超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性研究

针对超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称 GMA)磁滞非线性和动态特性难以精确描述的问题,以基于GMA的二自由度精密微定位平台为对象,对其进行磁滞非线性和动力学建模并仿真分析。根据Jiles-Atherton磁滞模型、磁致伸缩模型、磁滞非线性圧磁方程和驱动器的结构动力学原理,建立了组合的微定位平台磁滞非线性动态模型;通过模型计算出输出位移的大小;另外对四种数学模型进行动态特性仿真分析。研究结果表明:仿真位移曲线与实验测得输出位移曲线基本一致,验证了所建模型的正确性;且优化了系统的设计参数,对改善GMA的动态性能和稳态输出性能提供了依据。     

超磁致伸缩驱动器输出位移模型参数的辨识方法

为了提高超磁致伸缩驱动器的控制精度和响应速度,需要快速精确获取其磁滞非线性模型中的未知参数。在介绍超磁致伸缩驱动器工作原理的基础上,基于Jiles-Atherton模型建立了GMA的磁滞非线性模型,并提出一种改进型粒子群算法对其模型参数进行辨识,最后搭建仿真和实验平台进行验证。结果表明:该改进型粒子群算法辨识GMA输出位移模型参数有效性高,参数辨识代码运行时间缩短至210s,适应度函数值最小达到0. 165 7,由此建立的磁滞非线性模型的计算精度可精确到0. 001μm,且通过多次比较发现该位移输出模型重复性较高,研究结果为后续进行GMA输出位移的误差补偿控制提供理论依据。     

磁滞伸缩驱动器磁滞特性的Persiach模型建模

超磁致伸缩材料具有本征磁滞非线性,用于精密定位时具有较大的回程误差。为控制超磁致伸缩驱动器的输出位移精度,需要建立准确的数学模型来描述其磁滞非线性。基于经典的Preisach磁滞模型,通过对Preisach磁滞模型的离散化,建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数学模型;并进行了超磁致伸缩驱动器输出位移实验研究。实验结果表明:模型计算的结果和实验结果基本吻合,证明所建模型能够较好地反映实际情况。     

GMA磁滞特性的Persiach模型建模

超磁致伸缩材料具有本征磁滞非线性,用于精密定位时具有较大的回程误差,为控制超磁致伸缩驱动器的输出位移精度,需要建立准确的数学模型来描述其磁滞非线性。本文基于经典的Preisach磁滞模型,通过对Preisach磁滞模型的离散化,建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数学模型,并进行了超磁致伸缩驱动器输出位移实验研究。实验结果表明：模型计算的结果 和实验结果基本吻合,证明所建模型能够较好的反映出实际情况。     

基于LS-SVM的超磁致伸缩致动器数据驱动建模方法研究

针对超磁致伸缩材料(GMM)的强非线性特征,提出了一种新的超磁致伸缩驱动器(GMA)实验系统及其数据驱动建模方法.实验中的测量数据取自光栅传感器,采用数据驱动原理,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)实现了GMA的非线性建模.对模型性能进行了实验评估,预测了GMM棒的动态特性,并讨论了驱动电压对输出特性的影响.实验结果显示,该模型能较好地预测GMA的制动输出,预测误差在0.05%以内.     

大负载精密驱动超磁致伸缩直线电机动力学建模与仿真

基于一种新型的精密大负载超磁致伸缩直线电机进行了整机动力学建模和仿真,尝试分析巨磁致伸缩直线电机的频率特性和负载特性,提供了一种对于尺蠖运动超磁致伸缩直线电机进行整机建模和性能分析的有效方法. 在建模过程中,采用Jiles Atherton磁滞模型以补偿磁滞回对直线电机输出的影响,并提出了直线电机驱动大负载时的滚动摩擦修正. 通过建模与仿真,验证了直线电机结构设计方案的可行性. 仿真和实验对比结果表明,该动力学模型实现了超磁致伸缩直线电机的变激励、变负载运动的准确模拟.     

