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CAMOZZI康茂盛超磁致伸縮執(zhí)行器理論與研究
超磁致伸縮材料(簡稱GMM)是一種具有雙向可逆換能效應(yīng)的新型功能材料，利用其正效應(yīng)可制作執(zhí)行器(GMA)，利用其逆效應(yīng)可制作傳感器。GMA相比壓電類執(zhí)行器具有承載大、快速響應(yīng)、可靠性高、低壓驅(qū)動等特點，在精密定位、主動降噪減振、流體控制(泵、閥)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

CAMOZZI康茂盛超磁致伸縮執(zhí)行器理論與研究
以直動型GMA為對象，對GMA的設(shè)計、性能優(yōu)化和非線性遲滯控制進(jìn)行了研究，成功研制了超磁致伸縮精密微位移執(zhí)行器原型及GMA的綜合實驗平臺，其成果對GMM執(zhí)行器的設(shè)計和應(yīng)用具有普遍的指導(dǎo)意義；另外，研究了偏置條件對GMA的磁致伸縮逆效應(yīng)性能的影響，這對自感知GMA的設(shè)計有重要的參考價值，同時對自感知GMA的實現(xiàn)方法進(jìn)行了一些探索性的研究。介紹了現(xiàn)代執(zhí)行器的發(fā)展背景，綜合論述了國內(nèi)外超磁致伸縮材料的應(yīng)用和自感知執(zhí)行器的研究現(xiàn)狀，指出了目前GMA研究存在的一些問題，提出了選題意義，說明主要研究內(nèi)容。闡述了超磁致伸縮材料的基本特性，應(yīng)用磁疇理論對磁致伸縮現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，給出了小信號激勵環(huán)境下GMM的線性壓磁方程，分析了GMM的幾個關(guān)鍵參數(shù)的含義及其相互的。系統(tǒng)地闡明了直動型GMA的設(shè)計原理和方法，包括GMA的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、GMM棒的幾何參數(shù)設(shè)計及其橫截面上的磁場分布研究、線圈的幾何參數(shù)設(shè)計及優(yōu)化、磁路設(shè)計、預(yù)壓力裝置等，設(shè)計了一種線圈內(nèi)腔水冷式的GMA及其溫控系統(tǒng)。建立了基于虛擬儀器的GMA綜合實驗平臺。通過對GMA的靜態(tài)特性實驗研究，給出了預(yù)壓應(yīng)力、偏置磁場、負(fù)載等因素對GMA性能的影響規(guī)律；建立了集中參數(shù)的GMA動力學(xué)模型，通過頻響測量，得到了GMA的傳遞函數(shù)；實驗測量了GMA的電阻抗隨頻率變化的特性，得到了GMA的磁機(jī)轉(zhuǎn)換系數(shù)。不僅驗證了研制的GMA原型的部分設(shè)計指標(biāo)，對GMA的性能優(yōu)化和正確使用有重要的參考價值。首先闡明了經(jīng)典Preisach模型的概念，建立了GMA的兩種Preisach數(shù)值模型(密度函數(shù)法和F函數(shù)法)，研究表明F函數(shù)法的遲滯預(yù)測精度高于密度函數(shù)法，提出了一種Preisach模型的實時數(shù)字補償算法，建立了基于Preisach前饋補償模型的PID控制算法，實驗驗證了該方法相對于開環(huán)控制和普通PID可顯著提高GMA的響應(yīng)速度、位置跟蹤和軌跡跟蹤能力，使GMA原型達(dá)到了微位移控制的設(shè)計指標(biāo)。首先設(shè)計了一種實驗方法驗證了GMA中磁致伸縮逆效應(yīng)及GMA作力傳感器的可行性，揭示了偏置條件(預(yù)壓應(yīng)力和偏置磁場)對GMA的正效應(yīng)。根據(jù)末端執(zhí)行器的工作過程及其原理,將抓捕容差劃分為捕獲容差和拖動容差兩部分,通過分析影響大型末端執(zhí)行器抓捕容差的結(jié)構(gòu)因素,分別建立了末端執(zhí)行器捕獲容差和拖動容差的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型,并基于線性加權(quán)法和懲罰函數(shù)法獲得了抓捕容差*值,同時得到了末端執(zhí)行器本體相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù).

CAMOZZI康茂盛超磁致伸縮執(zhí)行器理論與研究
為了使CAMOZZI超磁致伸縮執(zhí)行器的抓捕操作性能得到zui大程度的發(fā)揮,不同于傳統(tǒng)的從機(jī)構(gòu)設(shè)計角度得到末端執(zhí)行器固定抓捕容差的方法,從優(yōu)化設(shè)計學(xué)的角度出發(fā),采用仿真研究方法進(jìn)行了抓捕容差優(yōu)化及抓捕性能實驗研究.實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性,證明本文提出的末端執(zhí)行器數(shù)學(xué)優(yōu)化模型合理,優(yōu)化算法正確.