一、具有位移感知功能的超磁致伸缩微位移执行器的研究（论文文献综述）
朱晓禹[1]（2014）在《扰动力自感知型超磁致伸缩微位移控制系统研究》文中研究指明环境振动是限制超精密测试仪器测量精度和超精密加工装备加工精度的主要因素之一，需要引入有效的主动和被动隔振手段来抑制环境的振动以减小其对测量仪器和加工装备精度的影响。超磁致伸缩执行器具有大磁致伸缩率、响应速度快、定位精度高、低电压驱动等优点，适合用于主动消、减振系统。超磁致伸缩执行器与气浮技术结合的主被动隔振系统，不仅能够隔离环境传来的低频振动，还能隔离加工装备中负载导致的高幅值、频率的反向作用扰动力。本论文的主要目的是研究超磁致伸缩微定位系统，搭建合适的实验平台，控制实现超精密定位，并同时实现负载扰动力的自感知。论文的主要内容包含以下三个部分：一、研究超磁致伸缩材料特性及工作机理，测试超磁致伸缩执行器的位移输出特性曲线，完成模型参数辨识并建立其输入输出关系的Preisach非线性模型，实现模型准确预测；二、通过在超磁致伸缩执行器输出端施加扰动力，制作自感知电压信号解耦电路板，测量自感知电压的实时数值，基于逆磁致伸缩效应机理理论计算和拟合出测量外力曲线，并与标准力传感器测量外力曲线对比；三、在建立的Preisach模型的基础之上，完成前馈控制和PID闭环反馈控制仿真，并利用超磁致伸缩执行器、电容位移传感器、NIPXI-8102数据采集系统和PC机搭建合适的实验平台，测试系统开环输出位移各项参数，评估定位系统工作性能，并完成超磁致伸缩执行器的前馈和闭环控制，实现超精密微位移定位各项指标。实验结果表明，超磁致伸缩微定位系统分辨力能够达到10nm，单位阶跃响应时间达到10ms，正弦频率响应能够达到500Hz；预压应力10N，偏置磁场24mT的偏置工作条件下，外力自感知灵敏度为0.072N/（mV·s）0.075N/（mV·s）之间，测量不确定度为4.08%。该微位移系统具有良好的静态和动态位移输出特性，能够实现超精密微位移定位，自感知力测量灵敏度较高，具备应用于自感知力闭环控制的潜质。
严柏平[2]（2014）在《超磁致伸缩执行器磁机耦合模型及自感知应用研究》文中认为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material，简称GMM）是一种可实现磁－机械双向可逆能量转换的智能材料，且材料应用中同时兼具执行和传感功能；基于超磁致伸缩材料的执行器（Giant Magnetostrictive Actuator，简称GMA）具有快速响应、大行程量、负载能力强、高可靠性等特点，在精密驱动、流量控制、阀门结构、主动减振、换能器等高新技术领域具有较好的应用前景。本文以超磁致伸缩执行器为研究对象，针对超磁致伸缩材料内的磁畴角度偏转、磁化和磁弹性等磁机耦合关系以及执行器中有效磁场的优化、感知开展研究，建立了适用于超磁致伸缩执行器自感知应用的材料感知和执行器应用理论。研制了超磁致伸缩执行器，并搭建实验测试平台，实验测评了执行器的应用特性，且对执行器的自感知应用进行验证。研究结果有利于完善超磁致伸缩材料磁机耦合及磁弹性效应的本构模型，研究内容对执行器的自感知应用拓展具有理论指导意义。针对超磁致伸缩材料本构模型中的“磁问题”展开研究。基于自由能极小原理及磁畴偏转理论，采用坐标变换和图解法相结合，研究了超磁致伸缩材料在不同载荷作用下的磁畴偏转、跃迁特性，建立了简化的适用于材料磁感知应用的磁畴偏转数值方法，直观解释了GMM材料在不同载荷作用下的磁致伸缩机理；在此基础上，研究了磁畴偏转数值方法对材料本构参数的参数依赖性。研究结果表明：预压应力有利于压磁效应中90°畴的积累，但不利于磁弹性效应中磁畴的偏转和磁化的进行；[110]取向晶体中磁畴的偏转均可简化为平面内的磁畴旋转，磁畴的跃迁效应为磁畴角度所处平面间的跃迁变化，其中35.3°方向磁畴在压磁和磁弹性效应中的偏转及跃迁是材料具有大磁致伸缩效应的关键；各项异性常数K1和K2的不同取值将影响材料磁畴偏转特性和磁畴角度跃迁的临界载荷值，且材料磁畴偏转数值方法对磁晶各向异性常数和能量分布因子等具有明显的参数依赖性。在磁畴偏转数值方法的基础上，研究了超磁致伸缩材料磁机能量耦合中的磁弹性效应。通过实验测试完成超磁致伸缩材料磁畴偏转数值方法的本构参数辨识，完善了材料的磁畴偏转模型；在此基础上，研究载荷作用下磁畴偏转的磁机耦合理论及应变量输出特性；分析磁机耦合过程中的能量转换关系，建立输入－输出载荷参量间二端口网络的等效电路关系，论证基于磁畴偏转数值方法的材料自感知可行性，为执行器自感知的应用提供理论指导。其中，修正的磁畴偏转数值方法能够较好描述超磁致伸缩材料的磁化和应变量特性，进一步论证了压应力对压磁和磁弹性效应的贡献，压应力将增大材料的有效磁致伸缩应变，但达到同等应变量需更大的磁场载荷；研究内容完善了材料的磁机耦合理论，为超磁致伸缩执行器的自感知应用设计及论证提供基础理论指导。针对超磁致伸缩执行器中的磁和热问题展开研究，完成执行器自感知应用的设计优化和磁场感知关系的建立。解析优化超磁致伸缩执行器中励磁线圈结构及空间磁场分布，研究了考虑超磁致伸缩材料磁导率下执行器内有效磁场分布，修正材料轴向磁场分布的不均性，建立了考虑GMM磁导率下精确的励磁电流－磁场间的数学关系；计算分析超磁致伸缩执行器内的损耗和热传递，仿真明确不同励磁状态下GMA中温升特性；建立执行器中励磁线圈磁感知的数学关系，完善超磁致伸缩执行器的感知应用模型。研究结果表明：超磁致伸缩材料磁导率的不同取值将影响材料轴向磁场分布，其中，GMM材料的端部磁场将高于中间位置，且磁导率的增加有利于增强轴向磁场的均匀性，同时使得材料内平均磁场的数值减小。最后，设计制作了超磁致伸缩执行器，搭建实验测试平台。完成超磁致伸缩材料及其执行器输出机械特性、温度特性、动态特性的测试评价，论证了超磁致伸缩材料感知模型和执行器自感知应用模型的正确性。结果表明，所设计的超磁致伸缩执行器在15MPa压应力作用下，能够实现大于45μm、3.6MPa冲击力输出，其最大输出应力达到12.5MPa；GMA在静态、动态励磁下均存在应变量的滞回，且滞回重复性较好，其动态谐振频率在1200Hz左右，磁机耦合系数达0.572；在超磁致伸缩自感知验证中，预压应力载荷的感知误差为0.50.6的标准差，应变量感知数值与实测结果的最大误差小于2.5μm，重复试验误差约1μm，论证了所建立磁畴偏转数值方法的正确性和自感知应用的可行性。
李旭[3]（2013）在《基于超磁致伸缩的非圆车削加工控制方法研究》文中指出随着我国汽车行业迅速的发展，对于汽车内燃机中的活塞加工要求也逐渐提高。针对活塞表面形状为中凸变椭圆的特殊结构，应用一般的车床难以达到加工要求。目前非圆车削加主要是利用靠模的方法，根据标准模型设计执行机构仿照模型进行加工；还有利用伺服电机加上直线电机研制成的数控车床对活塞进行加工；本文根据超磁致伸缩材料受力大，响应速度快，电磁能转换机械能效率高等特性，将材料制成磁致伸缩执行器，利用材料的磁致伸缩性能，并对其进行研究与设计应用到活塞数控车床上，为活塞车削加工开辟了新的领域。本文研究了Terfenol-D材料在不同激励磁场下超磁致伸缩系数与磁机耦合系数的变化，通过测试预紧力、温度、磁滞、涡流等因素对材料的影响设计了超磁致伸缩执行器，建立了基于非圆车削加工的数学模型，根据对执行器进行自感知闭环控制研究，发现闭环控制下引起了输出位移幅值变化，而开环系统受热膨胀影响位移整体偏移，为此提出了将执行器变化的位移量通过数控系统补偿的思想。设计了位移检测控制输出电路，包括电源模块、传感器数据的A/D转换模块、422通讯接口模块、USB通讯接口模块；设计了相应的数据采集、处理与通讯程序；利用C++设计上位计算机界面对采集的数据显示；建立了与数控系统的通信，将超磁致伸缩位移偏差量通传输给数控系统，通过数控系统控制电机驱动器对电机进行位置闭环控制。最后，将设计好的电路板与数控系统连接，通过模拟加工采样对比，以及最终根据活塞椭圆度与形状的要求对活塞进行车削实验，并对车削结果进行检测。
