基于磁滞预测模型的GMA精密位移控制方法与实验研究

针对一种基于超磁致伸缩材料的直动型执行器,用经典Preisach理论建立其磁滞预测数值模型.采用Lagrange双线性插值法显著提高了该模型的预测精度;提出了一种Preisach模型的实时数字补偿算法,在静态及准静态情况下解决了直接求取Preisach逆模型的难题.建立了基于Preisach前馈补偿模型的PID控制算法,实验验证了该方法相对于开环控制和普通PID不仅能够显著提高GMA位置跟踪能力,同时也提高了GMA的定位控制精度.     

超磁致伸缩作动器的磁路优化设计与有限元分析

超磁致伸缩作动器(giant magnetostrictive actuator,简称GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,但由于其内部磁路复杂,GMA内部磁路中磁感应强度的大小和均匀性会严重影响作动器的工作性能。为解决上述问题,基于静态条件下线性磁致伸缩理论和电磁学原理,采用有限元软件ANSYS对GMA建立有限元模型,系统性地研究了激励线圈、导磁体和导磁内壁所用材料的参数等对磁感应强度的影响。同时,提出以GMM棒中减小磁漏、增大磁感应强度和提高磁感应强度的均匀性为设计原则,将超磁致伸缩棒轴向中心线处磁感应强度的大小和均匀度作为评价标准。对开闭磁路、激励线圈的轴向长度、材料的磁导率、空气间隙和导磁体的半径等参数进行优化设计。研究结果表明,当采用闭合磁路时,磁感应强度的大小和均匀度均得到了很大的提高;并通过磁路优化后,磁感应强的大小增大了0.1 T,均匀度提升了10.27%。     

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。     

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。     

超磁致伸缩驱动微定位平台的动态特性

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,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。     

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.     

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。     

误差补偿的精确运动系统研究

构建了以滚珠丝杠传动提供宏观运动,以超磁致伸缩驱动器(GMA)进行微观运动误差补偿的单坐标数控工作台精确运动实验系统.提出所设计的GMA的系统模型由频率无关迟滞特性与机电系统传递函数串联构成.由Lyapunov稳定性理论推导出滑模变结构控制方案的自适应控制规律.实验结果显示,GMA通过动态补偿控制可以很好的补偿滚珠丝杠的运动误差,使工作平台的运动精度显著提高.     

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。     

发动机加速过程的优化建模方法研究

航空发动机数学模型通常使用部件法建模,这种方法算法较为复杂,收敛性差,且实时性差,因此建立适合半物理实验使用的数学模型比较困难。本文提出这种建模方法是基于发动机的稳态试车数据,主要研究动态过程中,供油量与发动机主要参数的对应关系。该程序算法易懂,实时性好,计算效率高。计算机仿真的结果与试车数据基本一致。通过分析某型发动机半物理试验结果,表明该数学模型可以满足实验需求。     

新一类各向异性叠层板弯曲近似方程

利用初始函数法，提出一种类似三阶位移模型的板弯曲方程新模型．本模型对应力和位移不作任何假设并考虑到层间应力和位移的连续性，它不包含任何模型误差，只含有近似阶误差．计算表明，它较三阶位移模型有更好的精度．     

考虑上行先导情况下建筑物闪击距离和吸引半径研究

现国内外的建筑物雷电防护标准广泛采用电气几何模型(EGM)来考虑防护效果,电气几何模型(EGM)主要是基于长间隙放电实验和若干半经验公式得出的,在得到等效结果的同时却未能从物理过程方面进行详尽的描述。而先导发展模型充分考虑了闪击放电过程,从微观物理机制方面描述了闪击的发展过程,是一种比电气几何模型描述更加精确的闪电物理模型。使用先导发展模型通过对多种情况的模拟,得到了不同电流强度下建筑物闪击距离和吸引半径与建筑物高度三者间的关系。通过研究后发现在充分考虑上行先导情况的先导发展模型中,当建筑物高度较低且电流强度较小时,得到的闪击距离和吸引半径小于传统电器几何模型(EGM)结果。模型得到的结果表明了对于高大建筑物以及发生大电流闪击时,仅通过防护标准中得到的结果已不能充分满足保护需要。研究结果可为建筑物雷电防护设计提供更加切合实际的参考依据。     

一种新的Rayleigh-Normal仿真模型

信道特性的仿真和研究对设计无线通信系统具有重要的意义;在研究现有的信道仿真模型的基础上,提出了Rayleigh-Normal仿真模型;用Rayleigh随机信号和Normal随机信号的线性组合来仿真接收信号,并用该仿真模型仿真了Rayleigh、Ricean、Nakagami和Lognormal等常见信道模型的一阶统计特性,仿真结果证明了Rayleigh-Normal仿真模型是一种准确而有效的衰落信道仿真模型.     

水污染控制模式选择的研究

水污染控制模式有三种，即浓度控制，总量控制和双轨制控制，总量控制又包括容量总量控制，目标总量控制和行业总量控制三种类型，针对不同情况选用与之相适应的污染控制模式，是实现经济上合理，技术上可行，效果上显著地控制水污染的前提，提出了选择水污染控制模式的六个依据和技术路线，并将之应用于图们江流域水污染控制研究中，取得较为满意的效果。     

运用正确的物理模型计算载流导电板的磁场

通过对栽流导电板内部、外部和表面的磁感强度的分析，说明对于同一个物理问题，从不同的角度分析时，应当选用的物理模型往往是不同的，因此在解决实际问题时，辨清物理模型的适用条件，选择正确的物理模型是非常必要的。     

基于Voronoi图的复杂对象空间方位关系的推理计算

在分析总结前人研究成果的基础上,研究了复杂对象之间的空间方位关系,提出了基于Voronoi图的空间方位关系的推理模型,并详细论述了该模型的算法实现过程及步骤.实例计算表明该模型是正确和有效的.模型无需区分源目标与参考目标,具有自反性,不受对象的形状、大小、位置和距离等的影响,容易与基于Voronoi图的空间拓扑关系的相关理论结合,形成统一的推理模型.     

基于点群分割的空间方向计算模型

提出一种基于点群分割的空间方向计算模型。该模型把目标图形离散成点群, 利用平均分割点群的方法对空间目标之间的空间方向进行定量计算。实例研究说明此模型易于实现, 具有较高的计算效率, 适合地理信息系统在空间关系方面的计算要求, 可以为空间数据检索和匹配查询提供有力支持。     

快速采样数据建模的最小二乘算法

由于传统的ＡＲ模型不适于快速采样数据的建模，提出了基于增量差分算子建模的递推最小二乘算法，讨论了这种模型与相应连续模型的关系．数据仿真表明这种模型较之于ＡＲ模型有较好的适用性．     

基于GM包络模型的可转换债券价格区间预测

研究利用GM包络模型预测可转换债券价格的运行区间.提出了一种适用于预测可转换债券价格运行区间的GM包络模型.利用这个模型实现了对W转债价格运行区间的预测,并得到了较好的预测结果.该工作为可转换债券价格运行区间的预测探索了一条新的途径.