一、稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究（论文文献综述）
徐冬[1]（2020）在《基于JA滞回模型的超磁致伸缩致动器非线性控制方法研究》文中认为随着汽车、航天航空、机床加工和轻工业等行业的飞速发展,对于零件的要求也越来越高,为了满足生产、应用的性能要求,对零件的加工精度的要求也日益增加。在部分零件的加工方法中,其核心是以Terfenol-D为代表的超磁致伸缩材料（GMM）加工制成的超磁致伸缩致动器（GMA）。该系统结构简单而不复杂、没有间隙、稳定性高,既能实现高精度加工,克服传统方法的缺点,同时,也能适用在复杂零件的加工中。然而,GMA由于是由稀土超磁致伸缩材料制成的零件,其本身具有滞回特性。同时,GMA的设计及应用涉及诸多学科:自动控制理论、非线性振动、电磁学、机械加工等。复杂的特性会导致GMA控制的位移精度不高,导致GMA的发展受到影响。因此,对于GMA的控制方法研究就显得尤为重要。为了解决上述问题,本文选择GMA为研究对象,并进行了以下工作:1.介绍了超磁致伸缩材料的发展历史、效应以及工作机理,随后介绍了工业上的相关应用。针对致动器的非线性特性,结合滞回模型和控制方法的研究现状,选择用JA模型来描述滞回模型,采用滑模控制与智能控制相结合的控制方法来实现对GMA的精密控制。2.根据压磁理论,同时考虑了温度变化和滞回非线性的影响,在Jiles-Atherton（JA）模型的基础上,建立了GMA外激励电流与驱动磁场的模型、激励磁场与磁化磁场的滞回模型、磁化磁场与应变的模型,最终得到一个完整的GMA动力学模型。然后采用Matlab仿真工具对动力学模型进行详细讨论,得到了不同参数对模型的影响。3.考虑GMA的滞回特性,采用与系统参数及扰动无关的滑模变结构控制方法来对GMA实现精确控制。首先采用基于趋近率的滑模控制方法,得到了较低的稳态误差,但是系统的抖振现象较为明显。然后采用具有鲁棒性的全局快速滑模控制,很好的减小了抖振现象。4.针对GMA模型中的不确定数值的扰动上界,采用能够以任意精度逼近的RBF神经网络,结合滑模控制方法,实现对干扰的上界进行自适应学习。然后提出了基于线性化反馈的自适应模糊滑模控制方法,利用模糊系统来逼近未知参数。仿真结果表明,将滑模控制与智能控制相结合的控制方法,既使得系统具有较好的控制精度,同时也削减了抖振现象,提高了系统的稳定性。图29表3参73
王安明[2]（2020）在《超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究》文中提出超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,GMM）是一种性能优越的功能材料,具有应变系数大、转换效率高、响应速度快、功率密度高、频率特性好、居里温度高等突出优点。应用GMM开发超磁致伸缩激振器,能够弥补机械式激振器的不足:振动频率低于200Hz,很难接近高刚度构件的固有频率;激振力不能平滑调节;采用电机驱动,可靠性低,寿命短。然而,长期以来,机械式激振器在振动时效领域占据主导地位,因此,研究超磁致伸缩激振器,对振动时效技术的进一步推广,加速振动时效设备更新换代乃至产业升级,具有重要意义。本文以超磁致伸缩激振器为研究对象,对其结构设计、系统建模、参数辨识、热损耗分析、热传导模型和响应特性进行了研究。设计了超磁致伸缩激振器的原理样机并进行了试验,研究成果对超磁致伸缩激振器的理论分析和工程设计具有指导意义,制作的原理样机在振动时效领域具有应用价值。研制了超磁致伸缩激振器。当动态磁场下的磁致伸缩系数很大时,需要的磁场强度也随之增加,驱动线圈的设计受到线圈匝数、电流大小、线圈电感和时间常数等因素的限制,激振器的工作频率难以满足设计要求,驱动线圈的功率损耗不能有效控制。为此,选取适当的磁致伸缩系数以缩小磁场强度的动态范围,增大GMM棒的横截面积以获得足够的输出力。驱动线圈采用减少匝数、增加线径、增大电流的设计方案,以减小电感、降低损耗。利用超磁致伸缩材料的倍频效应,不加偏置磁场,优化磁路结构。采用玻莫合金提高磁导率,以降低磁阻,减少漏磁,提高磁场均匀性。对驱动线圈的时间常数进行补偿,缩短响应时间,提高超磁致伸缩激振器的动态性能。建立了超磁致伸缩激振器的系统模型。超磁致伸缩激振器的系统建模包含磁致伸缩模型、磁化模型和结构动力学模型三部分。其中,磁致伸缩模型描述磁化强度与磁致伸缩系数的关系,应用二次畴转模型建立;磁化模型描述磁场强度与磁化强度的关系,由Jiles-Atherton模型建立,该模型物理含义明确,但包含5个待定参数;结构动力学模型由位移模型和激振力模型构成,运用牛顿第二定律建立。磁致伸缩模型、磁化模型和结构动力学模型相结合,能够清晰反映激振电流与激振力的关系。应用免疫遗传算法辨识了 Jiles-Atherton模型的待定参数。为避免参数设置不当引起种群早熟,致使搜索结果陷入局部最优,采用自适应策略,动态调整交叉概率和变异概率,应用免疫遗传算法对Jiles-Atherton模型进行参数辨识;以辨识结果为依据,基于最小二乘法,运用线性函数对磁场强度与磁化强度进行曲线拟合,建立了线性磁化模型以代替Jiles-Atherton模型,应用于超磁致伸缩激振器的控制,克服了 Jiles-Atherton模型求解过程复杂、不易工程应用的缺点,为激振电流-激振力控制提供参考依据。建立了散热器的热传导模型。在最高频率的动态磁场下,当GMM棒的直径一定时,考虑复数磁导率估算磁滞损耗,应用伽辽金加权余量有限元法估算涡流损耗,分析表明,磁滞和涡流是产生损耗的次要因素,电阻损耗是驱动线圈发热的主要因素。为了实现自然冷却,设计了环形肋片结构的铝质散热器,运用热力学第二定律,建立了散热器的热传导模型,并计算了散热效率。散热性能的仿真和试验结果显示,激振器的最高温度得到有效控制,设计的散热器能够保证激振器的稳定工作。验证了超磁致伸缩激振器系统模型的准确性。应用非正弦周期量的分析方法,以傅里叶级数前4项为激振电流的近似表达式,描述了激振电流、磁场强度、磁化强度、磁致伸缩系数、GMM棒输出力与激振力之间的关系,在激振器工作频率范围内,激振电流与激振力近似线性关系。试验表明,激振器阶跃响应的上升时间、峰值时间、响应时间、超调量和时间常数与理论分析相符。当激振电流在2.5～30A内变化时,磁场强度为1.5～31.5A/m,磁化强度为12.9～216.9A/m,激振力可在0.343～9.98kN内调节,最大激振力满足设计要求,验证了由磁致伸缩模型、线性磁化模型与结构动力学模型建立的超磁致激振器系统模型的准确性。
高鸿[3]（2020）在《超磁致伸缩驱动器设计与特性研究》文中进行了进一步梳理超磁致伸缩材料（Giant magnetostrictive materials,GMM）作为一种新型功能材料,因其具有居里温度高、磁-机械耦合系数高、频响特性好、磁致伸缩应变量值大等优点得到迅速发展,被广泛应用于驱动电液伺服阀、机械振动控制、能量收集、主动安装、电控喷油器及其他领域。超磁致伸缩驱动器（Giant magnetostrictive actuator,GMA）是基于GMM棒的焦耳效应,在驱动磁场的作用下,GMM棒能够产生轴向位移,来实现GMA位移和力的输出。然而,由于GMM棒本身具有磁滞现象,因而在GMA输入电流与输出位移之间存在着磁滞现象,严重破坏GMA的稳定性,如果GMA置于一个不稳定的工作过程中,对GMA系统的长期预测、控制成为不可能,严重阻碍GMA在机械、精密仪器等领域的应用。目前关于如何提高GMA稳定性的研究,多数集中于控制策略上,对GMA失稳的原因没有深入的研究,对GMA结构稳定性设计严重缺乏完整的理论指导。本文以GMM棒为核心元件设计了一款GMA,围绕GMA振动特性主要完成了以下研究工作:（1）磁路主要为GMA提供激励磁场与偏置磁场叠加的驱动磁场,驱动磁场强度直接影响GMA的输出位移。