静电悬浮加速度计地面试验系统微位移驱动器控制模型研究

介绍了超磁致伸缩驱动器（GMA）的结构,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。     

超磁致伸缩微致动器车削系统的动力学分析

考虑温度及预应力的影响,建立了应用于车削加工系统的超磁致伸缩微致动器动力学模型,并讨论了温度及预应力对其振动响应的影响.预应力对磁滞及理想磁化模型的超磁致伸缩微致动器模型输出位移的影响变化趋势相同,都出现"翻转"现象,在激励磁场小幅值范围内,系统的输出位移随着预应力的增加而减小,随着激励幅值的增加而增加;当激励磁场幅值较小时,温度对输出位移的影响较小,但是当激励磁场幅值较大时,输出位移随着温度的升高而明显减小.该结果对如何处理预应力、温度、超磁致伸缩材料的滞回的影响提供了理论依据.     

基于超磁致伸缩材料的驱动器设计及磁场仿真

基于超磁致伸缩材料的工作原理,设计了具有微位移可控特性的驱动器。为了探究驱动器内部磁场设计的合理性以及超磁致伸缩驱动器的磁感应强度与激励电流之间的关系,应用ANSYS有限元分析软件对超磁致伸缩驱动器的内部磁场进行仿真。研究结果表明,超磁致伸缩驱动器磁场设计合理;随着电流的增大,超磁致伸缩材料中的磁感应强度也随之增加并且磁感应强度逐渐趋于饱和。     

考虑磁滞的铁稼磁致伸缩位移传感器输出电压模型及结构设计

基于Jiles-Atherton模型、魏德曼效应和压磁效应建立了考虑磁滞影响下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算结果与实验结果基本吻合,表明所建立的输出电压模型的正确性.对传统Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的结构进行了改进,消除了由磁致伸缩材料的磁滞效应带来的位移迟滞,降低了剩磁和驱动脉冲电流对输出电压的影响,使电压信号的信噪比由14.7 dB提高至27.6 dB.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,通过实验验证了新结构能改善传感器的线性度、重复性、迟滞性和精度.基于新的传感器结构,此研究可为磁致伸缩位移传感器的优化、生产提供理论依据和实验基础.     

基于实验的超磁致伸缩微致动器动力学特性分析

基于超磁致伸缩微致动器实验所得的激励电流-磁致伸缩材料轴向位置-磁场强度三者之间的关系式,修正了厚壁线圈轴向电流-磁场理论公式.利用修正公式对超磁致伸缩微致动器动力学模型进行理论分析,得到了微致动器的振动响应;分析了修正系数、偏置磁场及预压应力对微致动器的影响.结果表明:修正系数对微致动器动力学特性影响十分明显,当修正系数K′=1.24时,基于实验拟合函数与基于厚壁线圈电流-磁场理论公式所得到的微致动器的输出位移与输入激励电流之间的滞回环完全吻合;微致动器振动响应具有明显的非线性特性,而且修正系数对其影响很大.偏置磁场与预压应力对微致动器的幅频特性影响也十分明显.     

超磁致伸缩驱动器的输出力动态响应特性

设计了一种新型超磁致伸缩驱动器,通过ANSYS有限元分析软件对超磁致伸缩驱动器的内部磁场进行了仿真。并搭建了输出力动态响应特性测试系统,通过改变外加电流与预紧力大小对驱动器的动态响应时间进行研究。实验结果表明,该驱动器的磁场设计合理;当电流小于2.5 A且预压力一定时,其输出力响应时间随电流的增大而减小;设计的驱动器在预压力达到300 N时输出力响应时间最短。     

考虑温变时超磁致伸缩微致动器的动力学分析

建立了考虑温度变化时的超磁致伸缩微致动器的动态振动微分方程,得到了微致动器振动响应的非共振解析解.在已知磁化强度情况下,讨论了温度和预应力对振动响应的影响,并得到了位移响应随温度变化的系数;解出由于超磁致伸缩材料非线性而产生的亚谐共振解,讨论了温度对共振因子的影响.仿真结果表明,超磁致伸缩材料的磁-力-热耦合非线性对微...     

