嵌入式GMA雙路勵磁裝置改進設計及驅動性能研究.pdf

1、活塞異型銷孔能有效減少疲勞磨損及機油粘結，提升活塞性能和使用壽命，但難以批量加工。因此，本文所在課題組針對活塞異型銷孔加工的實際需求，基于超磁致伸縮材料的高頻響和高驅動精度等特點，進行嵌入式GMA雙路勵磁裝置改進設計及驅動性能研究，該改進機構用于實現(xiàn)活塞異型銷孔的精密加工。
　　雙路勵磁線圈和恒流源功放是該裝置進行電-磁轉換的核心部件，其質量決定鏜桿末端徑向位移值與精度，而現(xiàn)有雙路線圈在設計時并未考慮互感、分布電容以及磁場均勻性的

2、影響，以及現(xiàn)有恒流功放的輸出驅動電流含有高次諧波、大紋波電流以及存在可靠性等問題，因此本文針對上述問題進行以下改進設計。
　　對于雙路勵磁線圈改進設計方法的建立，首先進行基于現(xiàn)有設計方法下線圈建模與求解，分析知現(xiàn)有設計方法并沒有考慮線圈互感、分布電容以及磁場均勻性等耦合因素的影響，因此研究分析線圈繞制工藝對互感和分布電容值的影響，選擇在同等匝數(shù)下互感以及分布電容較小的線圈繞制工藝，并將互感、分布電容以及磁場均勻性的影響量化，作為約

3、束，構建以磁感應強度最大值為目標的線圈模型，和現(xiàn)有方法下計算求解結果進行低頻單線包、高頻單線包以及高頻雙線包驅動下基于Maxwell3D軟件的數(shù)值仿真對比，得改進設計下線圈在各種工況中最大磁感應強度值和均勻度分別提升了2.6％，7.1％，6.6％和69.2％，41.8％，45.7％。再進行兩種設計方法下線圈的制作及電磁性能測試對比，得改進設計下線圈在各種工作中最大驅動位移提升了10.0％，11.9％和9.3％及5.6％，并且改進設計下交

4、流線圈和偏置線圈的電阻，電感及分布電容理論電參數(shù)值與實際測試值間的誤差改善了56.5％，95.1％，4.5％和53.1％，58.1％，25.4％，從而驗證所提出改進設計的有效性。
　　對于恒流源功放改進設計的建立，首先分析現(xiàn)有設計下存在電源電壓飽和、驅動電流含有高次諧波、紋波電流大以及MOSFET管溫度較高等問題，因此進行功放電路改進設計的模塊化分析、LCCR濾波模塊、電源克服飽和模塊、MOSFET管散熱模塊以及過溫保護模塊的設計

5、，并進行基于Multisim軟件的不同驅動頻率和負載仿真對比、改進設計有效性測試以及功放驅動性能測試，得改進設計下偏置線圈和交流線圈最大紋波值分別優(yōu)化了71.3％，55.9％，改進設計下功放管的穩(wěn)態(tài)溫度下降了35.9％，最大輸出電壓值提升了28.9％，從而驗證所提出改進設計的有效性。
　　在改進設計方案建立和測試驗證后，為了提升鏜桿末端徑向位移的驅動控制精度，進而對基于開環(huán)前饋逆補償模型控制策略的改進和未改進系統(tǒng)進行測試對比分析，