结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究

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1、硕士学位论文结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究DESIGNANDSELF-SENSINGOFGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRODISPLACEMENTACTUATORINSTRUCTURALVIBRATIONCONTROL王卓哈尔滨工业大学2010年6月中图分类号：TM571.6+1学校代码：10213U.D.C:624密级：公开工学硕士学位论文结构振动控制中超磁致伸缩执行器的设计及其自感知研究硕士研究生：王卓导师：刘红军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex

2、:TM571.6+1U.D.C:624DissertationfortheMasterlDegreeinEngineeringDESIGNANDSELF-SENSINGOFGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRODISPLACEMENTACTUATORINSTRUCTURALVIBRATIONCONTROLCandidate:WangZhuoSupervisor:Prof.LiuHongjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:CivilEngineeringAffiliation:ShenzhenGradua

3、teSchoolDateofOralDefense:June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超磁致伸缩执行器是利用超磁致伸缩材料作为致动元件的新型器件，它具有输出位移大、输出功率高、响应速度快、温度范围宽、低压可操作等突出优点，在超精密加工、精密定位器件、减振降噪等领域呈现出良好的应用前景。自感知执行器在故障识别、系统诊断、声控研究、微观应用方面都有很好的应用前景。然而由于超磁致伸缩材料本身以及执行器的机械组成结构存在有较强的迟滞特性，导致执行器输出位移存在着滞回性强、

4、重复性差、非线性严重等缺点，大大限制了执行器的定位精度，影响了该材料及其执行器更广泛的应用。而且目前超磁致伸缩自感知执行器的研究并不多见。本文以直动型GMA为对象，对GMA的设计原理及方法进行了比较系统的阐述，对GMA进行了迟滞建模和迟滞补偿研究，并进行了精密定位实验研究，研究了基于观测器法的自感知GMA，进行了实验分析研究。全文的主要研究工作如下：1)介绍了超磁致伸缩执行器的设计原理及方法，建立了考虑磁场强度和电-磁转换率的线圈几何形状因子优化设计准则，分析了选用碟簧或碟簧作为与压力装置的适用特点建立了预压力分析的方法2)对经典Preisach模型进行修正，建立了超磁致伸缩执行器迟滞非线性模

5、型。并以此为核心进行了超磁致伸缩执行器的非线性补偿控制，并进行了超磁致伸缩执行器的精密定位研究；3)介绍了基于观测器法的自感知GMA的理论基础，并应用于实验系统对基于观测器法的自感知GMA进行了基于线性观测器自感知和基于Preisach模型磁滞补偿的自感知GMA实验研究。实验测试了基于线性观测器法的自感知GMA和基于Preisach磁滞补偿模型的自感知GMA，对实验结果进行了对比，基于Preisach磁滞补偿观测器自感知的GMA的感知效果比基于线性观测器的自感知GMA具有更好的感知效果。最后给出了本文的主要结论及其展望。关键词：超磁致伸缩执行器；Preisach模型；迟滞建模；非线性补偿；自感

6、知I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractGiantmagnetostrictiveactuator(GMA)istheuseofgiantmagnetostrictivematerials(GMM)asactuatorcomponentsofthenewdevices,ithasalargeoutputdisplacement,highpoweroutput,fastresponse,widetemperaturerange,lowoperationalandotheradvantages，ithasshownagoodapplicationprospectsintheultra-p

7、recisionmachining,precisionpositioningdevices,reducingvibrationandnoiseandotherareas.Self-sensingactuatorhaveverygoodprospectsinfaultidentification,diagnosis,voicestudy,micro-applications.However,beca