超磁致伸缩驱动器双向可控恒流驱动电源研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第162期)机械工程与自动化No．52010年10月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10N0ct．文章编号：1672—6413(2010)05—0138—03超磁致伸缩驱动器双向可控恒流驱动电源的研究马志新(南通航运职业技术学院机电系，江苏南通226000)摘要：针对超磁致伸缩驱动器的工作原理和电源驱动特点，设计了一种基于DSP控制能实现电流一4A～+4A连续可调的双向可控恒流驱动电源。该电源经实际测试性能良好，能满足超磁致伸缩驱动器的工作要求。关键词：超磁致伸缩驱动器；驱动电源；

2、恒流源中图分类号：TP273：TM91文献标识码：A0引言工作时所产生的热量，降低温度变化对驱动器工作的超磁致伸缩材料(giantmagnetostrictive影响。material，简称GMM)是一种新型高效的电(磁)能一l234567891O机械能转换功能材料，它在室温和低磁场下能产生很大的磁致伸缩应变。利用GMM的磁致伸缩效应开发的超磁致伸缩驱动器(giantmagnetostrictiveactuator，简称GMA)具有输出力大、输出位移大、响应速度快、结构简单、体积小等优点[1]，近年来，在精密、超精密加工领域越来越体现出其广阔的应用价值

3、。驱动电源技术是超磁致伸缩驱动器应用研究的关键技术之一，电源性能的优劣将直接决定驱动器静态和动态使用特性[3]。本文针对驱动器对驱动电源的性能要求，设计和研制了一种大功率、高精度、能用DSP数字电路双向控制的恒流驱动电源。1GMA的驱动原理与驱动电源特点1一底座；2垫片；3一进水口；4引伸轴；5一超磁致伸缩棒1．1驱动器结构及驱动原理6一激励线圈和偏置线圈；7一外壳；8--出水口；9一端盖；采用国产GMM棒材为主要元件，根据超磁致伸l0一预压螺母；11～输出顶杆；12一预压碟簧；缩材料的驱动特性及磁路原理，研制了超磁致伸缩驱l3一套筒；14--线圈骨架

4、；15密封圈动器[6]，其结构简图见图1。图1超磁致伸缩驱动器的结构简图该驱动器工作原理可简述为：当激励线圈通有电1．2控制系统设计及驱动电源特点流时，由电磁感应原理将产生驱动磁场，从而驱动为了实现超磁致伸缩驱动器控制的稳定性与智能GMM棒的伸长或缩短，通过输出顶杆，对外将产生输化，设计了如图2所示的控制系统。系统以出位移。此外，通过给偏置线圈施加适当的电流，产TMs32OF2812型DSP为控制核心，通过控制D／A模生所需的偏置磁场，以消除“倍频现象”；通过预压机块输出控制电压信号，从而控制双向可控恒流驱动电构对超磁致伸缩材料提供合适的预压力，提高机

5、磁耦源去驱动GMA，而GMA输出的位移信号可通过A／合系数和磁致伸缩系数；带螺旋沟槽的套筒、进水口D模块反馈到DSP中处理，实现了闭环控制。可见，驱和出水口构成一个循环的冷却水回路，可带走驱动器动电源起到了连接驱动器与控制核心器件DSP之间收稿日期：2010—01—28；修回日期：2010—04—18作者简介：马志新(1981一)，男，江苏苏州人，讲师，工学硕士，主要从事机电一体化方面的教学和研究工作。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com·140·机械工程与自动化2010年第5期R3nt-R41(RT-t-R8)择R

6、s为0．1a／5W的锰铜丝线绕电阻，R～R均选，一—⋯——．——．R1+R2R3Rs、尺5+R6R7用1‰精度、阻值为1k12的金属膜精密电阻。这样就能(、+a,C(R1j—。⋯⋯⋯⋯(5)实现I。一Uc+RL)--~o2LC。运放A4设计成减法电路，设A4的正端输入即控式(5)就是恒流源输人与输出的向量表达式，当角rr——，频率=0(即直流)时，变为：制输入为u，负端输人电压为己，，则：t—2b--一tJi=』9R2尺3+R4，R5R7+R8、1rr，一，rr一。R—+—Rz‘可蕊‘Tul。。如取R。一R。，则有：U一2一。在设计I‘10⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)中调节使其为4V，则总的电路输入输出关系就式(6)就是恒流源的静态输出特性表达式，选取合为：Io一2U一4。因此当由DSP控制的D／A模块输出适的阻值可以使：(DA0UT1)在0V～4V变化，则恒流源输出电流就在蕊R2·(·或者一4A～4A变化，从而实现了恒流源的双向可控。Rl+R2尺3R5+R6R7R、2．2电源实验测试常数)。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(7)实验中驱动器激励线圈电感量为15mH，其静态其中，R5·鱼为A3放大电路的电压放大倍电阻为1．55Q(实测)，采用四位半精度的数字万用表测出恒流源的输入电

8、压与输出电流，获得的实验数据数，只要选择精密电阻阻值R一R一100kQ，R一见表1。R，一i0