一、超磁致伸缩电—机械转换器研究及应用（论文文献综述）
王安明[1]（2020）在《超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究》文中指出超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,GMM）是一种性能优越的功能材料,具有应变系数大、转换效率高、响应速度快、功率密度高、频率特性好、居里温度高等突出优点。应用GMM开发超磁致伸缩激振器,能够弥补机械式激振器的不足:振动频率低于200Hz,很难接近高刚度构件的固有频率;激振力不能平滑调节;采用电机驱动,可靠性低,寿命短。然而,长期以来,机械式激振器在振动时效领域占据主导地位,因此,研究超磁致伸缩激振器,对振动时效技术的进一步推广,加速振动时效设备更新换代乃至产业升级,具有重要意义。本文以超磁致伸缩激振器为研究对象,对其结构设计、系统建模、参数辨识、热损耗分析、热传导模型和响应特性进行了研究。设计了超磁致伸缩激振器的原理样机并进行了试验,研究成果对超磁致伸缩激振器的理论分析和工程设计具有指导意义,制作的原理样机在振动时效领域具有应用价值。研制了超磁致伸缩激振器。当动态磁场下的磁致伸缩系数很大时,需要的磁场强度也随之增加,驱动线圈的设计受到线圈匝数、电流大小、线圈电感和时间常数等因素的限制,激振器的工作频率难以满足设计要求,驱动线圈的功率损耗不能有效控制。为此,选取适当的磁致伸缩系数以缩小磁场强度的动态范围,增大GMM棒的横截面积以获得足够的输出力。驱动线圈采用减少匝数、增加线径、增大电流的设计方案,以减小电感、降低损耗。利用超磁致伸缩材料的倍频效应,不加偏置磁场,优化磁路结构。采用玻莫合金提高磁导率,以降低磁阻,减少漏磁,提高磁场均匀性。对驱动线圈的时间常数进行补偿,缩短响应时间,提高超磁致伸缩激振器的动态性能。建立了超磁致伸缩激振器的系统模型。超磁致伸缩激振器的系统建模包含磁致伸缩模型、磁化模型和结构动力学模型三部分。其中,磁致伸缩模型描述磁化强度与磁致伸缩系数的关系,应用二次畴转模型建立;磁化模型描述磁场强度与磁化强度的关系,由Jiles-Atherton模型建立,该模型物理含义明确,但包含5个待定参数;结构动力学模型由位移模型和激振力模型构成,运用牛顿第二定律建立。磁致伸缩模型、磁化模型和结构动力学模型相结合,能够清晰反映激振电流与激振力的关系。应用免疫遗传算法辨识了 Jiles-Atherton模型的待定参数。为避免参数设置不当引起种群早熟,致使搜索结果陷入局部最优,采用自适应策略,动态调整交叉概率和变异概率,应用免疫遗传算法对Jiles-Atherton模型进行参数辨识;以辨识结果为依据,基于最小二乘法,运用线性函数对磁场强度与磁化强度进行曲线拟合,建立了线性磁化模型以代替Jiles-Atherton模型,应用于超磁致伸缩激振器的控制,克服了 Jiles-Atherton模型求解过程复杂、不易工程应用的缺点,为激振电流-激振力控制提供参考依据。建立了散热器的热传导模型。在最高频率的动态磁场下,当GMM棒的直径一定时,考虑复数磁导率估算磁滞损耗,应用伽辽金加权余量有限元法估算涡流损耗,分析表明,磁滞和涡流是产生损耗的次要因素,电阻损耗是驱动线圈发热的主要因素。为了实现自然冷却,设计了环形肋片结构的铝质散热器,运用热力学第二定律,建立了散热器的热传导模型,并计算了散热效率。散热性能的仿真和试验结果显示,激振器的最高温度得到有效控制,设计的散热器能够保证激振器的稳定工作。验证了超磁致伸缩激振器系统模型的准确性。应用非正弦周期量的分析方法,以傅里叶级数前4项为激振电流的近似表达式,描述了激振电流、磁场强度、磁化强度、磁致伸缩系数、GMM棒输出力与激振力之间的关系,在激振器工作频率范围内,激振电流与激振力近似线性关系。试验表明,激振器阶跃响应的上升时间、峰值时间、响应时间、超调量和时间常数与理论分析相符。当激振电流在2.5～30A内变化时,磁场强度为1.5～31.5A/m,磁化强度为12.9～216.9A/m,激振力可在0.343～9.98kN内调节,最大激振力满足设计要求,验证了由磁致伸缩模型、线性磁化模型与结构动力学模型建立的超磁致激振器系统模型的准确性。
宋昀泽[2]（2020）在《磁致伸缩轴向双柱塞泵驱动的电静液作动器的研究》文中研究指明集成化电静液作动器是目前国内外研究热门的一种新型机载作动器之一,智能材料的出现为电静液作动器的小型一体化、大流量设计提供了一种新的思路。由此,本文提出了一种磁致伸缩轴向双柱塞泵驱动的电静液作动器,并进行了相关作动机理与输出性能的实验研究。首先,本文对作动器的双向连续作动进行了原理上的创新设计,利用两个磁致伸缩泵作为核心动力元件,基于作动原理设计了一种新型的阀芯端面配流的主动配流阀,对主动配流阀与两轴向配置的磁致伸缩泵之间的运动匹配关系进行了设计与说明,并对主动配流阀的阀芯配流孔在各结构形式下的设计准则做了理论分析。其次,在该作动器结构设计的基础上,借助于计算流体动力学分析软件研究了主动配流阀内泵腔油口及配流孔的结构尺寸对作动器内油液压力损失的影响,优化了主动配流阀内结构尺寸,完善了对主动配流阀结构设计的理论研究。进一步地,为研究作动器的作动机理及输出特性规律,在MATLAB/Simulink中搭建了作动器的数学模型,其中包括磁致伸缩泵的驱动模型和内部油液流动特性模型、主动配流阀流动特性模型、管路压力损失模型和液压缸动力学模型。搭建的数学模型较准确的描述了作动器输出规律,且验证了作动器能够实现双向连续位移的输出特性。仿真结果表明:驱动信号相位的变化对作动器的流量输出有很大影响;作动器的输出流量会随频率的提高而增加,在频率超过180Hz后输出流量随频率的提高而降低;较长的管路长度会降低作动器的峰值输出流量。最后,加工了实验样机,并搭建了样机输出性能测试平台,分别对作动器在空载和带载情况下作动器的输出性能做了实验测试,并与数学模型的仿真结果进行对比。实验测试结果与数学模型仿真结果有较好的一致性,实验结果表明:驱动信号相位的变化会有规律的改变作动器的输出流量;空载条件下,作动器的最大输出流量在驱动频率180 Hz时出现,为2.69 L?min-1;带载条件下,作动器的最大输出流量也是在180 Hz时出现,系统的最大带载能力约为52 kg。本文的主要创新点:基于本实验室先前研究的磁致伸缩泵径向配置方案提出了轴向布置的双柱塞磁致伸缩泵驱动的电静液作动器,并设计了新型主动配流阀。新型的主动配流阀减小了阀芯的转动惯量和阀体内的油液容腔,使作动器的输出频率和输出流量有所提高,同时减少了阀芯的密封面数量,从而减小了油液的泄露,其单端面配流的结构减小了作动器的占用空间,更易于实现磁致伸缩泵的扩展布置以实现更大的流量输出。实验结果显示峰值输出流量和其对应的频率相较之前径向布置方案均有所上升。