因此,GMA磁路的结构参数设计是提高电磁转换效率和充分发挥GMM棒特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀率作为评价标准和主要设计原则。在给定输出位移和输出力的基础上,分别对偏置磁场选取以及GMM棒、激励线圈、磁回路的结构参数进行设计。（2）依据磁路基尔霍夫定律、安培环路定律、高斯磁通定律及欧姆定律建立GMA磁路数学模型,推导出GMA磁路各部件的结构参数对GMM棒中轴线磁场强度的影响;使用Ansoft Maxwell软件对GMM棒中轴线上静态磁场强度分布进行有限元仿真,得出磁路各部件的结构参数、磁场强度大小和磁场强度均匀性间的映射规律;最后对GMA磁场理论计算与有限元仿真分析结果进行对比。结果表明GMA磁场分布更均匀,使均匀率提高到98.65%,验证设计的正确性。（3）基于非线性压磁方程、Jiles-Atherton（J-A）磁滞非线性模型、二次畴转模型和GMA结构动力学原理,建立了GMA磁滞非线性动力学方程;应用多尺度法分析GMA磁滞非线性动力学系统的主共振,得到该系统幅频响应曲线方程;使用MATLAB数值仿真分析该系统中不同等效阻尼系数、激励磁场强度、预应力、三次刚度项系数与输出响应幅值之间映射规律;采用多尺度法与奇异性理论,确定了该系统余维2的分岔特性;应用Melnikov函数法,求出该系统在Smale马蹄变换意义下出现混沌响应的阈值条件;并对该系统的数学模型进行数值模拟,得到该系统响应随激振力参数变化分岔图、最大Lyapunov指数图及相应的时域波形、相轨迹图、Poincaré图和幅值谱图;使用Adams软件进行实验仿真验证。研究结果表明:在给定GMA参数的条件下,在碟簧和激励线圈的作用下,GMA具有“跳跃”和磁滞现象;GMA系统在一定参数下存在着混沌现象。（4）在给定的GMA磁滞非线性动力学系统参数下,对该系统进行详细的数值模拟,通过求解该系统的响应随系统中各参数变化分岔图,确定该系统产生混沌时各参数的取值范围;采用4阶Runge-Kutta法绘制了该系统中各参数的时域波形、相轨迹图、Poincaré映射图和幅值谱图,并对四种图形进行分析。研究结果表明:系统阻尼系数在（0.05,0.215）,（0.38,0.43）,（0.51,0.55）,（0.61,0.765）和（0.765,1.00）之间为周期解;系统刚度系数在（0.07,0.48）,（0.735,0.765）,（0.835,0.865）和（0.865,1.00）之间为周期解;碟簧三次刚度项系数在（0.1,0.145）和（0.355,0.38）之间为周期解;激振力在（0.05,0.225）,（0.835,0.86）和（0.88,1.00）之间为周期解;激励频率在（0.465,0.59）,（0.645,0.67）和（0.72,1.00）之间为周期解。综上所述,本文对GMA设计与特性研究:建立了GMA磁滞非线性动力学系统分岔与混沌特性研究的理论基础;改变各参数可使该系统发生混沌运动,或者避免混沌运动,可以控制该系统的振动特性。该研究为GMA的结构设计和实际应用奠定基础;该结果为GMA结构稳定性设计提供理论依据和技术支持。
牛禹[4]（2020）在《稀土超磁致伸缩驱动器输出特性的影响研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着社会科技的进步,智能材料在各个领域的研究与应用愈来愈得到重视与发展。稀土超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Materials简称GMM）作为新型的智能材料,因其磁致伸缩系数远大于其他铁磁材料,广泛的应用于各种领域。稀土超磁致伸缩驱动器（Giant Magnetostrictive Actuator简称GMA）是以GMM棒为核心的驱动机构,利用GMM材料的磁致伸缩效应对外输出位移,具有输出力大、响应速度快、能量密度高、频率特性好等诸多优点,在微电子技术、现代医疗机械以及航天航空等领域得到快速发展,但GMA输出特性不足问题一直困扰着行业发展。本文首先从偏置磁场角度出发,研究施加偏置磁场的永磁体结构参数对驱动器性能的影响,其次对施加偏置磁场永磁体结构进行改进,最后设计了一款二级位移放大机构,主要内容与结论如下:（1）研究施加偏置磁场永磁体结构参数对驱动器性能的影响。利用有限元软件建立GMA仿真模型,设置仿真环境,以GMM棒磁场分布与驱动器输出位移作为评判标准,对比分析永磁体厚度与永磁体到线圈距离两个参数对驱动器性能的影响。结果表明:随着永磁体厚度的增加,改善了磁场分布规律,提升磁场均匀性,增大了输出位移;随着永磁体与线圈之间距离的增大,GMM棒中磁感应强度降低,输出位移减小,但磁场均匀性提高;综合考虑选取永磁体厚度为6mm,永磁体到线圈距离为1.5mm。（2）研究施加偏置磁场的永磁体结构分布对驱动器性能的影响。分析圆环状永磁体层数的变化对驱动器内磁场分布以及输出位移的影响,将圆环状永磁体按照中间多、两端少的分布原则改进,分析其对驱动器内磁场及输出位移的影响。利用有限元软件建立相应的驱动器模型,通过稳态及瞬态分析驱动器内磁场分布与输出位移的时域图。结果表明:随着圆环状永磁体层数的增加,GMM棒磁场均匀性和输出位移都呈现先增大后趋于平缓的趋势,对驱动器性能的影响逐渐减弱;改进圆环状永磁偏磁结构,GMM棒内磁场均匀性及其输出位移都有提高,即改进后的模型有利于提升磁致伸缩驱动器的性能。（3）针对磁致伸缩驱动器输出特性不足的情况,利用柔性铰链特性、杠杆原理与静力学平衡原理,设计了一款二级位移放大机构,用于驱动器输出位移的放大。基于柔性铰链的转动中心偏移量,推导出放大机构的放大率公式,给出了结构各尺寸参数,对该设计进行建模仿真,验证其结构合理性。结果表明:放大机构的放大率受柔性铰链宽度与圆弧切割部分尺寸的影响。放大率随比值S的增大呈现先增大后逐渐趋于平缓的趋势,柔性铰链圆弧切割部分的尺寸对放大率影响较大;放大率随宽度b的增大呈现逐渐减小后趋于稳定的趋势,柔性铰链宽度b对放大率影响较小。通过本文的研究,得到了施加偏置磁场永磁体结构对稀土超磁致伸缩驱动器性能的影响,以及设计了一款放大机构,在实际的应用中可以灵活使用永磁体结构,具有一定的指导作用。
杨均权[5]（2020）在《超磁致伸缩换能器阻抗匹配方法与实验研究》文中进行了进一步梳理随着稀土超磁致伸缩材料的应用与发展,超磁致伸缩换能器的输出功率、可控性与频率响应等众多性能都得到了显着的提高,引起了国内外学者的高度重视与广泛研究。然而超磁致伸缩换能器的阻抗特性十分复杂,实际工况中的大信号下的阻抗参数与小信号下的阻抗参数存在较大的差别。本文以低频大功率稀土超磁致伸缩换能器为研究对象,研究其在大信号下的阻抗特性及阻抗匹配理论与方法,为其与电源间能量的高效传递提供了重要的理论和实践指导。本文的主要工作和创新点主要体现在以下几个方面:（1）针对稀土超磁致伸缩换能器随频率与工况变化的复杂阻抗特性,对其阻抗匹配理论及设计方法进行了详细地阐述。单调谐静态阻抗匹配和双调谐静态阻抗匹配原理简单、容易实现;基于投切电容的动态阻抗匹配方法可以跟随换能器阻抗的变化;连续有源阻抗匹配方法可以实现快速、连续的动态阻抗匹配,仿真验证了有源阻抗匹配方法的准确性和有效性。（2）设计并搭建了纵振型超磁致伸缩换能器实验平台,模拟超磁致伸缩换能器的阻抗特性,并详细阐述了各个部件的设计理论和方法,同时,利用COMSOL有限元软件对该实验平台进行了磁场仿真分析和模态仿真分析,验证了其磁场设计和机械结构设计的合理性。（3）研究了基于FFT分析的相位差检测和阻抗测量方法,与经典的阻抗测量方法相比,可以实现大信号下换能器阻抗参数的快速扫频测量,并显着提高对谐波和噪声的抗干扰能力以及测量精度。根据该方法设计了基于Lab VIEW和数据采集卡NI6361的大信号阻抗扫频测量平台,对本文设计的超磁致伸缩换能器大信号下的阻抗特性进行了扫频测量,并与由阻抗分析仪得到的小信号阻抗参数进行了对比。（4）搭建了基于Lab VIEW+数据采集卡NI6361的电容投切动态阻抗匹配实验平台,其可以跟随换能器负载的变化,动态调整匹配网络的参数,始终保持功率放大器的高功率因数输出,实验结果验证了该方案的有效性。
