基于逆磁致伸缩效应的超磁致伸缩磁力控制器件建模
《2024年度基于逆磁致伸缩效应的扭矩测量系统的研究与设计》范文
《基于逆磁致伸缩效应的扭矩测量系统的研究与设计》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对各种机械设备的精确测量和控制需求日益增长。
其中，扭矩测量作为评估机械设备性能的重要指标之一，其准确性和可靠性显得尤为重要。
逆磁致伸缩效应作为一种新型的物理效应，在扭矩测量领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研究并设计一个基于逆磁致伸缩效应的扭矩测量系统，以提高扭矩测量的准确性和可靠性。
二、逆磁致伸缩效应概述逆磁致伸缩效应是指在外加磁场的作用下，磁性材料发生尺寸变化的现象。
这种效应具有高灵敏度、快速响应和非接触式测量的优点，因此在扭矩测量领域具有潜在的应用价值。
本文将利用这一效应，设计一个扭矩测量系统。
三、系统设计1. 系统架构本系统主要由磁性材料、磁场发生器、传感器、信号处理单元和上位机组成。
其中，磁性材料受到磁场作用后产生尺寸变化，磁场发生器用于产生稳定的磁场，传感器用于检测磁性材料的尺寸变化，信号处理单元对传感器信号进行处理，上位机用于显示和处理测量结果。
2. 关键部件设计（1）磁性材料选择：选择具有高磁致伸缩系数的磁性材料，如镍基合金等。
（2）磁场发生器设计：采用电磁铁或超导磁体产生稳定的磁场，确保磁场分布均匀且强度可调。
（3）传感器设计：选用高灵敏度的位移传感器，如光学传感器或电容传感器，用于检测磁性材料的尺寸变化。
（4）信号处理单元：对传感器信号进行放大、滤波和数字化处理，以提高测量精度和稳定性。
四、系统工作原理当外加磁场作用于磁性材料时，磁性材料发生尺寸变化。
这种尺寸变化被位移传感器检测并转换为电信号。
信号处理单元对电信号进行放大、滤波和数字化处理后，传输至上位机进行显示和处理。
通过分析上位机显示的测量结果，可以得出被测扭矩的大小和方向。
五、系统性能分析本系统具有高灵敏度、快速响应和非接触式测量的优点。
通过优化磁性材料的选择、磁场发生器的设计和传感器的性能，可以提高系统的测量精度和稳定性。
此外，本系统还具有结构简单、安装方便、使用成本低等优点，适用于各种机械设备的扭矩测量。
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别超磁致伸缩执行器是一种利用磁致伸缩效应来实现精确控制运动的装置，广泛应用于微机电系统（MEMS）、机器人技术和精密仪器中。
为了精确地模拟和预测超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会使用磁滞模型进行参数识别。
本文将深入探讨超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别，帮助读者更好地理解这一重要的技术。
一、超磁致伸缩执行器的磁致伸缩效应超磁致伸缩执行器是基于磁致伸缩效应的设备，该效应是指在外加磁场作用下，材料会发生线性变形的现象。
这种线性变形是由于磁场引起了磁矩的重排，从而导致了材料的维薄效应。
利用这一效应，超磁致伸缩执行器可以实现微米级别的运动控制。
二、超磁致伸缩执行器的磁滞模型为了更准确地描述超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会采用磁滞模型来建模。
磁滞模型是基于磁滞回线的理论，可以描述材料在外加磁场变化下的磁化特性。
常见的磁滞模型包括Jiles-Atherton模型、Preisach模型和Jiang模型等。
三、超磁致伸缩执行器磁滞模型参数的识别参数识别是指通过实验或模拟的方法来确定磁滞模型中的参数数值。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型，参数识别非常重要，因为它可以影响到模型的精度和预测能力。
常见的参数识别方法包括定标试验法、曲线拟合法和遗传算法等。
1. 定标试验法：该方法是通过测量超磁致伸缩执行器在不同磁场和机械载荷下的磁致伸缩行为来确定模型参数。
通过对一系列定标试验数据的拟合，可以得到最优的参数数值。
2. 曲线拟合法：该方法是通过将超磁致伸缩执行器的实际输出与模型输出进行比较，采用最小二乘法来拟合参数。
通过不断调整模型参数的数值，使得模型输出与实际输出的误差最小化。
3. 遗传算法：该方法是一种优化算法，通过模拟进化过程来搜索最优解。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型参数识别，遗传算法可以通过对参数进行随机组合和变异，然后根据适应度函数来筛选最优解。
