超磁致伸缩材料传感/执行器的原理与应用

超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料,具有大磁致伸缩系数、高能量密度、低磁场驱动、高磁机转换效率以及快速响应等优点,在精密驱动技术中得到应用。利用磁致伸缩正效应可以开发微位移执行器、力驱动器和振动器等;利用磁致伸缩逆效应可以开发力、力矩和位移传感器以及能量转换器;利用磁致伸缩正逆耦合效应可以开发集驱动、力测量、输出力感知和输出力可控等功能于一体的器件,应用于精密驱动领域。在分析了磁致伸缩正效应、逆效应以及正逆耦合效应机理的基础上,阐述了超磁致伸缩传感器、执行器以及传感执行一体化器件的开发原理及其应用现状。

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。

基于稀土超磁致伸缩材料的微致动器设计

选择 Terfenol- D作为微致动器主要材料 ,采用弹簧对 GMM棒施加一定的预压力以获得较大的磁致伸缩应变 ,采用偏置磁场消除 GMM棒的倍频现象并使之工作在线性段 ,对磁路进行了分析和优化设计。针对电磁线圈工作发热及涡流损耗引起的 GMM棒温升 。

超磁致伸缩致动器建模研究综述

超磁致伸缩材料具有很强的非线性耦合特性、磁滞特性和复杂动态特性。因此,建立能够准确描述超磁致伸缩致动器工作状态的模型成为关键问题。综述棒型超磁致伸缩材料在多场耦合特性、磁滞特性建模研究状况以及超磁致伸缩致动器动力学建模研究状况,分析当前所建立多种模型的优缺点,并展望建模工作的发展趋势。

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20μm,分辨率为0.1μm,线性度约为4％,静态力输出1109 N,工作电压范围1～15 V,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.

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。

基于超磁致伸缩材料新型转换器的仿真研究

超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大,输出力大,响应速度快,能量转换效率高等特点。利用超磁致伸缩材料研制了一种取代两级传统电液伺服阀力矩马达的新型电-机转换器,并建立了其数学模型及MATLAB仿真模型,通过仿真结果分析表明该转换器较传统力矩马达具有高频响、高响应等显著优点。

用于微振动控制的超磁致伸缩驱动器的研究

文章介绍了驱动器在振动主动控制系统中的作用 ,叙述了超磁致伸缩驱动器的设计计算过程和结构组成 。

椭圆驱动超磁致电动机设计

超磁致材料GMM(Giant Magnetostrictive Material)作为高科技功能材料得到了迅速发展,由于具有大的室温超磁致伸缩系数,高的电(磁)能-机械能转换率,高能量密度,响应快等优异特性,GMM得到了广泛应用。文中根据 GMM磁-机能量耦合转换机理,结合有限元分析开发了CAD软件,设计了GMM微致动器,并通过GMM致动器组合构型:构思与研制了一种具有高出力、快响应、可控性好的新型椭圆驱动超磁致电动机,并得到了试验验证。

大功率超磁致伸缩作动器的仿真与试验

分析了结构参数对大功率超磁致伸缩作动器动态性能的影响。为了提高作动器的动态性能,其驱动线圈采用减少匝数、增加线径、大电流驱动的设计方案;选取了超磁致伸缩材料(GMM)棒最佳的预压应力和磁场强度,计算确定了GMM棒的几何参数;建立了以牛顿第二定律为基础的作动器阶跃响应、参数变化的模型,利用MATLAB对其进行了仿真分析。结果表明,GMM棒长度和直径、负载端质量对作动器力和位移输出有重要影响。研究结果可为超磁致伸缩作动器的结构优化与设计提供参考。

新型超磁致球电机的研究

根据超磁致材料的磁 -机能量耦合转换机理 ,用有限元耦合迭代方法 ,设计了超磁致材料微致动器 ,在此基础上 ,利用超磁致材料微致动器的组合构型 ,研制了一种新型超磁致球电机样机。这种球电机通过简单的运动部件产生二维运动 ,并对原型样机进行了试验测试 ,验证了新型超磁致球电机的驱动特性。通过新型超磁致球电机样机研制与试验验证 ,说明超磁致材料致动器组合构型的超磁致球电机 ,是开发球电机的一种有效方法。

超磁致伸缩材料的特性参数测量及其应用研究

超磁致伸缩材料（Ｔｂ０.２７Ｄｙ０.７３Ｆｅ１.９５）是一种新型的功能材料，具有应变大、响应快、能量传输密度高等特点。本文介绍国产区域熔炼法制备的多晶超磁致伸缩材料主要特性参数的测量方法、结果，并将实测特性与国外同类材料特性进行了比较，表明国产材料具有较佳的性能；还介绍了采用该材料研制的电－气动伺服压力控制阀，给出了电－机械转换器静、动态特性曲线和电－气动伺服压力控制阀输出特性曲线。实验结果表明，研制的转换器具有好的频率响应特性，较宽的输出位移控制范围；压力阀的控制特性是满意的。

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.