罗樟[3]（2019）在《超磁致伸缩高速开关阀及其阀控缸系统的研究》文中研究指明数字液压技术具有鲁棒性好、效率高、液压控制元件结构简单可靠、具有更高的灵活性和可编程性等特点。高速开关阀是数字液压技术的关键元件,目前市场上的高速开关阀大多为电磁式的,较低的开关频率是限制其性能的主要因素之一,将智能材料与高速开关阀结合,可有效提高其控制精度和频宽等特性。本文以超磁致伸缩材料为核心设计了一种超磁致伸缩高速开关阀,对此开展了超磁致伸缩高速开关阀及其阀控缸液压系统的开环和闭环特性的研究。首先,依据超磁致伸缩材料的特性及高速开关阀的工作和控制原理,设计了超磁致伸缩高速开关阀的结构,并给出了关键部件的主要功能特性及设计原则;其次,设计了以超磁致伸缩高速开关阀为核心的液压位置控制系统,主要包括液压站,高速开关阀,换向阀,液压缸,相应的管路以及位移传感器和压力传感器,建立了各部件的数学模型,通过MATLAB/Simulink建立了开环液压系统的仿真模型,研究了阀芯的运动特性、高速开关阀控制的流量特性及液压缸的位移运动特性;而后,从理论上分析了高速开关阀控液压缸位移跟踪特性,在开环液压系统仿真模型的基础上建立了高速开关阀控液压缸位置闭环控制仿真模型,分析了不同条件下换向阀对跟踪不同目标位移的影响,将换向阀对位移跟踪控制的影响最小化后,通过仿真研究了高速开关阀控液压缸的闭环位移跟踪特性;最后,搭建了超磁致伸缩高速开关阀液压测试系统的实验平台,研究了高速开关阀的特性和高速开关阀控缸系统的开环和闭环特性,实验结果表明:超磁致伸缩高速开关阀的开启时间小于0.69ms,关闭时间小于0.2ms,在PWM控制信号频率为200Hz时,开关阀的流量曲线仍能在5%-100%的占空比范围内保持较好的线性度,6MPa下的最大控制流量约为5L/min,在4MPa的供油压力下跟踪峰峰值40mm,频率为1Hz的目标信号时仍能保持较好的跟踪形状;此外,为进一步缩小超磁致伸缩高速开关阀的体积,提高其流量控制范围,设计了一种活塞-薄片式流体微位移放大器,利用“钱氏法”和“S.Way解”建立了薄片大挠度变形模型,考虑油液有效体积弹性模量的影响,建立了流体微位移放大器位移的输入-输出模型,仿真与实验结果表明,当流体微位移放大器输入位移为051.1μm时,输出位移为0470μm,放大倍数大于9倍,频响在150 Hz左右,一阶模态的频率为2888.1Hz。论文的主要创新工作为:针对传统比例伺服阀效率低、故障高以及电磁式高速开关阀响应慢等技术难题,提出一种高响应磁致伸缩数字高速开关阀,建立了仿真模型,并研制了样机,开展了仿真与实验研究,结果表明所提出的高速开关阀响应速度快,可实现液压闭环位置控制。
杨旭磊[4]（2016）在《超磁致伸缩电静液作动器磁场与流场特性及试验研究》文中研究指明随着“多电飞机”与“全电飞机”概念的提出,功率电传作动系统的优势越来越明显,而小型化高频宽的电静液作动器正是功率电传时代所急需,智能材料及其结构在电静液作动器上的应用为其提供了有效途径。为此,本文以超磁致伸缩材料为驱动核心研制了一款超磁致伸缩电静液作动器,并对其开展了磁场与流场特性及试验的相关研究。首先,根据超磁致伸缩材料的应用特性以及电静液作动器的工作原理设计了超磁致伸缩电静液作动器的结构,并详细、系统地介绍了主要功能部件的设计原则以及功能特性,针对超磁致伸缩电静液作动器涉及的关键技术提出了解决方案;其次,分别对作动器的磁场与流场进行了特性分析,采用了永磁体与控制线圈组合方式提供驱动磁场,对其建立了磁路数学模型,并通过有限元仿真与试验结合的方法得出了磁路主要结构参数与磁场分布均匀性之间的映射规律,基于流固耦合力学原理,在COMSOL Multiphysics软件中分别建立了超磁致伸缩电静液作动器的悬臂梁阀片、泵腔以及管路的流体模型,并研究了在恒定压差与正弦压差作用下阀片的响应特性以及恒定压差作用下的泵腔中阀片的变形与管路中的压力损失;再次,对作动器进行了理论建模与分析,基于Jiles-Atherton磁滞模型建立了超磁致伸缩电-机转换器位移输出模型,通过考虑电源以及涡流的影响,提高了模型的动态适用范围,根据泵腔与管路的动力学特性以及阀片的固液耦合特性建立了机-液模块的动态数学模型,通过MATLAB/Simulink建立了超磁致伸缩电静液作动器的仿真模型,针对该仿真模型进行了系统仿真研究,得出了超磁致伸缩电静液作动器输出流量与驱动电流、工作频率等参数之间的理论映射关系以及各部件对超磁致伸缩作动器的动态输出性能的影响;最后,研制了超磁致伸缩电静液作动器试验样机并搭建了试验测试平台,对其输出特性进行了试验研究,试验测试结果显示:该作动器在225Hz工作频率下的最大无负载流量约为1.3L?min-1,带负载能力超过14kg,最大输出功率约为3.21W。
纪良[5]（2016）在《超磁致伸缩电静液作动器温度场分布与热位移特性研究》文中研究指明相对传统机载液压系统中液压管路及附件遍布全机,超磁致伸缩电静液作动器（Giant Magnetostrictive Electro-Hydrostatic Actuator,简称GMEHA）具有结构紧凑,可靠性高以及易于维护等优点。但在高频长时工况下其核心部件超磁致伸缩执行器（Giant Magnetostrictive Actuator,简称GMA）因内部空间狭小散热性能差,产生的热量严重影响其有效位移输出精度。因此,本文面向GMEHA的工作特点与应用需求开展了GMA温度场分布以及热位移抑制的研究。首先,针对GMEHA中GMA结构特点与驱动要求建立了高频长时工况下GMA热功率损耗模型,即线圈电阻损耗模型、磁滞伸缩棒涡流损耗模型与磁滞损耗模型,通过求解上述损耗模型分析了GMA热功率损耗与驱动频率之间的映射关系,并搭建GMA热功率损耗实验测试平台,实验测得GMA热功率损耗与理论计算模型吻合良好。其次,基于长时间驱动下GMA发热严重问题提出了两种不同的冷却方式,即管式冷却和腔式冷却。利用FLUENT软件对管式冷却GMA进行热流耦合仿真,分析了不同线圈骨架、不同冷却水流速以及冷却管单一冷却与复合冷却作用时GMA稳态传热结果,结果表明采用尼龙骨架的GMA在双管复合冷却措施下具有较好的冷却效果;根据传热学理论构建了腔式冷却GMA稳态等效热阻模型,自然对流和强制对流条件下GMA热位移计算模型,通过求解上述数学模型分别得到不同工况下磁致伸缩棒温度分布以及GMA热位移与热流量分布规律。最后,在上述研究基础之上研制了试验样机,分别搭建腔式冷却GMA与管式冷却GMA温控实验平台并进行实验测试,实验测得结果与仿真计算结果相一致。其中,1A电流持续通电80min后,管式冷却GMA在主动温控作用下可将磁致伸缩棒温升控制在2℃以内,GMA热位移控制在6μm以内;腔式冷却GMA在主动温控作用下可将磁致伸缩棒温升控制在2℃以内,GMA热位移控制在8μm以内,而加入被动补偿机构后可将GMA热位移控制在1μm以内。
李跃松,朱玉川,吴洪涛,杨旭磊,纪良[6]（2015）在《超磁致伸缩伺服阀用电-机转换器传热及热误差分析》文中认为提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。
李跃松[7]（2014）在《超磁致伸缩射流伺服阀的理论与实验研究》文中研究表明作为电液伺服控制系统核心控制部件的电液伺服阀,是连接电气系统和液压系统的桥梁,其性能直接影响着整个电液伺服控制系统的控制精度、响应速度、可靠性和使用寿命,因此研制控制精度高、响应速度快、可靠性高的电液伺服阀对提高电液伺服控制系统的性能有着重要意义。随着新型功能材料的发展,出现了具有输出力大、能量密度高、可靠性高、分辨精度高、频带宽及响应速度快等优点的新型电-机转换器,如基于压电材料和超磁致伸缩材料的电-机转换器。将这些新型电-机转换器应用在电液伺服阀中来提高电液伺服阀的性能是目前电液伺服阀研究和发展的一个重要方向。在此研究思路的指导下,本文将超磁致伸缩电-机转换器和射流液压放大器相结合,设计出了超磁致伸缩射流伺服阀,并通过多学科及多物理场协同优化、物理机理建模、计算机仿真、有限元数值模拟等技术对超磁致伸缩射流伺服阀的基础理论进行了深入研究,最后采用实验的方法对所研制超磁致伸缩射流伺服阀的静、动态性能进行了测试。本文的主要研究工作可分为六部分:第一部分总结和分析了超磁致伸缩电-机转换器和超磁致伸缩电液控制阀的国内外研究现状,得出了研制超磁致伸缩射流伺服阀的关键技术及研究难点。第二部分论述了超磁致伸缩材料的应用特性及超磁致伸缩射流伺服阀结构优化方法。首先介绍了超磁致伸缩材料的应用特性,并基于此应用特性提出了超磁致伸缩射流伺服阀的具体结构。