四、对超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别的观点和理解在进行超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别时，需要考虑到实际应用中的各种因素，如温度变化、机械载荷以及外界杂散磁场的影响。
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究引言超磁致伸缩作动器是一种基于磁性材料的智能材料致动器，具有高精度、高刚度、高运动分辨率和快速响应等特点，被广泛应用于精密定位、振动控制和自适应结构等领域。
了解超磁致伸缩作动器的动力学特性对于优化其设计和控制具有重要意义。
本文基于磁力平衡原理和动力学分析方法，提出了一种超磁致伸缩作动器动力学模型，并对其特性进行了分析研究。
模型构建超磁致伸缩作动器由磁铁、线圈和磁致伸缩材料组成。
在模型构建中，假设线圈内部感应电阻可忽略不计，并忽略壳体和线圈之间的磁阻。
通过磁力平衡原理，可以得到作动器的力学模型。
首先，根据安培定律，作用在线圈上的磁力可以表示为：Fm = B · I · l其中，Fm表示磁力，B是磁感强度，I是线圈电流，l是线圈长度。
通过磁感强度和线圈电流的关系可以得到：B = μ0 · (H + Ms · M)其中，μ0表示真空中的磁导率，H是外加磁场强度，Ms是磁致伸缩材料的饱和磁化强度，M是磁化强度。
接下来，根据赫斯定律和欧姆定律，可以得到线圈受到的电动势和电阻：E = -dφ/dt = - N · d(B · S)/dt = -N · S · d(B · I)/dt其中，E表示电动势，N表示线圈匝数，S表示线圈截面积。
根据电动势和电阻的关系可以得到：E = R · I + L · dI/dt其中，R表示线圈电阻，L表示线圈电感。
最后，根据牛顿第二定律，可以得到作动器的动力学方程： Fm - Fd - Fs = m · a其中，Fd表示阻尼力，Fs表示弹簧力，m表示作动器的质量，a表示作动器的加速度。
特性分析基于上述模型，可以对超磁致伸缩作动器的特性进行分析。
首先，通过数值方法求解动力学方程可以得到作动器的位置、速度和加速度随时间的变化。
基于超磁致伸缩材料微小泵的磁场建模与分析
主要 由 Ｇ ＭＭ 电一 械 转换 器 和单 柱 塞 泵 两部 分 构 成 ， 机
通过 两个 单 向 阀对 泵进 行配 流 。预压 弹簧 与调节 螺钉
给超 磁致 伸缩 材料 棒 的 轴 向施 加 一 定 大 小 的 预压 力 ， 使其 工 作 在 线 性 区 域 ， 增 加 磁 致 伸 缩 应 变 ， 高 并 提
Ｇ ＭＭ 磁． 机械 转换 效 率 ， 时调 节 螺 钉 可 以方 便 地 对 同 泵 腔容 积 和预压 弹簧 的压 应力进 行 调节 。
达到饱 和 ， 只需 一次 线性分 析 。Ｇ ＭＭ棒 的网格 划分 和 整 体 网格划 分模 型如 图 ３所 示 。
表 １ 泵 的 结构 参 数
泵的 ２ Ｄ平 面 轴对称 结 构简 图 ， 图 ２所 示 ， 的组 成 如 泵 结 构参 数如 表 １ 示 。 所
后端盖 套 筒 偏置线 圈 前端盖
磁场 。运 用 ａｓｓ 件 对 泵 的磁 场 分 布 进 行 仿 真 分 ｎｙ 软 析 ， 略模 型外 围空气 的磁漏 ， 模型施 加 磁力 线平 行 忽 对 边 界条 件 ， 励条 件为 电流 密度 ， 激 电流 密度 直接 加载 在
设计知识库 建设 及验证［ ］西安交通大学学 报 ，０ ０ ４ Ｊ． ２ １ ，４
（ ）：２—７ ． ３ ７ ６
液 压 与 气动
轴对 称磁 场模 型 的基 础 上 ， 用有 限元 方 法模 拟仿 真 利 出Ｇ ＭＭ 棒 中的磁 场分 布及 磁 场强 度 沿 轴 向 的分 布 规 律 ， 其进一 步优 化提 供理 论依 据 。 为
Ｋｎ ｗ ｅ ｇ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ Ｒ ｕ ｅ Ａｐ ｒ ａ ｈ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ － ｏ ｌ ｄ ｅ Ｍｏ ｅｉ ｎ ｅ ｓ ｐ ｏ ｃ ｎ Ｐ ｏ ｕ ｔＲｅ ｅ ｎ
超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究
超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究引言：超磁致伸缩激振器是一种能够将电能转化为机械振动能的磁致伸缩材料器件。
它具有结构简单、能量转换效率高等优点，被广泛用于精密定位、振动控制以及微纳尺度振动感测等领域。
