超磁致伸缩微位移致动器的研究

 基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性设计了一种用于微位移驱动的致动器．分析了致动器工作磁场的组成，计算了线圈的工作电流，并以此为依据设计了稳流电源．分析结果表明，设计的稳流电源满足工作要求；线圈提供的工作磁场能够保证超磁致伸缩棒工作在线性区域。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

超磁致仲缩材料在心血管支架加工中微进给补偿控制中的研究

基于超磁致伸缩材料特性对微位移进给进行研究,设计了磁致伸缩致动器应用于心血管支架的加工,建立了致动器的传递函数模型。同时针对超磁致伸缩材料受温度,预紧力等因素影响对位移输出产生较大偏差,设计了PID调节器,并对磁致伸缩致动器控制系统给出了基于MATLAB的仿真,并在此基础上进行了离散化,得到了数字控制系统,并应用到实际中,并对实际输出位移进行对比。经过PID闭环控制调剂后,位移输出有了明显的稳定。     

伺服阀用超磁致伸缩致动器结构设计及输出位移建模

针对传统永磁偏置式超磁致伸缩致动器轴向偏置磁场均匀性较差的问题,设计了一种具有分布式永磁体偏置结构的阀用超磁致伸缩致动器;采用控制变量的方法,在限定超磁致伸缩致动器结构尺寸的条件下,通过改变超磁致伸缩棒的段数,对致动器偏置磁场进行仿真分析,并确定了最佳分布结构;基于磁阻理论、J-A模型、二次畴转模型及振动理论知识建立了阀用超磁致伸缩致动器的输出位移模型,并通过Matlab中lsim函数对致动器的阶跃响应及谐波响应进行了数值求解;为验证结构设计的合理性和模型的准确性,搭建了该致动器的试验系统,并进行了阶跃响应及谐波响应试验;结果表明:所设计的阀用超磁致伸缩致动器阶跃响应时间可达2.37 ms,在20 Hz到200 Hz的驱动频率范围内,试验结果与模型计算结果基本吻合,证明了模型的准确性。     

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．     

结构地震响应控制的优化方法

针对大跨空间结构地震响应主动控制,以超磁致伸缩材料为核心元件设计了一种可以应用于大跨空间结构振动主动控制中的超磁致伸缩作动器,制作出了作动器的原型并对其进行了输出性能测试。使用遗传算法对大跨空间结构主动控制作动器的布置位置进行了优化设计,最后进行了优化效果的数值模拟分析。以此验证了超磁致伸缩作动器具有良好的作动效应,利用遗传算法在大大提高结构主动控制优化设计效率时,可以保证实现对结构的整体优化以及作动器能高效、经济地实现对结构进行主动控制的目的。     

基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感器温度特性研究

针对基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感器,分析了温度对传感头各个部分和整个传感头的影响,通过试验研究了FBG、Fe—Ga超磁致伸缩棒以及传感头三个部分的温度特性。结果表明,FBG的温度特性为线性,Fe—Ga超磁致伸缩棒以及传感头的温度特性整体为非线性,Fe—Ga超磁致伸缩棒的温度响应大于FBG的温度响应,传感头的温度特性主要取决于Fe—Ga超磁致伸缩棒的温度特性。在26℃到60℃范围内,根据传感头的温度特性,可采取分段补偿的方法消除温度影响,将温度特性分为线性区和非线性区两个范围,分别得到了传感头温度特性拟合方程。     

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．     

巨磁致伸缩材料及应用研究进展

巨磁致伸缩材料是20世纪70年代发展起来的新型功能材料,具有应变大,能量转换效率高等优点,在功能转换、智能驱动、智能传感等高技术领域有重要应用。简要介绍了磁致伸缩及巨磁致伸缩材料的发展历史,从稀土巨磁致伸缩材料、非稀土巨磁致伸缩材料的合金化研究、制备技术和应用技术等方面综述了我国巨磁致伸缩材料的发展历程,介绍了我国的科研工作者在巨磁致伸缩材料研究领域所取得的重要研究成果,最后对巨磁致伸缩材料发展及应用进行了展望。     

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。     

具有Hammerstein结构的非对称PI模型的超磁致作动器数学建模EI北大核心CSCD

超磁致作动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)作为一种以磁致伸缩材料为核心的智能驱动器,由于其优良的性能而广泛应用于诸多领域中,但是其本身固有的回滞非线性的存在限制了其进一步地发展,因而针对回滞非线性的建模研究一直是该领域的重点。基于Hammerstein结构,应用非对称Prandtl-Ishlinskii(PI)模型来表示Hammerstein结构中的非线性环节,用受控自回归(auto-regressive with exogenous,ARX)模型来表示Hammerstein结构的动态环节(尤其是针对高频信号),并且基于AIC准则的判定过程辨识出了动态系统传递函数的阶次和具体形式,建立了超磁致作动器的一种具有Hammerstein结构的非对称PI模型,并有效地减少了模型辨识参数的数量。试验结果表明,具有Hammerstein结构的非对称PI模型比单一非对称PI模型拥有更高的精度,尤其是针对较大频率的激励信号。     

