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。

尺蠖型超磁致伸缩旋转驱动器驱动信号设计与试验

为了解决传统的“信号发生器+功率放大器”产生的信号无法满足尺蠖型旋转驱动器多路、正方波波形需求的问题,设计了一种通过Cmos控制脉冲模块“通-断”时机的信号控制器,从而得到特定时序的3路正方波信号。通过这种方案得到的3路驱动信号为正方波电流信号,从而避免了超磁致伸缩材料的“倍频”现象的发生。通过设置信号周期、占空比和延迟等参数,能够输出设定时序的三路正方波驱动信号。根据电压定律,将正方波简化成阶跃波形,建立了驱动信号的电流模型,并进行了参数辨识。在工作频率范围内,电流解析式能准确地表示电流信号。搭建试验平台进行了试验测试,试验结果表明,在工作频率范围内,信号控制器输出的正方波波形优于“信号发生器+功率放大器”产生的方波信号,设定的3路信号能够驱动尺蠖型旋转驱动器产生步进旋转运动。通过优化驱动信号时序,将旋转驱动器最大工作频率由160 Hz提至210 Hz。

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。

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。

超磁致伸缩材料驱动器实验研究

介绍采用国产超磁致伸缩材料研制的新型驱动器的结构、工作原理、理论分析及静、动态特性实验结果。实验表明，该驱动器具有较大的静态位移、力输出和满意的动态特性，频宽可达１５００Ｈｚ。

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。

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.

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.

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。

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 。

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。

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。

超磁致伸缩致动器功率驱动器设计

针对超磁致伸缩致动器现有功率驱动器存在损耗大、发热大、效率低、功率小等不足,为满足超精密场合以及宽范围调整的要求,分析基于PWM逆变器设计的超磁致伸缩致动器功率驱动器的特性,提出采用模块化分层设计建模原理对各单元分别设计并建立模型的方案,在此基础上将各单元串联,设计超磁致伸缩致动器功率驱动器并建立其模型。通过仿真分析及实验,验证该驱动器设计方案的正确性,以及模型分析对超磁致伸缩致动器控制系统设计的指导作用。

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.

超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究

新型超磁致伸缩材料 Tb Dy Fe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点 ,将其应用于微位移驱动器中 ,将极大的提高驱动器的性能指标 ,从而推动超精加工技术的发展。文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能 ,并利用有限元方法对建立磁 -机械耦合模型进行分析 ,以利于计算机的模拟仿真 ,对驱动器进行分析及设计。

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。

超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究

超磁致伸缩材料是国防、航空航天和高技术领域中一种重要的功能性材料。基于超磁致伸缩材料的工作特点,提出了超磁致伸缩材料微位移驱动器的结构原型,详细介绍了微位移驱动器中位移传递和放大机构、驱动线圈及控制电路的设计过程及其设计理论和方法。实验样机采用了多级杠杆叠加的结构形式进行位移传递和放大,实验结果验证了设计理论和方法的可行性和实用性。