高旭[6]（2020）在《超磁致伸缩致动器的设计与分析》文中研究表明超磁致伸缩材料作为一种新型的智能材料,因为其具有响应速度快、输出力大、应变量大、定位精度高等优点,广泛应用于磁一声换能器、磁-机驱动器、各种新型传感器以及制备薄膜材料的应用等领域,基于超磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩致动器是国内外的研究热点,已取得许多成果,但其还存在许多问题。在查阅了大量的文献资料后,本文针对致动器设计中尚存在的问题,在致动器的结构设计、磁场优化、性能分析等方面展开了研究和实验,同时对致动器的进一步优化做了理论设计。本文首先从精密加工领域智能材料的出现介绍课题背景,对比超磁致伸缩材料与其它智能材料的优势,然后详细介绍了磁致伸缩效应、超磁致伸缩材料的发展、特性以及应用前景。结合国内外超磁致伸缩致动器的研究现状和目前还存在的问题,提出研究的意义和主要研究内容。其次,分析了致动器的结构组成,阐述了致动器的工作原理和设计方法,并结合致动器设计过程中应该考虑的磁路结构、温控系统、预压装置等问题,提一套自己的设计方案,其中包括GMM棒的选择、激励线圈的计算、温控系统和预压装置的设计,得到致动器的设计简图。继而,介绍电磁场有限元法,通过有限元磁场仿真软件进行磁场仿真优化,分析了在不同磁路结构、不同螺线管长度、不同端部导磁块直径等情况下GMM棒轴向磁场强度和磁场均匀度,确定优化后的致动器结构。搭建了基于dSPACE系统的实验平台,对所设计的致动器进行性能测试,通过实验数据分析致动器的性能,验证设计的可行性并发现不足之处,提出了利用永磁体偏置磁场结构进一步优化致动器,分析对比四种永磁体结构,选择了磁场性能最好的圆筒形永磁体结构,并研究空气间隙、永磁体尺寸等因素对其磁场的影响。最后总结了全文的研究,并展望了下一步需要开展的工作。
张鑫[7]（2020）在《列车主动悬架系统中超磁致伸缩作动器的设计与研究》文中研究说明近年来,随着高速列车技术的日益普及,车速不断提高的同时伴随着车体疲劳应力的增加,不但影响乘客的乘坐体验,危险也随之上升,对高速列车运行安全性和平稳性造成不利影响。列车悬架系统作为列车减振的核心,将在其中起到关键作用。传统的悬架系统不能够兼顾车辆的平顺性和操稳性,主动悬架系统能够产生可调的主动控制力。超磁致伸缩作动器（Giant-Magnetostrictive-Actuator,GMA）作为列车主动悬架系统的重要部件,输出力的大小直接影响悬架系统的减振效果及在高速列车上的应用。针对传统的电动式作动器中存在的问题,本文采用新型超磁致伸缩材料（Giant magnetostrictive material,GMM）设计一种检测深度范围大、余振小、频带宽、输出力更大的作动器,并对其关键技术进行研究。首先,对引起车辆振动的原因进行系统的分析,介绍列车几种悬架系统针对作动器的研究进展,提出将GMA应用在列车主动悬架系统中的方案。在研究稀土-铁磁致伸缩材料的机理和GMA工作原理的基础上,推导出磁机耦合关系式;对GMA中GMM棒的尺寸、工作参数、磁路和预应力等进行了设计。偏置磁场的设计中,本文采用改进永磁铁的布置方式来提高偏置磁场的效能。磁路设计中,先设定作动器的最大输出位移,进而优化磁路,最终得到适用于作动器的结构尺寸。其次,对超磁致伸缩作动器进行了有限元仿真与磁场分析。对作动器进行了三维仿真分析,研究了不同导磁片厚度对GMM棒内磁场分布的影响,及GMM棒在涡流效应下不同激励频率对磁场分布的影响。最后,在分析主动悬架工作原理的基础上,建立GMA在主动悬架中的数学模型,在Matlab/Simulink中搭建GMA/列车主动悬架模型,用遗传算法优化模糊PID控制的方式对GMA进行了控制,并利用Simulink搭建作动器控制框图进行仿真分析,与普通遗传算法PID控制效果进行对比分析。通过仿真对比分析显示:所采用的基于遗传算法优化模糊PID控制器参数的方法可以有效提高系统控制效果。
张瞻[8]（2019）在《稀土超磁致伸缩致动器无管冷却的研究》文中进行了进一步梳理稀土超磁致伸缩致动器（GMA）是利用磁致伸缩效应进行工作的位移动力输出装置。因其伸缩量大、可靠性强等优点被大量应用于换能、驱动等工程领域,但GMA发热问题一直是行业难题。文章通过分析GMA工作时产生的磁滞损耗、涡流效应、线圈的电阻损耗等方面对发热原因进行说明,对现阶段GMA采用的热膨胀补偿、柔性支撑机构补偿、软件控制法、强制冷却温控、利用相变材料或半导体材料进行温度控制等多种温控方法进行介绍,并详细对比各温控措施的优缺点和适用场合。根据各方案的对比得出,现阶段GMA温控的研究主要是通过抑制热量扩散和将热量导出这两个方面进行解决。文章通过对应用较为广泛的强制水冷方案进行分析,提出一种无管冷却方式对GMA内的热源进行温控处理。采用分析模型、提出创新型方案、ANSYS仿真实验和数据的正交实验等方法对无管冷却系统内影响温控效率的各个因素进行研究与分析。研究结果发现GMA内部存在大量无效空间,有很多方案的冷却系统与热源的接触方式属于点与面或者点与点的接触,这直接导致采用强制水冷方法进行冷却的效率大幅度降低,因此本课题针对这一问题设计出一种无管冷却的方式,增大了冷却液的冷却面积,使冷却效率得到提升。在研究的过程中,冷却系统中的冷却液采用不导电的纯水进行冷却,防止漏电等危险发生,建模过程中针对冷却液在系统的均匀分布做了优化设计。对优化的方案模型进行仿真分析。利用ANSYS仿真软件对冷却液的流速和压强,冷却系统中冷却液出入口大小做了详细的研究,得出冷却液流速的改变对GMA内部温度的影响,并选用冷却液流速为1.2m/s的情况下,冷却效率比较合理且对能量的消耗也是最低的;得出冷却液出入口直径的改变对GMA内部温度的影响,冷却液出入口直径为10mm时,GMM棒正处于工作时的最佳温度,此时GMA工作效率最高且输出位移最大;对冷却系统内的压强来说对GMA内的温度影响很小等重要结论。通过冷却液各物理因素对GMA内部温度影响的研究,利用SPSS软件对所得的仿真数据进行正交实验和交互实验,最终得到流速与出入口大小的改变对GMA内部温度影响较大,而冷却液压强对GMA内部温度影响较小,验证了仿真实验中的结论。通过两两交互实验得出在整个致动器的冷却系统,流速为1.2m/s、压强为1000Pa、入口处直径为10mm时冷却效率最佳。最后探讨了在整个冷却系统中的密封性和绝缘性的问题,利用密封垫片对壳体进行密封,软木塞对线圈出口进行密封,确保整个装置的密封性良好。研究形成了一套较为完整的研究GMA温控措施的创新方案,研究为工程实践提供理论数据支撑,实现对致动器温控研究的进一步探索,本课题对稀土超磁致伸缩致动器的温控研究有借鉴意义。