本文着重研究了超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模以及参数辨识等方面的问题。
一、超磁致伸缩激振器的结构设计超磁致伸缩激振器主要由动态部分和静态部分组成。
动态部分通常由磁致伸缩材料、线圈和机械弹性件构成，而静态部分则是磁导体。
为了提高超磁致伸缩激振器的性能，结构设计显得尤为重要。
在设计动态部分时，需要选择合适的磁致伸缩材料和机械弹性件，以及合适的线圈布局和参数。
同时，静态部分的设计也需要注意磁通分布的均匀性和磁导体的材料选择，以确保系统能够正常工作。
二、超磁致伸缩激振器的系统建模超磁致伸缩激振器的系统建模是探究其工作原理、优化系统性能的重要手段。
系统建模通常采用多物理场耦合模型，包括电磁场、机械场和热场等。
其中，磁致伸缩材料的特性是建模中的关键点之一。
可以采用磁致伸缩材料的各向异性、磁迎耦效应以及温度变化对其性能的影响等进行建模。
基于系统模型，可以进行相应的仿真和参数优化，以实现超磁致伸缩激振器的性能提升。
三、超磁致伸缩激振器的参数辨识研究超磁致伸缩激振器的参数辨识是指通过实验等手段确定系统的参数值。
对于超磁致伸缩激振器来说，线圈电感和阻尼系数等参数的准确测量非常重要，因为这些参数直接影响系统的动态响应和稳定性。
常见的参数辨识方法包括频率响应法、脉冲响应法和系统辨识法等。
通过合理的参数辨识研究，可以帮助优化超磁致伸缩激振器的性能，并提供指导精确控制器设计的依据。
结论：超磁致伸缩激振器作为一种高效能转换器件，在精密定位、振动控制和微纳尺度感测等领域具有广泛的应用前景。
为了充分发挥其性能，研究者们在结构设计、系统建模以及参数辨识等方面进行了深入研究。
射流伺服阀用超磁致伸缩执行器磁场建模与分析
（ ． 京 航 空航 天大 学 江 苏 省精 密 与微 细 制 造 技术 重 点 实 验 室 ，江苏 南京 ２０ １ ； ． １南 １０ ６ ２ 西安 飞 行 自动 控制 研 究 所 ， 西 西 安 ７０ ６ ） 陕 １０ ５
摘要 ： 出了射流伺服 阀用 超磁致 伸 缩执 行 器 结构 ， 用磁 场 有 限元 法分 析 了超 磁 致伸 缩执 提 采 行 器结构 参数 对超磁 致伸 缩棒 内磁 场分 布 的影响机理 ， 出了超 磁致伸 缩执行 器结 构设计 的原则 。 给 推导 出考 虑超磁 致伸 缩棒 内磁 场分 布不 均匀 时驱 动磁场 与执行 器输 出位 移 的关 系方 程 式 ， 通过 并 仿 真 与实验 研 究揭示 了超磁致 伸缩棒 内磁 场分 布不均 匀性对 超磁 致伸缩 执行器 位移输 出的影响规 律， 最后 求 出所设 计超 磁致伸 缩执行 器漏磁 系数 约为 １４ ．． 关键词 ：电子技 术 ；超磁致 伸缩执 行器 ； 场有 限元分 析 ； 场不 均匀度 ；漏磁 系数 磁 磁
ｔ ｅ ｇ ｉ ｔｍ ａ ｎ ｔｓｒｃｉ ｅｒ ｄ，ａｔｒｇ ｔ ｎ ｈ ｅａｉ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｒｖｎ ｇ ｅ ｉ ｅｄ ｎ ｈｅｏ ｔ ｕ ｈ ａｎ ｇ ｅ ｏ ｔｉｔ ｏ Ｖ ｆｅ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅｒ ｌｔｏ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｄ ｉｉ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｓａ ｄ ｔ ｕ ｐ ｔ ｉ ｃｉ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｉ ａｎ ｇ ｅｏ ｔｉｔＶ ｏ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｎ ｇ ｉｔｍａ ｎ ｔｓｒｃｉｅ ｒ ｄ，ｔ ｅｅ ｏ ｅ ｅ ｕｓｄ ｇ ｅ ｆｔ ｇ ｅ ｉ ｅ ｄ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｈｅ ｈ ｔ ｒｇ ｎ ｏ ｅ ｒ ｅ ｏ ｈｅ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｉｔｉｕ ｉ ｎ’Ｓ ｃｉ
基于Preisach磁滞理论的超磁致伸缩驱动器建模
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｇｉ ａ ｎｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ａｃ ｔ ｕａ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｃ ｈ Ｔｈｅ ｏ ｒ ｙ
