微型超磁致伸缩驱动器混沌特性分析

混沌运动和准周期运动是超磁致伸缩驱动器中两种常见的不稳定性形式。本文用压磁方程和结构动力学建立了GMA系统方程,无量纲化处理后对其混沌特性进行分析,对输出响应进行仿真。用4阶龙格—库塔法求解近似解析解,并绘制系统响应随无量纲激振力f_(φ)和激励频率Ω变化的分岔图和Lyapunov指数图,以及相应的时域波形、相轨迹图、幅值谱图和Poincaré图。结果表明:激振力在区间(0,1.56)和(3.41,5)内有周期性,激励频率在区间(0,1.07)、(1.11,1.8)和(2.11,3)内有周期性。调整激励力和频率可避免混沌运动发生,从而提高驱动器的工作稳定性。

基于Prandtl-Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模,并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识,模型预测误差为0.037 9μm。接着,通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制,从而有效减小磁滞误差,补偿控制误差为0.309μm。实验结果证明,PI模型可以精确描述GMA磁滞现象,且具有计算简单,磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差,提高GMA实时驱动定位控制精度,是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。

Jiles-Atherton模型的超磁致伸缩驱动器磁滞补偿控制

研究了磁滞补偿控制的方法,建立了基于Jiles-Atherton模型的磁滞补偿控制系统。介绍了Jiles-Atherton磁滞模型的主要思想及其主要参数,对该模型反向运动时磁化强度变化与磁场强度变化的对应关系进行了分析,并在此基础上,提出了利用磁滞环的宽度,通过重新给定反向起始点的迭代初值,实现磁滞补偿的方法。实验结果表明:对于阶跃响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且达到稳态时间比不进行磁滞补偿时缩短12 ms;对于正弦响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且均方误差比不进行磁滞补偿时提高了0.19μm,能有效消除磁滞的影响,提高定位精度。

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。

应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器的实验研究

针对传统油膜轴承位置精度低和稳定性差的问题,研究开发了应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器。设计并搭建了试验台,实测了驱动器的静态性能和动态性能。实验结果显示超磁致伸缩驱动器在常态磁场强度下可以产生与油膜厚度同一数量级的位移输出和较宽的静态调节范围;在2 000 Hz的激励电压作用下有良好的频响特性。说明所研制的超磁致伸缩驱动器能够用来控制油膜轴承的间隙,满足油膜轴承所支承转子的减振频率需要。

基于双曲正切函数磁滞算子的超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型

经典Preisach算子存在不能反映单元算子磁滞输出依赖于输入变化率的固有缺陷,为扩大Preisach磁滞模型的应用范围,提出一种基于双曲正切函数的动态Preisach磁滞算子,其形状参数为输入变化率的双曲正切函数,该算子可描述超磁致伸缩驱动器磁滞依赖输入变化率的特性.在此基础上构造出超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型,并利用BP神经网络完成动态Preisach模型的参数辨识.进行超磁致伸缩驱驱动器磁滞输出试验研究,将驱动频率分别为40 Hz、70 Hz、100 Hz的正弦电流下超磁致伸驱动器（Giant magnetostrictive actuator,GMA）输出位移试验数据作为训练样本数据,并另取训练样本数据中未包含的100 Hz以下20 Hz、50 Hz、80 Hz与100 Hz以上120 Hz、130 Hz、150 Hz共六种频率信号下GMA输出位移试验数据对其预测能力进行检验,结果表明该动态模型能够较为精确地描述超磁致伸缩驱动器的动态磁滞现象并具有较好的模型泛化能力.在0～150 Hz频率的输入电流下,该动态Preisach模型的最大预测位移均方误差为2.87 μm,最大绝对位移误差为4.4 μin.研究结果可广泛应用于GMA实时控制系统,提高GMA器件的控制精度.

基于动态递归神经网络的超磁致伸缩驱动器精密位移控制

由于内在的滞回非线性,超磁致伸缩驱动器(GMA)会在开环系统中引起定位误差,在闭环系统中造成系统不稳定。为了克服这个问题,将动态递归神经网络(DRNN)前馈和PD反馈控制器相结合,提出了一种实时滞回补偿控制策略,以期实现GMA的精密位移跟踪控制。DRNN控制器是根据GMA的滞回特性构造的,通过反馈误差学习方案在线学习GMA的逆滞回模型。仿真结果表明该控制策略能适应GMA滞回特性随机械负载、输入信号的变化,在线建立GMA的滞回逆模型,从而消除滞回非线性的影响,实现GMA的精密控制。

超磁致伸缩驱动器频率相关的动态磁滞模型

考虑超磁致伸缩驱动器频率相关的涡流损耗和异常损耗,将Jiles-Atherton静态磁化强度模型扩展为动态磁化强度模型。基于动态磁化强度模型及驱动器结构动力学原理,建立驱动器的动态磁滞模型,并应用遗传算法辨识该模型的参数。试验结果表明,该模型能在较宽的频率范围内较好地描述驱动器的动态磁滞特性,对驱动器的性能估计和控制器设计具有重要指导意义。

超磁致伸缩驱动器设计方法的研究

在分析超磁致伸缩材料(GMM)工作特性、超磁致伸缩驱动器(GMA)基本结构与工作原理的基础上,给出了机电磁设计参数的确定准则和数学模型,提出了超磁致伸缩驱动器的一般设计理论与方法.在该方法指导下设计实现的超磁致伸缩驱动器最大输出位移达36μm,定位精度为0.1μm,性能达到设计要求.试验结果验证了该方法的可操作性和有效性.

