超磁致伸缩智能构件驱动系统的研究和开发

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1、摘要超磁致伸缩执行器(GiantMagnetostrictiveActuator，GMA)是一种基于超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictiveMaterial，GMM)的新型磁一机换能执行器件。作为一种具有高定位精度、高频率响应、大输出位移的执行器，广泛应用于超精密加工机床、超精密位置控制、精确位移传感器、振动控制等领域。活塞是发动机的核心零件之一，其工作性能直接影响发动机的运行性能。传统的圆形活塞销孔存在应力集中等缺陷，采用异形销孔能够有效地减小销孔的应力集中。然而传统的异形活塞销孔加工方式较为落后，

2、为此提出了基于GMM智能镗杆(超磁致伸缩执行器中的一种)的弯曲型活塞销孔加工系统。针对该加工系统的实际应用，驱动系统作为一个电磁转换的驱动部件是整个加工系统中必不可少的。论文的第一章节，首先介绍了超磁致伸缩执行器的性能特点和研究应用现状；然后针对本课题中G删智能镗杆实际应用状况，以及它对电磁转换驱动部件性能要求的基础上，参考国内外应用于GMM智能镗杆的驱动系统的研究现状，阐述了适用于本实验室的GMM智能镗杆驱动系统的研制意义和实用价值。第二章节基于G删智能镗杆的执行条件，预先设定了驱动系统的性能参数。在性能参数已定的前

3、提下，首先将驱动系统划分为不同的功能模块；再以各个功能模块为基础完成相应的具体设计，包括各个功能模块的运行方式、元器件的选型等；最后整合各个功能模块的理论计算与仿真，完成驱动系统的总体设计方案。第三章节，在设计方案的基础上完成了驱动系统制作，在研制过程中根据驱动系统对输出功率、输出电流、输出电压、控制精度、频率响应特性、噪声干扰等要求，分析总结了制作驱动系统时遇到的主要问题及其相应的解决措施。主要包括电源纹波干扰对运算放大器的影响；功率元器件的热量耗散分析和可行的散热方式；电路应用过程中的各种保护措施。第四章通过基于虚

4、拟仪器的驱动系统测试平台，对驱动系统的性能进行了测试分析。测试内容主要包括输出特性测试、电流纹波测试、频率响应测试以及可靠性测试。得出了驱动系统的具体性能指标。第五章针对驱动系统最终的研制目的(用于基于G删智能镗杆的活塞异形销孔加工系统)，将驱动系统应用到GMM智能镗杆上，测试驱动系统在系统中的实际工作性能和GMM智能镗杆的输出位移；通过对采集得到的电流信号和位移信号等实验数据进行分析，得出驱动系统性能可靠的结论。第六章在归纳总结研究工作之后，对可进一步深入的研究问题进行了展望。关键词：超磁致伸缩材料；超磁致伸缩执行器

5、；驱动系统；性能测试；输出位移测试。GiantMagnetostrictiveActuator(GMA)isanovelsmartactuatorwhichisbasedOnMagnetostrictiveMaterial(GMM)．ForGMA?Smeritsofhighprecision，fastresponse，largeoutputdisplacement，itisnowwidelyutilizedinsomeultra-precisionmachiningtools．ultra-precisionpositi

6、oncontrol,sensors，vibrationcontrol，etc．Pistonisoneofthemostimportantpartsofanengine，itsperformancequalitydirectlyaffecttheoperationofanengine．Accordingtoexperience，Adoptingpistonwithnon-circularpistonholecaneffectivelydecreasetheriskofstressconcentrationwhichcir

7、cularpistonholehave．andgreatlyenhancethepiston’sperformance．Butinfact，traditionalnon-circularpistonholemanufacturingmethodshavevariousdisadvantages，flexureboringsystemwhichbasedontheGMAcouldachievehigherperformance．SOasamagneto—mechanicalenergyconverter,poweramp

8、lifierisoneofthemostimportantartsofthatsystem．Inthefirstchapterofthispaper,thefirstisanintroduceofGMA‘Scharacteristicfeaturesandapplications；then,applicationsituation