接着采用多物理场分析方法对其结构进行了优化设计,通过磁路建模和磁场数值模拟得出,当超磁致伸缩棒长度大于其直径时,轴向磁场不均匀度大于径向磁场不均匀度,在线圈内径和长度接近棒的尺寸时,电磁结构较优;通过传热建模分析和温度场数值模拟可知,在油源与环境温度相等且超磁致伸缩棒外部油液流速大于0.1m/s时,可以使其温升控制在0.1℃以下,超磁致伸缩电-机转换器的热误差控制在0.1μm;以液压能传递效率最大对射流液压放大器进行建模优化的结果表明,最优射流结构参数为:射流喷嘴锥角取13.4°,两接收孔夹角取30°,接收孔与射流喷嘴的面积比为1.6,射流喷嘴到接收面的距离为喷嘴直径的0.63倍。第三部分论述超磁致伸缩电-机转换器的非线性建模理论。基于复数磁导率和磁化强度的关系模型、磁致伸缩模型以及集总参数的等效动力学模型建立了计涡流和磁滞的超磁致伸缩电-机转换器非线性动态模型。通过仿真和实验得出,在控制电流变化范围为-0.25A0.25A时,GMA输出位移为-3.4μm3.4μm;控制电流在额定范围内变化时,即-1A1A,GMA输出位移约为-25μm25μm;在单位控制电流作用下,GMA输出位移为20.2μm,其阶跃响应的上升时间约为3ms,调节时间约为6ms;当控制电流为0.5A时,GMA输出位移为10μm,其上升时间约为1.32ms,调节时间小于4ms;在控制电流幅值为1A时,超磁致伸缩电-机转换器的频宽约为150Hz,在控制电流幅值为0.25A时,其频宽可达550Hz。第四部分介绍了超磁致伸缩电-机转换器的驱动和前馈逆补偿控制技术。首先,依据超磁致伸缩致动器驱动电源和阀用伺服放大器的要求设计了伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器驱动器,并对其性能进行了测试,测试结果表明:在额定负载下,所设计驱动器的线性度约为3.3%;在输出电流2A时,其上升时间小于0.5ms;在幅值为1V的简谐信号输入下,其幅频宽可达2k Hz。接着基于磁化能量损耗和复数磁导率虚部的函数关系,建立了计磁滞、涡流和附加损耗影响的超磁致伸缩电-机转换器非线性动态模型及其逆模型,并基于逆模型构建了前馈逆补偿控制器,对其输出位移的相位滞后进行迟滞补偿。实验表明,在补偿器的作用下,超磁致伸缩电-机转换器输出位移的相位滞后明显减小。第五部分为射流液压放大器模型及其流场数值模拟。首先详细介绍射流液压放大器的结构和工作原理,并给出了通流面积的计算公式。基于动量定理和节流理论分别建立了射流液压放大器的模型,并对其压力特性、流量特性及压力-流量特性进行了仿真分析,仿真表明:在接收孔直径取0.8mm,射流喷嘴直径取0.6mm,射流喷嘴到接收面的距离取0.5mm时,基于节流理论所建模型的最大无因次恢复压力为0.65,最大无因次恢复流量为0.7,而基于动量定理所建模型的最大无因次恢复压力为0.8,最大无因次恢复流量为0.5;由设计参数（接收孔直径为0.8mm,射流喷嘴直径为0.6mm）下射流液压放大器压力特性和流量特性的仿真曲线可知,若射流喷嘴位移取值较小（不大于0.03mm）,即使将射流喷嘴到接收面的距离扩大到等于喷嘴直径时,射流液压放大器仍能够保证最优性能。最后利用流场数值模拟软件对设计参数下射流液压放大器的仿真结果进行了验证,验证结果表明,在射流喷嘴位移小于100μm时,对于压力特性的描述,基于节流理论所建模型需乘以修正系数为2.2,基于动量定理所建模型需乘以修正系数为0.9;对于流量特性的描述,基于节流理论所建模型较准确,而基于动量定理所建模型需乘以修正系数为0.7。第六部分为对超磁致伸缩射流伺服阀性能的理论和实验研究。通过对超磁致伸缩射流伺服阀输出性能进行仿真可知,在系统供油压力为7MPa,控制电流从-1A1A时,所设计超磁致伸缩射流伺服阀的理论输出压力为-0.6MPa0.6MPa,理论输出流量可达-0.10L/min0.10L/min;控制电流与输出压力（或输出流量）的关系曲线呈现出严重的迟滞,其线性度为9.8%,滞环为100%,分辨率为15.6%,零偏为0;压力特性和流量特性有着相同的理论动态响应性能,在单位阶跃控制电流的作用下,上升时间约为3ms,而当控制电流从0跃变到0.25A时,上升时间小于1ms;在控制电流幅值为0.25A时,其幅频宽可达550Hz以上,相频宽700Hz,而在控制电流幅值为1A时,其幅频宽为150Hz,相频宽约为200Hz。对所设计超磁致伸缩射流伺服阀输出压力的静态测试表明,在7MPa供油压力下,当控制电流在-1A到1A之间变化时,其输出压力的最大变化量为0.92MPa;输出压力和控制电流关系曲线的线性度约为40%、滞环约为52.8%、分辨率约为12.8%、零偏为20%。通过在驱动器前加前馈控制器进行校正,使输入量从电流变为了控制器的输入信号后,输出压力特性曲线的线性度为12%,滞环为16.8%,分辨率为10%,零偏为5.8%;在控制电流在-0.5A到0.5A之间变化时,超磁致伸缩射流伺服阀输出压力变化量约为0.37MPa,输出压力随控制电流变化曲线的线性度约为6.2%,滞环约为23%,分辨率约为3.12%、零偏为3.42%。校正后,输出压力特性曲线的线性度为5%,滞环为9.6%,分辨率为3%,零偏为2.9%。对超磁致伸缩射流伺服阀输出压力的动态测试可知,在7MPa供油压力下,控制电流从-1A跃变到1A时,输出压力变化量约为0.92MPa,其上升时间约为5ms;在控制电流从0跃变到1A时,输出压力为0.37MPa,上升时间约为3ms;在控制电流从0跃变到0.25A时,输出压力约为0.076MPa,上升时间约为1.08ms。由其输出压力的频率响应曲线可知,在控制电流幅值为1A时,其幅频宽为150Hz,相频宽为350Hz,而在控制电流幅值为0.5A,其幅频宽可达400Hz,相频宽接近500Hz。本文的研究工作得到了国家自然科学基金《超磁致伸缩执行器驱动的射流伺服阀关键技术研究（50805080）》和《面向高频大流量电液伺服阀的智能GMA的基础研究（51175243）》;航空科学基金《基于超磁致伸缩材料的高频响射流伺服阀的应用研究（20090752008）》和《基于智能GMA的高频电液放大器的基础研究（20110752006）》以及浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室2011年度开放基金《集电液转换与传感控制一体化的智能GMA的基础研究（GZKF-201116）》等项目的资助。
徐鸿翔[8]（2013）在《伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器控制技术的研究》文中指出近年来，国内外众多学者对新型功能材料在电液伺服阀领域的应用开展了相关研究，特别是以超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material，简写为GMM）为基础的新型电-机转换器的研制与开发，为从根本上提高电液伺服阀流量、频响等性能指标开拓了思路、注入了活力。然而就现阶段而言，由于GMM内部复杂的本征非线性与磁滞特性，使得GMM及其电-机转换器的实际应用中存在输出位移或力滞回性强、非线性严重、定位精度不高等一些关键技术难题亟需突破，本文以超磁致伸缩电-机转换器（Giant MagnetostrictiveActuator，简称GMA）在电液伺服领域的应用为背景，着重对GMA的磁滞非线性建模及其控制技术展开研究。在GMA磁滞非线性建模技术方面，在详细分析GMA结构组成和工作原理的基础上，运用Preisach和Prandtl-Ishlinskii磁滞理论分别对准静态与动态输入信号下GMA输出-输入的滞回非线性行为进行数学建模，所建Preisach静态磁滞模型较好地表征了GMA准静态输入信号下的磁滞情况，为扩大Preisach磁滞模型的应用范围，继而提出一种新型双曲正切动态磁滞算子，其形状参数为输入变化率的双曲正切函数，在此基础上构造了GMA的动态Preisach模型，并利用BP神经网络完成了模型参数辨识，结果表明在20～120Hz频率的输入电流下，该动态Preisach模型的最大预测位移均方根误差为1.62μm，最大绝对位移误差为3.87μm。考虑到后续GMA控制系统研究需求，为克服Preisach模型分布函数难以获得，逆模型算法实现较为复杂等缺点，在Preisach模型基础上扩展建立Prandtl-Ishlinskii磁滞模型，并对该模型进行仿真与实验研究，研究表明GMA的Prandtl-Ishlinskii磁滞模型能够灵活地描述GMM器件的各种磁滞行为，且便于实现控制器的设计和实时应用；在GMA控制技术方面，研发了一套基于TMS320F2812DSP的控制系统，包括A/D转换模块、D/A转换模块、串行接口模块、伺服放大器模块等模块，继而在集成开发环境CCS3.3下完成控制系统相应软件的开发。最后搭建了GMA控制系统实验测试平台，进行了静动态特性实验测试，并利用Prandtl-Ishlinskii模型构造的前馈补偿器进行前馈控制实验研究，实验结果表明基于TMS320F2812的控制系统可以有效地补偿输入信号频率在10～100Hz变化范围内GMA的磁滞非线性，为超磁致伸缩材料及其电-机转换器的进一步应用提供了理论和实验依据。