孙德永[4]（2013）在《异形孔加工系统的设计及补偿方法研究》文中认为随着科技发展，异形孔的加工和应用受到更多的关注，发动机活塞异形销孔的应用尤为突出。将活塞销孔由普通圆柱孔改变成异形孔，不仅可以提高活塞寿命，更能提高发动机的性能。但是异形孔结构的特殊性，决定了其加工设备与传统设备的不同。本文为了较好地进行活塞异形销孔加工，提出一种新型径向微进给结构，并结合镗床对此机构进行实验与分析。此径向微进给机构充分利用稀土超磁致伸缩材料和弹性元件共同作用实现刀尖径向微位移进给，实现异形孔加工。首先，归纳当前异形孔加工原理和加工方法，对比国内外异形孔加工设备的优缺点，总结当前智能材料超磁致伸缩材料和压电元件的特性。在此基础上提出新型稀土超磁致伸缩微位移进给机构。通过针对性的试验和测试，得到稀土超磁致伸缩棒随电流变化曲线，并确定其线性工作范围。此外，还对驱动线圈的参数进行计算，并采用主动和被动相结合的控制方法对线圈的发热现象进行控制。其次，主要对于径向微位移进给机构进行整体结构设计，包括弹性机构的设计，静动压主轴的设计和选型，驱动线圈的计算及其固定机构的设计等。其中最关键的是对弹性机构中弹簧板的分析与优化，因为弹簧板的特性影响整个机构的整体径向位移放大，响应速度和寿命。并完成机构的动平衡试验。再次，针对整体机构的控制和补偿进行优化设计。加工控制方面，在沈阳贝特数控有限公司的活塞外圆加工控制的基础上，进行改进与提高。刀尖处位移补偿方面，主要通过电涡流位移传感器与反馈板相结合形成一个完整的闭合控制系统，达到对于位移实时补偿的效果，最终消除温度及其他因素造成的误差。并且通过改变输入程序，不仅实现控制活塞喇叭口销孔的加工，同时也可以加工椭圆销孔。最后，在温州大统活塞水泵有限公司的加工试验证明：此结构完全能够满足加工要求，一致性保证在3μm以内。
刘慧芳[5]（2012）在《超磁致伸缩材料力传感执行器关键技术研究》文中研究表明超磁致伸缩材料以其大磁致伸缩系数、高机电耦合系数、快速响应能力、易于驱动等特点而备受关注。该材料具有强磁致伸缩正效应和磁致伸缩逆效应,在工作过程中表现出双向能量转换特性。利用磁致伸缩正效应可制作驱动装置,利用磁致伸缩逆效应可制作传感器。当超磁致伸缩材料工作在机械约束条件下,磁致伸缩正效应和逆效应会发生耦合。如果研究磁致伸缩正逆效应耦合特性,可利用正逆耦合效应开发兼具执行和传感功能的磁致伸缩器件。开发单体微位移驱动设备使之兼具执行和传感等多种用途,是微位移驱动领域理论研究与工程应用的趋势所在；并且,在精密、超精密加工领域,例如精密机械抛光加工中的压力控制,需要一种具有恒定输出力或输出力可控的驱动机构。因此,利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆效应,开发具有力测量、输出力感知、输出力可控功能的微位移执行器具有一定的应用前景。但是,目前的研究主要集中在超磁致伸缩材料的单一磁致伸缩正效应特性或逆效应特性、和以单一效应作用为基础研发各种执行器或传感器。关于磁致伸缩正逆效应耦合特性及输出力可控原理的研究偏少,利用正逆耦合效应开发的集驱动、力测量、输出力感知、输出力可控等多种功能于一体的磁致伸缩器件未见报道。本论文在研究超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆效应耦合特性的基础上,研制了带有力传感和输出力可控功能的超磁致伸缩力传感执行器,其除了具有输出位移和力的基本执行功能外,还具有力测量、输出力感知和输出力可控的功能。具体研究工作包括以下几点：首先,从磁致伸缩表现形式及产生原因的角度出发,分析了磁致伸缩正效应和逆效应的发生机理,研究了磁致伸缩正效应、逆效应及法拉第效应之间的映射传递关系,明确了多物理效应映射传递过程的物理学原理。明确超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆效应耦合关系特性,是准确描述超磁致伸缩力传感执行器输出特性的关键。从超磁致伸缩材料内部能量角度出发,建立了发生磁致伸缩正效应和逆效应时,输出位移与力和磁化强度的关系,为实现输出力感知、输出力可控过程中对控制电流的求解提供了理论依据。依据Weiss铁磁学理论及超磁致伸缩材料的磁化本质,以J—A磁化理论和磁机械效应方法为基础,推导了发生磁致伸缩正效应和逆效应时材料内部磁化强度的量化方程,分析了正逆效应发生耦合时磁化强度与磁场和力的关联关系,为磁致伸缩正逆效应的解耦提供了理论基础。通过将遗传算法和模拟退火算法结合,提出了一种改进的遗传模拟退火算法,对材料的磁化参数和磁致伸缩参数进行了辨识。结果表明：该算法具有所需待测参数少、辨识精度高、速度快的特点。同时,在确定了的磁化参数及磁致伸缩参数的基础上,采用牛顿迭代法及欧拉法等数值分析方法,对磁化强度与磁场和应力的关系进行了仿真分析。针对超磁致伸缩微位移执行器具有的力测量、输出力感知和输出力可控功能,从磁致伸缩压磁方程出发,结合霍尔效应和法拉第电磁感应原理,建立了力测量过程中霍尔电压与力、感应电压与力的关系,实现了力测量功能。以建立的输出位移与力和磁化强度的关系、内部磁化强度的量化方程为基础,提出了两种硬软件相结合进行解耦获得输出力的方法,实现了对输出力的感知。同时,提出了输出力可控过程中,控制电流的求解方法,实现了输出力可控功能。基于超磁致伸缩微位移执行器的工作原理,结合力测量、输出力感知、输出力可控的实现方法,以超磁致伸缩棒为核心元件,采用理论计算与有限元电磁场仿真相结合的方法,设计研制了具有执行器功能、力传感器功能、执行传感功能及输出力可控功能的超磁致伸缩力传感执行器。同时,针对输出力可控功能,提出一种利用磁致伸缩正逆耦合效应映射关系求解控制电流与PID结合的控制方法,开发了输出力控制系统。最后,通过搭建不同的实验平台,对超磁致伸缩力传感执行器的输出性能进行了实验研究。力测量的相关实验结果表明：当作为力传感器使用而进行力测量时,静态力测量的线性度约为±1.01%、灵敏度约为-0.29mV／N；动态力测量时线圈中感应电压峰峰值与力幅值近似成正比。输出位移的相关实验结果表明：无机械约束条件下,执行器输出位移的线性工作范围约为0.3A-1.0A（对应的磁场范围约为4.26KA／m-14.2KA／m）。输出力可控的相关实验结果表明：当人为扰动使执行器的约束发生位移突变,控制系统能够控制执行器的输出位移快速跟进,直至与约束间的作用力达到控制目标力,实现了执行器的输出力可控功能。本论文在分析磁致伸缩正效应、逆效应与法拉第效应之间映射传递过程的物理学原理的基础上,研究了磁致伸缩正逆效应耦合特性,分析研究了输出位移（输出力）、力测量、输出力感知及输出力可控功能的实现原理方法及其集成技术,研制了带有力传感器功能、执行传感功能及输出力可控功能的超磁致伸缩力传感执行器。研究成果为磁致伸缩正逆效应的复合应用及加快新型多功能磁致伸缩器件的发展提供了理论支持和一种新途径。
宋永刚[6]（2011）在《基于逆磁致效应的超磁致伸缩微驱动方法研究》文中研究表明精密加工作为发展尖端科技的基础,也是衡量一个国家科学技术水平的重要标志,而精密微驱动技术是实现精密加工的关键。超磁致伸缩微位移执行器（GMA）以位移范围大、输出力大、响应速度快、位移分辨力高、驱动电压低等优点,在微驱动、精密定位、主动降噪减震等领域有着广阔的应用前景。本文以直动型GMA为对象,为实现自感知原理研制了新样机。改进了超磁致伸缩微位移执行器水冷机构并使其小型化,提高了输出性能;并针对超磁致伸缩微位移驱动器在恒力作用下具有良好的微驱动特性,而在变力作用下输出存在严重非线性的问题,进行了基于逆磁致效应的自感知型GMA的探索性研究,提出了变力扰动量的分离方法并进行了相应的实验研究,这对于提高超磁致伸缩微位移执行器的输出特性和推进其应用有一定的指导意义。本文首先从磁致伸缩机理出发,分析应变、应力、磁场强度、磁感应强度及温度之间的相互关系,确定了GMA输出非线性的原因。设计的实验平台包括:执行器主体、磁感应强度和温度传感电路、基于DSP的主控电路、基于LabView的数据处理显示系统。其次对基于逆磁致效应的自感知信号的分离方法进行了研究,包括基于电桥电路、加探测线圈、建立状态观测器三种方法。以压磁方程为基础,推导了不同工作边界条件下应力与感知信号的关系,作为数据处理系统的理论依据。理论得到电桥法中感知信号与输出速度成正比,而观测磁感应强度的方法感知信号与应力成正比。最后对设计的执行器进行了系统实验分析。温度和磁感应强度传感电路的测量精度满足要求,可用于自感知研究中对磁场的监测。设计的驱动线圈磁场均匀性有了提高,最大衰减由13.0%降低到4.95% ;设计的水冷机构能够使执行器工作温度稳定在0.2℃内;小电流驱动下执行器输出位移固定位置的蠕变在20nm以内;同样驱动电流下,输出位移比原样机大了一倍,并且升程曲线线性度较好;执行器位移输出重复性误差在100nm以内;通过步进驱动电流可控制位移步进输出在50nm以内。在以上良好的位移输出特性基础上利用监测磁场的方法实现了恒驱动电流下力的自感知功能,与标准力传感器的测量值对比在200N的动态力范围内最大误差不到20N。