杨桐桐[9]（2014）在《超磁致伸缩谐波电机驱动器特性研究》文中认为超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,简称GMM）是一种能将磁-机-电能相互转换的新型功能材料,具有频率响应范围广、输出力大、精度高、机磁（电）耦合系数大、响应速度快、可靠性高等优点,是一种优良的机电能量转换耦合媒介。谐波齿轮传动技术是随航天技术的发展而产生的一种新型传动技术,目前已广泛应用于各工业领域。但普通谐波传动装置存在轴向尺寸偏大、空间占用较多、高速运转时系统转动惯量大、不具有调速和静止力矩保持功能等缺点。基于此,提出超磁致伸缩谐波电机传动方案,将谐波齿轮传动原理与超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能相结合,利用GMM的磁致伸缩变形驱动柔轮产生周期性的径向变形,实现柔轮与刚轮的啮合传动,从而形成全新的结构紧凑、惯量低、响应快、分辨率高、效率高和控制方便的低速大扭矩动力单元。本文对超磁致伸缩谐波电机驱动器特性进行了研究,具体研究内容如下：（1）结合GMM的优良性能和目前谐波齿轮传动存在的问题提出超磁致伸缩谐波电机传动方案,并阐述了其传动原理。（2）以GMM的磁致伸缩机理为基础,研究了GMM棒的力-位移输出特性；针对160型谐波电机波发生器结构尺寸限制以及一定规格的GMM棒,对超磁致伸缩致动器进行了设计研究；建立了致动器的几何模型,采用ANSYS对其电磁场进行了有限元分析,根据有限元分析结果拟合出GMM棒的磁致伸缩位移曲线；致动器静态位移特性实验曲线与拟合曲线基本一致,验证了有限元分析的可靠性及致动器结构的合理性。（3）基于帕斯卡原理设计了微位移液压放大器的结构形式,分析了不同结构形式放大器的优缺点,最终确定了以柔性铰链膜片为输入端、金属波纹管为输出端的微位移液压放大器结构方案,并确定了放大器的结构参数；设计了放大器专用注油装置；考虑放大器油液介质压缩特性和温升特性,建立放大器输入输出位移数学模型,研究了其位移输出特性。放大器输出实验曲线与理论曲线基本一致,验证了放大器结构的合理性。（4）搭建了超磁致伸缩谐波电机驱动器实验平台。对超磁致伸缩致动器进行了预压机构标定实验、温升特性实验、静动态位移输出特性实验以及负载特性实验研究；对超磁致伸缩驱动器进行了静动态位移输出特性实验研究。通过以上分析研究,得到具有一定输出性能的超磁致伸缩谐波电机驱动器。研究成果为超磁致伸缩谐波电机驱动器进一步优化设计提供了数据参考,为超磁致伸缩谐波电机的研制奠定了关键技术支撑。
张成明[10]（2013）在《超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用》文中研究指明超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material-简称GMM）是一种具有双向可逆能量转换特性的智能材料。基于超磁致伸缩材料的致动器（GiantMagnetostrictive Actuator-简称GMA）相比传统结构型致动器，具有高精度、高速度、高可靠等特点。在精密运动控制、主动减振、精密流体控制等技术领域具有广阔的应用前景。本文以基于超磁致伸缩材料的致动器为研究对象，对超磁致伸缩材料基本电磁参数耦合规律、等效电路模型以及超磁致伸缩致动器的高均匀驱动磁场设计方法和动态损耗理论进行了研究。研制了不同结构的致动器原理样机，搭建了综合实验平台。研制了超磁致伸缩流量控制阀门（GiantMagnetostrictive Valve-简称GMV）并进行了试验测试。研究成果对超磁致伸缩材料致动器的设计和应用具有普遍指导意义，研制的超磁致伸缩阀门微流量控制领域具有现实应用价值。以磁致伸缩材料的线性压磁方程为出发点，基于自由能极小原理和磁畴偏转理论，推导了简化的超磁致伸缩材料应力-应变线性关系数学方程，直观表达出材料的电磁参数与输入激励之间的耦合规律，并定性地进行了试验分析验证。建立了超磁致伸缩材料的集总参数等效电路模型闭合磁回路下GMA等效电路模型，直观的表达了材料工作过程中宏观位移输出与外电路激励参数之间的耦合规律。在分析总结超磁致伸缩材料致动器磁路结构特点的基础上，利用等效磁路法对不同磁路结构螺线管线圈的驱动磁场变化规律进行了研究分析，得到了螺线管几何尺寸和磁路结构对驱动磁场均匀性和驱动效率的影响制约关系。研究结果表明：闭合磁路结构下，驱动线圈与磁致伸缩材料棒轴向长度一致时，材料棒的轴向磁场分布均匀性最好。导磁块的接触面直径对材料棒端部径向磁场分布规律影响最大。采用分段电流驱动的方式可以有效的改善材料棒轴向磁场均匀性，但是实现起来较困难。结合超磁致伸缩材料致动器的等效电路模型，推导了致动器电感参数的解析表达式。考虑磁致伸缩材料工作过程中磁导率变化特性，利用有限元方法分析了GMA电感参数的变化规律。进一步建立完善了GMA高均匀性驱动磁场和稳定电磁参数的优化设计准则。针对超磁致伸缩致动器中的基础热问题展开研究。基于磁畴偏转理论建立完善了超磁致伸缩材料磁化曲线的数值计算方法。对超磁致伸缩材料动态励磁条件下的磁场建立过程和损耗进行了分析计算，明确了超磁致伸缩致动器动态励磁下的各种损耗分配规律并进行仿真计算和分析。在此基础上，研究总结了超磁致伸缩致动器中的热传递、热平衡以及温升特性规律。研究结果表明：超磁致伸缩致动器的驱动频率将影响材料中的磁能损耗，导致超磁致伸缩致动器内部温度分布规律发生改变。低频下，磁致伸缩材料棒的端部温度高于中间位置；而高频下，材料棒中间位置的温度高于端部温度。最后，研制了基于超磁致伸缩材料的致动器。设计了专用驱动电流源，构建了GMA综合测试平台。针对GMA静态、动态位移输出特性进行了试验测试分析。结果表明GMA的动态响应取决于驱动电流源的响应时间，由于动态磁滞和涡流效应的影响，随着驱动电流频率的增加，GMA输出位移略有降低。研制了两种采用不同形状GMM棒的超磁致伸缩阀门。测试结果表明在稳态流量相同的情况下，具有位移放大机构的GMV较传统电磁阀的响应时间提高了近15倍；内部冷却型GMV单次开关的流量仅为0.0099g/s，结合PWM控制技术，非常适合在高压、高速、高精度的流量控制系统中应用。
二、稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究（论文提纲范文）
（1）基于JA滞回模型的超磁致伸缩致动器非线性控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超磁致伸缩材料概述 |
| 1.1.1 超磁致伸缩材料的发展历史 |
| 1.1.2 超磁致伸缩材料的效应 |
| 1.1.3 超磁致伸缩材料工作机理 |
| 1.1.4 超磁致伸缩材料的应用 |
| 1.2 超磁致伸缩致动器的研究现状 |
| 1.2.1 致动器的非线性特性 |
| 1.2.2 致动器滞回模型研究现状 |
| 1.2.3 致动器控制方法研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容及意义 |
| 2 GMA系统建模与分析 |
| 2.1 致动器结构及工作原理 |
| 2.2 超磁致伸缩致动器动力学模型 |
| 2.2.1 外激励电流与磁场关系模型 |
| 2.2.2 激励磁场与磁化磁场滞回关系模型 |
| 2.2.3 磁化磁场与磁致伸缩应变关系模型 |
| 2.2.4 致动器动力学模型 |
| 2.3 模型验证 |
| 2.4 动力学仿真分析 |
| 2.4.1 输出响应 |
| 2.4.2 负载等效阻尼的影响 |
| 2.4.3 负载等效刚度的影响 |
| 2.4.4 温度的影响 |
| 2.5 小结 |
| 3 基于全局快速滑模的GMA控制技术研究 |
| 3.1 滑模变结构控制基本原理 |
| 3.1.1 模态定义及数学表达 |
| 3.1.2 滑模控制定义 |
| 3.1.3 滑模控制器设计基本方法 |
| 3.2 基于趋近率的滑模控制器的设计 |
| 3.2.1 基于趋近率的仿真研究 |
| 3.3 具有鲁棒性的全局快速滑模控制 |
| 3.3.1 全局快速滑模控制器的设计 |
| 3.3.2 基于快速滑模控制的仿真研究 |
| 3.4 小结 |
| 4 基于智能控制的GMA控制技术研究 |
| 4.1 神经网络滑模控制思想 |
| 4.2 RBF神经网络控制器设计 |
