超磁致伸缩电-机械转换器模型分析

讨论超磁致伸缩电－机械转换器集中参数机电模型及滞回特性模型建模方法。建立的超磁致伸缩电－机械转换器集中参数模型在中低频段能反映其动态行为,滞回特性模型能有效描述电－机械转换器的电流－位移滞回关系。仿真结果与实验特性能很好地吻合,表明提出的２种模型是有效的。     

超磁致伸缩电-机转换器的驱动磁路设计

在介绍了超磁致伸缩电-机转换器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称GMA)的基本结构和工作原理的基础上,分析了磁场特性对转换器性能的影响.利用相关电磁学和磁路设计的基本理论,采用双线圈式驱动形式,对转换器的磁路进行设计和分析,给出了驱动线圈和偏置线圈结构参数的计算方法.为优化超磁致伸缩电-机转换器的磁路结构提供了理论依据.     

超磁致伸缩电——机械转换器热变形补偿试验研究

介绍了为克服超磁致伸缩电－机械转换器热形变输出而研制的可微调的热变形补偿机的结构,理论分析和试验结果,结果表明,提出的补偿机构能有效地补偿ＧＭＭ棒的热变形,提高了ＧＭＡ的位移输出特性。     

超磁致伸缩执行器电-磁-机耦合场分步有限元模型分析

提出了超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)执行器的电-磁-机三场耦合分步有限元模型。此模型采用分步方法来建立,首先计算线圈的磁场,然后计算GMM中磁-机耦合场。通过COMSOL Multiphysics 3.4软件中的三个模块来实现所建模型。最后运用此有限元模型对GMM智能构件进行性能分析,得到的仿真结果与实验结果吻合,说明提出的有限元模型有利于GMM应用设计。     

超磁致伸缩电─机械转换器热变形补偿试验研究

介绍了为克服超磁致伸缩电─机械转换器热形变输出而研制的可微调的热变形补偿机构的结构、理论分析和试验结果。结果表明,提出的补偿机构能有效地补偿GMM棒的热变形,提高了GMA的位移输出特性。     

超磁致伸缩微位移驱动系统的研究

超磁致伸缩材料是近年来发展起来的一种新型功能材料,具有在室温下应变量大,能量密度高,机电耦合系数大等特性。文章分析了超磁致伸缩材料的驱动原理,介绍了超磁致伸缩微位移驱动系统的组成及工作原理。并对该系统的伸长量,微位移精度等性能指标进行了实验研究。     

超磁致伸缩微位移给进器异形板弹簧有限元分析

超磁致伸缩微位移给进器是以超磁致伸缩材料为核心、以自动控制理论为基础典型的机电产品。主要通过超磁致伸缩致动元件和微位移传感器实现闭环控制系统，并在软件上实现对磁致伸缩滞后等因素进行补偿，完成车刀的精密给进。根据内燃机活塞异形加工的要求，对超磁致伸缩微位移给进器的关键部件-异形板弹簧进行了有限元分析。通过有限元的计算结果发现，该异形板弹簧的最大应力值出现在弹簧的螺栓孔处，最大变形位置为顶端。这在设计时必须加以考虑。     

超磁致伸缩微位移执行器的研制及控制技术

研制了一种利用超磁致伸缩材料Terfenol-D棒材制成的超磁致伸缩微位移执行器，在实践中得到了很好的应用，以单片机和上位PC微机为控制核心，设计并构建了计算机闭环控制系统，完成了相应的软硬件设计，为进一步提高超磁致伸缩执行器的精度，改善整个系统的动态特性奠定基础。     

基于逆磁致伸缩效应的超磁致伸缩磁力控制器件建模

超磁致伸缩器件的输入应力与输出磁通密度存在着滞回非线性.基于Jiles-Atherton模型、磁机械效应方法定律和磁路定律,建立一个超磁致伸缩磁力控制器件的滞回模型.试验结果表明,该模型能较好地描述在变化应力和恒定偏置磁场作用下,超磁致伸缩器件输入应力与输出磁通密度及磁力的滞回关系,并可以预测偏置磁场对器件输出性能的影响,从而对器件的设计与分析具有重要指导意义.     