李跃松,朱玉川,吴洪涛,牛世勇,田一松[9]（2012）在《超磁致伸缩电—机转换器位移感知模型及滞环分析》文中提出超磁致伸缩电—机转换器响应快、可靠性高,但动态驱动时,因受磁滞、涡流等因素影响,输出位移的滞环较大。需要以准确的数学模型为基础,通过控制算法来补偿滞环,或通过优化其结构参数来降低滞环。通过实时测量超磁致伸缩棒上所绕线圈两端的感应电压和推导此感应电压与超磁致伸缩电—机转换器输出位移的关系,建立实时反映超磁致伸缩棒磁化状态的超磁致伸缩电—机转换器动态位移感知模型,并进一步推导出了超磁致伸缩电—机转换器输出位移的滞环与其结构参数的关系。通过与试验结果对比,当驱动频率小于300 Hz时,由所建模型计算出的位移峰—峰值的相对误差小于5.8%;通过仿真研究超磁致伸缩电—机转换器结构参数对输出位移滞环的影响,得出增加预压弹簧的刚度,可以降低动态驱动时的滞环。
翟雪荣[10]（2009）在《伺服阀用GMM电—机转换器的理论基础研究》文中研究表明超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,简写为GMM）是20世纪70年代以后才出现的一种新型功能材料,具有应变大、响应速度快、能量传输密度高、输出力大等优异性能。以其优异的性能和良好的应用前景而得到世界各国研究者的广泛关注,其相应理论和应用器件正在被世界各地的研究者开发出来。由此材料驱动的电-机转换器,可提高伺服阀的精度和频响,从而成为伺服阀用电-机转换器研究热点之一。本文根据超磁致伸缩材料的性能特点,以国产超磁致伸缩材料为基础,对伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器进行基础理论研究。文章首先较系统的介绍了超磁致伸缩材料的工作特性、国内外研究状况及电-机转换器的作用、原理,提出了本论文的选题意义和主要研究内容。然后主要对伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的机械结构、磁路结构及磁场进行分析和研究。主要包括驱动棒的选型、预压力装置的设计、线圈的几何参数设计及优化、磁路损耗分析、转换器输出模型的设计与仿真、驱动磁场的均匀性分析、GMA电磁场的有限元仿真与分析等等。在结构设计中,充分考虑到了闭合磁路的原则,从而大大减少漏磁,提高GMM棒的工作磁场强度。本文利用线圈的功率优化的方法对线圈结构进行了优化设计,使线圈能在限定的尺寸下获得更高的电磁转换效率;导出了静态位移输出特性和力输出特性的解析式,给出了其适用条件,建立了GMM转换器的动态数学模型,利用MATLAB对其动态特性进行了仿真研究。对仿真结果进行了较深入的分析,得出了影响伺服阀用GMM转换器动态特性的结构和性能参数;对驱动磁场的均匀性进行了分析,并利用ANSYS有限元分析软件对GMM转换器的轴对称磁场进行仿真分析,得出了不同输入电流时磁场磁力线分布和磁感应强度沿轴线变化的规律。研究表明,这种伺服阀用GMM电-机转换器的结构形式具有简单、可靠、便于控制的特点。同时具有较大的输出位移和输出力、良好的线性度、较快的响应速度。采用预压力施加机构、可调动态偏置磁场和添加导磁环等措施,提高了伺服阀用GMM电-机转换器整体性能。
二、超磁致伸缩电—机械转换器研究及应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、超磁致伸缩电—机械转换器研究及应用（论文提纲范文）
（1）超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 振动时效技术机理 |
| 1.3 振动时效技术设备 |
| 1.4 激振器概述及机械式激振器分析 |
| 1.4.1 激振器概述 |
| 1.4.2 机械式激振器的性能分析 |
| 1.5 超磁致伸缩器件的研究现状 |
| 1.5.1 典型的超磁致伸缩材料 |
| 1.5.2 超磁致伸缩材料的应用领域 |
| 1.5.3 超磁致伸缩器件的研究现状 |
| 1.5.4 超磁致伸缩激振器的关键技术 |
| 1.6 研究内容和技术路线 |
| 1.6.1 研究内容 |
| 1.6.2 技术路线 |
| 2 超磁致伸缩激振器的结构设计 |
| 2.1 超磁致伸缩材料的工作机理 |
| 2.1.1 磁致伸缩的主要原因 |
| 2.1.2 场致变形的微观过程 |
| 2.2 超磁致伸缩材料的物理效应及主要参数 |
| 2.3 超磁致伸缩激振器设计的关键问题 |
| 2.3.1 激振器的设计流程和基本结构 |
| 2.3.2 驱动磁场类型及频率 |
| 2.3.3 激振器的性能指标与总体结构 |
| 2.4 GMM棒的几何参数及预紧机构设计 |
| 2.4.1 超磁致伸缩材料及其预压应力 |
| 2.4.2 GMM棒的几何参数 |
| 2.4.3 考虑涡流损耗的GMM棒体选型 |
| 2.4.4 预紧机构设计 |
| 2.5 驱动线圈设计与分析 |
| 2.5.1 驱动线圈的结构设计 |
| 2.5.2 驱动线圈的参数分析 |
| 2.6 磁路分析与设计 |
| 2.6.1 磁路设计 |
| 2.6.2 磁路的有限元分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 超磁致伸缩激振器的系统建模 |
| 3.1 磁致伸缩模型 |
| 3.2 磁化模型 |
| 3.3 磁滞非线性方程及其局部线性化 |
| 3.3.1 磁滞非线性方程 |
| 3.3.2 非线性方程的局部线性化 |
| 3.4 激振器的结构动力学建模 |
| 3.4.1 超磁致伸缩激振器的力学模型 |
| 3.4.2 超磁致伸缩激振器的数学模型 |
| 3.5 超磁致伸缩激振器的Simulink仿真 |
| 3.5.1 激振器的仿真模型 |
| 3.5.2 激振器的仿真结果分析 |
| 3.6 结构参数对激振器动态性能的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 超磁致伸缩激振器的参数辨识 |
| 4.1 模型参数辨识原理 |
| 4.1.1 连续模型的离散化 |
| 4.1.2 参数辨识目标 |
| 4.2 差分进化算法 |
| 4.2.1 差分进化算法设计 |
| 4.2.2 差分进化算法流程 |
| 4.3 免疫遗传算法 |
| 4.3.1 免疫遗传算法的自适应策略 |
| 4.3.2 免疫遗传算法设计 |
| 4.3.3 免疫遗传算法流程 |
| 4.4 辨识结果分析 |
| 4.4.1 首次辨识结果 |
| 4.4.2 重复辨识结果 |
| 4.5 磁化模型的线性化 |
| 4.5.1 磁滞回线的特征 |