| 4.2.1 RBF网络结构与算法 |
| 4.2.2 GMA系统描述 |
| 4.2.3 RBF神经网络的滑模控制器设计 |
| 4.2.4 仿真分析 |
| 4.3 基于线性化反馈的自适应模糊滑模控制 |
| 4.3.1 线性化反馈方法 |
| 4.3.2 滑模控制器设计 |
| 4.3.3 自适应模糊滑模控制器设计 |
| 4.3.4 仿真分析 |
| 4.4 小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及读研期间主要科研成果 |
（2）超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 振动时效技术机理 |
| 1.3 振动时效技术设备 |
| 1.4 激振器概述及机械式激振器分析 |
| 1.4.1 激振器概述 |
| 1.4.2 机械式激振器的性能分析 |
| 1.5 超磁致伸缩器件的研究现状 |
| 1.5.1 典型的超磁致伸缩材料 |
| 1.5.2 超磁致伸缩材料的应用领域 |
| 1.5.3 超磁致伸缩器件的研究现状 |
| 1.5.4 超磁致伸缩激振器的关键技术 |
| 1.6 研究内容和技术路线 |
| 1.6.1 研究内容 |
| 1.6.2 技术路线 |
| 2 超磁致伸缩激振器的结构设计 |
| 2.1 超磁致伸缩材料的工作机理 |
| 2.1.1 磁致伸缩的主要原因 |
| 2.1.2 场致变形的微观过程 |
| 2.2 超磁致伸缩材料的物理效应及主要参数 |
| 2.3 超磁致伸缩激振器设计的关键问题 |
| 2.3.1 激振器的设计流程和基本结构 |
| 2.3.2 驱动磁场类型及频率 |
| 2.3.3 激振器的性能指标与总体结构 |
| 2.4 GMM棒的几何参数及预紧机构设计 |
| 2.4.1 超磁致伸缩材料及其预压应力 |
| 2.4.2 GMM棒的几何参数 |
| 2.4.3 考虑涡流损耗的GMM棒体选型 |
| 2.4.4 预紧机构设计 |
| 2.5 驱动线圈设计与分析 |
| 2.5.1 驱动线圈的结构设计 |
| 2.5.2 驱动线圈的参数分析 |
| 2.6 磁路分析与设计 |
| 2.6.1 磁路设计 |
| 2.6.2 磁路的有限元分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 超磁致伸缩激振器的系统建模 |
| 3.1 磁致伸缩模型 |
| 3.2 磁化模型 |
| 3.3 磁滞非线性方程及其局部线性化 |
| 3.3.1 磁滞非线性方程 |
| 3.3.2 非线性方程的局部线性化 |
| 3.4 激振器的结构动力学建模 |
| 3.4.1 超磁致伸缩激振器的力学模型 |
| 3.4.2 超磁致伸缩激振器的数学模型 |
| 3.5 超磁致伸缩激振器的Simulink仿真 |
| 3.5.1 激振器的仿真模型 |
| 3.5.2 激振器的仿真结果分析 |
| 3.6 结构参数对激振器动态性能的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 超磁致伸缩激振器的参数辨识 |
| 4.1 模型参数辨识原理 |
| 4.1.1 连续模型的离散化 |
| 4.1.2 参数辨识目标 |
| 4.2 差分进化算法 |
| 4.2.1 差分进化算法设计 |
| 4.2.2 差分进化算法流程 |
| 4.3 免疫遗传算法 |
| 4.3.1 免疫遗传算法的自适应策略 |
| 4.3.2 免疫遗传算法设计 |
| 4.3.3 免疫遗传算法流程 |
| 4.4 辨识结果分析 |
| 4.4.1 首次辨识结果 |
| 4.4.2 重复辨识结果 |
| 4.5 磁化模型的线性化 |
| 4.5.1 磁滞回线的特征 |
| 4.5.2 磁化模型的线性化 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 激振器的热损耗分析与热传导模型 |
| 5.1 动态条件下的磁场分布 |
| 5.1.1 磁化过程中的能量关系 |
| 5.1.2 磁场强度与磁导率 |
| 5.2 GMM棒的磁滞损耗 |
| 5.3 GMM棒的涡流损耗 |
| 5.3.1 GMM棒的涡流模型 |
| 5.3.2 涡流模型的有限元求解 |
| 5.4 散热器的热传导模型与仿真 |
| 5.4.1 驱动线圈的传热方式 |
| 5.4.2 散热器的热传导模型 |
| 5.4.3 散热性能仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 超磁致伸缩激振器的分析与试验 |
| 6.1 激振电流与激振力的关系 |
| 6.2 激振器的响应特性分析 |
| 6.2.1 激振器的暂态响应 |
| 6.2.2 激振器的稳态响应 |
| 6.2.3 驱动线圈的阶跃响应 |
| 6.3 超磁致伸缩激振器的试验 |
| 6.3.1 预压应力试验 |
| 6.3.2 激振器的阶跃响应试验 |
| 6.3.3 幅频特性和相频特性试验 |
| 6.3.4 激振力试验 |
| 6.3.5 散热性能试验 |
| 6.3.6 超磁致伸缩激振器的应用 |
| 6.4 超磁致伸缩式与机械式激振器的对比 |
| 6.4.1 两种形式激振器的结构原理 |
| 6.4.2 激振器的频率-激振力特性 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 主要参数的名称、符号及单位 |
| 附录B 超磁致伸缩激振器原理样机 |
| 附录C 超磁致伸缩激振器驱动系统实验装置 |
| 附录D 振动时效控制系统运行界面 |
| 附录E 振动时效控制系统程序框图 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（3）超磁致伸缩驱动器设计与特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 超磁致伸缩材料概述 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料的发展 |
| 1.2.2 超磁致伸缩材料特性 |
| 1.2.3 超磁致伸缩材料非线性特性 |
| 1.3 超磁致伸缩驱动器数学模型的研究现状 |
| 1.4 研究目的及意义 |
| 1.4.1 选题目的 |
| 1.4.2 研究意义 |
| 1.5 课题研究内容 |
| 2 超磁致伸缩驱动器设计 |
| 2.1 GMA的结构与工作原理 |
| 2.2 GMM棒参数设计与选型 |
| 2.3 GMA的偏置磁场选取 |
| 2.4 GMA激励线圈的设计 |
| 2.4.1 影响激励线圈参数的因素 |
| 2.4.2 激励线圈的设计 |
| 2.5 磁回路设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 GMA磁场有限元仿真分析 |
| 3.1 GMA磁场有限元模型的建立 |
| 3.2 参数和边界条件设置 |
| 3.3 磁路结构参数对GMM棒内部磁场强度大小和均匀性的影响 |
| 3.4 仿真结果分析 |
| 3.4.1 导磁环对GMM棒中轴线磁场强度影响 |
| 3.4.2 导磁片对GMM棒中轴线磁场影响 |
| 3.4.3 永磁体对GMM棒中轴线磁场影响 |
| 3.5 理论计算与仿真结果比较 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 GMA磁滞非线性动力学特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GMA磁滞非线性动力学模型建立 |
| 4.3 GMA磁滞非线性动力学系统主共振分析 |
