超磁致伸縮智能構(gòu)件熱變形控制技術(shù)及裝置開發(fā).pdf

1、超磁致伸縮材料(giant magnetostrictive material,GMM)是一種在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁致伸縮變形的智能材料,利用其特性可制成位移輸出精度達(dá)亞微米級(jí)的超磁致伸縮智能構(gòu)件,可廣泛應(yīng)用于超精密機(jī)床、精密儀器等微驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。
　　 然而,GMM智能構(gòu)件工作時(shí),存在著線圈焦耳熱損耗等生熱,其所產(chǎn)生的熱量將導(dǎo)致智能構(gòu)件工作溫度的明顯升高,由此產(chǎn)生熱變形并引起GMM磁致伸縮特性的非線性,從而嚴(yán)重影響智能構(gòu)件的輸出性能。

2、因此,須采取適當(dāng)?shù)臒峥刂坪脱a(bǔ)償方法以消除或抑制由于溫升所導(dǎo)致的對(duì)智能構(gòu)件工作性能的影響,從而保證智能構(gòu)件的工作精度。由于智能構(gòu)件本體對(duì)象的時(shí)間常數(shù)和容量滯后較大,難以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)溫度控制,因此前人的研究工作中,設(shè)計(jì)的溫控系統(tǒng)均為半閉環(huán)系統(tǒng),智能構(gòu)件本體溫控精度較低。
　　 針對(duì)上述問題,本文對(duì)超磁致伸縮智能構(gòu)件的熱設(shè)計(jì)和溫度控制進(jìn)行了深入的研究。本文首先通過文獻(xiàn)調(diào)研,概述了超磁致伸縮材料的特性及應(yīng)用,對(duì)超磁致伸縮智能構(gòu)件熱控制技術(shù)、

3、線圈熱優(yōu)化設(shè)計(jì)、模型辨識(shí)及控制策略的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上,提出了基于交直流分離驅(qū)動(dòng)線圈的智能構(gòu)件,以及采用串級(jí)控制策略的全閉環(huán)強(qiáng)制水冷溫控系統(tǒng)。
　　 在綜合考慮電磁場(chǎng)和熱場(chǎng)參數(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于交直流分離驅(qū)動(dòng)的線圈結(jié)構(gòu),并進(jìn)行仿真以驗(yàn)證方案的有效性。在選定了智能構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)方案后,對(duì)智能構(gòu)件設(shè)計(jì)了合理的強(qiáng)制水冷溫控方案,并完成智能構(gòu)件本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨后,在建立智能構(gòu)件流固耦合傳熱有限元模型的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