| 4.5.2 磁化模型的线性化 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 激振器的热损耗分析与热传导模型 |
| 5.1 动态条件下的磁场分布 |
| 5.1.1 磁化过程中的能量关系 |
| 5.1.2 磁场强度与磁导率 |
| 5.2 GMM棒的磁滞损耗 |
| 5.3 GMM棒的涡流损耗 |
| 5.3.1 GMM棒的涡流模型 |
| 5.3.2 涡流模型的有限元求解 |
| 5.4 散热器的热传导模型与仿真 |
| 5.4.1 驱动线圈的传热方式 |
| 5.4.2 散热器的热传导模型 |
| 5.4.3 散热性能仿真 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 超磁致伸缩激振器的分析与试验 |
| 6.1 激振电流与激振力的关系 |
| 6.2 激振器的响应特性分析 |
| 6.2.1 激振器的暂态响应 |
| 6.2.2 激振器的稳态响应 |
| 6.2.3 驱动线圈的阶跃响应 |
| 6.3 超磁致伸缩激振器的试验 |
| 6.3.1 预压应力试验 |
| 6.3.2 激振器的阶跃响应试验 |
| 6.3.3 幅频特性和相频特性试验 |
| 6.3.4 激振力试验 |
| 6.3.5 散热性能试验 |
| 6.3.6 超磁致伸缩激振器的应用 |
| 6.4 超磁致伸缩式与机械式激振器的对比 |
| 6.4.1 两种形式激振器的结构原理 |
| 6.4.2 激振器的频率-激振力特性 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 主要参数的名称、符号及单位 |
| 附录B 超磁致伸缩激振器原理样机 |
| 附录C 超磁致伸缩激振器驱动系统实验装置 |
| 附录D 振动时效控制系统运行界面 |
| 附录E 振动时效控制系统程序框图 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（2）磁致伸缩轴向双柱塞泵驱动的电静液作动器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 作动器工作原理与结构设计 |
| 2.1 作动器工作原理 |
| 2.2 作动器结构设计 |
| 2.2.1 磁致伸缩电-机转换器 |
| 2.2.2 主动配流阀的结构设计与工作原理 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 作动器内部流道结构的流体压力损失研究 |
| 3.1 泵腔出口位置对流体压力损失的影响 |
| 3.1.1 物理模型建立 |
| 3.1.2 计算模型前处理及求解器设置 |
| 3.1.3 结果分析 |
| 3.2 主动配流阀阀芯配流孔深度对流体压力损失的影响 |
| 3.2.1 物理模型建立 |
| 3.2.2 计算模型前处理及求解器设置 |
| 3.2.3 结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 作动器数学模型及仿真分析 |
| 4.1 作动器的数学模型 |
| 4.1.1 磁致伸缩电-机转换器的数学模型 |
| 4.1.2 磁致伸缩泵流动特性的数学模型 |
| 4.1.3 主动配流阀流动特性的数学模型 |
| 4.1.4 液压管路压力损失的数学模型 |
| 4.1.5 液压缸的动力学数学模型 |
| 4.2 作动器系统仿真模型 |
| 4.3 仿真结果分析 |
| 4.3.1 磁致伸缩泵驱动信号相位变化对DMAEHA输出性能影响 |
| 4.3.2 磁致伸缩泵驱动信号频率变化对DMAEHA输出性能影响 |
| 4.3.3 结构参数对DMAEHA输出性能影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 作动器的实验研究及分析 |
| 5.1 磁致伸缩电-机转换器测试平台构成及测试原理 |
| 5.2 磁致伸缩电-机转换器性能测试结果分析 |
| 5.3 DMAEHA空载输出性能测试平台构成及测试原理 |
| 5.4 DMAEHA空载输出性能测试结果分析 |
| 5.5 DMAEHA带载输出性能测试平台构成及测试原理 |
| 5.6 DMAEHA带载输出性能测试结果分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果 |
（3）超磁致伸缩高速开关阀及其阀控缸系统的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 基于智能材料驱动的高速开关阀国内外研究现状 |
| 1.3.1 智能材料及其电-机转换器 |
| 1.3.2 智能材料微位移放大的研究现状 |
| 1.3.3 智能材料驱动的高速开关阀的国外研究现状 |
| 1.3.4 智能材料驱动的高速开关阀的国内研究现状 |
| 1.3.5 国内外研究技术水平对比 |
| 1.4 论文主要研究内容与基本结构组织 |
| 1.4.1 论文主要研究内容 |
| 1.4.2 论文结构 |
| 第二章 GMM高速开关阀工作原理及其机械结构 |
| 2.1 超磁致伸缩材料的特性 |
| 2.1.1 磁致伸缩特性 |
| 2.1.2 倍频特性 |
| 2.1.3 温度特性 |
| 2.2 GMM高速开关阀的工作及控制原理 |
| 2.2.1 GMM高速开关阀的工作原理 |
| 2.2.2 GMM高速开关阀的控制原理 |
| 2.3 GMM高速开关阀主要部件方案设计 |
| 2.3.1 超磁致伸缩电-机转换器的方案设计 |
| 2.3.2 阀芯与阀体的方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 GMM高速开关阀及其阀控缸系统建模与仿真研究 |
| 3.1 GMM高速开关阀模型 |
| 3.1.1 GMM电-机转换器控制电压-驱动电流模型 |
| 3.1.2 GMM电-机转换器电-机转换模型 |
| 3.1.3 GMM高速开关阀动力学模型 |
| 3.1.4 GMM高速开关阀压力流量模型 |
| 3.2 GMM高速开关阀控缸系统模型 |
| 3.2.1 GMM高速开关阀控缸系统原理 |
| 3.2.2 换向阀模型 |
| 3.2.3 液压缸模型 |
| 3.2.4 管路模型 |
| 3.3 GMM高速开关阀及其阀控缸系统开环仿真研究 |
| 3.3.1 GMM高速开关阀控缸系统开环仿真模型 |
| 3.3.2 GMM高速开关阀控缸系统仿真参数 |
| 3.3.3 GMM电-机转换器仿真分析 |
| 3.3.4 GMM高速开关阀阀口尺寸对控制流量影响分析 |
| 3.3.5 GMM高速开关阀控制流量仿真分析 |
| 3.3.6 液压缸位移仿真分析 |
| 3.4 GMM高速开关阀控缸系统闭环控制仿真研究 |
| 3.4.1 GMM高速开关阀控缸特性分析 |
| 3.4.2 GMM高速开关阀控缸系统闭环仿真模型 |
| 3.4.3 GMM高速开关阀控缸位移跟踪仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 GMM高速开关阀及其阀控缸系统实验研究 |
| 4.1 GMM高速开关阀动态响应实验研究 |
| 4.1.1 GMM高速开关阀阀芯位移响应实验 |
| 4.1.2 GMM高速开关阀压力响应实验 |
| 4.2 GMM高速开关阀控缸开环系统实验研究 |
| 4.2.1 GMM高速开关阀控缸开环系统的搭建 |
| 4.2.2 GMM高速开关阀输出平均流量实验与仿真 |
| 4.2.3 液压缸位移实验与仿真分析 |
| 4.3 GMM高速开关阀控缸闭环系统实验研究 |