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２ ０ １ ３年 １ ０月
机床 与液压
基于磁致伸缩逆效应的超磁致伸缩力传感器
感器。但 由于缺乏相应的设计理论分析 ， 而制约 了其发展 。在 分析 了磁 致伸缩 逆效应的基础上 ， 出 了超磁致伸 缩力 从 给
传感器的设计原理 ， 计 了 设 超磁致伸 缩力传感 器的结构 ， 并采 用数值 计算方 法对 其磁 场进行 了 算。计 算结果 与实验 结 计
果的比较表 明： 者符合较好 ， 二 设计的超磁 致伸 缩力传感器方案是可行 的， 对其今后进行深入 应用研 究和优化设计具 有重
ｈ ｅｅ ｎ ｇ ｍ ｎ ｗ ｌ ａ ｅｄ ｇ ｓ ｅ ｅｆ ｒｅｓ ｓｒｓｆ ｓ ｌ， ｈ ｈｉ ｉｏ ｔ ｔｏｏｔ ｚ ｔ ａ ｇｅ ｓ ｉ ｔ ｙｗ ｒ ｉ ａｒｅ ｅｔ ｅ ， ｄｔ ｅｉ ｈｍ ｒｆｃ ｎｏ ａｉｅ ｗ ｉ ｐｒ ｎ ｐｉｉ ｅｇ ｔ ａｎｔ ｔｔｅ ｅ ｅ ｌｎ ｈ ｓ ｎ ｃ ｏ ｏ ｅ ｉｅ ｂ ｃ ｓｍ ａ ｔ ｍ ｅｈ ｉ ｍ ｎ ｏｒｖ ｉ
Ｂ ｔｔ ｐ ｌ ａ ｏ ｅｅｏ ｍ ｎ ｓｌ ｉ ｄ，ｅａ ｓ ｆａ ｋｎ ｆ ｏｒｓ ｎ ｉｇｄｓｇ ｈ ｏｙ Ｂａｅ ｎｔｅａ ａ ｓｓｏ ｅｉｖｒｅｍａｌ — ｕ ｓａｐｉ ｔｎ ｄｖ ｌｐ ｅ ｔｉ ｉ ｔ ｂ ｃｕｅｏ ｃｉｇｏ ｒｅｐ ｄｎ ｅｉｎｔｅｒ ， ｓ ｄｏ ｌ ｉ ｆｔ ｎｅｓ ｇ ｅ ｉ ｃｉ ｍ ｅ ｌ ｃ ｏ ｈ ｎ ｙ ｈ ｌ
ｔｔｔｅ ｆｃ，ｅ ｇ ｒ ｃ ｌ ｆ ｅｇ ｔ ａ ｅ ｓｉｖ ｒ ｅｓ ａ ｇ ｅ ．ｈ ａｔ ａｎｔ ｔｔｅｆ ｃ ｅｓｒｓｕｔ ｅｈｄ ｏ ｒ ｖ ｅｔｄｓ ｐ ｎｉ ｅ ｏ ｔ ａ ｇ ｔ ｔｔｅｆ ｃ ｓ ｏ ｗｓｉ ｎ Ｔ ｅｇ ｇｅ ｓｉ ｒ ｓ ｏ ｔ ｃ ｒ ａ ｓｉ ｅ ｉ ｉ ｉ ｐ ｒ ｉ ｍ ｎ ｏ ｒｉ ｏ ｅ ｎ ｒ ｖ ｎ ｈ ｎ ｉ ｍ ｎ ｏ ｒｉ ｏ ｅ ｎ ｖ ｒ ｕ
磁滞伸缩驱动器磁滞特性的Persiach模型建模
磁滞伸缩驱动器磁滞特性的Persiach模型建模冒鹏飞;王传礼;喻曹丰;钟长鸣【摘要】Giant magnetostrictive material (GMM) exists intrinsic magnetic hysteresis nonlinearity, large hysterisis error will happened when it is used for precision positioning, accurate mathematical model to describe the hysteresis nonlinearity seems very important in control the output accuracy of the giant magnetostrictive actuatort.%超磁致伸缩材料具有本征磁滞非线性,用于精密定位时具有较大的回程误差.为控制超磁致伸缩驱动器的输出位移精度,需要建立准确的数学模型来描述其磁滞非线性.基于经典的Preisach磁滞模型,通过对Preisach磁滞模型的离散化,建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数学模型;并进行了超磁致伸缩驱动器输出位移实验研究.实验结果表明:模型计算的结果和实验结果基本吻合,证明所建模型能够较好地反映实际情况.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)009【总页数】4页(P149-152)【关键词】超磁致伸缩材料(GMM);磁滞非线性;Preisach磁滞模型;离散化【作者】冒鹏飞;王传礼;喻曹丰;钟长鸣【作者单位】安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001;安徽理工大学机械工程学院,淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TB34超磁致伸缩材料(gaint magnetostrictive material，GMM)是铁磁性功能材料[1]，具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快、输出力大、磁机耦合系数大、居里温度高等优点[2]，并且能够实现电磁能—机械能的可逆转化，被称作是21世纪战略性高科技材料[2，3]。
超磁致伸缩激振器的研究设计与建模仿真
