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1、驱动控制2009年第11期Driveandcontrol超磁致伸缩谐波电动机控制系统研究朱林剑,高文泉,赵兴,包海涛,杨卫化(大连理工大学,辽宁大连116024)摘要:介绍了一种新型电动机超磁致伸缩谐波电动机,它是根据谐波传动和超磁致伸缩材料电磁效应原理设计的。根据所设计的由四相超磁致伸缩驱动器构成的超磁致伸缩波发生器,通过分析其工作原理,提出了相应的控制方案,并设计了可快速响应的超磁致伸缩驱动器的驱动原理图。简要叙述了使电机实现调速、换向、精确定位等各项功能的控制系统软件设计方案。关键词:谐波电动机;超磁致伸缩材料;谐波传动;电磁效应;控制系统中图分类号:TM359.9文献标识码
2、:A文章编号:1004-7018(2009)11-0046-03ResearchonControlSystemforGiantMagnetostrictiveHarmonicMotorsZHULin-jian,GAOWen-quan,ZHAOXing,BAOHai-tao,YANGWei-hua(DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Thispaperintroducesanewtypeofmotorgiantmagnetostrictiveharmonicmotor,whichisbasedonthepr
3、incipleofharmonicdriveandelectromagneticeffectofgiantmagnetostrictivematerial.Accordingtothegiantmagne2tostrictivewavegeneratorcomposedoffour-phasegiantmagnetostrictivedriverandtheanalysisofthecontrolprinciple,thispaperpresentsacorrespondingcontrolprogram,anddesigneddrivingprinciplediagramwith
4、therapidresponsefeatureofthegiantmagnetostrictiveharmonicactuator.Thearchitectureandblockdiagramofthecontrolsystemsoftwareforthefunctionsofspeedadjustment,reversingandexactlocationwasalsospecified.Keywords:harmonicmotor;giantmagnetostrictivematerial;harmonicdrive;electromagneticeffect;controls
5、ystem生周期性的径向弹性变形,当刚轮固定时,柔轮便以0引言较低的速度旋转,故谐波传动常被用作减速器。磁致伸缩现象是指在外加磁场的作用下,在磁化方向上产生伸长或缩短的现象,在常温低磁条件下具有超强磁致伸缩性能的材料被称为超磁致伸缩[1]材料(简称GMM)。超磁致伸缩材料可以实现电、磁能与机械能之间的转换,其机电转换性能优异。超磁致伸缩材料在室温下的磁致伸缩系数大,图1谐波传动结构简图是Ni的40～50倍;输出力大,能量密度高达25000超磁致伸缩谐波电动机是一种变型的谐波传J/m3;磁机耦合系数大,电磁能-机械能的转换效率[4-5]动,它利用超磁致伸缩驱动器及相应的位移放高;居里
6、点温度高达387℃,工作性能稳定,频率范大机构所组成的新型波发生器替代传统的凸轮波发超围宽,可在低频下工作;响应速度时间仅需百分之一生器,通过控制超磁致伸缩材料棒的伸缩变形规律,磁秒,容易控制,且工作电压低。超磁致伸缩材料由于驱动柔轮按要求规律径向变形。当固定刚轮时,通致伸具有这些优点,已经作为微位移驱动元件在光学、电过刚轮和柔轮的啮合作用,使柔轮产生低速旋转。缩谐子、精密机械等领域中得到应用。故超磁致伸缩谐波电动机控制系统的设计是使其实波电谐波传动技术是近五十年来为了适应空间技术现连续运转的关键,同时电机的调速、换向等多种功动的要求而发展起来的一项新型机械传动技术,具有能的实现也
7、由其完成。机控传动比大、体积小、重量轻、传动精度高、回差小等特制1超磁致伸缩谐波电动机结构系点,在机器人、仪器仪表、航空航天等领域应用日趋统[2-3]研广泛。谐波传动原理如图1所示,由电机带动超磁致伸缩谐波电动机结构简图如图2和图3究波发生器(一般为椭圆凸轮)做旋转运动,使柔轮产所示,其中刚轮及超磁致伸缩波发生器均为固定不动。本文设计的超磁致伸缩波发生器由8组沿圆周46收稿日期:2009-09-07方向均匀分布的超磁致伸缩驱动器及放大机构组合驱动控制2009年第11期