| 4.3.1 GMA磁滞非线性动力学系统主共振数学模型 |
| 4.3.2 数值模拟 |
| 4.4 GMA磁滞非线性动力学系统分岔与混沌特性分析 |
| 4.4.1 GMA磁滞非线性系统分岔响应方程 |
| 4.4.2 GMA磁滞非线性动力学系统混沌响应方程 |
| 4.4.3 数值模拟 |
| 4.4.4 Adams仿真实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 GMA磁滞非线性动力学系统的分岔与混沌数值模拟 |
| 5.1 系统阻尼系数变化时系统的分岔特性和通向混沌的途径 |
| 5.2 系统刚度系数变化时系统的分岔特性和通向混沌的途径 |
| 5.3 碟簧三次刚度项系数变化时系统的分岔特性和通向混沌的途径 |
| 5.4 激振力变化时系统的分岔特性和通向混沌的途径 |
| 5.5 激励频率变化时系统的分岔特性和通向混沌的途径 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（4）稀土超磁致伸缩驱动器输出特性的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题研究背景 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.1.3 研究现状 |
| 1.2 稀土超磁致伸缩材料特性及其应用 |
| 1.2.1 磁致伸缩现象 |
| 1.2.2 稀土超磁致伸缩材料特性 |
| 1.2.3 稀土超磁致伸缩材料的应用 |
| 1.3 稀土超磁致伸缩驱动器研究 |
| 1.3.1 稀土超磁致伸缩驱动器结构及工作原理 |
| 1.3.2 超磁致伸缩驱动器的理论研究 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 稀土超磁致伸缩驱动器偏置磁场的选择 |
| 2.1 有限元软件介绍 |
| 2.2 GMA偏置磁场及倍频效应分析 |
| 2.2.1 倍频效应分析 |
| 2.2.2 常用的偏置磁场施加方式 |
| 2.3 GMA磁场分析及有限元模型的建立 |
| 2.3.1 磁场理论分析 |
| 2.3.2 GMA有限元模型的建立 |
| 2.4 GMA施加偏置磁场永磁体结构分析 |
| 2.4.1 永磁体厚度的分析 |
| 2.4.2 永磁体到线圈距离的分析 |
| 2.4.3 最佳结构模型分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 偏置磁场对稀土超磁致伸缩驱动器的影响 |
| 3.1 驱动器永磁体结构分析 |
| 3.1.1 圆筒状永磁体改进结构分析 |
| 3.1.2 有限元模型的建立与仿真分析 |
| 3.2 圆环状永磁体层数对驱动器性能的影响 |
| 3.2.1 圆环状永磁体层数对GMM棒磁场的影响 |
| 3.2.2 圆环状永磁体层数对GMA输出特性的影响 |
| 3.3 圆环状永磁体分布规律对驱动器性能的影响 |
| 3.3.1 永磁体分布规律对驱动器磁致伸缩棒中磁场的影响 |
| 3.3.2 永磁体分布规律对驱动器输出特性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 稀土超磁致伸缩驱动器放大机构的设计与仿真 |
| 4.1 驱动器放大机构的设计 |
| 4.1.1 结构及工作原理 |
| 4.1.2 柔性铰链 |
| 4.1.3 放大率计算 |
| 4.2 驱动器放大机构的设计 |
| 4.2.1 有限元模型的建立 |
| 4.2.2 边界条件的设置 |
| 4.2.3 柔性铰链尺寸对放大机构的影响 |
| 4.3 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与期望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 工作期望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（5）超磁致伸缩换能器阻抗匹配方法与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 稀土超磁致伸缩换能器的研究现状 |
| 1.2.1 稀土超磁致伸缩材料的发展及其特性 |
| 1.2.2 超磁致伸缩换能器研究及应用现状 |
| 1.3 换能器阻抗匹配研究现状 |
| 1.3.1 换能器阻抗匹配的作用和意义 |
| 1.3.2 换能器阻抗匹配的研究现状 |
| 1.4 换能器阻抗测量研究现状 |
| 1.4.1 经典阻抗测量方法简介 |
| 1.4.2 相位差检测研究现状 |
| 1.5 论文的主要工作 |
| 第2章 超磁致伸缩换能器阻抗匹配方法 |
| 2.1 静态阻抗匹配 |
| 2.1.1 单调谐静态阻抗匹配 |
| 2.1.2 双调谐静态阻抗匹配 |
| 2.2 动态阻抗匹配 |
| 2.2.1 动态阻抗匹配的拓扑结构与原理 |
| 2.2.2 电容投入暂态过程分析 |
| 2.3 有源阻抗匹配 |
| 2.3.1 有源阻抗匹配网络的拓扑结构 |
| 2.3.2 功率放大器及有源阻抗匹配网络的控制方法 |
| 2.3.3 有源阻抗匹配网络的仿真结果分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 稀土超磁致伸缩换能器实验平台的设计及其有限元仿真 |
| 3.1 影响稀土超磁致伸缩换能器性能的几个重要因素 |
| 3.1.1 倍频效应 |
| 3.1.2 涡流效应 |
| 3.1.3 预应力效应 |
| 3.2 总体结构设计 |
| 3.3 驱动元件设计 |
| 3.4 磁路与线圈设计 |
| 3.4.1 磁路设计 |
| 3.4.2 交流线圈与偏置磁场设计 |
| 3.5 预应力结构设计 |
| 3.6 超磁致伸缩换能器的有限元分析 |
| 3.6.1 磁场有限元仿真分析 |
| 3.6.2 振动模态有限元分析 |
| 3.7 超磁致伸缩换能器实验平台实物图 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 超磁致伸缩换能器阻抗测量及动态阻抗匹配 实验平台 |
| 4.1 基于LabVIEW的超磁致伸缩换能器阻抗测量实验平台 |
| 4.1.1 超磁致伸缩换能器阻抗特性 |
| 4.1.2 基于FFT分析的相位检测及直接阻抗测量方法 |
| 4.1.3 超磁致伸缩换能器大信号阻抗扫频测量实验平台设计 |
| 4.2 基于Lab VIEW的超磁致伸缩换能器的动态阻抗匹配实验平台 |
| 4.2.1 动态阻抗匹配实验平台硬件设计 |
| 4.2.2 动态阻抗匹配实验平台软件设计 |
| 4.2.3 动态阻抗匹配网络实验结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间获得的研究成果 |
| 附录B 阻抗测量系统及动态阻抗匹配实验平台Lab VIEW程序框图 |
（6）超磁致伸缩致动器的设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 精密加工 |
| 1.1.2 智能材料的发展与研究现状 |
| 1.1.3 SMA、PZT、GMM的发展历史与特点 |
| 1.2 磁致伸缩效应及超磁致伸缩材料的应用 |
| 1.2.1 磁致伸缩效应 |
| 1.2.2 磁致伸缩的产生机理 |
| 1.2.3 磁致伸缩材料的发展 |
| 1.2.4 超磁致伸缩材料的特性与应用前景 |
| 1.3 超磁致伸缩致动器研究现状 |
| 1.4 本论文的研究意义与内容 |