超磁致伸缩激振器的研究设计与建模仿真超磁致伸缩激振器的研究设计与建模仿真摘要：超磁致伸缩（Magnetorestrictive）激振器因其优越的性能，在许多领域得到了广泛的应用。
为了探索其工作原理和性能特点，本文进行了超磁致伸缩激振器的研究设计与建模仿真。
首先，介绍了超磁致伸缩材料的特点和应用领域。
然后，详细介绍了超磁致伸缩激振器的结构和工作原理，并对其进行了建模与仿真。
最后，通过实验验证，分析了超磁致伸缩激振器的性能特点。
关键词：超磁致伸缩；激振器；建模仿真；性能特点1. 引言超磁致伸缩材料，即磁致伸缩效应材料，是一种在外磁场作用下能够发生磁致伸缩效应的材料。
其具有优异的磁-机耦合特性，能够将磁场能转化为机械能，因此在磁场控制和振动领域得到了广泛应用。
超磁致伸缩激振器是一种利用磁致伸缩材料的特性实现振动的装置，具有结构简单、能源高效、响应速度快等优势。
本文将重点研究超磁致伸缩激振器的工作原理和性能特点，并进行建模与仿真分析。
2. 超磁致伸缩材料的特点和应用领域超磁致伸缩材料具有磁致伸缩效应，即在外磁场作用下，其长度会发生变化。
这种特性使得超磁致伸缩材料在许多领域有着广泛的应用。
例如，超磁致伸缩材料可以用于制造磁头、传感器、滑块等磁场控制设备，还可以用于制造振动马达、振动传感器等振动设备。
3. 超磁致伸缩激振器的结构和工作原理超磁致伸缩激振器由超磁致伸缩材料和激振电路组成。
超磁致伸缩材料通常是一种复合材料，由磁性材料和非磁性材料混合而成。
当外磁场作用于超磁致伸缩材料时，磁性材料中的磁矩会发生定向，从而导致材料发生磁致伸缩效应。
激振电路通过施加交变电流来改变外磁场的方向和强度，从而实现对超磁致伸缩材料的激励。
当激振电流通过激振电路传递到超磁致伸缩材料时，材料会发生周期性的磁致伸缩效应，从而产生机械振动。
4. 超磁致伸缩激振器的建模与仿真为了研究超磁致伸缩激振器的性能特点，我们需要建立相应的数学模型，并进行仿真分析。
超磁致伸缩材料的伸缩特性及其磁感应强度控制原理及方法的实现
磁致伸缩是相当复杂的现象 , 是满足自由能极 小条件的必然结果 。如果从磁畴唯象理论来分析 , 磁致伸缩现象是铁磁体内部的磁畴在外磁场的作用 下磁畴间的边界发生移动和磁畴内的磁矩发生旋转 的宏观结果 。而介质中的内应力和晶格之间的摩擦 是造成滞回和非线性的主要原因 。同时 , 由电磁学 可知 : 无论是电流强度还是磁场强度 ( H = n·I) , 都不能直接反映磁介质在磁场中磁学与力学之间的 联系 , 这也是铁磁性介质的磁致伸缩与磁场强度之 间不是单值函数的一个重要原因 。因此 , 在建立超 磁致伸缩材料的控制模型时 , 应选用与磁介质的磁 化状态存在直接联系的变量作为控制量 , 才能建立 与磁致伸缩量一一对应的关系[4 ] 。
以来主要用于制造超声波振子 。1972 年 , Clark 等 首先发现 Laves 相稀土 —铁化合物 RFe2 ( R 代表稀 土元素 Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Sm 、Tm 等) 的磁致伸 缩在室温下是 Fe 、Ni 等传统磁致伸缩材料的 100 多倍 , 这种材料被称为超磁致伸缩材料 。超磁致伸 缩材料具有伸缩应变大 (λ= 800～1600 ×10 - 6) ,
B = μ0 H + J ≈ J 式 (10) 可变为
ΔL
≈
S
K·μ0
·B
2
(11)
因此在实际应用中 , 可采用测量超磁致伸缩材
料的磁感应强度来近似替代测量磁极化强度 , 对超
磁致伸缩材料的伸长量进行控制 。
图 2 是测量超磁致伸缩棒内的磁感应强度的原 理 。在导磁体与超磁致伸缩棒接触的截面上开了一
教育部高校博士点专项基金资助项目 (2000014109) 。 杨 兴 男 , 1974 年生 , 大连理工大学机械工程学院在读博士生 , 主要从事纳米技术 , 超精密加工及机电一体化方面的研究工作 , 1997 年 以来共发表论文 10 余篇 。 贾振元 男 , 1963 年生 , 大连理工大学机械工程学院副院长 , 工学博士 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事功能材料应用 、机电一体化 、快速 成型等方向的研究工作 , 发表论文 40 余篇 。
超磁致伸缩微位移驱动器的非线性迟滞建模及控制方法
超 磁 致 伸 缩微 位 移 驱 动 器 的非线 性 迟 滞建 模 及 控 制 方 法水
唐 志峰 吕福在
（ 江大 学现 代制造 工 程研 究所 浙
项 占琴
杭 州 ３ ２ ） ０ ７ １ ０
摘要 ：针对超磁致伸缩微位移驱动器 （ ＭＡ）的非线性迟滞特性 ，通 过密度 函数法和 ， 函数法建立 ＧＭＡ 的两种 Ｇ