70基于负超磁致伸缩效应电抗器减振新方法的研究

噪声抑制是电抗器制作和应用过程中必须考虑的关键因素,尤其是在高压输电网络。针对电抗器振动噪声的问题,提出了一种利用负超磁致伸缩材料的减振方法。以一台单相铁心电抗器为例,建立电抗器铁心的电磁-机械耦合模型,基于有限元法对磁致伸缩和麦克斯韦力及两者共同作用下的电抗器铁心振动进行定量分析,研究两种力对电抗器振动的影响,得出磁致伸缩和麦克斯韦力对电抗器振动是相互抵消作用的结论。在电抗器气隙处填充负超磁致伸缩材料,利用负超磁致伸缩材料在磁场作用下产生负形变的特性来抵消电抗器原有的机械变形。对比两种不同填充材料电抗器的振动位移,分析结果表明,电抗器的振动位移减小了13%,为以后低噪声电抗器的设计提供理论支持。     

基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制时滞补偿研究

拉索的大幅振动给斜拉桥安全运营带来威胁,采用磁致伸缩作动器施加轴向控制力抑制拉索横向振动是一种可行的方法,由于控制系统时滞的存在,会影响拉索控制效果和结构的稳定性。建立了磁致伸缩作动器动力学模型和拉索-磁致伸缩作动器面内控制系统方程,提出了基于移相法的拉索控制时滞补偿理论和拉索非线性控制系统的线性化方法,通过仿真分析得到了拉索振动控制时滞补偿效果。研究表明,在拉索-磁致伸缩作动器时滞控制系统中,移相法能够取得良好的时滞补偿效果,接近无时滞最优控制减振率。     

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.     

超磁致伸缩薄膜研究进展

综述了近几年国内外超磁致伸缩单层膜、多层膜的研究进展;介绍了超磁致伸缩薄膜的制备方法与性能表征;论述了TbDyFe单层薄膜的磁致伸缩和磁学性能以及其成分、应力、热处理、衬底温度等性能的影响因素;详述了超磁致伸缩多层膜组成和结构类型;讨论了热处理、磁场诱导和单层膜厚对多层膜在低场下磁致伸缩和磁学性能的影响,评述和展望了超磁致伸缩薄膜的国内外研发应用现状和发展趋势.     

圆筒状超磁致伸缩致动器磁场研究与仿真

为设计圆筒状超磁致伸缩致动器(GMA),采用基于磁路的方法对圆筒状超磁致伸缩材料(GMM)内的磁场强度进行计算,基于Maxwell软件建立了圆筒状GMA的3D模型并对磁路结构中各部件尺寸及GMA筒内构件的磁导率对磁场的影响进行了仿真研究。结果表明:在闭合的磁路结构中,对于给定的线圈匝数和激励电流,GMM筒中磁场强度大小受GMM筒轴向长度影响较大且为负相关。磁场均匀性方面,影响较大的是穿过圆筒状GMA构件的磁导率和导磁环轴向长度,二者均与磁场不均匀度正相关。     

超磁致伸缩薄膜难磁化轴方向动态特性研究

磁场驱动频率高是限制超磁致伸缩薄膜器件推广应用的关键因素之一,研究如何降低超磁致伸缩薄膜器件的磁场驱动频率对超磁致伸缩薄膜器件的推广应用将具有重要意义。在深入分析超磁致伸缩薄膜存在各向异性根本原因的基础上,结合薄膜磁致伸缩过程中磁畴的运动机理,提出只要能够克服超磁致伸缩薄膜中存在的退磁场,低磁场驱动频率下就可在难磁化轴方向获得更为优良动态特性的新思路。通过建立超磁致伸缩薄膜难磁化轴实验系统进行实验研究,结果表明通过施加合适的偏置磁场克服退磁场,可以使薄膜在难磁化轴方向产生响应优良的超谐共振,为低频驱动GMF器件的研制提供了一种新的思路。     

应力对非晶超磁致伸缩薄膜形变影响的理论计算

分析材料磁化过程中引起磁致伸缩的机理,考虑应力对磁化过程的影响,通过将应力作用等效为磁场,并假设非晶超磁致伸缩薄膜的低场磁化为可逆过程,根据能量最低原理,建立了磁致伸缩薄膜形变与应力之间的关系,给出了表达式.     

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