基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究

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1、硕士学位论文基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究RESEARCHONDIFFERENTIALLYDRIVENGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRO-DISPLACEMENTCONTROLSYSTEMBASEDONDYNAMICPREISACHMODEL李逸信哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP271.4学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究硕士研究生：李逸信导师：黄向东教授申请学位：工学硕士

2、学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP271.4U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONDIFFERENTIALLYDRIVENGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRO-DISPLACEMENTCONTROLSYSTEMBASEDONDYNAMICPREISACHMODELCandidate：YixinLiSupervisor：Prof.Xi

3、angdongHuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在超精密加工、超精密测量/测试以及航空航天设备领域

4、，对外界环境振动和设备自身振动的抑制、隔离是重要的研究课题之一，其常用的手段有被动、半主-3动和主动隔振。超磁致伸缩材料具有能量密度高、伸缩系数大（10量级）、响应时间极短、输出应力大、驱动电压低等特点，由这种材料驱动的执行器可以应用在主动隔/减振系统中。本论文的主要目的是在课题原有的超磁致伸缩微定位系统的基础之上，改进执行器的机械结构和驱动方式，改善控制系统，提高系统的动态输出性能。论文的主要内容包含以下三个部分：一、分析课题原有超磁致伸缩执行器（GMA）的不足，优化其驱动磁场结构和机械结构，设计由两个经典结构执行器组合而成的差动型GMA

5、；二、分析单个执行器的动力学模型，并在此基础之上推导出差动型GMA的动力学模型，仿真分析负载等效刚度、负载质量对该执行器输出特性的影响，讨论组成差动结构的两个子执行器参数不对称对整体输出的影响，提出改善措施；三、引入动态Preisach模型，完成位移反馈PID控制和位移前馈-PID闭环复合控制仿真，搭建基于差动型GMA、电容位移传感器、功率放大器、PC机和PXI-8102采集板卡的控制系统，完成对差动型GMA的位移前馈-PID闭环复合控制，测试系统静态和动态输出性能。实验结果表明，超磁致伸缩微定位系统在18.5μm的行程范围内具有6nm的分

6、辨力，单位阶跃响应时间达到5ms，在复合控制系统下可以实现200Hz内幅值为3μm的无滞后正弦位移输出，输出最大误差为0.6μm，最大负载质量为725g。关键词：超磁致伸缩执行器；差动；复合控制；动态输出-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThesuppressionandisolationofvibrationfromexternalenvironmentandthedevicesisalwaysanimportantresearchtopicinthefieldofultra-precisionmachining,ult

7、raprecisionmeasurementandaerospaceequipment.Thecommonmeanscontainpassive,semi-activeandactivevibrationisolation.Giantmagnetostrictivematerialhas-3highenergydensity,scalablecoefficient(10),shortresponsetime,greatoutputstressandlowdrivingvoltage.Therefore,actuatorsdrivenbyth

8、ismaterialcanbeusedinanactivevibrationisolationsystem.Themainpurposeofthispaperistooptimi