超磁致伸缩微位移致动器的理论分析与设计

科学技术的快速发展使得机电设备越来越趋于微型化,为了在体积不足1cm^3的空间里达到精确测量,超磁致伸缩材料成为当下研究的热点。本文以J-A模型和磁-机效应法为依据,建立超磁致伸缩的磁机耦合模型,设计了以圆弧形超磁致伸缩薄片为核心部件的微型位移致动器。利用COMSOL Multiphysics仿真软件分析了当给予线圈电流密度为10^6A/m^2的驱动电流时,不同厚度的超磁致伸缩薄片模型,得到相应的应力张量图和磁致伸缩曲线。文中展示0.35mm厚度的铁镓合金辅以1mm厚度硅基底的致动器模型,并获得了较为理想的0.8μm输出位移量。将仿真与实验结果进行对比,证明了理论模型的准确性以及执行器结构的可行性。该微位移执行器具有体积小、响应快、精度高、便于集成等优点,在振动控制、微定位、机器人等领域有着广阔的应用前景。     

微振动控制中超磁致伸缩作动器的设计与分析

针对微振动控制中对作动器的要求,基于超磁致伸缩材料的特性对作动器进行了优化设计,通过对其进行磁路分析、热效应分析,验证了设计的合理性;针对超磁致伸缩材料的非线性性能,利用实验测量的主迟滞回线和一阶折返曲线数据点建立Preisach模型,采用输入校正迭代算法对非线性进行补偿,然后对作动器进行精密定位控制实验.实验结果表明...     

超磁致伸缩执行器温控系统的设计与实现

为了实现超磁致伸缩执行器(GMA)精密的位移控制,需要采取一定温控设施保证超磁致伸缩材料(GMM)工作在特定温度情况下;针对超磁致伸缩材料对温度的敏感性,在GMM智能构件的基础上提出了一种改进的强制水冷温度控制策略;利用单片机控制系统实现了对超磁致伸缩执行器的温度控制,实验结果表明了该控制策略可以保证GMA工作在恒温,验证了策略的有效性;对超磁致伸缩材料微驱动应用具有实际的工程意义。     

基于超磁致伸缩材料电流互感器的磁滞损耗模拟

温度是影响超磁致伸缩材料性能的主要原因;而磁滞损耗所产生的热量对材料的性能会造成很大影响。通过理论计算得到超磁致伸缩材料的磁滞损耗,为电流互感器的补偿提供基础,实现装置无磁饱和、精度高、速度快的目标。通过计算分析得到了基于Jiles-Atherton模型和BP-神经网络的磁滞模型参数;再利用四级四阶龙格库塔法进一步求解基于上述已求得参数的Jiles-Atherton磁滞模型,进而画出超磁致伸缩材料的磁滞回线求出对应的磁滞损耗。     

具有气敏涂层的GMF静态磁机耦合模型及实验研究

为实现超磁致伸缩薄膜(GMF)在微气体传感器领域的应用,需要研究其在气敏涂层条件下的磁致伸缩特性.以几何非线性弹性理论为基础,将磁致伸缩效应等效为GMF上体积力作用下的变形效应,建立了具有气敏涂层的悬臂梁式结构双层GMF低磁场下静态磁机耦合模型,解析了GMF悬臂梁末端的磁场与位移的数学关联.通过对双层薄膜TbDyFe/PI/SmFe和TbDyFe/Cu/SmFe进行试验,验证了磁场与位移数学关联的正确性.结果表明,曲线模型有较好的预测性,具有气敏涂层的GMF表现出更好的磁致伸缩效应.     

GMA再生型颤振系统的稳定性及其控制

综合考虑再生型颤振对工件及超磁致伸缩微致动器的影响,建立了超磁致伸缩微致动器车削颤振系统非线性动力学模型。根据Lyapunov第一次近似稳定性定理及霍尔维茨判据对其进行了稳定性分析及控制研究,讨论了系统参数对GMA颤振系统稳定性的影响。同时采用简单自适应控制方法对颤振系统进行了控制研究。结果表明:车削的极限宽度、工件的质量及其等效刚度对系统的稳定性有明显的影响;简单自适应控制方法可有效抑制再生型颤振对系统稳定性的影响。     

GMA再生型颤振系统的稳定性及其控制简

综合考虑再生型颤振对工件及超磁致伸缩微致动器的影响,建立了超磁致伸缩微致动器车削颤振系统非线性动力学模型。根据Lyapunov第一次近似稳定性定理及霍尔维茨判据对其进行了稳定性分析及控制研究,讨论了系统参数对GMA颤振系统稳定性的影响。同时采用简单自适应控制方法对颤振系统进行了控制研究。结果表明：车削的极限宽度、工件的质量及其等效刚度对系统的稳定性有明显的影响;简单自适应控制方法可有效抑制再生型颤振对系统稳定性的影响。