超磁致伸缩致动器参数设计及其特性研究

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超磁致伸缩材料是20世纪中期开始出现的一种新型功能材料,与传统的磁致伸缩材料相比具有磁致伸缩应变大、响应速度快、能量密度高等特点,因其优异的性能、良好的应用前景,一时间成了世界各国研究关注的热点。本文根据超磁致伸缩材料的性能特点及其在工业领域的应用特点,利用国产超磁致伸缩材料,在对以往微位移致动器研究的基础上,设计了一种精密控制的超磁致伸缩微位移致动器。文章主要在超磁致伸缩微位移致动器结构、驱动线圈电磁特性、温度抑制与补偿方法、驱动电源等方面进行了理论分析与设计。 在超磁致伸缩致动器的结构设计时,充分考虑到了闭合磁路的原则,这样能够大大减少漏磁,在激励电流相同的条件下,棒内磁场强度也有所提高。设计的线圈长度大于驱动棒长度,不仅保证了驱动棒所处磁场的均匀性,而且在获得相同强度的磁场时减小了稳定工作时的电流。本论文运用线圈形状优化设计方法对驱动线圈结构进行了优化设计,使线圈能在限定的尺寸下获得更高的电磁转化效率;通过对温度抑制与补偿机构原理与特点的对比讨论,笔者选择了简单易行的组合温控方法,结合软件补偿方法,基本上可以消除驱动线圈发热使构件产生热变形对输出位移的影响,从而保证其精度;在驱动电源设计中充分考虑了材料的特点,采用高效的开关调整型恒流源电路原理,并选择功率MOSFET设计了高频斩波功放电路,实验证明这种恒流源电路适于超磁致伸缩致动器的驱动,具有较高的稳定度。 在对超磁致伸缩微位移致动器进行结构设计及理论分析后,研究中利用制作的样机对致动器及数控恒流源进行了特性实验,包括静态特性实验和初步的动态特性实验,并在此基础上对实验数据进行了分析,从而提出了改进位移量输出线性度的几点措施。其中静态特性实验由预压力特性实验和静态位移输出特性实验组成,动态特性实验由阶跃响应输出特性实验、三角波信号响应特性实验组成。最后概括了全文的主要研究结论,并展望了今后需进一步开展的工作。
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