超磁致伸缩材料微位移驱动器的实验研究

针对超磁致伸缩材料微位移驱动器在精密定位控制中存在的迟滞和位移非线性等不足,对超磁致伸缩材料微位移驱动器进行实验研究,介绍了微位移驱动器中预紧机构和放大机构的设计理论、设计过程和研究方法。研究结果表明:微位移驱动器的控制精度高、重复性好且适用范围较大。     

超磁致伸缩驱动器频率相关的动态磁滞模型

考虑超磁致伸缩驱动器频率相关的涡流损耗和异常损耗,将Jiles-Atherton静态磁化强度模型扩展为动态磁化强度模型。基于动态磁化强度模型及驱动器结构动力学原理,建立驱动器的动态磁滞模型,并应用遗传算法辨识该模型的参数。试验结果表明,该模型能在较宽的频率范围内较好地描述驱动器的动态磁滞特性,对驱动器的性能估计和控制器设计具有重要指导意义。     

非线性Preisach理论与超磁致伸缩执行器高阶迟滞建模

经典Preisach理论在建模迟滞过程时要求其所描述迟滞过程必须满足擦除特性和滞环全等特性,并把这两个条件作为其建模的充分与必要条件。试验表明超磁致伸缩材料的迟滞过程仅满足擦除特性而不满足滞环全等要求,正是这个原因使经典模型在预测具有多次回转特征的高阶迟滞输出时存在较大误差。在经典模型基础上提出一种改进模型,新模型一方面放松经典模型对次环全等的严格要求,另一方面还在参数辨识过程中同时将一阶和二阶回转曲线数据考虑在内,从而提高其对高阶回转迟滞曲线的预测精度。最后在直动式超磁致伸缩执行器上进行试验。结果表明,在预测具有多次回转特征的高阶迟滞输出时,新模型的预测精度明显高于经典模型,对二阶、三阶滞回曲线的预测精度分别提高了34%和33%。     

超磁致伸缩执行器位移模型的参数辨识

准确辨识模型参数是提高超磁致伸缩执行器位移控制精度的关键,针对单一算法难以实现对超磁致伸缩磁滞非线性模型参数准确识别的问题,将遗传算法与模拟退火算法融合,首先利用遗传算法的快速搜索能力得到一个较优群体,再利用模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化调整,并在算法中引入最优保留策略和动态步长搜索方法,提出一种改进的遗传模拟退火算法,并将其应用于对超磁致伸缩执行器位移磁滞非线性模型参数辨识。该算法兼具遗传算法和模拟退火算法的优点,既有较快的收敛速度,又提高了辨识精度和最优解质量。通过试验验证,超磁致伸缩棒伸长量的模型计算结果与测量值符合程度较好,平均相对误差为3.85%,该方法能方便有效地辨识模型参数。     

超磁致伸缩驱动器的输出特性研究

介绍了超磁致伸缩驱动器结构及其内部磁路的设计方法,对采用国产材料研制的驱动器位移及力的输出特性进行了测试。试验结果表明,该驱动器具有理想的动态和静态输出精度和输出范围,可以用于精密设备的低频主动隔振平台中。     

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。     

超磁致伸缩执行器的自由能磁滞模型的数值实现

阐述了超磁滞伸缩执行器的自由能磁滞模型,着重分析了该自由能磁滞模型特点,巧妙提出了能高效实现此自由能磁滞模型的数值实现方法,使其用于超磁致伸缩执行器的实时控制系统成为可能。通过与已有文献的计算数据和实验数据对比表明:本文所提出的数值实现方法在提高效率的同时保证了计算精度。     

基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器特性研究

具有立方莱夫斯相结构的Ｒｆｅ２雁化合物ＴｂｘＤｙ（１－ｘ）Ｆｅ２，在室温环境下具有极大的磁致伸缩量，应用这种材料研制的微位移驱动器，具有大位移高分辨率及大输出力等特点。从驱动器使用角度出发，对这种材料的原理及特性进行了阐述，同时分析了超微致伸缩驱动器的结构及特性。设计并研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过实验分析，驱动器的位移分辨率达０．５ｎｍ，行程范围４０μｍ，在精密及超精密加工领域有着广阔的应用     

超磁致伸缩致动器热变形影响及温控研究

在分析超磁致伸缩致动器热变形影响的基础上，结合实验论证，构建了在大电流、长时间且高精度场合下能对致动器进行整体温控的装置。设计并制作了一台超磁致伸缩致动器样机，在其电磁线圈的骨架中设置了内外两个水冷腔。通过恒温水的循环流动，带走线圈热量，以控制磁致伸缩棒和壳体的温度。进行了多组热变形对比实验，结果表明，致动器的整体温控装置有效地抑制了致动器的热变形影响，适合于大电流、高精度场合。     

超磁致伸缩致动器能量损耗特性分析

提出了超磁致伸缩棒内部平均磁场计算方法,结合动态J-A模型以及线圈阻抗公式得到了超磁致伸缩致动器的能耗特性。分析了超磁致伸缩棒能耗、线圈能耗以及超磁致伸缩致动器总能耗随频率的变化趋势。分析结果表明,超磁致伸缩棒以及线圈能耗均随着频率的增大而增大,而且超磁致伸缩棒能耗占超磁致伸缩致动器总能耗的比例会随着频率的增大而增大。计算了油冷条件下超磁致伸缩棒的表面温度,计算结果与实验结果较为吻合,证明了能耗模型的正确性。分析过程及方法为超磁致伸缩致动器的设计和控制提供了有益的参考。