a基本滞回算子尹甜嘞基本滞回算子的叠加图3经典prcisach模型经典preisach模型可以表示为6y式中加权函数也被称为权重函数密度函数或分布函数它的取值局限于口一平面上的三角形丁内称为preisach平面可表示为实际中口和不可能无限大因此属口不失一般性假定一屈0preisach平面区域如图4a所示三角形区域l在丁之外密度函数o在任意时刻r可以分为两个子区域若输入的初始状态f0屈则滞回算子输出一1这时整个三角形丁区域均为叫幻它对应于负饱和状态如图4b
量 程 内的 位 置 跟 踪 和 轨 迹 跟 踪 误 差 分 别 达 到 ３ ｍ、２ ｍ。 关键词：超磁致伸缩 迟滞 控制
中图分类号：Ｔ ｌ１． Ｔ ６ ． ｉｌ３１ Ｈ１ １ ６
ＧＭＭ 棒 所需 的预 压力 ，底 座和 端 盖通 过连 接杆 和
０ 前 言
精 密 驱 动 技 术 是 现 代 制 造 技 术 的 关 键 技 术 之
别采用开环、 普通 ＰＤ和带 Ｐｅｓｃ Ｉ ｒｉ ｈ前馈补偿 的 ＰＤ三种控制器对 Ｇ ａ Ｉ ＭＡ 的位置跟踪和轨迹跟踪两种控制 问题进行
试验研究 ， 结果表 明带 Ｐｅｓｃ ｒｉ ｈ前馈补偿 的 ＰＤ控制器可显著提 高 Ｇ ａ Ｉ ＭＡ的响应速度和跟踪精度 ， ＧＭＡ在 １０ｌ 使 ０ ａ ｍ
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第４卷 期 ３ 第６
超磁致伸缩材料驱动器的数学模型
超磁致伸缩材料驱动器的数学模型由于外界电磁脉冲的有效利用，超磁致伸缩材料驱动器具有良好的伸缩性能和耐用性，因此在加工机械和机械驱动系统中得到了越来越多的应用。
在计算机控制科学研究中，有关控制理论和算法问题都在探索中，其中，以超磁致伸缩材料驱动器建立数学模型是控制理论在该类驱动器上应用的一个重要前提。
超磁致伸缩材料驱动器是一种利用外界电磁脉冲通过改变超磁致伸缩材料的构型来实现物体的伸缩和控制的结构，典型示意图如图1所示。
它的工作原理是：首先，在设计好的初始位置上，将超磁致伸缩材料安装在驱动器芯轴上，使其处于低磁化状态。
然后，当电脉冲的大小、时间间隔、持续时间等参数给定后，就将带有超磁致伸缩材料的电芯轴置于高频交流磁场中，超磁致伸缩材料将随着外界信号改变构型，驱动芯轴进行伸缩，从而实现机械元件的控制。
（1）磁力学模型。
由于超磁致伸缩材料的构型变化由外界电磁脉冲引起，因此，超磁致伸缩材料驱动器的数学模型应以磁学原理为基础，其模型研究涉及电磁学、物理流体动力学和材料学等领域，从而可以得到关于超磁致伸缩驱动器的完整动力学分析。
（2）节律现存模型。
由于外界电脉冲的动作参数（如频率、脉冲宽度和数量）具有一定的时间周期性，因此，一般称之为节律现存的模型。
它可以利用微分方程式来表示节律性的变量，从而可以计算出节律参数之间的关系及节律参数作用下超磁致伸缩材料的构型变化（3）非线性动态模型。
由于超磁致伸缩材料的特性决定，其构型对外界电磁脉冲的变化都具有一定的非线性特性。
因此，建立超磁致伸缩材料驱动器的动态模型必须考虑以上非线性动态特性，并基于此，引入非线性动态模型以研究驱动器的动态响应规律。
综上，超磁致伸缩材料驱动器的数学模型可分为磁力学模型、节律现存模型和非线性动态模型三部分，它们均是超磁致伸缩材料驱动器控制理论的理论基础。
只有研究者能够准确掌握不同模型之间的关系，才能有效把握外界输入信号对超磁致伸缩材料驱动器的控制作用，从而为实际应用提供有效的支持。
超磁致伸缩作动器有限元建模与磁场
第45卷增刊22012年土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNALVol．452012基金项目:国家自然科学基金(51078142)、湖南省教育厅资助项目(11K026)作者简介:王修勇，博士，教授收稿日期:2012-05-21超磁致伸缩作动器有限元建模与磁场分析王修勇姚响宇孙洪鑫禹见达谢献忠(湖南科技大学，湖南湘潭411201)摘要:超磁致伸缩作动器(GMA )是一种新型的振动控制驱动器件，其内部磁场比较复杂。
通过建立GMA 的有限元模型，分析GMA 内部磁路的开闭路对超磁致伸缩材料(GMM )棒磁场的影响，对GMA 的导磁上下盖、导磁内壁和导磁体所用材料进行参数优化设计。
根据优化的参数制造GMA ，采用高斯计测量GMM 棒外径轴向磁场分布。
研究表明，GMA 磁场分布的有限元分析与实验结果一致，GMM 棒轴向磁场强度满足设计要求，磁场均匀性较好。
