超磁致伸縮致動(dòng)器精密定位與控制研究.pdf

1、稀土超磁致伸縮材料(GMM)具有磁致伸縮效應(yīng)，當(dāng)材料磁化狀態(tài)改變時(shí)，其尺寸會(huì)產(chǎn)生顯著變化。這類(lèi)材料輸出力大、應(yīng)變顯著、響應(yīng)速度快，是改變現(xiàn)有自動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)狀，提高產(chǎn)品精確度和系統(tǒng)響應(yīng)速度的新型功能材料。 本文將GMM應(yīng)用于微致動(dòng)領(lǐng)域，研制出可以進(jìn)行精密驅(qū)動(dòng)與精密定位的超磁致伸縮致動(dòng)器(Gianlc Magnetostrictive Actuator)，簡(jiǎn)稱(chēng)GMA。這一類(lèi)致動(dòng)器定位精度高，響應(yīng)速度快，輸出力大，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用前

2、景十分廣泛。然而材料本身固有的非線(xiàn)性磁滯、蠕變和漂移等缺點(diǎn)，使GMA在相應(yīng)輸入下的變形量是不確定的，很大程度限制了GMA的實(shí)用化。 論文從超磁致伸縮材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)入手，介紹了超磁致伸縮材料的特點(diǎn)及其性能，運(yùn)用鐵磁學(xué)理論解釋了超磁致伸縮材料磁性起源、磁致伸縮過(guò)程和磁滯的產(chǎn)生，并闡述了超磁致伸縮材料的基本特性，介紹了超磁致伸縮致動(dòng)器非線(xiàn)性系統(tǒng)建模方法。 設(shè)計(jì)了一種可以用于精密驅(qū)動(dòng)和精密定位的超磁致伸縮致動(dòng)器，介紹了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、及其工作原理。為了對(duì)超磁致伸縮致動(dòng)器進(jìn)行控制，本文基于電流控制模型研究了超磁致伸縮致動(dòng)器線(xiàn)性動(dòng)態(tài)建模方法，將驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈作為感性負(fù)載，與數(shù)控恒流源結(jié)合進(jìn)行了整體建模。研究了致動(dòng)器設(shè)計(jì)參數(shù)與動(dòng)態(tài)性能之間的關(guān)系，并采取仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了適用于GMA的PID控制器。 建立了以W78E058B單片機(jī)為核心的硬件控制平臺(tái)，設(shè)計(jì)了與GMA系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)部分和檢測(cè)部分相匹配的輸入、輸出通道，同時(shí)以I2C總線(xiàn)代替并行總線(xiàn)設(shè)計(jì)鍵盤(pán)輸入電路，集

4、成了防抖功能，可靠性較高。 為補(bǔ)償GMA的磁滯非線(xiàn)性，分別研究了線(xiàn)性迭代補(bǔ)償控制和基于Preisach逆模型的前饋補(bǔ)償控制兩種控制策略，對(duì)兩種控制策略的控制精度和效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。為提高程序迭代效率，提出了一種新的非線(xiàn)性前饋補(bǔ)償算法，在對(duì)Preisach模型求逆時(shí)，引入穩(wěn)態(tài)誤差信號(hào)作為參考變量，進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整迭代步長(zhǎng)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，與當(dāng)前的模型求逆算法相比，所提出的算法在保證控制精度的同時(shí)可以顯著提高系統(tǒng)收斂速度，大大提高