超磁致伸缩执行器微位移控制系统的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要随着微纳米技术的发展，人们对精密驱动及控制技术提出了更高的要求，并不断地采用新型功能材料和新型工作原理来提高精密驱动及其控制技术的水平。超磁致伸缩执行器是以新型功能材料一超磁致伸缩材料作为致动元件的一类微位移执行器，具有输出位移和力大、响应速度快、温度范围宽、低压可操作等突出优点，已在超精密加工、流体控制机械、微调节与微补偿机构及纳米技术等领域获得了广泛的应用，显示出巨大的发展潜力。由于超磁致伸缩材料的磁滞特性，导致执行器输出位移存在着滞回性强，重复性差，以及非线性严重等一系列缺点，因而需要通过良好的控

2、制技术对其进行调节与控制，从而克服由于材料本身的特性而产生的一系列缺点，使其达到更高的定位精度。可见控制技术的水平在很大程度上决定着对执行器的控制精度。因此，有必要寻求一种针对磁滞非线性的模型与控制理论方法对执行器进行控制，从而完善从控制模块到执行模块的整体系统，使其能够更好地满足实际生产需要。根据自动控制原理，结合超磁致伸缩材料磁滞特性，本文建立了以单片机为核心的超磁致伸缩执行器微位移闭环控制系统；分析和构建了构成系统所必需的微位移检测变送通道、模拟量输入通道、单片机控制单元、模拟量输出通道等重要组成部分；设计了控制系统的硬件电

3、路部分，主要包括A／D转换电路、滤波放大电路、D／A转换电路、键盘显示电路，以及恒流源接口电路的设计；开发了控制系统的硬件电路板，并对电路板进行了调试。为了实现系统各模块的功能，结合C语言和汇编语言，开发了控制系统软件，主要包括系统监控主程序模块、控制算法模块和其它相关功能模块，实现了数据采集、处理与控制输出等功能；为了提高控制性能，采用了积分分离式PID控制算法。所开发的软件系统实现了对超磁致伸缩执行器的高精度位移闭环控制。进行了执行器的静、动态特性实验与分析，对所构建的闭环控制系统进行了安装调试。试验结果表明，控制系统各部分达

4、到了系统的工作要求，取得了良好的控制效果，为进一步提高超磁致伸缩执行器的工作精度奠定了基础。关键词：超磁致伸缩执行器；位移闭环；数字PlD控制器；积分分离大连理工大学硕士学位论文ResearchonMicro—displacementControlSystemofGiantMagnetostrictiveActuatorAbstractWiththedevelopmentofmicronandnanometertechnology。thedemandforaccuratedriveranditscontroltechnologyb

5、ecomeshigherandhigher．Newtypesoffunctionalmaterialandtheworkingprincipleareunceasinglyusedtoimproveaccuratedriveranditscontroltechnology．GiantMagnetostrictiveActuator(GMA)isakindofmicro-displacementactuatorwhoseactuationcomponentisanovelfunctionalmaterial·C芄antMagneto

6、strictiveMaterial(GMM)．Withtheadvantagesoflargedisplacement,highforce，rapidresponse，砸dcrangeoftemperaturesandlowvoltageoperation,itisappliedinlotsoffields，suchaspreciseandullra-precisemachining，liquidcontrolmechanics，micro—adjustingandcompensationmechanics，MEMS,nano-t

7、eclmologies，ere．ItisexpectedthatGMMhasagreatpcrtentialityinfuture．FortheinherenthysteresisofGMM，thereareasetofdisadvantagesincludingstronghysteresis，poorrepeatability,andseverenonlinearity，whichwillaffectGMA’soutputdisplacement．Soitisimportanttoimprovethecontroltechno

8、logyofGMAtoovercometheshortcomingscausedofthematerialhysteresisofOMM，sothatitcanreachhi【gheraccuracy．Soitisextremelynecessar