关键词:磁致伸缩作动器;有限元;相对导磁率;磁场强度中图分类号:TB381文献标识码:A文章编号:1000-131X (2012)S2-0172-05Finite element model of giant magnetostrictive actuator andits magnetic field analysisWang XiuyongYao XiangyuSun HongxinYu JiandaXie Xianzhong(Hunan University of Science and Technology ，Xiangtan 411201，China )Abstract :Giant Magnetostrictive Actuator (GMA )is a new type of the drive device of vibration control ，and its internal magnetic field is more complicated．The finite element model of GMA was established ，the effect of the opening or closing state of GMA internal magnetic circuit to the magnetic field of Giant Magnetostrictive Material (GMM )rod was analyzed．The material parameters of the upper and lower permeability cover the magnetic inner wall and the resistive magnet of GMA was optimized．GMA was made according to the optimization parameters ，and the axial magnetic field distribution of GMM rod outer diameter was measured by the Gauss Meter．The research had shown that the finite element analysis and experimental result of GMA magnetic field distribution almost coincided ，the axial magnetic field strength of GMM rod was satisfied the design requirements ，the uniformity of magnetic field was better．Keywords :magnetostrictive actuator ;finite element ;relative permeability ;magnetic field strength E-mail :xywang_cs@sina．com引言自20世纪70年代起，磁致伸缩材料得到了迅速发展，现在已被国际上包括我国在内的多个国家视为战略性功能材料，其应用面涉及到航空航天、机械、国防军工、电子、汽车等诸多领域。
超磁致伸缩力传感器的模型研究
,近
缩效应是指磁致伸 缩材料 在磁场作 用下具 有伸缩 的能力 , 。稀土超 磁致 磁致 伸缩逆 效应是 指
在一定磁场中给超 磁致伸 缩材料施 加外力 作用 , 其磁化 强 度发生变化的现象。应用超磁致伸缩材 料的这一特性可以 制作各种各样的器件 [ 6~ 11] , 如力或 应力传感 器。超磁 致伸 缩力传感器具有输 出功率 大、 抗 干扰能 力强、 过载 能力强、 寿命长、 适应恶劣工作环境、 适 于静态、 动态力测量、 工艺简 单 , 等优点 , 特别是寿命长、 对运行条件要求低的优点 , 很适
F ig 1 收稿日期 : 2007 - 01- 25 * 基金项目 : 河北省自然科学基金资助项目 ( E 2005000017 , 503028) ; 天津市自然科学基金资助项目 ( 05YF J M C 06000 ) 图 1 超磁致伸缩力传感器原理图 Principle diagram of giant m agnetostrictive force senso r
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传 感器与微系统 ( T ransducer and M ic rosyste m T echno log ies)
2007 年 第 26 卷 第 3 期
超磁致伸缩力传感器的模型研究
樊长在 , 杨庆新 , 闫荣格, 杨文荣, 刘福贵