| 1.4.1 存在的主要问题 |
| 1.4.2 研究的意义 |
| 1.4.3 主要研究内容 |
| 第2章 超磁致伸缩致动器的结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超磁致伸缩致动器的结构及工作机理 |
| 2.3 超磁致伸缩致动器的设计分析 |
| 2.3.1 超磁致伸缩致动器的设计方法介绍 |
| 2.3.2 超磁致伸缩致动器的设计应考虑的问题 |
| 2.4 超磁致伸缩致动器的结构及磁路设计 |
| 2.4.1 超磁致伸缩棒选择 |
| 2.4.2 磁场及线圈尺寸计算 |
| 2.4.3 超磁致伸缩棒轴向预压力的设计 |
| 2.4.4 温升控制结构的设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 超磁致伸缩致动器的磁路优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 用ANSYS软件进行磁场仿真 |
| 3.2.1 电磁场有限元分析简介 |
| 3.2.2 有限元分析方法特点 |
| 3.2.3 电磁场有限元分析 |
| 3.3 磁路结构的优化 |
| 3.3.1 磁路简化 |
| 3.3.2 不同磁路结构的轴向磁场分布特性 |
| 3.3.3 螺线管线圈轴向长度对GMM棒轴向磁场均匀性的影响 |
| 3.3.4 端部导磁块直径对磁场均匀性影响 |
| 3.4 超磁致伸缩致动器磁场有限元分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超磁致伸缩致动器的实验与分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验平台及实验结果 |
| 4.2.1 实验平台搭建 |
| 4.2.2 实验结果分析 |
| 4.3 永磁体式偏置磁场 |
| 4.3.1 永磁体结构介绍 |
| 4.3.2 永磁体偏置磁场仿真 |
| 4.3.3 空气间隙对圆筒形永磁体结构偏置磁场的影响 |
| 4.3.4 永磁体尺寸对圆筒形永磁体结构偏置磁场的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）列车主动悬架系统中超磁致伸缩作动器的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究发展现状 |
| 1.2.1 稀土超磁致伸缩材料的发展现状及性能优势 |
| 1.2.2 稀土超磁致伸缩作动器的研究现状 |
| 1.2.3 列车主动悬架减振系统的研究及应用现状 |
| 1.3 论文主要研究内容和结构安排 |
| 2 超磁致伸缩作动器的结构设计 |
| 2.1 超磁致伸缩作动器适配列车主动悬架的可行性 |
| 2.1.1 超磁致伸缩作动器的设计原则 |
| 2.1.2 超磁致伸缩作动器的设计要求 |
| 2.1.3 可行性分析 |
| 2.2 稀土-铁磁致伸缩材料的工作特性 |
| 2.2.1 超磁致伸缩机理 |
| 2.2.2 超磁致伸缩材料的工作特性 |
| 2.3 超磁致伸缩作动器结构设计 |
| 2.3.1 超磁致伸缩材料的总体结构设计 |
| 2.3.2 超磁致伸缩棒的选型 |
| 2.3.3 作动器预压机构的设计 |
| 2.3.4 位移放大机构设计 |
| 2.3.5 驱动线圈设计 |
| 2.3.6 驱动电源控制系统设计 |
| 2.4 超磁致伸缩作动器磁路设计 |
| 2.4.1 磁路分析与设计 |
| 2.4.2 激励线圈设置 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 超磁致伸缩作动器磁场有限元分析 |
| 3.1 有限元分析方法简介 |
| 3.2 电磁场有限元分析 |
| 3.2.1 电磁场分析基本理论 |
| 3.2.2 有限元法求解电磁场问题的基本思想 |
| 3.2.3 有限元分析软件分析作动器的一般步骤 |
| 3.3 超磁致伸缩作动器磁场有限元分析 |
| 3.3.1 超磁致伸缩作动器有限元分析前处理 |
| 3.3.2 超磁致伸缩作动器磁路半闭合时磁场分布的影响 |
| 3.3.3 超磁致伸缩作动器磁路闭合时磁场分布的影响 |
| 3.3.4 相对导磁率对磁场分布的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 列车主动悬架与超磁致伸缩作动器模型耦合关系分析 |
| 4.1 超磁致伸缩作动器的数学模型建模 |
| 4.1.1 作动器的等效力学模型 |
| 4.1.2 作动器的动态数学模型 |
| 4.2 超磁致伸缩作动器动态特性分析 |
| 4.2.1 负载端质量的影响 |
| 4.2.2 预紧弹簧刚度的影响 |
| 4.3 超磁致伸缩作动器与列车悬架模型耦合关系分析 |
| 4.3.1 位移输出控制关系分析 |
| 4.3.2 力输出控制关系分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于遗传算法的超磁致伸缩作动器控制策略研究 |
| 5.1 超磁致伸缩作动器的控制系统数学模型 |
| 5.2 遗传算法优化PID参数 |
| 5.2.1 模糊PID控制器结构 |
| 5.2.2 模糊控制规则与模糊推理 |
| 5.2.3 遗传算法优化模糊PID设计 |
| 5.3 动态性能仿真分析 |
| 5.3.1 阶跃信号响应 |
| 5.3.2 正弦信号响应 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（8）稀土超磁致伸缩致动器无管冷却的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题研究背景 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.1.3 国内外对GMA温控研究进展 |
| 1.2 超磁致伸缩致动器研究现状 |
| 1.2.1 磁致伸缩材料的特性 |
| 1.2.2 超磁致伸缩致动器的理论研究 |
| 1.2.3 致动器的应用 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 超磁致伸缩致动器的温升特性 |
| 2.1 GMA的热问题分析 |
| 2.2 GMA的能量损耗 |
| 2.2.1 螺旋线圈的铜损 |
| 2.2.2 GMM棒的涡流损耗 |
| 2.2.3 磁滞损耗 |
| 3 超磁致伸缩致动器冷却系统的分析与模型建立 |
| 3.1 强制水冷的分析 |
| 3.2 课题模型的建立 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 仿真与数据处理 |
| 4.1 冷却液流速与温度的关系 |
| 4.2 冷却液压强与温度的关系 |
| 4.3 出入水口直径与温度的关系 |
| 4.4 温度瞬态热分析 |
| 4.5 正交实验设计 |
| 4.6 本章总结 |
| 5 GMA密封性与绝缘性处理 |
| 5.1 密封问题的分析 |
| 5.2 GMA中的密封和绝缘问题 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（9）超磁致伸缩谐波电机驱动器特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超磁致伸缩材料应用研究现状 |
| 1.2 谐波齿轮传动发展现状 |
| 1.2.1 国内外谐波齿轮传动发展现状 |
| 1.2.2 新型谐波齿轮传动研究现状 |
| 1.3 超磁致伸缩谐波电机传动方案 |
