超磁致伸縮致動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)，當材料磁化狀態(tài)改變時，其尺寸會產(chǎn)生顯著變化。這類材料輸出力大、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)用于微致動領(lǐng)域，研制出可以進行精密驅(qū)動與精密定位的超磁致伸縮致動器(Gianlc Magnetostrictive Actuator)，簡稱GMA。這一類致動器定位精度高，響應(yīng)速度快，輸出力大，設(shè)計相對簡單，應(yīng)用前

2、景十分廣泛。然而材料本身固有的非線性磁滯、蠕變和漂移等缺點，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的實用化。 論文從超磁致伸縮材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，介紹了超磁致伸縮材料的特點及其性能，運用鐵磁學理論解釋了超磁致伸縮材料磁性起源、磁致伸縮過程和磁滯的產(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器非線性系統(tǒng)建模方法。 設(shè)計了一種可以用于精密驅(qū)動和精密定位的超磁致伸縮致動器，介紹了其結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、及其工作原理。為了對超磁致伸縮致動器進行控制，本文基于電流控制模型研究了超磁致伸縮致動器線性動態(tài)建模方法，將驅(qū)動線圈作為感性負載，與數(shù)控恒流源結(jié)合進行了整體建模。研究了致動器設(shè)計參數(shù)與動態(tài)性能之間的關(guān)系，并采取仿真與實驗相結(jié)合的方法設(shè)計了適用于GMA的PID控制器。 建立了以W78E058B單片機為核心的硬件控制平臺，設(shè)計了與GMA系統(tǒng)功率驅(qū)動部分和檢測部分相匹配的輸入、輸出通道，同時以I2C總線代替并行總線設(shè)計鍵盤輸入電路，集

4、成了防抖功能，可靠性較高。 為補償GMA的磁滯非線性，分別研究了線性迭代補償控制和基于Preisach逆模型的前饋補償控制兩種控制策略，對兩種控制策略的控制精度和效率進行了實驗對比。為提高程序迭代效率，提出了一種新的非線性前饋補償算法，在對Preisach模型求逆時，引入穩(wěn)態(tài)誤差信號作為參考變量，進行自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整迭代步長。對比實驗表明，與當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可以顯著提高系統(tǒng)收斂速度，大大提高