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由于超磁致伸缩材料(GMM)具有输出力大,应变系数大,机电耦合系数大,能量密度高,响应速度快和应用频率宽等优点,使得在精密驱动技术中,GMM的应用最为广泛。目前,超磁致伸缩驱动器(GMA)已广泛的应用于精密超精密加工、微加工、线性电机、液体动力系统、传感器和降噪减震系统等高技术领域。尤其是在高科技军工领域中,有着难以估量的应用前景,已被视为21世纪提高国家高科技综合竞争力的的战略性功能材料。 然而,由于GMA的强非线性,使得GMA的应用受到极大限制,而根据微磁学理论,由于铁磁体的磁畴所受应力不均匀以及磁畴结构(比如磁畴的形状、大小和磁畴之间不同的销连接点等)不同,会导致磁化过程中畴壁的移动和转动是不完全可逆的,这样会导致磁化过程中有一部分能量损失,从而产生磁滞。另外,GMM在通电的过程中,会产生涡流损耗、异常损耗等,也会产生一部分能量损失,从而导致非线性。另一部分非线性是由GMA结构的机械滞后所致。这样以来,不仅GMM在磁化的过程中存在着严重的磁滞非线性,而且外加磁场、磁化强度和GMM的输出位移之间也存在着非线性,使得GMA的应用受到很大阻碍。为了对GMA的输出进行精确和有效的控制,建立一种准确的能有效反应GMA磁滞和非线性的模型显得尤为重要。 本文所做工作主要如下: 1、以J-A模型为基础,考虑GMM的驱动磁场强度和机械应力之间的关系,建立超磁致伸缩材料的动态磁机耦合模型。在推导过程中,主要是以兰州大学郑晓静教授所建Z-L模型为原型,在其基础上进行精简改进得到,比原模型更为简单,更具有工程实用性。 2、对经典J-A模型的求解方法进行了探讨,分析了其优劣。在经典J-A模型的基础上,结合磁机耦合模型,建立了超磁致伸缩材料的准静态磁化强度模型;同时,在准静态磁化强度模型的基础上,又考虑了涡流、额外损耗、预应力等因素,建立了超磁致伸缩材料的动态磁化强度模型。 3、对引起不饱和小回线形状变化的关键因素进行分析,找出其变化规律,对动态磁化强度模型进行修订,建立适用于对称或不对称磁滞曲线中的不饱和状态迟滞小回线模型。 4、根据实验数据,运用粒子群优化算法的寻优算法,结合最小二乘法思想,对模型参数进行辨识,将辨识后的参数值回带到模型中,将所建模型与实验曲线进行对比,验证所建模型的正确性,并分析讨论实验误差。