析,得到挤出流道温度场的温度分布图、温度梯度图、热流向图等图表和数据,为塑料挤出机的进一步改进和相关配套设备的设计提供指导.     

基于GMM的轨道无线传感网络能量收集装置研究

随着轨道无线传感器网络技术的推广,改善无线传感器的供电问题显的刻不容缓。研究一种基于超磁致伸缩材料（GMM）的轨道振动能量收集器,将收集器安装于钢轨与轨道板之间,收集钢轨的振动能。建立车辆轨道垂向耦合模型,将钢轨垂向位移和支反力作为能量收集器的激振源。利用超磁致伸缩材料的维拉里效应,将振动能转换为电能。经过MATLAB理论分析,能量收集器大致能收集到能量大约237.1584 J。收集的电能足以解决无线传感器的供电问题。     

基于ARM的超磁致伸缩微驱动器的偏置与驱动电路设计

超磁致伸缩微驱动器的工作主要需要提供一个可控的偏置磁场和驱动磁场,前者使超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性得到优化,消除倍频效应,后者实现对微驱动器的输出位移控制;设计一个可控电流源,采用悬浮负载功率放大恒流电路,并通过ARM处理器的数模控制,使指定电流通过电磁线圈以产生所需磁场强度;该设计的可控电源,可输出最大±5A的电流,提供给偏置和驱动线圈,实现微驱动器的直观、灵活的控制。     

新型水温控制系统的设计与实现

针对磁滞伸缩材料在应用中对温度的要求,设计了基于逻辑规则控制算法的水温控制系统。该系统根据设定温度与实测温度形成的偏差及偏差变化率,按照一定的规则调节PWM脉冲的占空比大小,从而调节了加热设备的输出功率。实际测试表明,系统超调量小,上升时间快,控制精度达到了0．1℃。     

基于双芯光纤滤波器解调的光纤光栅电流测量

利用光纤光栅(Fiber Bragg grating,简称FBG)、超磁致伸缩材料(Giant magnetostriction material,简称GMM)和基于双芯光纤滤波器的解调系统实现了交流电流的测量。在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理以及双芯光纤滤波器解调原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元。利用设计的电流测量单元,在施加0～4.5A(50Hz)范围的交流激励电流时,经基于双芯光纤滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性。     

GMM换能器的设计优化

以超磁致伸缩材料(GMM)Terfenol--D为主动材料的换能器的性能可以通过改善驱动线圈和GMM的形状,选择合适的材料进行优化.对于尺寸有限制的微型换能器,本文用matlab分析了磁场与线圈内径和漆包线线径之间的关系,提出了提高线圈的磁场生成能力的方法;仿真了能量转换效率与GMM棒的外径和它的内外径比值之间的关系,提出了提高线圈能量转换效率的措施;分析了如何提高GMM的有效磁通量、减小涡流损耗的方法.用ANSYS软件对三种换能器的材料组合进行磁通量分布的有限元仿真,确定了换能器材料选择的规律.多个换能器的对比实验验证了此优化设计方法的正确性.     

无缆微型游动机器人驱动磁场系统的研究

提出了一种基于组合线圈结构的磁场系统驱动实验方案,以实现基于磁致伸缩薄膜驱动器的泳动微型机器人的磁控驱动与游动实验参数的检测．首先介绍了该组合线圈的功率优化与设计方法,然后分析了保证一定区域内磁场均匀性的技术方案,最后用ANSYS软件对所设计的组合线圈进行了仿真和验证．实验结果表明该组合结构磁场系统的性能可以满足无缆微型机器人的磁控驱动的设计要求．     

Towards dynamics of controlled multibody systems with magnetostrictive transducers

The paper addresses mechatronic issue of multibody systems comprising giant magnetostrictive material based transducers (sensors and/or actuators). Interaction between dynamics and control in multibody system with smart material based transducers makes it possible to change system properties and functionality substantially as a response to applied electric, magnetic or temperature fields. To use this interaction in an optimal way, the proper mathematical models of controlled electro-magneto-elastic multibody systems need to be developed. In the paper, a general mathematical model of multibody systems with magnetostrictive transducers is presented. The model consists of the constitutive equations of magnetoelastic behavior of transducers, standard formulae of electromagnetism for induced voltage and current in the pick-up coil due to variation of magnetic field intensity, and finally, the equations of motion of multibody system itself. The last one can be derived using one of the well-known multibody dynamics formalisms. General model has been developed in detail for linearized dynamics of magnetostrictive transducers and implemented virtually for two practically important cases of interaction of hosting multibody system with transducers, namely for systems with displacement driven transducers and for systems with force driven transducers. Physical prototype of magnetostrictive transducer and test rig (hosting multibody system) have been built and used successfully for verification of developed models.