超磁致伸缩换能器动力学特性及其仿真研究

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1、超磁致伸缩换能器动力学特性及其仿真研究ｙ８１６４８２分类号ＵＤＣ密级学位论文作者姓名型：望型指导导帅姓名盘查壁墼筮．盎！！盘茔堡芏瞳申清学位级别硕士学科类别三茎学科专业名称二筮盎堂当左堂垫熊论文提交日期２ＱＱ５生！旦论文答辩１］期三Ｑ堕生一到弘参词评阅人鱼塾墼盗．—ｊ蟊毒球东北大学位授予日期巡．垒一答辩委员会主席趁塞学摘要超磁致伸缩材料作为一种高科技新功能材料，已被广泛应用于汽车、航空、机器人制造业，以及智能结构中，自从研制成功以来，无论在材料组成、制备工艺、磁一机模拟的理论研究方面，还是材料的应用开发方面，一直受到各国高度重视；由于国

2、内无论在理论研究还是在实际应用方面都相对落后，绝大部分相关文献局限于介绍、综述形式；在材料应用开发方面，也仅处于可行性研究和实验阶段。因此对超磁致伸缩材料动力学特性的研究，无论在理论还是在实际工程应———————————————————————————————————————————————用方面都具有重要意义。本课题首先进行材料的特性试验，探索材料的基本特性。通过数值拟合，得出最大磁致伸缩量４三与预压力间的实验公式，找到了实验试件的最佳工作预压力点。通过对换能器在最佳工作预压力下电流与磁致伸缩值间的实验数据的分析，得出了最佳工作预压力

3、下的电流一磁致伸缩值间的经验公式。并通过多维插值得到了电流．预压力．磁致伸缩值三者间的拟合曲面。在对换能器系统在静态稳定磁场中的运动形态的分析中，建立了换能器系统在静态稳定磁场中的力学模型，确立了换能器系统的固有特性。并利用模态分析的方法得到了换能器在静态稳定磁场中的自由振动的响应。通过引入预压弹簧——碟簧的非线性特性，建立了带有平方、立方项的换能器系统非线性模型。利用非线性理论确立了第一阶近似解。并绘制了共振曲线。通过对实际加工过程的分析，将简化后的系统切削力引入换能器系统非线性模型，建立了带有平方、立方项的换能器系统非线性强迫振动模

4、型。在分析强迫振动模型时发现换能器系统有着复杂的混沌现象。最后通过对超磁致伸缩车削刀架的实际应用分析，结合现代精密加工控制理论，对超磁致伸缩换能器模型进行了等效简化，建立了超磁致伸缩换能器系统的等效弹簧．质量．阻尼模型。利用现代控制理论建立了超磁致伸缩换能器系统等效模型的控制模型，分析讨论了各———————————————————————————————————————————————种因素对加工过程的影响，并引入ＰＩＤ控制器来实现对加工过程的控制。通过利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真系统对加工过程进行模拟仿真，确立了任一确定加工状态的Ｐ１Ｄ控

5、制器最优参数，为以后的超磁致伸缩换能器系统的研究奠定了基础。关键词：超磁致伸缩换能器、经验公式、模态分析、非线性振动、超磁致伸缩车削刀架、混沌、ＰＩＤ控制器、Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真系统东北大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＳｔｕｄｙｏｎＤｙｎａｍｉｃ７Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ＆ＳｉｍｕｌｉｎｋｏｆＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅＡｃｔｕａｔｏｒＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓａｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌ，ｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ（ＧＭＭ．）ｈａｓｂ

6、ｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍｏｔｏｒ，ａｅｒｏｎａｕｔｉｃ，ｒｏｂｏｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｓｗｅｌｌａｓｉｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｗ１１ｉｌｅＯＵｆｃｏｕｎｔｒｙ’Ｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｂｏｔｈｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，ａｎｄ———————————————————————————————————————————————ｏｎｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｌｍｏｓｔｗｅｒｅｂｌａｎｋ，ｅｓｐｅｃｉａ

7、ｌｌｙｉｎｍｏｄｅｌｉｎｇｄｅａｌａｒｔｉｃｌｅｓｌｉｍｉｔｅｄｉｎｄｙｎａｍｉｃｍａｇｎｅｔｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ａｇｒｅａｔｅｎｖｉｓａｇｅ；ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｉｃｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｍｍａｔｉｏｎ，ａｎｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔａｇｅｉｎｏｎｌｙｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｓｏ，ｉｔ’Ｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｔａｋｅｕｐｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ

8、ｔｉｃｏｆｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｂｏｔｈｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｐｅｃｔ．———————————