李东[7]（2010）在《超磁致伸缩微致动器若干基础理论及实验研究》文中认为以Terfenol-D为代表的稀土超磁致伸缩材料是一种新功能高效磁（电）-机械（声）转换材料,以这种材料为驱动源的执行器由于具有大应变、大承载、高精度、快速响应和高可靠性等传统技术无法比拟的优点,一经发现立刻引起高技术、高精度领域的重视,在军民两用高科技领域具有巨大的应用前景。但超磁致伸缩微致动器在实际应用中存在非线性、滞回、涡流等问题,涉及到非线性振动、电磁学、控制学等众多学科的交叉,致使对超磁致伸缩微致动器的理论深入研究困难很大,也严重影响了微致动器的广泛应用。目前,国内外学者对超磁致伸缩材料特性及其磁化机理进行了大量的研究,取得了一定的成果。对于超磁致伸缩微致动器的非线性磁滞回特性、耦合磁弹性特性及内部磁场分布也有一定的研究,但存在对于某些因素的考虑不足,与实际工况结合较少等问题,而关于微致动器颤振问题的研究则更为罕见。因此,本文针对超磁致伸缩材料滞回特性、非线性特性、超磁致伸缩微致动器理论建模、非圆加工过程中的车削颤振及控制等问题进行了研究。为超磁致伸缩微致动器在理论模型的建立、车削加工领域的应用及控制方面奠定了基础。主要内容如下：1利用沈阳贝特数控机械有限公司提供的超磁致伸缩致动器,对其进行了动静态实验测量。建立了超磁致伸缩材料内部磁场—输入电流—磁致伸缩棒轴向位置三者之间的关系函数；对动态实验数据进行了时域和频域的分析,研究了微致动器输出随时间、频率的变化规律,并讨论了输入电流与输出位移间的关系。2基于实验得到磁场—电流—磁致伸缩棒轴向位置三者之间的关系函数,修正了现有的厚壁线圈轴向电流—磁场理论公式,确定了修正系数,并利用修正公式,对用于非圆切削加工的超磁致伸缩微致动器理论模型进行了理论分析,得到了解析解。通过数值模拟,对系统响应进行了分析,并对相关参数进行了讨论。3考虑到磁致伸缩棒的磁场分布不仅与激励电流有关,还与棒的轴向位置有关,建立了用于非圆切削加工的综合考虑预压力、偏置磁场和材料特性参数的超磁致伸缩微致动器耦合磁弹性理论模型,应用复偏微分求解方法导出了该模型的解析解表达式,并通过数值模拟,分析了不同磁弹性参数对微致动器动力学特性的影响。4在对超磁致伸缩材料内部磁场分析的基础上,结合超磁致伸缩材料压磁方程,利用Maxwell’s方程建立了考虑介电常数、预压应力等参数的内部磁场分布模型,通过数值模拟分析讨论了介电常数、预压应力、激励频率等参数对材料内部磁场分布以及滞回特性的影响；建立了综合考虑轴向、径向的三维磁场分布模型,并进行了相应的分析比较。5以考虑温度影响及ΔE效应的超磁致伸缩材料的本构关系为基础,建立了超磁致伸缩车削加工动力学模型,对其振动响应及参数影响进行了分析,并与不考虑ΔE效应的情况下的振动响应进行了对比；同时,引入动态的温度关系,研究了动态温度对系统响应的影响,并应用模糊PID方法进行了控制。6综合考虑由于再生型颤振对工件及超磁致伸缩微致动器的共同影响,建立了超磁致伸缩微致动器与车削刀具及工件组成的动力学模型,并对其稳定性进行了研究,根据霍尔维茨判据,分析了车削宽度、工件等效刚度及质量对系统稳定性的影响,并应用简单自适应控制方法对颤振进行了控制。
王卓[8]（2010）在《结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究》文中研究表明超磁致伸缩执行器是利用超磁致伸缩材料作为致动元件的新型器件,它具有输出位移大、输出功率高、响应速度快、温度范围宽、低压可操作等突出优点,在超精密加工、精密定位器件、减振降噪等领域呈现出良好的应用前景。自感知执行器在故障识别、系统诊断、声控研究、微观应用方面都有很好的应用前景。然而由于超磁致伸缩材料本身以及执行器的机械组成结构存在有较强的迟滞特性,导致执行器输出位移存在着滞回性强、重复性差、非线性严重等缺点,大大限制了执行器的定位精度,影响了该材料及其执行器更广泛的应用。而且目前超磁致伸缩自感知执行器的研究并不多见。本文以直动型GMA为对象,对GMA的设计原理及方法进行了比较系统的阐述,对GMA进行了迟滞建模和迟滞补偿研究,并进行了精密定位实验研究,研究了基于观测器法的自感知GMA,进行了实验分析研究。全文的主要研究工作如下:1)介绍了超磁致伸缩执行器的设计原理及方法,建立了考虑磁场强度和电-磁转换率的线圈几何形状因子优化设计准则,分析了选用碟簧或碟簧作为与压力装置的适用特点建立了预压力分析的方法2)对经典Preisach模型进行修正,建立了超磁致伸缩执行器迟滞非线性模型。并以此为核心进行了超磁致伸缩执行器的非线性补偿控制,并进行了超磁致伸缩执行器的精密定位研究;3)介绍了基于观测器法的自感知GMA的理论基础,并应用于实验系统对基于观测器法的自感知GMA进行了基于线性观测器自感知和基于Preisach模型磁滞补偿的自感知GMA实验研究。实验测试了基于线性观测器法的自感知GMA和基于Preisach磁滞补偿模型的自感知GMA,对实验结果进行了对比,基于Preisach磁滞补偿观测器自感知的GMA的感知效果比基于线性观测器的自感知GMA具有更好的感知效果。最后给出了本文的主要结论及其展望。
王威[9]（2009）在《高稳定性超磁致伸缩微位移执行器研究》文中指出微驱动技术和精密定位技术是实现精密和超精密加工的基础条件,也是现代信息制造技术发展中的关键技术之一。传统的微位移驱动系统,如压电陶瓷驱动器,位移输出小、输出力小、工作电压高、电绝缘要求高,限制了更广泛的应用。利用超磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩微位移执行器具有应变大、输出力大、快速响应、纳米分辨力等优点在微位移执行器领域显示出极其广阔的应用前景。然而超磁致伸缩材料本身的强非线性,受外部环境影响大,使制成的执行器开环工作精度低。因此,高稳定性的超磁致伸缩微位移执行器的研制和应用,具有十分重大的意义。本课题设计的超磁致伸缩微位移执行器总体包括:执行器主体、电压控制恒流源、水冷却系统、温度和磁感应强度传感系统、基于ARM7的主控制电路。本课题的研究目的是通过改进超磁致伸缩微位移执行器各部件设计,从而提高输出位移的开环工作性能,最终促进高性能超磁致伸缩微位移执行器的研制。本文首先从超磁致伸缩工作机理出发,分析了超磁致伸缩原理中磁场强度、磁感应强度、应变、应力和温度之间的相互关系,确定了影响超磁致伸缩微位移执行器开环工作性能的几方面因素;在分析普通空心圆柱线圈的磁场分布基础上,分析一种高均匀性激励磁场的线圈结构,通过数值计算,对改进前后的线圈空间磁场分布进行了仿真分析;为有效的抑制执行器工作过程中线圈发热引起的超磁致伸缩材料工作温度升高,提出一种改良设计的水冷却系统,对此水冷却系统进行了理论分析,为闭环温度控制提供理论基础;设计了一种弹簧钢材料制作的弹性膜片作为执行器应变输出机构,并对其进行应力、应变分析;介绍了超磁致伸缩微位移执行器系统其余各部分设计。最后,本文对执行器改进设计部分进行了实验分析。包括验证设计的激磁线圈对磁场均匀性的提高;验证水冷却系统对超磁致伸缩材料工作温升的抑制;实验分析改进设计前后超磁致伸缩微位移执行器输出位移重复性、位移蠕变等性能的改善。