稀土超磁致伸缩材料、应用与器件

介绍了稀土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.

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,其位移控制误差小于0.3μm,且不超过总行程的1%,证明了该作动器的有效性、可行性,为其在微振动控制中的应用提供了可靠的保障。

超磁致微位移直线驱动器

超磁致材料 Tbx Dy1 - x Fey(GMM)是 A.E.Clark于 70年代发现的新型稀土—铁系功能材料。近几年来 ,作为高科技功能材料得到了迅速发展 ,这种材料由于具有很大的室温超磁致伸缩应变量 ,高的电 (磁 )能 -机械能转换率 ,高能量密度 ,伸缩应力大 ,机械响应快等优异特性 ,因而有着广泛的应用前景。该文设计了一种高出力、快响应、可控性好的超磁致微位移直线驱动器。文中对超磁致微位移直线驱动机理进行了探讨 ,并在 MATL AB平台上 ,以有限元分析 (FEM)为基础研制了 CAD软件 。

超磁致伸缩作动器结构设计与分析

以设计一款能长期工作且最大工作位移为50μm、最大输出力为2 kN的新型超磁致伸缩作动器为目的。在分析超磁致伸缩作动器结构及工作原理的基础上,对关键参数进行设计。选取超磁致伸缩材料的最佳预压应力,通过计算确定超磁致伸缩棒的几何参数;同时,为提高作动器的工作效率,对电磁线圈进行优化设计以及关键参数进行分析。利用MATLAB、ANSYS对其进行仿真分析。实验表明,所设计的作动器满足设计要求。其研究结果对超磁致伸缩作动器的结构设计及相关理论计算具有参考价值。

稀土超磁致微致动器驱动电源实验研究

介绍了稀土超磁致伸缩微致动器的结构、工作原理 ,给出了基于功率MOSFET管的超磁致伸缩执行器驱动电源的电路 ,实验表明该驱动电源可以满足微致动器的工作需要。

基于可控性柱面网壳结构主动控制作动器布置的优化研究

利用磁致伸缩材料的磁控特性制作的作动器可以对结构进行主动控制。首先分析了这种作动器的工作原理和设计方法,并通过实验对其进行了输出性能测试。接着在对作动器进行动力学建模的基础上,推导出整个柱面网壳结构的作动控制方程,同时基于作动效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,并且在综合考虑控制效果系数、硬件成本和系统复杂性等因素的基础上,初步确定了作动器的数量,然后采用遗传算法,对作动器的布置位置进行了优化。最后利用LQR主动控制算法,对一柱面网壳模型结构进行了主动控制分析。结果表明,通过优化布置的作动器能够有效地减小结构的动力反应,是一种较好的主动控制方法。此外,主动控制模拟结果也验证了应用遗传算法优化此类问题的优越性和可靠性。

超磁致伸缩致动器的广义最小方差-模糊PID控制方法

为了克服超磁致伸缩致动器用于精密驱动定位时磁滞现象所带来的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究了自校正PID控制原理,建立了基于广义最小方差原理(GMV)及模糊(Fuzzy)规则的广义最小方差-模糊PID(GMV-FuzzyPID)控制方法。介绍了广义最小方差原理的主要思想,并由此推导出PID参数与被控对象参数的关系。在上述关系的基础上,建立了以误差与误差变化量为输入,待定参数k为输出的模糊规则。最后,根据在线估计的被控对象参数及GMV-Fuzzy PID的输出,在线调整PID参数,实现磁滞补偿后对致动器的控制。实验结果表明:采用GMV-Fuzzy PID控制器,每次运算时间比采用Fuzzy PID控制器缩短了0.015 4 s,跟踪误差均方差相差0.036μm。该方法能有效消除被控对象由于扰动带来的影响并缩短运算时间,在一些实时性及控制精度要求较高的精密加工场合,有良好的应用价值。