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超磁致伸缩微位移系统的研究

作　者: 杨申
导　师: 李国康
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 超磁致伸缩材料驱动器控制系统
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超磁致伸缩材料(GMM)是一种新型功能材料,具有磁致伸缩系数大、能量密度高、磁机耦合系数大、响应速度快、输出力大等优点。基于超磁致伸缩材料的微位移系统的研究,既具有科学价值又具有工程实际意义。本文设计一款测试超磁致伸缩材料磁特性的测试仪,并采用磁测试系统对磁致伸缩材料的特性进行测试及分析,包括材料的磁致伸缩系数、动态磁致伸缩系数、磁机耦合系数等。测试特性可以作为驱动器的设计参数。为超磁致伸缩微位移驱动器的研究和应用提供必要的依据。分析超磁致伸缩材料的驱动原理,设计一种用于精密驱动的超磁致伸缩驱动器(GMA),并对其进行特性实验及分析。验证了所设计的驱动器基本满足设计指标。为了对超磁致伸缩驱动器进行控制,本文基于电流控制模型研究了超磁致伸缩驱动器线性动态建模方法,将驱动线圈作为感性负载,与数控恒流源结合进行了整体建模。在建立了驱动器的控制模型的基础上,进行了超磁致伸缩微位移系统的控制调节技术研究,用PID调节技术实现对超磁致伸缩微位移系统的控制。因为该系统具有延迟环节,针对该系统的延迟特性,选用Smith-模糊PID调节方法,应用MATLAB软件工具对其进行了仿真实验,取得了较好的效果。最后进行了特性测试及数据分析,包括位移特性实验、精度实验等。实验结果表明该系统精度较高,具有较好的输出特性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题提出的研究背景及意义  11-13
    1.1.1 微位移系统的研究背景  11-12
    1.1.2 微位移系统的研究意义  12-13
  1.2 超磁致伸缩材料及其特点  13-16
    1.2.1 超磁致伸缩材料研究概况  13-14
    1.2.2 超磁致伸缩材料的性能优势  14-16
    1.2.3 超磁致伸缩材料的应用基础  16
  1.3 超磁致伸缩驱动器的研究现状  16-19
    1.3.1 国外关于超磁致伸缩驱动器的研究  17-18
    1.3.2 国内关于超磁致伸缩驱动器的研究  18-19
  1.4 本文的主要研究内容  19-21
第2章超磁致伸缩材料磁特性测试及分析  21-31
  2.1 磁致伸缩现象机理  21-24
    2.1.1 磁致伸缩现象描述  21-22
    2.1.2 磁致伸缩工作机理分析  22-24
  2.2 磁特性测试仪的设计  24-26
  2.3 超磁致伸缩材料性能参数的测定  26-30
    2.3.1 磁致伸缩系数λ的测定  26-28
    2.3.2 轴向机电耦合系数k_(33) 的测定  28-30
    2.3.3 动态磁致伸缩系数d_(33) 的测定  30
  2.4 本章小结  30-31
第3章超磁致伸缩微位移驱动器的设计与制作  31-45
  3.1 超磁致伸缩微位移驱动器的设计概述  31-32
    3.1.1 应用背景及设计要求  31
    3.1.2 超磁致伸缩微位移驱动器机械结构的设计  31-32
  3.2 超磁致伸缩微位移驱动器的设计  32-36
    3.2.1 驱动器的结构和工作原理  32-33
    3.2.2 驱动器的具体部件设计  33-36
  3.3 超磁致伸缩微位移驱动器样机制作  36-38
  3.4 超磁致伸缩驱动器特性实验及分析  38-43
    3.4.1 驱动器预压应力—输出位移关系  39-41
    3.4.2 负载对驱动器输出位移的影响  41-42
    3.4.3 驱动器的电流—输出位移的滞回特性  42-43
  3.5 超磁致伸缩驱动器的控制技术  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章超磁致伸缩驱动器动态建模及仿真  45-59
  4.1 超磁致伸缩材料控制模型  45-47
    4.1.1 电流强度模型  45-46
    4.1.2 磁场控制模型  46-47
  4.2 驱动器的动态模型  47-51
    4.2.1 模型建立的子系统  48-50
    4.2.2 驱动器的数学模型  50-51
  4.3 驱动器模型的仿真分析  51-54
  4.4 数控恒流源的传递模型  54-57
  4.5 超磁致伸缩微位移系统模型  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章微位移系统控制调节方法研究及其实现  59-71
  5.1 微位移系统的控制方案  59-60
    5.1.1 微位移系统总体设计  59-60
    5.1.2 微位移系统的PID 控制实现方法  60
  5.2 PID 控制器原理及方法  60-64
    5.2.1 基本PID 控制算法  61-63
    5.2.2 PID 控制实验及实验结果分析  63-64
  5.3 Smith-模糊PID 控制策略  64-67
    5.3.1 Smith-模糊PID 控制器的设计  65-66
    5.3.2 仿真分析  66-67
  5.4 微位移系统实验研究  67-69
  5.5 误差分析  69-70
  5.6 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  77-78
致谢  78-79

超磁致伸缩微位移系统的研究

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