| 1.4 课题来源及论文研究内容 |
| 1.4.1 课题来源 |
| 1.4.2 论文研究内容 |
| 2 超磁致伸缩致动器特性研究 |
| 2.1 磁致伸缩机理及GMM输出特性 |
| 2.1.1 磁致伸缩机理 |
| 2.1.2 GMM棒输出特性 |
| 2.2 整体结构布置 |
| 2.3 电磁结构设计 |
| 2.3.1 驱动线圈设计 |
| 2.3.2 磁场回路结构 |
| 2.4 预压机构及温控探讨 |
| 2.4.1 预紧机构 |
| 2.4.2 温控探讨 |
| 2.5 超磁致伸缩致动器电磁场有限元分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 微位移放液压大器特性研究 |
| 3.1 微位移液压放大器原理 |
| 3.2 放大器结构形式探讨 |
| 3.2.1 弹性密封式放大器 |
| 3.2.2 刚性密封式放大器 |
| 3.3 放大器结构形式及参数确定 |
| 3.3.1 放大器结构形式确定 |
| 3.3.2 放大器参数确定 |
| 3.4 超磁致伸缩致动器及放大器装配结构 |
| 3.5 放大器油腔注油方式设计 |
| 3.6 放大器理论分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 超磁致伸缩谐波电机驱动器实验研究 |
| 4.1 实验平台搭建 |
| 4.1.1 致动器实验平台 |
| 4.1.2 放大器实验平台 |
| 4.2 超磁致伸缩致动器实验研究 |
| 4.2.1 预压机构标定实验 |
| 4.2.2 致动器静态位移输出特性实验 |
| 4.2.3 致动器温升特性实验 |
| 4.2.4 致动器静态负载特性实验 |
| 4.2.5 致动器动态位移输出特性实验 |
| 4.3 微位移液压放大器实验研究 |
| 4.3.1 放大器静态位移输出特性实验 |
| 4.3.2 放大器动态位移输出特性实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 实验相关照片 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（10）超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 功能材料的发展与研究现状 |
| 1.2.1 PZT、SMA、GMM 的发展历史与致动机理 |
| 1.2.2 超磁致伸缩材料的物理特性及应用 |
| 1.3 超磁致伸缩致动器技术研究关键问题与研究现状 |
| 1.3.1 超磁致伸缩材料及致动器的建模理论研究进展 |
| 1.3.2 超磁致伸缩致动器及其设计分析方法 |
| 1.3.3 超磁致伸缩致动器损耗分析与温升控制技术 |
| 1.3.4 超磁致伸缩致动器在流体控制系统中的应用 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 GMM 的电磁参数分析与等效电路模型建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超磁致伸缩材料的压磁方程与基本电磁参数分析 |
| 2.2.1 超磁致伸缩材料的压磁方程 |
| 2.2.2 超磁致伸缩材料基本电磁参数耦合规律分析 |
| 2.3 超磁致伸缩等效电路模型建立 |
| 2.3.1 超磁致伸缩材料的集总参数等效电路模型 |
| 2.3.2 闭合磁路结构下超磁致伸缩材料的等效电路模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 超磁致伸缩致动器的磁路与磁场优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超磁致伸缩致动器的结构与磁路分析 |
| 3.2.1 超磁致伸缩致动器的结构组成 |
| 3.2.2 空心螺线管线圈驱动磁场的解析分析 |
| 3.2.3 不同磁路结构 GMA 的轴向磁场分布特性 |
| 3.3 空心螺线管驱动线圈优化设计 |
| 3.3.1 螺线管线圈的驱动效率计算 |
| 3.3.2 螺线管线圈电感参数的有限元分析 |
| 3.4 高均匀性驱动磁场优化设计 |
| 3.4.1 驱动线圈轴向长度对 GMM 磁场均有性的影响规律 |
| 3.4.2 端部接触面积对磁场均匀性的影响规律 |
| 3.4.3 分段线圈多电流驱动方式 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超磁致伸缩致动器的损耗与温升特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 考虑温度条件下超磁致伸缩材料的基础问题分析 |
| 4.2.1 考虑温度下的材料热力学方程 |
| 4.2.2 超磁致伸缩致动器中的热问题分析 |
| 4.3 超磁致伸缩材料磁化过程的数值描述 |
| 4.3.1 GMM 材料的数值方程 |
| 4.3.2 磁化特性研究 |
| 4.4 超磁致伸缩致动器损耗分析 |
| 4.4.1 超磁致伸缩材料动态磁场的建立 |
| 4.4.2 超磁致伸缩材料的损耗特性 |
| 4.5 超磁致伸缩致动器的温升特性 |
| 4.5.1 直流励磁下的致动器温升特性 |
| 4.5.2 交流励磁温升特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 超磁致伸缩致动器与流量阀的实验研究与分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 GMA 的试验测试与分析 |
| 5.2.1 GMA 的试验测试平台 |
| 5.2.2 GMA 的驱动磁场及输出力测试 |
| 5.2.3 GMA 的静态性能测试与分析 |
| 5.2.4 GMA 的动态性能测试与分析 |
| 5.3 具有位移放大结构的超磁致伸缩气体流量阀的设计与实验 |
| 5.3.1 具有位移放大机构的 GMV 结构设计 |
| 5.3.2 具有位移放大机构的 GMV 流量控制特性测试 |
| 5.4 内部冷却型超磁致伸缩喷射阀的设计与实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、稀土超磁致伸缩致动器的设计及实验研究（论文参考文献）
- [1]基于JA滞回模型的超磁致伸缩致动器非线性控制方法研究[D]. 徐冬. 安徽理工大学, 2020(07)
- [2]超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究[D]. 王安明. 兰州交通大学, 2020(01)
- [3]超磁致伸缩驱动器设计与特性研究[D]. 高鸿. 内蒙古科技大学, 2020(01)
- [4]稀土超磁致伸缩驱动器输出特性的影响研究[D]. 牛禹. 内蒙古科技大学, 2020(01)
- [5]超磁致伸缩换能器阻抗匹配方法与实验研究[D]. 杨均权. 湖南大学, 2020
- [6]超磁致伸缩致动器的设计与分析[D]. 高旭. 华侨大学, 2020(01)
- [7]列车主动悬架系统中超磁致伸缩作动器的设计与研究[D]. 张鑫. 兰州交通大学, 2020(01)
- [8]稀土超磁致伸缩致动器无管冷却的研究[D]. 张瞻. 内蒙古科技大学, 2019(03)
- [9]超磁致伸缩谐波电机驱动器特性研究[D]. 杨桐桐. 大连理工大学, 2014(07)
- [10]超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用[D]. 张成明. 哈尔滨工业大学, 2013(01)