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( 河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建国家重点实验室培育基地 , 天津 300130 ) 摘 要 : 磁致伸缩逆 效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要 应用特性 , 应用磁 致伸缩逆 效应可 以制作超 磁致伸缩力 传感器 , 基于能量变分原理 , 建立了超磁致伸缩力传感器的有限元模型。应用该模型计算了超 磁致伸缩力 传感器空气隙中的磁感应强度和磁致伸缩棒 上施加力 的关系 , 并与实验 值进行了 比较。计算 结果与实验 结果符合较好 , 表明建立的超磁致伸缩力传感器的有 限元模型是有效的。 关键词 : 稀土超磁致 伸缩材料 ; 磁致伸缩逆效应 ; 力传感器 ; 有限元模型 中图分类号 : T M 27 文献标识码 : A 文章编号 : 1000- 9787( 2007) 03- 0040- 03
基于神经网络的超磁致伸缩传感执行器磁滞模型
基于神经网络的超磁致伸缩传感执行器磁滞模型刘慧芳;贾振元;王福吉【摘要】依据超磁致伸缩材料Joule效应和Villari效应之间的耦合关系,提出一种超磁致伸缩传感执行器,该执行器利用Villari效应和Faraday效应产生的感应电动势驱动超磁致伸缩材料发生Joule效应而产生应变,给出了该传感执行器的结构和工作原理.为了解决材料的磁滞对超磁致伸缩传感执行器输出特性的影响,测量了在不同预紧力和最大工作电流作用下的磁滞回线,采用BP神经网络建立了磁化滞回模型.计算结果表明该模型能很好地描述在任意预紧力和最大工作电流等工作条件下的磁滞特性.%Based on the coupling relationship between Joule effect and Villari effect of the giant magnetostrictive materials, it proposed a giant magnetostrictive sensing actuator which used induced electromotive force generated by Villari effect and Faraday effect to drive giant magnetostrictive materials occurring Joule effect and generating strain.Its structure and working principle were presented herein.Meanwhile, in order to solve the hysteresis characteristics of the material in giant magnetostrictive sensing actuator, hysteresis loop under different pre-tightening force and maximum working current were measured.Moreover, it put forward establishing the magnetization hysteresis model of the giant magnetostrictive sensing actuator by BP neural networks.The calculation results show that the model can describe hysteresis characteristics under arbitrary pre-tightening force and maximum working current well.It provides evidence for hysteresis compensation of giant magnetostrictive sensing actuator.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2011(022)005【总页数】5页(P571-575)【关键词】超磁致伸缩;传感执行器;磁滞;神经网络【作者】刘慧芳;贾振元;王福吉【作者单位】大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116024;大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116024;大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TP183;TB381超磁致伸缩材料具有两种重要的物理效应:一是在外磁场作用下长度发生变化的Joule效应;二是对材料施加压力或张力,磁化强度随之改变的Villari效应[1]。