王晓煜[10]（2007）在《超磁致伸缩微位移执行器的系统建模与控制方法研究》文中认为超磁致伸缩材料（GMM）作为一种极有发展前途的智能材料，依靠其大磁致伸缩系数，高磁机耦合效率，极快的响应速度，以及驱动容易，结构性能优良等显着的优点，在执行器领域显示出极其广阔的应用前景。但GMM本身的强非线性，受外部环境影响，及制成的器件开环精度低等问题是影响超磁致伸缩材料器件工程应用的技术瓶颈。本论文以超磁致伸缩微位移执行器在精密、超精密领域的应用为背景，以超磁致伸缩微位移执行器的系统计算，仿真，建模及控制为主要研究内容，旨在揭示GMM制成器件本身及受工作条件影响的非线性规律，建立超磁致伸缩微位移执行器的控制模型，研究执行器的精确控制问题。为超磁致伸缩微位移执行器在精密超精密领域的应用提供理论基础。论文针对GMM的特性，分析了外部应力、磁场、磁机耦合、温度等因素对超磁致伸缩材料特性的影响。给出了GMM执行器应用中相关的力学，磁学及热学系统的解析计算方法，并利用有限元分析方法对实验室开发的超磁致伸缩微位移执行器的预紧机构力学特性、模态特性及执行器永磁磁路和电磁磁路进行了有限元模拟。为超磁致伸缩微位移执行器的分析，建模与控制提供理论基础。针对超磁致伸缩微位移执行器的磁特性，从研究GMM的磁化过程入手，对超磁致伸缩微位移执行器的动力学参数及磁化参数进行辨识，建立受外部应力影响的磁化模型。根据JILES等提出的铁磁磁滞模型和磁机效应理论，结合能量守恒的观点，经过对JILES模型的推导变换，采用最小二乘辨识方法，提出了一种简便的辨识磁化参数和动力学参数的方法。考虑外部压应力对超磁致伸缩微位移执行器的影响，引用均质能量场模型和磁机耦合理论，利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子，并引入应力对矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响，建立了超磁致伸缩微位移执行器应力耦合磁化模型。并计算了求逆算法与模型的误差。模型能较好的反应系统受应力影响的磁化过程。针对超磁致伸缩微位移执行器的动力学特性和电学特性，从研究超磁致伸缩微位移执行器系统特性的角度出发，以动力学角度和机电能量转换角度分别建立了执行器的系统模型。将GMM棒作为粘弹性杆连续系统，将GMM棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力，建立了执行器系统的一维波动方程，并采用有限元解法求解。建立的动力学模型与实验值吻合的较好。应用线性压磁方程，机电换能方程和阻抗分析理论建立超磁致伸缩微位移执行器的矢量阻抗分析模型。模型中将执行器系统的矢量阻抗分为机械导纳和电气阻抗两部分，在机械导纳中引入负载影响，将压磁系数定义为复常数，模拟磁滞效应；在电气阻抗中，通过在求解的超磁致伸缩材料内部磁场引入涡流影响项来模拟系统的非线性特性；两部分之和得出超磁致伸缩微位移执行器系统的矢量阻抗。从模型计算与实验结果比较，模型能够较好的描述系统电特性。针对超磁致伸缩微位移执行器的轨迹追踪控制问题，分别建立了应用于线性近似系统的PID控制律和非线性近似系统的自适应离散滑模变结构控制律，并进行了控制策略的仿真研究。利用系统辨识方法建立了线性近似系统，并应用Ziegler-Nichols方法和SRS（Step Response Specification）模块分别整定了PID控制参数。利用指数趋近率，使控制系统的抖振幅度正比于切换函数，设计了自适应离散滑模变结构控制律，采用模型参考前馈逆补偿的方法，应用均质能量场模型和粘弹性分布参数系统模型模拟磁化过程和动力学过程，对执行器实施离散滑模变结构控制。两种控制策略都得到了较好的轨迹追踪仿真结果。搭建了xPC Target系统的实时控制软硬件平台，并应用此实验平台对GMM执行器进行了PID控制策略和离散滑模变结构控制策略的实时控制实验。在实时控制实验中，整定了PID控制器参数和离散滑模控制器参数，测试了两种控制方法下超磁致伸缩微位移执行器对方波信号，正弦信号和混合信号的轨迹追踪效果，总结了两种控制方法各自的优缺点。实验表明，PID控制器具有较好的方波信号追踪精度，适用于低成本的静态、准静态的精确定位与进给场合。离散滑模变结构控制的控制精度远好于PID控制，适合于高精度的实时控制应用。
二、具有位移感知功能的超磁致伸缩微位移执行器的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、具有位移感知功能的超磁致伸缩微位移执行器的研究（论文提纲范文）
（1）扰动力自感知型超磁致伸缩微位移控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 GMA 发展现状 |
| 1.2.1 正逆磁致伸缩效应 |
| 1.2.2 国外发展现状 |
| 1.2.3 国内发展现状 |
| 1.3 自传感型 GMA |
| 1.4 课题来源与研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩系统建模及结构优化 |
| 2.1 超磁致伸缩材料磁滞理论与建模方法 |
| 2.1.1 磁滞现象及产生机理 |
| 2.1.2 GMM 的建模方法 |
| 2.2 GMA 的 Preisach 磁滞建模 |
| 2.2.1 Preisach 模型基本思想 |
| 2.2.2 GMA 的 Preisach 模型 |
| 2.3 Preisach 模型数值实现及仿真 |
| 2.4 GMA 系统机械结构改进 |
| 2.4.1 传感器固定方式的优化设计 |
| 2.4.2 导向块结构改进 |
| 2.4.3 预紧装置改进设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 超磁致伸缩执行器自传感方法研究 |
| 3.1 超磁致伸缩自传感机理 |
| 3.2 基于开尔文电桥的自传感信号分离 |
| 3.3 自感知信号解耦电路设计 |
| 3.3.1 自传感电路原理设计 |
| 3.3.2 电路设计注意事项 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 超磁致伸缩系统控制方案与仿真 |
| 4.1 逆补偿控制方案 |
| 4.2 基于前馈补偿的 PID 闭环控制仿真 |
| 4.2.1 GMA 的位移闭环控制 |
| 4.2.2 GMA 的位移复合控制仿真 |
| 4.3 控制系统软件设计与调试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 系统各部分实验与分析 |
| 5.1 开环输出实验 |
| 5.1.1 GMA 输出特性曲线及偏置条件影响 |
| 5.1.2 GMA 位置跟踪能力测试 |
| 5.1.3 带前馈补偿的开环位移输出 |
| 5.2 控制系统位移输出实验 |
| 5.2.1 位移闭环控制曲线 |
| 5.2.2 复合控制输出位移测试 |
| 5.2.3 位移闭环加载实验 |
| 5.3 外力自传感实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）超磁致伸缩执行器磁机耦合模型及自感知应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源及研究的目的和意义 |
| 1.2 超磁致伸缩材料研究现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料的特点及发展现状 |
| 1.2.2 超磁致伸缩材料磁机耦合模型研究现状 |
| 1.3 超磁致伸缩执行器国内外研究现状 |
| 1.3.1 超磁致伸缩执行器介绍 |
| 1.3.2 超磁致伸缩执行器的应用现状 |
| 1.3.3 自感知执行器的研究现状 |
| 1.4 当前研究所存在的问题 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩材料磁畴偏转机理研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁畴偏转特性的数值分析方法 |
| 2.2.1 基于磁畴角度偏转的数值方法 |
| 2.2.2 磁畴角度偏转中的能量关系 |
| 2.3 基于磁畴角度偏转的磁化特性研究 |
| 2.3.1 压磁效应中的磁畴偏转特性 |
| 2.3.2 磁弹性效应中的磁畴偏转特性 |
| 2.3.3 磁畴偏转过程中磁化特性研究 |
| 2.3.4 磁畴偏转数值方法的参数依赖性研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于磁畴偏转机理的磁机耦合模型研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 磁畴偏转数值方法的本构参数辨识 |
| 3.2.1 基于磁畴角度偏转的应变量计算 |
| 3.2.2 超磁致伸缩材料本构参数的辨识 |
| 3.3 基于磁畴偏转的磁机耦合理论 |
| 3.3.1 超磁致伸缩材料中的能量转换 |
| 3.3.2 超磁致伸缩材料的本构耦合关系 |
| 3.3.3 超磁致伸缩材料磁机耦合理论 |
| 3.3.4 基于磁畴偏转机理的 JA 模型修正 |