| 4.3.1 GMM高速开关阀控缸闭环测试系统的搭建 |
| 4.3.2 换向阀对GMM高速开关阀控液压缸位移跟踪影响 |
| 4.3.3 GMM高速开关阀控液压缸位移跟踪特性实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 GMM高速开关阀用液压微位移放大器的建模与实验 |
| 5.1 微位移放大器的结构及工作原理 |
| 5.2 微位移放大器位移输入输出建模 |
| 5.2.1 弹性薄片变形模型 |
| 5.2.2 微位移放大器位移输入输出静态模型 |
| 5.2.3 微位移放大器位移输入输出动态模型 |
| 5.3 微位移放大器薄片有限元仿真 |
| 5.3.1 薄片静力学仿真 |
| 5.3.2 薄片模态仿真 |
| 5.4 微位移放大器位移输出特性实验研究 |
| 5.4.1 微位移放大器实验平台 |
| 5.4.2微位移放大器静态实验 |
| 5.4.3动态位移输出实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（4）超磁致伸缩电静液作动器磁场与流场特性及试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 1.5 论文组织结构安排 |
| 第二章 超磁致伸缩电静液作动器工作原理及其机械结构 |
| 2.1 超磁致伸缩材料的应用特性 |
| 2.1.1 磁致伸缩特性 |
| 2.1.2 温度特性 |
| 2.1.3 预压力相关特性 |
| 2.1.4“倍频”特性 |
| 2.2 超磁致伸缩电静液作动器的工作原理 |
| 2.3 超磁致伸缩电静液作动器主要功能部件及其关键技术的解决 |
| 2.3.1 整体结构方案与设计要求 |
| 2.3.2 主要零部件设计及关键技术的解决 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 作动器磁路结构及其优化 |
| 3.1 磁路的数学建模 |
| 3.2 磁场有限元分析 |
| 3.2.1 磁场有限元模型的建立 |
| 3.2.2 控制磁场均匀性分析 |
| 3.2.3 偏置磁场均匀性分析 |
| 3.3 磁场试验研究与分析 |
| 3.3.1 磁场试验平台的搭建 |
| 3.3.2 磁场特性试验分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 作动器泵腔与管路模块流场数值模拟及参数优化 |
| 4.1 悬臂梁阀的流固耦合分析 |
| 4.1.1 悬臂梁阀流固耦合模型的建立 |
| 4.1.2 悬臂梁阀的静态流场分析 |
| 4.1.3 悬臂梁阀的动态流场分析 |
| 4.2 泵腔的流场分析 |
| 4.3 管路的流场分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 作动器电-机转换模块数学模型与试验验证 |
| 5.1 电-机转换模块的数学模型 |
| 5.1.1 电压-电流动态转换模型 |
| 5.1.2 准静态条件下的磁化模型 |
| 5.1.3 动态条件下磁化模型 |
| 5.1.4 磁致伸缩模型 |
| 5.1.5 结构动力学模型 |
| 5.2 电-机转换模块的仿真研究 |
| 5.2.1 仿真模型的建立 |
| 5.2.2 仿真结果及分析 |
| 5.3 电-机转换模块的试验验证与分析 |
| 5.3.1 试验平台的搭建 |
| 5.3.2 磁化过程试验验证与分析 |
| 5.3.3 输出位移试验验证与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 作动器机-液转换模块的数学模型及作动器整体仿真分析 |
| 6.1 机-液转换模块的理论模型 |
| 6.1.1 执行器动力学模型 |
| 6.1.2 泵腔压力模型 |
| 6.1.3 阀片流固耦合动力学模型 |
| 6.1.4 管路油液动力学模型 |
| 6.1.5 液压缸活塞杆动力学模型 |
| 6.2 超磁致伸缩电静液作动器仿真模型 |
| 6.3 超磁致伸缩电静液作动器仿真分析 |
| 6.3.1 执行器位移仿真结果 |
| 6.3.2 泵腔压力仿真结果 |
| 6.3.3 阀片动态仿真结果 |
| 6.3.4 管路油液动态仿真结果 |
| 6.3.5 作动器输出位移与流量仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 作动器试验与模型结果对比研究及其特性分析 |
| 7.1 试验样机 |
| 7.2 测试系统构成与试验原理 |
| 7.3 空载条件下作动器的试验与仿真结果对比研究 |
| 7.3.1 泵腔活塞位移试验与仿真结果对比研究 |
| 7.3.2 液压缸流量试验与仿真结果对比研究 |
| 7.3.3 作动器实测流量效率 |
| 7.4 带负载条件下作动器的试验与仿真结果对比研究 |
| 7.4.1 泵腔活塞位移试验与仿真结果对比研究 |
| 7.4.2 液压缸流量试验与仿真结果对比研究 |
| 7.5 试验条件下作动器主要结构参数与其流量特性的映射规律 |
| 7.5.1 国内外超磁致伸缩棒对比试验结果 |
| 7.5.2 不同密封膜片厚度对比试验结果 |
| 7.5.3 不同悬臂梁阀片厚度对比试验结果 |
| 7.5.4 不同蓄能器刚度对比试验结果 |
| 7.5.5 不同液压缸活塞面积对比试验结果 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 论文总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（5）超磁致伸缩电静液作动器温度场分布与热位移特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 超磁致伸缩材料特性及其电静液作动器研究现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料特性 |
| 1.2.2 超磁致伸缩电静液作动器研究现状 |
| 1.3 超磁致伸缩执行器热特性研究现状 |
| 1.3.1 热损耗研究现状 |
| 1.3.2 热抑制研究现状 |
| 1.4 论文研究内容与结构安排 |
| 1.4.1 论文主要研究内容 |
| 1.4.2 论文组织结构安排 |
| 第二章 超磁致伸缩电静液作动器热功率损耗模型与分析 |
| 2.1 超磁致伸缩电静液作动器结构及其工作原理 |
| 2.2 热功率损耗对作动器输出性能的影响 |
| 2.3 热功率损耗理论模型与实验研究 |
| 2.3.1 线圈电阻损耗 |
| 2.3.2 涡流损耗 |
| 2.3.3 磁滞损耗 |
| 2.3.4 热功率损耗实验研究 |
| 2.4 降低执行器热功率损耗的方法 |
| 2.4.1 偏置磁场产生方式 |
| 2.4.2 优化线圈尺寸结构 |
| 2.4.3 超磁致伸缩材料涡流抑制方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于管式冷却执行器的热场有限元仿真与分析 |
| 3.1 传热学理论基础 |
| 3.1.1 传热学理论基础 |
| 3.1.2 热能传递基本方式 |
| 3.1.3 定解条件 |
| 3.2 仿真模型的建立 |
| 3.2.1 建立几何模型并划分网格 |
| 3.2.2 设置材料属性 |
| 3.2.3 设置初始条件与边界条件 |
| 3.3 稳态传热仿真结果分析 |
| 3.3.1 不同驱动电流与频率时仿真结果分析 |
| 3.3.2 不同线圈骨架材料时仿真结果分析 |
| 3.3.3 冷却管单一冷却与复合冷却时仿真结果分析 |
