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.     

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.     

超磁致伸缩致动器结构设计与静态特性实验

对超磁致伸缩致动器的结构如驱动磁场、偏置磁场、预压结构、水冷机构等进行设计,利用致动器加工实物,完成致动器的静态特性实验,获得不同预压力和驱动磁场强度下的致动器输出位移曲线,并得到了最优参数。     

超磁致伸缩致动器动态特性分析与实验研究

基于超磁致伸缩材料磁滞非线性,结合其致动器结构,推导了致动器的动态应变模型.为了验证模型的准确性,进行了致动器动态特性测试,测试结果和理论仿真结果基本一致,为致动器的实际使用打下了基础.     

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。     

巨磁致伸缩材料的磁致伸缩模型与计算

应用在应力作用下的磁致伸缩系数与磁化强度的关系，建立了磁致伸缩的计算模型，结合器件的实际结构，采用有限元方法，计算了磁致伸缩棒在应力作用下的磁致伸缩，计算结果与实验值符合，分析表明，采用该模型得到的计算结果能够较准确地反映材料在工作状态下的磁致伸缩。     

一种超磁致伸缩致动器温度控制系统的设计与分析

根据超磁致伸缩致动器(GMA)的热特性,设计了一种具有内外双层铜水管冷却结构的温度控制系统,在精确控制致动器温度的同时,有效降低了致动器的输出误差。利用ANSYS有限元分析软件对GMA温度场进行了稳态和瞬态分析,结果表明,所设计的温度控制系统能够精确控制致动器温度,大大提高了致动器的输出精度。最后搭建温控实验平台,通过无水冷和强制水冷实验可知,双层铜水管冷却结构的温控系统,大大减小了热变形对GMA输出精度的影响,温控效果十分显著。     

稀土超磁致伸缩材料电磁参数的实验研究

利用自制的稀土超磁致伸缩参数实验装置对采用独特工业化工艺技术生产的ＴｂＤｙＦｅ三元稀土合金超磁致伸缩棒的磁致伸缩系数和机电耦合系数等电磁参数进行了实验测定讨论了磁电耦合作用对磁致伸缩系数和机电耦合系数的影响,所得结果为超磁致伸缩材料应用器件提供了重要设计依据。     

稀土超磁致伸缩材料、应用与器件

介绍了稀土一铁超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能和应用该材料研制的器件．利用磁致伸缩材料的磁致伸缩大、能量密度高、反应速度快等特点,研制了具有尺寸小、位移量大、精度高的致动器,用于精密加工中位移的进给、异型零件的加工和精密阀门的控制等领域．研究和开发超磁致伸缩材料和器件,对于促进机电一体化、微电子、纳米技术等的发展具有重要意义．     

超磁致伸缩材料Terfenol-D的磁致伸缩特性曲面拟合

介绍了超磁致伸缩材料的伸缩现象并针对试验中涉及到的稀土磁致伸缩材料的动态特性,采用乘积型最小二乘法拟合出二元曲面S(H,P)的函数式并计算出它的动态磁致伸缩量.为进一步设计磁致伸缩致动器提供初步的数据.     

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.     

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.     

磁致伸缩作动器连续模型辨识

提出了一种采样数据中存在高频有色噪声的连续模型辨识方法,并将其应用到磁致伸缩作动器的连续模型辨识中。该方法通过引入积分运算,将连续时间系统的微分方程转换为积分方程,从而使噪声的影响可以忽略,直接利用传统的最小二乘法估计出连续时间模型。仿真实例验证了该方法的有效性和可行性,辨识的磁致伸缩作动器具有较高的可信度。     

超磁致伸缩执行器自感知机理研究

为了能有效地减小微器件的体积并实现同位控制，提出了超磁致伸缩执行器同时作为执行器和传感器的自感知工作原理. 分析了超磁致伸缩执行器作为双向换能器的自感知物理基础，以此建立了执行器和传感器的能量耦合模型. 根据磁致伸缩材料的压磁方程，并结合励磁线圈的截面积、匝数及磁致伸缩棒的截面积、长度、弹性模量、压磁系数等，推导了感知力和感知速度的计算方法. 提出了利用桥路法在强驱动信号的背景下提取感知信号的方法，在研制的执行器自感知实验系统上，验证了力感知和速度感知方法的有效性     

步行能量采集器中磁致伸缩材料的机-磁耦合特性研究

针对步行能量采集器中磁致伸缩材料的机–磁耦合特性,提出了一种磁致伸缩材料机–磁耦合特性的研究方法,通过观察磁畴角度偏转的规律,研究应力和磁场载荷同时作用下的超磁致伸缩材料的机–磁耦合特性.发现外加磁场增加有利于磁畴的偏转和跃迁,而应力各向异性能不利于超磁致伸缩材料磁化的进行,使超磁致伸缩材料的磁化更加困难.依据以上结论选择最佳的外加磁场和应力的取值,并且计算磁致伸缩材料对外产生的磁化强度,该磁化强度具有更高的效率.     

最少拍数字控制改善磁致伸缩微小位移机构动态特性

本文介绍一种新的适用于快速动态过程的磁致伸缩微小位移机构及其计算机数字控制实验系统;求出磁致伸缩微小位移机构系统的传递函数,并对利用计算机数字校正来进一步改善机构系统的动态特性进行了分析和实验。结果表明,该机构系统不仅适用于镜面车削时作精密微量进刀,而且还可以应用在误差动态补偿系统中作执行机构。