| 3.4 基于磁状态参量变化的自感知研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超磁致伸缩执行器的优化及自感知应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GMA 优化中的主要内容 |
| 4.2.1 超磁致伸缩执行器结构介绍 |
| 4.2.2 考虑自感知应用的 GMA 优化分析 |
| 4.3 超磁致伸缩执行器中的磁场优化及解析 |
| 4.3.1 线圈结构的优化 |
| 4.3.2 执行器空间磁场的解析 |
| 4.3.3 考虑 GMM 材料磁导率下的磁场分布及计算 |
| 4.4 GMA 中的温升特性及抑制方法分析 |
| 4.4.1 GMA 中的损耗分析 |
| 4.4.2 GMA 中的温升特性研究 |
| 4.4.3 考虑自感知应用的 GMA 温升抑制方法分析 |
| 4.5 GMA 的自感知应用研究 |
| 4.5.1 GMA 中磁感知关系的建立 |
| 4.5.2 GMA 中感知功能的实现 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 超磁致伸缩执行器实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验测试原理及平台 |
| 5.2.1 GMM 基础特性的测试原理 |
| 5.2.2 GMA 的试验测试平台 |
| 5.3 超磁致伸缩材料及执行器性能测试 |
| 5.3.1 GMM 的基础实验测试与分析 |
| 5.3.2 GMA 的输出机械特性测试与分析 |
| 5.3.3 GMA 动态特性测试与分析 |
| 5.3.4 GMA 中磁场感知的实验研究 |
| 5.4 超磁致伸材料及其执行器的自感知验证 |
| 5.4.1 GMM 的感知模型验证 |
| 5.4.2 GMA 的自感知验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）基于超磁致伸缩的非圆车削加工控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 当前活塞外形面车削的方法 |
| 1.2.1 硬靠模法 |
| 1.2.2 软靠模车削加工 |
| 1.2.3 国内外发展现状 |
| 1.3 超磁致伸缩材料的性质及应用 |
| 1.3.1 材料介绍与发展 |
| 1.3.2 超磁致伸缩性质 |
| 1.3.3 超磁致伸缩材料在机械行业应用现状 |
| 1.4 基于超磁致伸缩执行器非圆车削机构的分析 |
| 1.4.1 直线电机在非圆加工时的应用 |
| 1.4.2 超磁致伸缩执行器在非圆车削的应用 |
| 1.5 本课题主要研究的目的和主要内容 |
| 1.5.1 选题目的 |
| 1.5.2 课题主要研究内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 超磁致伸缩执行器性质的研究及测试 |
| 2.1 超磁致伸缩现象形成 |
| 2.1.1 超磁致伸缩材料 |
| 2.1.2 材料性质及其影响因素 |
| 2.1.3 超磁材料性能参数测试 |
| 2.2 超磁致伸缩执行器机构 |
| 2.2.1 超磁致伸缩执行器工作原理 |
| 2.2.2 执行器结构及参数确定 |
| 2.3 执行器模型建立 |
| 2.4 执行器模型实验分析 |
| 2.4.1 输出位移曲线 |
| 2.4.2 位移标定 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 控制方案设计与仿真 |
| 3.1 超磁致伸缩执行器自感知功能位移闭环控制 |
| 3.1.1 自感知闭环控制原理 |
| 3.1.2 PID 控制算法实现 |
| 3.1.3 实验结果分析 |
| 3.2 超磁致伸缩执行器闭环控制系统在数控车床上的实现 |
| 3.2.1 数控系统介绍 |
| 3.2.2 数控系统 X 轴闭环控制 |
| 3.2.3 位移控制检测 |
| 3.3 超磁致伸缩执行器与数控系统的联合控制方案 |
| 3.3.1 控制方案 |
| 3.3.2 磁致伸缩执行器与数控系统的信号连接 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 位移闭环控制系统的建立 |
| 4.1 控制系统的整体结构 |
| 4.2 偏差计算系统的设计 |
| 4.2.1 数据采集系统总体设计 |
| 4.2.2 硬件电路设计 |
| 4.2.3 数据采集与处理程序设计 |
| 4.3 上位机数据采集与显示界面设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 实验与检测结果分析 |
| 5.1 对数据采集系统进行数据采集实验 |
| 5.1.1 模拟量采集数据在上位计算机显示的实验 |
| 5.1.2 位移偏差输出与数控系统通信的实验 |
| 5.2 活塞车削实验 |
| 5.2.1 车削过程中的力学分析 |
| 5.2.2 基于超磁致伸缩执行器的的车削实验 |
| 5.3 抗干扰措施与系统的抗干扰设计 |
| 5.3.1 磁致伸缩执行器电流的抗干扰措施与抗干扰设计 |
| 5.3.2 输出电路硬件抗干扰措施与抗干扰设计 |
| 5.3.3 软件抗干扰措施与抗干扰设计 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）异形孔加工系统的设计及补偿方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源及研究意义 |
| 1.2 国内外异形孔加工系统研究现状及发展 |
| 1.2.1 国内发展现状 |
| 1.2.2 国外加工发展趋势 |
| 1.3 超磁致伸缩执行器应用与研究概况 |
| 1.3.1 超磁致伸缩材料发展 |
| 1.3.2 稀土超磁致伸缩材料的开发及应用 |
| 1.3.3 GMA设计理论研究的现状 |
| 1.4 课题的研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩材料的基本特性 |
| 2.1 磁致伸缩原理 |
| 2.1.1 磁致伸缩现象 |
| 2.1.2 磁致伸缩机理 |
| 2.2 超磁致伸缩材料的基本工作特性 |
| 2.2.1 磁致伸缩特性 |
| 2.2.2 能量转换性能 |
| 2.2.3 磁致伸缩饱和现象 |
| 2.2.4 机电藕合特性 |
| 2.2.5 Δ E效应 |
| 2.2.6 其它工作特性 |
| 2.3 本章结论 |
| 第3章 异形孔加工系统机构设计与计算 |
| 3.1 异形孔加工径向微进给器整体结构和工作原理 |
| 3.1.1 径向微进给器设计基本原理 |
| 3.1.2 径向微进给器总体结构要求 |
| 3.1.3 径向位移微进给器基本工作原理 |
| 3.2 异形孔加工径向微进给器整体结构设计 |
| 3.2.1 径向微进给器超磁致伸缩棒的设计计算和磁路设计 |
| 3.2.2 微进给器机械结构设计 |
| 3.2.3 冷却及温控系统 |
| 3.3 本章结论 |
| 第4章 有限元分析与动平衡试验 |
| 4.1 微进给器弹簧板有限元分析与优化 |
| 4.1.1 弹簧板的结构设计与应力分析 |
| 4.1.2 弹簧板变形区域结构优化与分析 |
| 4.1.3 弹簧板测试实验 |
| 4.1.4 响应速度试验 |
| 4.2 整体动平衡测试 |
| 4.2.1 动平衡原理 |
| 4.2.2 动平衡测试结果 |
| 4.3 本章结论 |
| 第5章 超磁致伸缩微进给器驱动系统的设计 |
| 5.1 超磁致伸缩微进给器的驱动方式及要求 |
| 5.2 恒流源的原理 |
| 5.3 恒流源的设计 |
| 5.3.1 主电源系统 |
| 5.3.2 控制系统 |
| 5.4 本章结论 |
| 第6章 补偿方法研究及加工采样 |
| 6.1 电涡流传感器参数 |
| 6.2 补偿原理及意义 |
| 6.2.1 补偿原理 |
| 6.2.2 系统标定 |
| 6.3 加工测试 |
| 6.3.1 程序输入 |
| 6.3.2 实际加工实验 |
| 6.3.3 测量数据 |
| 6.3.4 加工误差分析 |
| 6.4 本章结论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）超磁致伸缩材料力传感执行器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题的科学依据 |
