基于逆磁致效應(yīng)的超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)方法研究.pdf

1、精密加工作為發(fā)展尖端科技的基礎(chǔ)，也是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，而精密微驅(qū)動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精密加工的關(guān)鍵。超磁致伸縮微位移執(zhí)行器(GMA)以位移范圍大、輸出力大、響應(yīng)速度快、位移分辨力高、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，在微驅(qū)動(dòng)、精密定位、主動(dòng)降噪減震等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以直動(dòng)型 GMA為對(duì)象，為實(shí)現(xiàn)自感知原理研制了新樣機(jī)。改進(jìn)了超磁致伸縮微位移執(zhí)行器水冷機(jī)構(gòu)并使其小型化，提高了輸出性能；并針對(duì)超磁致伸縮微位移驅(qū)動(dòng)器在恒力作用下具有良好

2、的微驅(qū)動(dòng)特性，而在變力作用下輸出存在嚴(yán)重非線性的問題，進(jìn)行了基于逆磁致效應(yīng)的自感知型 GMA的探索性研究，提出了變力擾動(dòng)量的分離方法并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，這對(duì)于提高超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的輸出特性和推進(jìn)其應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文首先從磁致伸縮機(jī)理出發(fā)，分析應(yīng)變、應(yīng)力、磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度及溫度之間的相互關(guān)系，確定了GMA輸出非線性的原因。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括：執(zhí)行器主體、磁感應(yīng)強(qiáng)度和溫度傳感電路、基于DSP的主控電路、基于

3、LabView的數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)。
　　其次對(duì)基于逆磁致效應(yīng)的自感知信號(hào)的分離方法進(jìn)行了研究，包括基于電橋電路、加探測線圈、建立狀態(tài)觀測器三種方法。以壓磁方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了不同工作邊界條件下應(yīng)力與感知信號(hào)的關(guān)系，作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的理論依據(jù)。理論得到電橋法中感知信號(hào)與輸出速度成正比，而觀測磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法感知信號(hào)與應(yīng)力成正比。
　　最后對(duì)設(shè)計(jì)的執(zhí)行器進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析。溫度和磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感電路的測量精度滿足要求，可用于自感知研

4、究中對(duì)磁場的監(jiān)測。設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)線圈磁場均勻性有了提高，最大衰減由13.0％降低到4.95%；設(shè)計(jì)的水冷機(jī)構(gòu)能夠使執(zhí)行器工作溫度穩(wěn)定在0.2℃內(nèi)；小電流驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行器輸出位移固定位置的蠕變在20nm以內(nèi)；同樣驅(qū)動(dòng)電流下，輸出位移比原樣機(jī)大了一倍，并且升程曲線線性度較好；執(zhí)行器位移輸出重復(fù)性誤差在100nm以內(nèi)；通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電流可控制位移步進(jìn)輸出在50nm以內(nèi)。在以上良好的位移輸出特性基礎(chǔ)上利用監(jiān)測磁場的方法實(shí)現(xiàn)了恒驅(qū)動(dòng)電流下力的自感知功能，與