| 3.3.4 不同冷却水流速时仿真结果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于腔式冷却执行器的传热数学模型与数值分析 |
| 4.1 腔式冷却执行器结构及工作原理 |
| 4.2 稳态等效热阻模型 |
| 4.3 稳态温度场及热位移计算模型 |
| 4.3.1 线圈骨架传热模型 |
| 4.3.2 自然对流条件时热位移计算模型 |
| 4.3.3 强制对流条件时热位移计算模型 |
| 4.4 理论模型计算 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 超磁致伸缩执行器温控实验研究 |
| 5.1 温控测试实验平台的搭建 |
| 5.1.1 温控测试实验平台的总体设计 |
| 5.1.2 温控实验平台软硬件设计 |
| 5.2 管式冷却执行器温控实验结果分析 |
| 5.2.1 无冷却措施时温控实验结果 |
| 5.2.2 有冷却措施时温控实验结果 |
| 5.3 腔式冷却执行器温控实验结果分析 |
| 5.4 管式主动冷却与腔式主动冷却对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（6）超磁致伸缩伺服阀用电-机转换器传热及热误差分析（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 GMA 的传热结构 |
| 2 GMA 传热模型 |
| 2. 1 传热理论 |
| 2. 2 GMM 棒稳态温度模型 |
| 2. 3 外壳稳态温度 |
| 3 仿真分析 |
| 3. 1 仿真 |
| 3. 2有限元验证 |
| 4 GMA 热误差分析 |
| 5 结论 |
（7）超磁致伸缩射流伺服阀的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 项目背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 超磁致伸缩电-机转换器的研究现状 |
| 1.2.1 本构耦合模型 |
| 1.2.2 磁滞建模与控制 |
| 1.2.3 热误差控制 |
| 1.2.4 电磁优化与分析 |
| 1.3 超磁致伸缩材料在电液控制中的应用 |
| 1.4 课题研究的关键技术 |
| 1.5 本文内容及组织结构 |
| 第二章 超磁致伸缩射流伺服阀及其多物理场优化 |
| 2.1 超磁致伸缩材料的应用特性 |
| 2.1.1 磁致伸缩特性 |
| 2.1.2 压应力特性 |
| 2.1.3 温度特性 |
| 2.1.4 倍频特性 |
| 2.1.5 涡流损耗 |
| 2.2 超磁致伸缩射流伺服阀结构及原理 |
| 2.3 超磁致伸缩电-机转换器的电磁驱动 |
| 2.3.1 GMA磁路模型 |
| 2.3.2 GMA磁场分析 |
| 2.4 超磁致伸缩电-机转换器的热传导 |
| 2.4.1 GMA传热模型 |
| 2.4.2 GMA热场分析 |
| 2.5 射流液压放大器的结构参数优化 |
| 2.5.1 紊动淹没射流理论 |
| 2.5.2 射流液压放大器优化模型 |
| 2.5.3 射流液压放大器设计准则 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 超磁致伸缩电-机转换器非线性建模理论 |
| 3.1 超磁致伸缩电-机转换器的非线性模型 |
| 3.1.1 超磁致伸缩棒的磁化模型 |
| 3.1.2 磁致伸缩模型 |
| 3.1.3 GMA机械传动模型 |
| 3.2 超磁致伸缩电-机转换器的特性分析 |
| 3.2.1 GMA位移测试系统 |
| 3.2.2 GMA位移输出的静态性能 |
| 3.2.3 GMA位移输出的动态性能 |
| 3.3 超磁致伸缩电-机转换器的离散点模型 |
| 3.3.1 LS-SVM建模原理 |
| 3.3.2 GMA的LS-SVM磁滞模型 |
| 3.3.3 小样本数据建模 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 超磁致伸缩电-机转换器驱动与控制技术 |
| 4.1 超磁致伸缩电-机转换器的驱动技术 |
| 4.1.1 伺服阀用GMA的驱动要求 |
| 4.1.2 伺服阀用GMA驱动器设计 |
| 4.1.3 实验研究 |
| 4.2 超磁致伸缩电-机转换器的前馈逆补偿控制 |
| 4.2.1 前馈逆补偿控制系统及控制原理 |
| 4.2.2 GMA的动态逆模型 |
| 4.2.3 仿真与实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 射流液压放大器模型及其流场数值模拟 |
| 5.1 射流液压放大器结构及工作原理 |
| 5.2 射流液压放大器通流面积的求取 |
| 5.2.1 通流面积的线性模型 |
| 5.2.2 通流面积的非线性模型 |
| 5.3 射流液压放大器模型及特性仿真 |
| 5.3.1 基于节流理论的射流液压放大器模型 |
| 5.3.2 基于动量定理的射流液压放大器模型 |
| 5.4 射流液压放大器流场数值模拟 |
| 5.4.1 流场数值模拟的数学基础 |
| 5.4.2 射流液压放大器流场数值模拟 |
| 5.4.3 射流液压放大器模型的修正 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 超磁致伸缩射流伺服阀性能的理论与实验研究 |
| 6.1 超磁致伸缩射流伺服阀的理论模型 |
| 6.1.1 模型构成与各环节方程 |
| 6.1.2 超磁致伸缩射流伺服阀的模型 |
| 6.2 超磁致伸缩射流伺服阀的理论特性 |
| 6.2.1 超磁致伸缩射流伺服阀的静态性能 |
| 6.2.2 超磁致伸缩射流伺服阀的动态性能 |
| 6.3 超磁致伸缩射流伺服阀实验研究 |
| 6.3.1 伺服阀测试系统 |
| 6.3.2 误差来源及分析 |
| 6.3.3 超磁致伸缩射流伺服阀的测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（8）伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器控制技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超磁致伸缩材料及其电-机转换器磁滞模型的研究现状 |
| 1.2.2 超磁致伸缩材料及其电-机转换器控制技术的研究现状 |
| 1.3 论文研究的研究意义 |
| 1.4 论文研究的主要内容 |
| 1.5 论文研究的组织安排 |
| 第二章 超磁致伸缩电-机转换器的 Preisach 磁滞模型 |
| 2.1 超磁致伸缩电-机转换器的结构组成与工作原理 |
| 2.2 超磁致伸缩电-机转换器的静态 Preisach 磁滞建模 |
| 2.2.1 静态 Preisach 磁滞模型 |
| 2.2.2 静态 Preisach 磁滞模型的离散表达 |
| 2.2.3 静态 Preisach 磁滞模型的参数辨识及实验验证 |
| 2.3 超磁致伸缩电-机转换器的动态 Preisach 磁滞建模 |
| 2.3.1 国内外动态磁滞算子的研究 |
| 2.3.2 双曲正切函数动态磁滞算子 |
| 2.3.3 基于双曲正切算子的动态 Preisach 磁滞模型 |
| 2.3.4 GMA 动态 Preisach 磁滞模型参数的辨识及实验验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 超磁致伸缩电-机转换器的 Prandtl-Ishlinskii 磁滞模型 |