| 1.1.1 课题的提出 |
| 1.1.2 课题的研究背景 |
| 1.1.3 课题的来源 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料(GMM)的研究与发展 |
| 1.2.2 GMM的磁致伸缩正效应特性研究与应用 |
| 1.2.3 GMM的磁致伸缩逆效应特性研究与应用 |
| 1.2.4 GMM的磁致伸缩正逆效应耦合特性研究与应用 |
| 1.3 本课题的研究目的和意义 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 2 GMM的磁致伸缩正逆效应发生机理 |
| 2.1 GMM的磁致伸缩正效应机理 |
| 2.2 GMM的磁致伸缩逆效应机理 |
| 2.3 磁致伸缩正逆效应耦合的映射传递机理 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 GMM的磁致伸缩正逆效应耦合特性 |
| 3.1 GMM的输出位移与力和磁化强度的关系 |
| 3.2 GMM的磁化强度的量化 |
| 3.2.1 基于神经网络的磁化磁滞模型 |
| 3.2.2 基于磁化本质的磁化强度量化方程 |
| 3.3 GMM的磁化参数及磁致伸缩参数的辨识 |
| 3.3.1 改进的遗传模拟退火算法的参数辨识原理 |
| 3.3.2 参数辨识步骤 |
| 3.3.3 控制参数的确定 |
| 3.3.4 参数辨识结果 |
| 3.4 GMM内部磁化强度与磁场和应力关系的仿真分析 |
| 3.4.1 磁化强度量化方程的数值求解 |
| 3.4.2 磁化强度与磁场和应力关系的仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于正逆效应的力测量、输出力感知、输出力可控的实现方法 |
| 4.1 力测量过程中输出电压与力的关系 |
| 4.1.1 GMM的压磁方程 |
| 4.1.2 磁致伸缩逆效应过程中磁通密度与力的关系 |
| 4.1.3 霍尔电压和感应电压与力的关系 |
| 4.2 输出力的感知 |
| 4.2.1 磁通密度的测量及磁化强度的确定 |
| 4.2.2 输出力感知的求解方法 |
| 4.3 输出力可控过程中控制电流的求解 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 超磁致伸缩力传感执行器的研制 |
| 5.1 设计原理与整体结构 |
| 5.2 磁路设计 |
| 5.3 线圈设计 |
| 5.4 磁路内磁场分布特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 超磁致伸缩力传感执行器的测控系统开发与实验研究 |
| 6.1 励磁磁场强度对力测量的灵敏度和预紧力对力测量的线性的影响规律 |
| 6.1.1 励磁磁场 |
| 6.1.2 预紧力 |
| 6.2 力测量实验研究 |
| 6.2.1 静态特性实验与分析 |
| 6.2.2 动态特性实验与分析 |
| 6.3 位移输出实验研究 |
| 6.4 输出力可控的控制方法研究与控制系统开发 |
| 6.4.1 控制原理 |
| 6.4.2 控制方法 |
| 6.4.3 控制系统与实验系统的开发 |
| 6.5 输出力可控的实验研究 |
| 6.5.1 实验系统 |
| 6.5.2 实验与分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 工作展望 |
| 创新点摘要 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文和专利情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）基于逆磁致效应的超磁致伸缩微驱动方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 超磁致伸缩材料的发展与应用 |
| 1.3 磁致伸缩微位移执行器发展与应用 |
| 1.4 自感知超磁致伸缩微位移执行器 |
| 1.4.1 自感知执行器的概念 |
| 1.4.2 自感知磁致伸缩执行器国内外研究现状 |
| 1.5 课题来源与研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩材料正逆效应及特性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁致伸缩现象机理 |
| 2.3 磁致伸缩自感知机理 |
| 2.4 超磁致伸缩材料的特性 |
| 2.4.1 基本物理特性 |
| 2.4.2 温度影响 |
| 2.4.3 预压应力影响 |
| 2.4.4 滞回现象 |
| 2.4.5 倍频效应 |
| 2.4.6 △E 效应 |
| 2.4.7 其他特性 |
| 2.5 影响磁致伸缩逆效应性能的主要因素 |
| 2.5.1 预压应力的影响 |
| 2.5.2 偏置磁场的影响 |
| 2.5.3 其他因素影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 直动型磁致伸缩执行器设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 直动型GMA 系统的总体结构 |
| 3.3 高均匀磁场的激磁线圈设计 |
| 3.3.1 轴对称空心圆柱线圈的磁场模型 |
| 3.3.2 轴对称空心圆柱线圈空间磁感应强度分布仿真 |
| 3.3.3 Helmholtz 型补偿线圈设计 |
| 3.4 冷却系统设计 |
| 3.5 应变输出机构 |
| 3.6 传感电路设计 |
| 3.6.1 温度传感 |
| 3.6.2 磁感应强度传感 |
| 3.7 程控恒流源 |
| 3.8 主控电路设计 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 磁致伸缩逆效应及GMA 自感知方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 磁致伸缩逆效应及压磁方程 |
| 4.2.1 磁致伸缩逆效应概述 |
| 4.2.2 压磁效应边界条件及方程 |
| 4.3 基于电桥电路的自感知方法研究 |
| 4.4 外加探测线圈的力感知方法研究 |
| 4.5 基于观测器的自感知GMA 方法与实验研究 |
| 4.5.1 基本原理 |
| 4.5.2 观测器参数测定与输出仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 系统整体测试与自感知实验分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 传感器的标定实验 |
| 5.2.1 自制温度传感器 |
| 5.2.2 自制霍尔传感器 |
| 5.3 激磁线圈磁场均匀性测试实验 |
| 5.4 水冷机构控温实验 |
| 5.5 执行器位移输出实验 |
| 5.5.1 输出位移的特性 |
| 5.5.2 固定位置的蠕变实验 |
| 5.5.3 输出位移重复性实验 |
| 5.5.4 输出位移分辨力实验 |
| 5.6 基于观测器法的力感知实验 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）超磁致伸缩微致动器若干基础理论及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.1.1 超磁致伸缩材料的历史发展 |
| 1.1.2 超磁致伸缩材料的性能及特性 |
| 1.1.3 超磁致伸缩材料的应用 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩微致动器数学模型的研究现状 |
| 1.2.2 超磁致伸缩材料内部磁场研究现状 |
| 1.2.3 超磁致伸缩材料本构关系模型的研究现状 |
| 1.3 选题意义和主要内容 |
| 1.3.1 选题意义 |
| 1.3.2 本文的主要内容 |
| 第2章 超磁致伸缩微致动器实验分析 |
| 2.1 实验原理 |
