超磁致伸縮智能構(gòu)件熱變形控制技術(shù)及裝置開發(fā).pdf

1、超磁致伸縮材料(giant magnetostrictive material,GMM)是一種在磁場作用下產(chǎn)生磁致伸縮變形的智能材料,利用其特性可制成位移輸出精度達亞微米級的超磁致伸縮智能構(gòu)件,可廣泛應(yīng)用于超精密機床、精密儀器等微驅(qū)動領(lǐng)域。
　　 然而,GMM智能構(gòu)件工作時,存在著線圈焦耳熱損耗等生熱,其所產(chǎn)生的熱量將導(dǎo)致智能構(gòu)件工作溫度的明顯升高,由此產(chǎn)生熱變形并引起GMM磁致伸縮特性的非線性,從而嚴(yán)重影響智能構(gòu)件的輸出性能。

2、因此,須采取適當(dāng)?shù)臒峥刂坪脱a償方法以消除或抑制由于溫升所導(dǎo)致的對智能構(gòu)件工作性能的影響,從而保證智能構(gòu)件的工作精度。由于智能構(gòu)件本體對象的時間常數(shù)和容量滯后較大,難以實現(xiàn)閉環(huán)溫度控制,因此前人的研究工作中,設(shè)計的溫控系統(tǒng)均為半閉環(huán)系統(tǒng),智能構(gòu)件本體溫控精度較低。
　　 針對上述問題,本文對超磁致伸縮智能構(gòu)件的熱設(shè)計和溫度控制進行了深入的研究。本文首先通過文獻調(diào)研,概述了超磁致伸縮材料的特性及應(yīng)用,對超磁致伸縮智能構(gòu)件熱控制技術(shù)、

3、線圈熱優(yōu)化設(shè)計、模型辨識及控制策略的研究現(xiàn)狀進行了分析。在此基礎(chǔ)上,提出了基于交直流分離驅(qū)動線圈的智能構(gòu)件,以及采用串級控制策略的全閉環(huán)強制水冷溫控系統(tǒng)。
　　 在綜合考慮電磁場和熱場參數(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于交直流分離驅(qū)動的線圈結(jié)構(gòu),并進行仿真以驗證方案的有效性。在選定了智能構(gòu)件的驅(qū)動方案后,對智能構(gòu)件設(shè)計了合理的強制水冷溫控方案,并完成智能構(gòu)件本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。隨后,在建立智能構(gòu)件流固耦合傳熱有限元模型的基礎(chǔ)上,對其進行數(shù)值模擬