| 3.1 超磁致伸缩电-机转换器的静态 Prandtl-Ishlinskii 磁滞建模 |
| 3.1.1 线性 Play 算子和线性 Stop 算子 |
| 3.1.2 GMA 的静态 Prandtl-Ishlinskii 模型 |
| 3.1.3 静态 Prandtl-Ishlinskii 磁滞模型的参数辨识及实验验证 |
| 3.2 超磁致伸缩电-机转换器的动态 Prandtl-Ishlinskii 建模 |
| 3.2.1 动态 Prandtl-Ishlinskii 模型 |
| 3.2.2 GMA 的动态 Prandtl-Ishlinskii 模型仿真分析 |
| 3.2.3 GMA 动态 Prandtl-Ishlinskii 模型参数的辨识及实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 超磁致伸缩电-机转换器控制系统的总体设计 |
| 4.1 GMA 控制系统的方案 |
| 4.1.1 控制系统结构组成与工作原理 |
| 4.1.2 基于 Prandtl-Ishlinskii 前馈补偿的控制方法 |
| 4.2 控制系统硬件设计 |
| 4.2.1 DSP 控制板的设计 |
| 4.2.2 伺服放大器的设计 |
| 4.3 控制系统的软件设计 |
| 4.3.1 软件编程环境 |
| 4.3.2 系统主程序 |
| 4.3.3 数据采集与输出子程序 |
| 4.3.4 磁滞补偿算法的实现 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 超磁致伸缩电-机转换器控制系统的实验研究 |
| 5.1 GMA 控制系统实验平台 |
| 5.2 GMA 控制系统的调试 |
| 5.2.1 控制板的 D/A 模块调试 |
| 5.2.2 控制板的 A/D 模块调试 |
| 5.3 GMA 控制系统的实验研究 |
| 5.3.1 控制系统的静动态输出特性 |
| 5.3.2 控制系统的前馈控制实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文研究总结 |
| 6.2 论文研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）超磁致伸缩电—机转换器位移感知模型及滞环分析（论文提纲范文）
| 0 前言 |
| 1 GMM电—机转换器结构 |
| 2 GMM电—机转换器位移感知模型 |
| 2.1 GMM棒的磁致伸缩模型 |
| 2.2 GMM棒的磁感应强度模型 |
| 2.3 GMM电—机转换器动力学模型 |
| 3 GMM电—机转换器滞环分析 |
| 4 仿真与试验 |
| 4.1 GMM电—机转换器试验台构建 |
| 4.2 GMM电—机转换器位移感知模型验证 |
| 4.3 GMM电—机转换器结构参数对滞环的影响 |
| 5 结论 |
（10）伺服阀用GMM电—机转换器的理论基础研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 磁致伸缩现象及超磁致伸缩材料的优越性能 |
| 1.1.1 磁致伸缩现象的工作机理 |
| 1.1.2 超磁致伸缩材料的优越性能 |
| 1.2 超磁致伸缩材料的工作特性 |
| 1.2.1 “跳跃”特性 |
| 1.2.2 ΔE 效应 |
| 1.2.3 温度特性 |
| 1.2.4 倍频效应 |
| 1.2.5 磁-机耦合特性 |
| 1.3 磁致伸缩的物理效应 |
| 1.4 液压伺服阀的简介 |
| 1.4.1 电液伺服阀的组成及类型 |
| 1.4.2 液压伺服阀存在的问题及发展趋势 |
| 1.5 GMM 电-机械转换器 |
| 1.5.1 电-机械转换器作用、分类及原理 |
| 1.5.2 GMM 电-机械转换器的研究现状 |
| 1.6 课题研究意义及研究内容 |
| 1.6.1 课题研究意义 |
| 1.6.2 课题研究难点 |
| 1.6.3 课题研究内容 |
| 2 GMA 的磁路设计及计算 |
| 2.1 GMM 的驱动形式 |
| 2.2 磁路构成与原理 |
| 2.3 磁路设计与分析 |
| 2.3.1 磁路基本方程 |
| 2.3.2 转换器的磁路计算 |
| 2.4 驱动和偏置线圈的设计 |
| 2.4.1 轴对称线圈内的磁场强度的计算 |
| 2.4.2 线圈的功率优化 |
| 2.4.3 线圈的参数设计计算 |
| 2.5 磁路损耗分析 |
| 2.5.1 涡流损耗 |
| 2.5.2 磁滞损耗 |
| 2.6 气隙分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 GMA 的结构设计与理论分析 |
| 3.1 GMA 设计应考虑的几个问题 |
| 3.2 GMA 的结构原理图及工作原理 |
| 3.3 驱动棒的设计选型 |
| 3.4 转换器主要结构的设计及参数确定 |
| 3.4.1 驱动频率 |
| 3.4.2 线圈骨架的设计 |
| 3.4.3 预压力装置 |
| 3.4.4 其他主要结构的选择与设计 |
| 3.5 GMM 转换器的输出模型 |
| 3.5.1 静态模型 |
| 3.5.2 动态模型 |
| 3.6 GMM 转换器的动态特性仿真 |
| 3.6.1 仿真模型的建立 |
| 3.6.2 仿真结果及分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 GMA 电磁场的研究与有限元分析 |
| 4.1 驱动磁场均匀性分析 |
| 4.1.1 驱动磁场的轴向均匀性 |
| 4.1.2 驱动磁场的径向均匀性 |
| 4.2 电磁场计算理论 |
| 4.2.1 有限差分法和有限元法 |
| 4.2.2 有限元法的理论基础 |
| 4.3 GMA 有限元结果与分析 |
| 4.3.1 ANSYS 软件简介 |
| 4.3.2 有限元分析结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及读研期间主要科研成果 |
四、超磁致伸缩电—机械转换器研究及应用（论文参考文献）
- [1]超磁致伸缩激振器的结构设计、系统建模及参数辨识研究[D]. 王安明. 兰州交通大学, 2020(01)
- [2]磁致伸缩轴向双柱塞泵驱动的电静液作动器的研究[D]. 宋昀泽. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [3]超磁致伸缩高速开关阀及其阀控缸系统的研究[D]. 罗樟. 南京航空航天大学, 2019
- [4]超磁致伸缩电静液作动器磁场与流场特性及试验研究[D]. 杨旭磊. 南京航空航天大学, 2016(03)
- [5]超磁致伸缩电静液作动器温度场分布与热位移特性研究[D]. 纪良. 南京航空航天大学, 2016(03)
- [6]超磁致伸缩伺服阀用电-机转换器传热及热误差分析[J]. 李跃松,朱玉川,吴洪涛,杨旭磊,纪良. 农业机械学报, 2015(02)
- [7]超磁致伸缩射流伺服阀的理论与实验研究[D]. 李跃松. 南京航空航天大学, 2014(01)
- [8]伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器控制技术的研究[D]. 徐鸿翔. 南京航空航天大学, 2013(06)
- [9]超磁致伸缩电—机转换器位移感知模型及滞环分析[J]. 李跃松,朱玉川,吴洪涛,牛世勇,田一松. 机械工程学报, 2012(04)
- [10]伺服阀用GMM电—机转换器的理论基础研究[D]. 翟雪荣. 安徽理工大学, 2009(07)
标签：磁致伸缩论文; 激振器论文; 伺服阀论文; 磁致伸缩位移传感器论文; 流量特性论文;