| 2.1.1 GMM的工作原理 |
| 2.1.2 轴对称结构内部磁场分析 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.2.1 超磁致伸缩非圆截面车削加工刀架 |
| 2.2.2 刀架结构分析 |
| 2.3 实验结果 |
| 2.3.1 预压应力对磁致伸缩值的影响 |
| 2.3.2 激励电流、磁场强度与材料轴向位置之间的关系 |
| 2.3.3 时域分析 |
| 2.3.4 频域分析 |
| 2.3.5 电流与位移关系 |
| 2.4 结论 |
| 第3章 超磁致伸缩微致动器动力学特性分析 |
| 3.1 超磁致伸缩微致动器动力学模型 |
| 3.2 超磁致伸缩微致动器磁场与激励电流关系分析 |
| 3.3 微致动器的动力学分析 |
| 3.3.1 系统的时域及滞回特性分析 |
| 3.3.2 参数对系统运动特性的影响 |
| 3.3.3 公式修正 |
| 3.3.4 解析解分析 |
| 3.3.5 解析解数值模拟及参数讨论 |
| 3.4 结论 |
| 第4章 超磁致伸缩微致动器耦合磁弹性模型特性分析 |
| 4.1 超磁致伸缩微致动器耦合磁弹性模型的建立 |
| 4.2 模型振动特性的理论分析 |
| 4.2.1 理论解计算 |
| 4.2.2 无负载情况 |
| 4.3 结果仿真 |
| 4.3.1 微致动器的时域与频域分析 |
| 4.3.2 微致动器输出位移的滞回特性 |
| 4.3.3 偏置磁场对微致动器系统的影响 |
| 4.4 微致动器的数值计算 |
| 4.4.1 差分方法简介 |
| 4.4.2 差分求解 |
| 4.4.3 结论分析 |
| 4.5 解析解与数值解结论比较 |
| 4.6 结论 |
| 第5章 超磁致伸缩材料内部磁场模型特性分析 |
| 5.1 超磁致伸缩材料内部磁场分布 |
| 5.1.1 Maxwell's方程 |
| 5.1.2 材料内部磁场分布微分方程 |
| 5.2 内部磁场分布理论计算 |
| 5.3 数值模拟 |
| 5.3.1 内部磁场分布 |
| 5.3.2 参数影响 |
| 5.4 三维磁场分布 |
| 5.4.1 模型建立及求解 |
| 5.4.2 数值仿真 |
| 5.5 结论 |
| 第6章 超磁致伸缩微致动器振动响应的温度影响 |
| 6.1 温度影响实验 |
| 6.2 考虑温度及材料弹性模量变化时的动力学模型分析 |
| 6.2.1 模型建立 |
| 6.2.2 数值模拟 |
| 6.2.3 参数影响 |
| 6.3 不考虑弹性模量变化影响 |
| 6.3.1 模型建立 |
| 6.3.2 数值模拟 |
| 6.3.3 与考虑弹性模量变化情况的比较 |
| 6.4 温度动态变化影响分析 |
| 6.4.1 无冷却循环时的稳态热分析 |
| 6.4.2 GMM棒的温升与时间关系分析 |
| 6.4.3 考虑动态温度影响超磁致伸缩微致动器动力学模型 |
| 6.5 微致动器位移模糊PID控制器的设计 |
| 6.5.1 PID控制器 |
| 6.5.2 模糊PID控制器 |
| 6.5.3 仿真研究 |
| 6.6 结论 |
| 第7章 超磁致伸缩微致动器颤振问题的稳定性及控制 |
| 7.1 模型建立 |
| 7.1.1 切削颤振 |
| 7.1.2 超磁致伸缩微致动器颤振系统动力学模型 |
| 7.2 稳定性分析 |
| 7.2.1 第一次近似稳定性定理 |
| 7.2.2 特征方程计算 |
| 7.3 数值分析 |
| 7.4 刚性刀架情况 |
| 7.5 颤振系统的控制 |
| 7.5.1 自适应反馈控制 |
| 7.5.2 超磁致伸缩致动器颤振系统的控制 |
| 7.5.3 数值仿真 |
| 7.6 结论 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和科研情况 |
（8）结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题研究的目的 |
| 1.1.2 课题研究的意义 |
| 1.2 国内外的研究现状及分析 |
| 1.2.1 自感知GMA 的研究现状 |
| 1.2.2 磁滞非线性建模及补偿的研究现状 |
| 1.3 本文研究主要内容 |
| 第2章 GMA的设计及其迟滞非线性建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GMA 总体结构设计 |
| 2.3 GMM 棒的设计 |
| 2.4 线圈几何尺寸设计及优化 |
| 2.4.1 线圈几何尺寸设计 |
| 2.4.2 线圈几何尺寸优化 |
| 2.5 预压力装置 |
| 2.6 研制的GMA 原型 |
| 2.7 GMA迟滞建模 |
| 2.7.1 迟滞模型讨论 |
| 2.7.2 经典Preisach 模型 |
| 2.7.3 修正后的Preisach 模型 |
| 2.7.4 模型的离散化 |
| 2.8 GMA 实验研究 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 基于观测器法的自感知GMA 理论研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 线性观测器 |
| 3.2.1 基本原理 |
| 3.2.2 线形观测器 |
| 3.3 磁滞补偿观测器 |
| 3.3.1 GMA 迟滞补偿研究 |
| 3.3.2 C 语言程序与Simulink 模块的嵌套 |
| 3.3.3 定位实验 |
| 3.3.4 磁滞补偿观测器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于观测器法的自感知GMA 实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于观测器法的自感知GMA 实验方案 |
| 4.3 磁感应强度等参数的确定 |
| 4.4 线形观测器自感知实验研究 |
| 4.5 磁滞补偿观测器自感知实验研究 |
| 4.5.1 静态力自感知实验研究 |
| 4.5.2 动态力自感知实验研究 |
| 4.5.3 输出位移自感知实验研究 |
| 4.6 两种观测器法自感知对比 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
（9）高稳定性超磁致伸缩微位移执行器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 超磁致伸缩微位移执行器的研究与应用现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料 |
| 1.2.2 超磁致伸缩微位移执行器 |
| 1.2.3 影响执行器工作性能的几方面因素 |
| 1.3 课题来源及主要研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩材料工作机理及特性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁致伸缩现象及其工作机理 |
| 2.3 超磁致伸缩材料的特性 |
| 2.3.1 磁-机耦合模型 |
| 2.3.2 静态特性 |
| 2.3.3 动态特性 |
| 2.4 高稳定性超磁致伸缩微位移执行器总体设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高均匀性激励磁场设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 轴对称空心圆柱线圈空间磁场分布模型 |
| 3.2.1 Biot-Savant定律 |
| 3.2.2 空心圆柱线圈磁场模型 |
| 3.2.3 基于Romberg法的数值解析 |
| 3.2.4 空心圆柱型线圈磁场强度空间分布 |
| 3.3 基于赫姆霍茨型的高均匀性磁场设计 |
| 3.3.1 赫姆霍茨型补偿原理 |
| 3.3.2 补偿前后磁场分布分析 |
| 3.3.3 基于赫姆霍茨型补偿线圈设计方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 水冷却系统模型及执行器系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 水冷却系统设计 |
