基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究

发布时间：2017-05-26 03:05

  本文关键词：基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在超精密加工、超精密测量/测试以及航空航天设备领域,对外界环境振动和设备自身振动的抑制、隔离是重要的研究课题之一,其常用的手段有被动、半主动和主动隔振。超磁致伸缩材料具有能量密度高、伸缩系数大(10-3量级)、响应时间极短、输出应力大、驱动电压低等特点,由这种材料驱动的执行器可以应用在主动隔/减振系统中。本论文的主要目的是在课题原有的超磁致伸缩微定位系统的基础之上,改进执行器的机械结构和驱动方式,改善控制系统,提高系统的动态输出性能。论文的主要内容包含以下三个部分:一、分析课题原有超磁致伸缩执行器(GMA)的不足,优化其驱动磁场结构和机械结构,设计由两个经典结构执行器组合而成的差动型GMA;二、分析单个执行器的动力学模型,并在此基础之上推导出差动型GMA的动力学模型,仿真分析负载等效刚度、负载质量对该执行器输出特性的影响,讨论组成差动结构的两个子执行器参数不对称对整体输出的影响,提出改善措施;三、引入动态Preisach模型,完成位移反馈PID控制和位移前馈-PID闭环复合控制仿真,搭建基于差动型GMA、电容位移传感器、功率放大器、PC机和PXI-8102采集板卡的控制系统,完成对差动型GMA的位移前馈-PID闭环复合控制,测试系统静态和动态输出性能。实验结果表明,超磁致伸缩微定位系统在18.5μm的行程范围内具有6nm的分辨力,单位阶跃响应时间达到5ms,在复合控制系统下可以实现200Hz内幅值为3μm的无滞后正弦位移输出,输出最大误差为0.6μm,最大负载质量为725g。
【关键词】：超磁致伸缩执行器 差动 复合控制 动态输出
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-11
• 1.2 GMA发展现状11-14
• 1.2.1 国外发展现状11-14
• 1.2.2 国内发展现状14
• 1.3 超磁致伸缩执行器磁滞建模方法发展现状14-16
• 1.4 课题来源与研究内容16-17
• 第2章 差动型超磁致伸缩执行器设计17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 超磁致伸缩执行器驱动磁场结构优化设计17-26
• 2.2.1 静态驱动磁场结构优化设计18-20
• 2.2.2 动态驱动磁场结构优化设计20-26
• 2.3 差动型超磁致伸缩执行器机械结构设计26-31
• 2.3.1 单执行器机械结构优化28-29
• 2.3.2 差动型GMA机械结构设计29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 差动型超磁致伸缩执行器动力学模型分析32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 单GMA动力学模型建立与仿真分析32-37
• 3.2.1 单GMA动力学模型推导32-33
• 3.2.2 负载等效阻尼系数Cl与等效刚度Kl的测量33-35
• 3.2.3 单GMA动力学模型仿真35-37
• 3.3 差动型GMA模型建立与仿真分析37-45
• 3.3.1 差动型GMA动力学模型推导37-39
• 3.3.2 单GMA的负载等效刚度Kl对差动型GMA影响的仿真分析39-41
• 3.3.3 差动型GMA的带负载能力理论分析41-42
• 3.3.4 差动型GMA的参数不对称影响分析42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 差动型超磁致伸缩系统控制方案设计与仿真分析46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 超磁致伸缩材料的双曲正切动态Preisach模型46-51
• 4.2.1 双曲正切动态Preisach算子46-49
• 4.2.2 GMA的双曲正切动态Preisach模型数值仿真49-51
• 4.3 基于前馈逆补偿的PID复合控制51-56
• 4.3.1 GMA的前馈逆补偿控制51-54
• 4.3.2 GMA的位移闭环控制54-55
• 4.3.3 GMA的位移复合控制55-56
• 4.4 控制系统搭建56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 差动型GMA系统实验与分析59-79
• 5.1 引言59
• 5.2 差动型GMA开环输出实验59-67
• 5.2.1 实体GMM棒与切片棒的动态特性对比实验60-62
• 5.2.2 差动型GMA静态位置开环跟踪能力测试62-63
• 5.2.3 差动型GMA开环动态输出特性测试63-65
• 5.2.4 差动型GMA带负载能力测试65-67
• 5.3 控制系统位移输出实验67-78
• 5.3.1 具有前馈补偿的动态位移输出测试67-71
• 5.3.2 位移闭环控制输出测试71-76
• 5.3.3 复合控制输出位移测试76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杜挺,张洪平,邝马华;稀土-铁系超磁致伸缩材料的应用研究[J];金属功能材料;1997年04期

2 唐兴龄;陶华;司朝润;张杰;;轴向开槽对改善超磁致伸缩材料线性度影响的研究[J];西北工业大学学报;2010年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李伟;双相对置超磁致伸缩驱动水压伺服阀的仿真分析[D];北京工业大学;2010年

  本文关键词：基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：395596