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 。

天文望远镜子镜超磁致伸缩驱动器驱动模型及参数识别

采用超磁致伸缩驱动器(GMA,Giant Magnetostrictive Actuator)驱动拼接镜面天文望远镜子镜,并建立GMA精密位移驱动准确模型。针对传统遗传算法在辨识GMA位移模型参数时容易过早收敛到次优解的问题,提出了基于分层遗传算法(HGA,HierarchicalGenetic Algorithm)的参数识别方法,其结果在改善驱动位移模拟准确性和提高求解初期种群多样性,相对于其他算法都有较大程度的提高。研究通过与实验结果对比验证了所提出参数辨识方法和建立模型的有效性,位移预测值和实验值的平均偏离值不超过满行程的1.3%。研究还就驱动磁场强度幅值和预应力等因素对滞回、损耗、饱和磁化强度、饱和磁致伸缩量等模型参数的影响进行了分析。

超磁致伸缩驱动器驱动磁场研究与仿真分析

为充分发挥GMM棒的伸缩特性,提高GMA驱动磁场的输出性能,通过分析GMA的工作原理,以GMM棒中轴线上的磁场强度为评价标准。依据磁路基尔霍夫定律、安培环路定律、高斯磁通定律及欧姆定律建立GMA磁路数学模型,推导出GMA磁路结构参数对GMM棒中轴线磁场强度的影响;用Ansoft Maxwell对磁路进行仿真分析,得出磁路结构参数、磁场强度大小和磁场强度均匀性间的映射规律。结果表明:在给定安匝数的闭合磁路中,GMM棒中轴线的磁场强度受导磁环、导磁套的半径和厚度影响;磁场强度均匀率受驱动线圈轴向长度、磁路各部件磁导率、导磁片直径、厚度的影响。

超磁致伸缩驱动器输出特性的实验研究

介绍了超磁致伸缩驱动器的特点和应用情况 ,论述了驱动器结构和内部磁路设计方法 ,对采用国产材料研制的驱动器位移及力的输出特性进行了测试 ,并对该驱动器在低频范围输出力的频率响应进行了实验。实验结果表明 ,该驱动器具有理想的动静态输出精度和输出范围 ,可以用于精密设备的低频主动隔振平台中。

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.

超磁致伸缩驱动器的输出特性研究

介绍了超磁致伸缩驱动器结构及其内部磁路的设计方法 ,对采用国产材料研制的驱动器的位移及力的输出特性进行了测试。实验结果表明 ,该驱动器具有理想的动态和静态输出精度和输出范围 ,可以用于精密设备的低频主动隔振平台中。

超磁致伸缩驱动器微位移放大机构设计与研究

设计了一种基于柔性铰链的单级对称式微位移放大机构,用于对超磁致伸缩驱动器的微位移输出进行放大。对放大机构的结构形式、结构几何参数、刚度特性进行了分析,研究了提高放大效率的方法,分析了放大机构静态位移输出特性,计算了放大机构的刚度。使用有限元方法进行了放大机构性能仿真,并对放大机构静态位移输出特性、刚度特性进行了实验验证。实验结果表明,本文设计的微位移放大机构位移损失小,负载能力较强,输出效率较高。

基于Preisach磁滞理论的超磁致伸缩驱动器建模

超磁致伸缩驱动器具有响应快、输出应变大、机电转化效率高等优点,但因受超磁致伸缩材料内在的磁滞效应与磁-机耦合效应等因素影响,导致其输出位移存在较大滞环,大大降低了驱动器的输出位移精度,也影响了该材料及其致动器更广泛的应用。为了有效地设计和使用超磁致伸缩驱动器,需要建立准确描述其磁滞非线性的数学模型。在经典Preisach模型的基础上建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数值模型,并通过对Preisach限制三角形的离散划分,依赖大量实验数据辨识了该模型的参数,并进行了超磁致伸缩驱动器磁滞输出实验研究。实验结果表明:该Preisach磁滞模型能较好地描述准静态下超磁致伸缩驱动器的磁滞现象,对指导超磁致伸缩驱动器位移精度的提高具有一定意义。

超磁致伸缩驱动器热变形补偿及温控方法研究

超磁致伸缩驱动器是超磁致伸缩材料的主要应用形式之一,具有输出位移大、响应速度快和低频特性好等特点,应用领域非常广泛。对超磁致伸缩驱动器实施有效的热变形补偿或温控等措施,可以消除或抑制由于温升带来的不利影响,提高驱动器的输出精度。针对这一问题,文章提出了六种热变形补偿及温控的方法,并介绍了这些方法的原理,分析了它们的特点及应用场合。

超磁致伸缩驱动器自适应精密驱动控制研究

超磁致伸缩驱动器(GMA)虽然具有很多优点,但是超磁致伸缩材料(GMM)在磁化过程中存在磁滞非线性,磁滞误差可达20%,要解决这一问题,必须对GMA采用精确有效的方法实现建模,并用于GMA驱动位移精密控制。研究中采用LMS算法对研制的GMA进行自适应系统模型辨识,用不同频率的正弦信号和方波信号作为输入,辨识模型都能精确逼近GMA输出信号,辨识精度高达0.069μm;最后采用Fx-LMS算法对GMA进行驱动位移控制实验,通过在线辨识有效减小磁滞误差,提高控制精度。

稀土超磁致伸缩驱动器激励线圈设计与仿真

激励线圈作为电磁转换构件,主要为GMA提供驱动磁场,调节输入电流大小并控制其输出位移。因此,优化设计激励线圈结构参数、材料选取是提高电磁转换效率和充分发挥GMM特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀性作为评价标准和主要设计原则;分析其磁导率选取合适的激励线圈材料并对磁场强度、热损失等重要影响因素进行综合考虑,对激励线圈参数进行优化设计;使用Ansoft Maxwell仿真分析激励线圈的磁路。结果表明磁场分布更均匀,使均匀度提高到98.65%。