| 4.2.1 水循环机构设计 |
| 4.2.2 水冷却系统模型 |
| 4.3 执行器主体机械结构 |
| 4.4 压控恒流源 |
| 4.5 温度及磁感应强度传感 |
| 4.6 主控电路 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 系统各部分实验及分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 测量系统的标定实验 |
| 5.2.1 温度传感器标定实验 |
| 5.2.2 霍尔传感器标定实验 |
| 5.3 基于赫姆霍茨型激磁线圈测试实验 |
| 5.4 执行器系统温度实验 |
| 5.5 执行器位移实验 |
| 5.5.1 输出位移的特性 |
| 5.5.2 输出位移重复性实验 |
| 5.5.3 固定位置的蠕变实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（10）超磁致伸缩微位移执行器的系统建模与控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题的科学依据 |
| 1.1.1 课题的提出 |
| 1.1.2 课题的来源 |
| 1.1.3 课题的研究背景 |
| 1.2 超磁致伸缩材料(GMM) |
| 1.3 GMM的磁学模型 |
| 1.3.1 电磁学模型 |
| 1.3.2 磁化模型 |
| 1.3.3 磁-机械转换模型 |
| 1.3.4 电-机械模型 |
| 1.4 GMM应用 |
| 1.4.1 执行器应用 |
| 1.4.2 传感器应用 |
| 1.5 GMM执行器模型及控制策略研究 |
| 1.5.1 执行器的系统模型 |
| 1.5.2 执行器的控制策略 |
| 1.6 本课题研究的目的与意义 |
| 1.7 论文的研究内容 |
| 2 超磁致伸缩微位移执行器各组件系统的计算与分析 |
| 2.1 影响GMM性能的因素 |
| 2.1.1 应力影响 |
| 2.1.2 磁场影响 |
| 2.1.3 应力与磁场的耦合 |
| 2.1.4 温度影响 |
| 2.1.5 其他操作效应 |
| 2.2 超磁致伸缩微位移执行器的设计 |
| 2.3 超磁致伸缩微位移执行器机械系统计算 |
| 2.4 超磁致伸缩微位移执行器磁系统计算 |
| 2.4.1 永磁磁路计算 |
| 2.4.2 电磁磁路计算 |
| 2.5 超磁致伸缩微位移执行器冷却系统计算 |
| 2.6 超磁致伸缩微位移执行器的有限元分析 |
| 2.6.1 执行器的预紧机构有限元分析 |
| 2.6.2 预紧机构模态分析 |
| 2.6.3 执行器的偏置磁场有限元分析 |
| 2.6.4 电磁场有限元分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 超磁致伸缩微位移执行器的磁化模型研究 |
| 3.1 Jiles-Atherton模型 |
| 3.2 J-A模型的参数辨识方法 |
| 3.2.1 根据能量方程的参数辨识 |
| 3.2.2 受磁机效应影响的非磁滞磁化曲线方程的磁参数辨识 |
| 3.2.3 根据铁磁磁滞理论的参数辨识 |
| 3.3 试验数据与辨识结果 |
| 3.3.1 试验方案及数据采集 |
| 3.3.2 试验步骤及试验数据 |
| 3.3.3 试验数据处理及辨识结果 |
| 3.4 耦合外部应力的均质能量场模型 |
| 3.4.1 Preisach算子 |
| 3.4.2 均质能量场模型 |
| 3.4.3 耦合外部应力的磁机模型 |
| 3.5 应力耦合磁化模型的离散化及求逆算法 |
| 3.5.1 磁化模型的离散化 |
| 3.5.2 离散磁化模型的求逆算法 |
| 3.5.3 数值仿真模拟实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 超磁致伸缩微位移执行器的系统模型研究 |
| 4.1 超磁致伸缩微位移执行器的结构动力学分析 |
| 4.1.1 振动方程的建立 |
| 4.1.2 执行器系统的初、边值条件 |
| 4.2 模型的有限元数值模拟 |
| 4.3 动力学计算模型验证 |
| 4.4 超磁致伸缩微位移执行器的矢量阻抗分析模型研究 |
| 4.4.1 线性压磁方程 |
| 4.4.2 机电换能方程 |
| 4.4.3 速度阻抗 |
| 4.5 超磁致伸缩微位移执行器的负载矢量阻抗模型 |
| 4.5.1 机械导纳 |
| 4.5.2 电气阻抗 |
| 4.6 负载矢量阻抗模型实验结果与分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 超磁致伸缩微位移执行器的控制策略研究 |
| 5.1 基于系统辨识模型的离线优化PID控制器仿真设计 |
| 5.1.1 超磁致伸缩微位移执行器系统的辨识 |
| 5.1.2 模型分析 |
| 5.1.3 串联PID补偿器参数整定 |
| 5.1.4 PID控制器参数的闭环优化 |
| 5.1.5 两组PID控制参数比较 |
| 5.2 超磁致伸缩微位移执行器的滑模变结构控制 |
| 5.2.1 超磁致伸缩微位移执行器的控制模型 |
| 5.2.2 超磁致伸缩微位移执行器的自适应离散滑模变结构控制 |
| 5.2.3 控制仿真实例 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 超磁致伸缩微位移执行器的实时控制实验研究 |
| 6.1 实时控制系统实验平台 |
| 6.1.1 xPC target系统 |
| 6.1.2 实验系统的实时性 |
| 6.2 超磁致伸缩微位移执行器实时控制实验系统搭建 |
| 6.2.1 实验系统的硬件配置 |
| 6.2.2 实验系统测控精度 |
| 6.2.3 驱动程序编写 |
| 6.2.4 控制实验过程 |
| 6.3 PID实时控制实验 |
| 6.3.1 PID参数调节 |
| 6.3.2 PID控制的方波响应 |
| 6.3.3 PID控制的方波响应与正弦激励的混合轨迹追踪 |
| 6.4 滑模变结构实时控制实验 |
| 6.4.1 离散滑模变结构控制参数的设定 |
| 6.4.2 滑模控制的方波轨迹追踪 |
| 6.4.3 滑模控制的正弦信号轨迹追踪 |
| 6.4.4 混合信号轨迹追踪 |
| 6.5 PID控制系统与滑模变结构控制系统对比 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 进一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 创新点摘要 |
| 部分实物照片 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
四、具有位移感知功能的超磁致伸缩微位移执行器的研究（论文参考文献）
- [1]扰动力自感知型超磁致伸缩微位移控制系统研究[D]. 朱晓禹. 哈尔滨工业大学, 2014(02)
- [2]超磁致伸缩执行器磁机耦合模型及自感知应用研究[D]. 严柏平. 哈尔滨工业大学, 2014(12)
- [3]基于超磁致伸缩的非圆车削加工控制方法研究[D]. 李旭. 沈阳理工大学, 2013(S1)
- [4]异形孔加工系统的设计及补偿方法研究[D]. 孙德永. 沈阳理工大学, 2013(09)
- [5]超磁致伸缩材料力传感执行器关键技术研究[D]. 刘慧芳. 大连理工大学, 2012(10)
- [6]基于逆磁致效应的超磁致伸缩微驱动方法研究[D]. 宋永刚. 哈尔滨工业大学, 2011(05)
- [7]超磁致伸缩微致动器若干基础理论及实验研究[D]. 李东. 东北大学, 2010(07)
- [8]结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究[D]. 王卓. 哈尔滨工业大学, 2010(05)
- [9]高稳定性超磁致伸缩微位移执行器研究[D]. 王威. 哈尔滨工业大学, 2009(S2)
- [10]超磁致伸缩微位移执行器的系统建模与控制方法研究[D]. 王晓煜. 大连理工大学, 2007(05)
标签：磁致伸缩论文; 磁致伸缩位移传感器论文; 耦合系数论文; 应力状态论文; 自感系数论文;