雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器及其在水壓伺服控制閥中的應(yīng)用研究.pdf

1、傳統(tǒng)電液伺服閥以電磁力矩馬達(dá)作為驅(qū)動方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積重量大、工作頻寬窄、能量密度小、分辯率低、抗干擾能力差，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對流體控制系統(tǒng)的要求。超磁致伸縮材料(GMM)是近年來出現(xiàn)的一種新型智能材料，具有應(yīng)變大、響應(yīng)速度快、能量傳輸密度高、輸出力大等優(yōu)異性能。利用GMM的優(yōu)良性能，特別是自傳感特性，提出了一種雙相對置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動器新概念，以達(dá)到無傳感閉環(huán)控制和同位控制、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、簡化系統(tǒng)和

2、降低成本等目的。論文以GMM為基礎(chǔ)，以雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器及其在水壓伺服控制閥中的應(yīng)用為研究對象，采用理論分析、計算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對其進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的分析和研究。 利用解析法和ANSYS有限元法對柔性鉸鏈微位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)與動力學(xué)分析，計算出了放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)、共振頻率以及振型，建立了位移損失和負(fù)載力的線性關(guān)系，驗(yàn)證了有限元分析方法的準(zhǔn)確性。此外，通過建立雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器測試系統(tǒng)，分析了測

3、試系統(tǒng)的誤差來源及其主要影響因素，并對雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器的靜態(tài)特性及滯回特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 提出了雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器的等效動力學(xué)模型，基于Jiles-Atherton物理模型、二次疇轉(zhuǎn)模型和伺服閥結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，建立了力反饋二級雙噴嘴擋板水壓伺服控制閥的磁滯非線性動態(tài)模型，即驅(qū)動線圈電流→磁場強(qiáng)度→磁疇運(yùn)動→磁致伸縮→輸出應(yīng)變及位移→閥芯位移之間的動態(tài)耦合數(shù)學(xué)模型，并利用Matlab/Simulink對其靜動態(tài)

4、特性進(jìn)行了仿真分析。針對磁滯非線性問題，在基于建立的逆磁滯模型基礎(chǔ)上，設(shè)計了前饋補(bǔ)償器，并提出了基于磁滯逆模型與PID反饋控制的理論和方法，從而實(shí)現(xiàn)了對伺服閥磁滯非線性特性的有效補(bǔ)償。 通過對雙相對置GMM自傳感驅(qū)動器的機(jī)電耦合機(jī)理和自傳感機(jī)理研究，建立了基于自適應(yīng)噪聲抵消原理的機(jī)電耦合模型和實(shí)時解耦模型。分析了傳統(tǒng)的電橋平衡法在實(shí)現(xiàn)自傳感信號的辨識和提取時存在的問題，建立了一種基于可變電感△L的橋路分析模型，并通過最小二乘均方