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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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电流互感器磁滞损耗研究

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。     

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.     

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。     

注浆压力动载荷作用下盖重非线性响应简化分析

为解决大坝混凝土盖重在注浆压力动载作用下产生抬动效应导致盖重破坏,从而影响大坝防渗等工程实际问题,建立了一种混凝土盖重在固结注浆压力动载荷作用下的非线性动力学响应简化分析模型.考虑到盖重下方基层在注浆压力动载荷作用下具有非线性、滞后性、变形累计、强度和刚度退化等特性,采用了Bouc-Wen退化迟滞模型,并对盖重下方土层与岩层分别采用了不同的刚度系数与阻尼系数,分析了混凝土盖重在注浆压力动载影响下非线性动态力学响应的滞后效应,得到了不同外载荷频率作用下,盖重抬动位移与变形速度的非线性响应曲线.实例分析结果表明,该模型可以较好地模拟各种工况下盖重注浆的非线性动力学响应问题,为动载作用下的盖重注浆抬动位移控制提供了一种参考方法.     

基于压电迟滞对称性的线性微位移控制作动器

针对目前压电微位移控制系统中普遍存在的模型非线性、系统复杂或不稳定等缺点,提出了一种基于压电迟滞对称性及单向单回路循环的微位移线性控制系统。 首先利用压电迟滞效应中回路正调曲线与逆调曲线之间的轴对称性质,使二个性能一致的压电位移作动器位于回路的对称点,其迟滞非线性效应得 以相互抵消,从而使其总的位移输出与输入驱动电压呈线性关系;其次,在控制策略的选择上,为避免因次级回路的出现而导致的复杂性与不稳定性,并保证压电系统的输出精度,位移调节过程中仅采用一个确定的主回路,且二个位移作动器均按此主回路的单向逆时针方向调节;依据所提出的模型和算法,进行了实验验证,并对误差进行了分析与补偿;结果表明模型位移输出精度达到 nm 级,最大误差 15 nm,平均误差约 0 nm;同时该模型还具备结构简单、计算量小、易于实现、输入与输出为线性关系等优点。     

基于传递矩阵法的振动压实系统动力学分析

振动压实系统在工作过程中,物料受到压实作用而发生弹塑性形变,因而该系统的弹性回复力与位移关系呈现非线性与滞后性.为研究振动压实系统的动力学问题,建立了带有分段曲线不对称滞回环的二自由度系统模型,采用传递矩阵法求解该模型,对该模型中各单元的状态进行相关的数学描述,同时利用仿真软件对数据进行分析,得到的数据与传递矩阵方程的计算结果基本吻合.这表明所提出振动压实系统的传递矩阵模型接近实际情况,对相关系统的动力学分析具有参考价值.     

动态迟滞非线性自适应补偿控制方法

针对典型的动态迟滞特征模型,提出了一种新型的迟滞补偿控制方法.通过乘以一个斜率转换因子, 将具有近似线性特性的理想迟滞模型转化成实际的期望输出模型.采用自适应滑模控制原理求取迟滞补偿控制量,以保证实际的迟滞特性能够达到期望的线性输出特性.仿真实验结果表明,该自适应滑模迟滞补偿方法能够有效地补偿动态迟滞特性.     

砼小型空心砌块配筋砌体的滞回特性

对30个同类型配筋砌块砌体的试验,对其单调横向荷载位移关系曲线进行修正,从而提出了用于代表配筋砌块墙体动力特性的滞回骨架曲线·同时表明,竖向荷载的大小对荷载位移曲线及滞回骨架曲线有一定影响·试验结果表明,该骨架曲线正确合理,可用于配筋砌块砌体的动力分析中·并经低周循环和模拟地震反应的荷载试验验证,符合程度较好·     

预压叠层柔性机械臂弯曲试验及有限元数值仿真

为抑制柔性机械臂的振颤，该文提出利用组合构件的滞迟特性来改善机械臂的动力学品质以达到减振的作用；介绍了预压叠层柔性机械臂力-变形本构关系的试验研究及有限元数值仿真。研究了其滞迟特性随预压力、载荷及工作点的变化；分析了叠层结合面的作用机理；表明组合柔性机械臂抑振效果好，结构简单。在用ANSYS进行有限元数值仿真时考虑了几何非线性与叠层之间接触状态非线性的影响，数值仿真结果与试验接近，该方法为组合柔性机械臂的静力学、动力学的研究及设计计算提供了有效手段。     

迟滞系统的鲁棒自适应变论域模糊控制

设计了一个H∞变论域模糊控制器,用于控制一类单输入单输出的基于Preisach模型的未知迟滞非线性系统.该控制器将H∞控制与模糊控制结合起来,提高了H∞控制的智能性和模糊控制的鲁棒性.通过Lyapunov方法,证明了闭环控制系统是稳定的.该控制系统中模糊逻辑逼近误差和外部扰动误差都能通过调节权重因子被限定在一个给定范围内.最后,给出了关于未知迟滞非线性系统的仿真结果,表明了控制方案的可行和有效性.