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CAMOZZI康茂勝超磁致伸縮執(zhí)行器的研究
隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，人們對精密驅(qū)動及控制技術(shù)提出了更高的要求，并不斷地采用新型功能材料和新型工作原理來提高精密驅(qū)動及其控制技術(shù)的水平。超磁致伸縮執(zhí)行器是以新型功能材料——超磁致伸縮材料作為致動元件的一類微位移執(zhí)行器，具有輸出位移和輸出力大、響應(yīng)速度快等突出優(yōu)點，已在超精密加工、流體控制機械等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

CAMOZZI康茂勝超磁致伸縮執(zhí)行器的研究
超磁致伸縮CAMOZZI執(zhí)行器是以新型功能材料--超磁致伸縮材料作為致動元件的一類微位移執(zhí)行器，具有輸出位移和力大、響應(yīng)速度快、溫度范圍寬、低壓可操作等突出優(yōu)點，已在精密、超精密加工、流體控制機械、微調(diào)節(jié)與微補償機構(gòu)、微機電系統(tǒng)以及納米技術(shù)等領(lǐng)域呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而超磁致伸縮材料是鐵磁性材料，由于該材料自身以及組成驅(qū)動磁路的其它元件存在較強的磁滯特性，導(dǎo)致執(zhí)行器輸出位移存在著滯回性強、重復(fù)性差、非線性嚴重等缺點，嚴重限制了執(zhí)行器的定位精度，影響了該材料及其執(zhí)行器更廣泛的應(yīng)用。 論文在深入研究了國內(nèi)外關(guān)于超磁致伸縮材料及其執(zhí)行器的建模理論與控制方法的基礎(chǔ)上，針對超磁致伸縮執(zhí)行器的磁滯非線性，應(yīng)用Priesach理論建立了執(zhí)行器的磁滯模型，根據(jù)該模型推導(dǎo)出了執(zhí)行器的逆磁滯模型，設(shè)計了前饋控制器對磁滯非線性進行補償。在前饋控制的基礎(chǔ)上，論文提出了利用執(zhí)行器的實際輸出與指令輸入之間的偏差信號的大小來設(shè)計自適應(yīng)控制器和自適應(yīng)算法，充分利用前饋“及時”和反饋“消除偏差”的優(yōu)點，動態(tài)調(diào)整控制器的參數(shù)，進一步提高執(zhí)行器的控制精度。 建立了以單片機為核心的執(zhí)行器閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括驅(qū)動電源的研制、傳感變送器的設(shè)計與實現(xiàn)、單片機控制單元、模擬量輸入輸出通道的設(shè)計以及系統(tǒng)監(jiān)控、驅(qū)動軟件的設(shè)計與編程實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上對執(zhí)行器的前饋和反饋兩種控制方案進行了實驗研究，實測了執(zhí)行器在不同幅值下的階躍響應(yīng)曲線、執(zhí)行器的軌跡跟蹤曲線。首先分析了一下超磁致伸縮現(xiàn)象以及產(chǎn)生機理，然后詳細研究了超磁致伸縮材料的一些基本特性，接著對超磁致伸縮執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡圖以及工作原理進行了深入分析，并對超磁致伸縮執(zhí)行器裝置中的重要機械尺寸進行了計算，得出了一系列相關(guān)重要參數(shù)。然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電磁學(xué)知識對超磁致伸縮執(zhí)行器裝置中的磁路進行了研究，確定了超磁致伸縮執(zhí)行器中的偏置磁場的大小和*磁鐵的選型以及超磁致伸縮執(zhí)行器在正常工作時所需要的預(yù)應(yīng)力的值，同時建立起了反映超磁致伸縮執(zhí)行器的磁滯和渦流損失的數(shù)學(xué)模型。 接下來根據(jù)超磁致伸縮執(zhí)行器的控制對象特點，提出了基于位移閉環(huán)的控制方案。然后結(jié)合本系統(tǒng)，將積分分離PID算法應(yīng)用到本控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了其數(shù)字化以及程序化，為閉環(huán)控制的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 根據(jù)自動控制原理，結(jié)合超磁致伸縮材料的磁滯特性，本文建立了以高性能單片機為核心的超磁致伸縮執(zhí)行器微位移閉環(huán)控制系統(tǒng)；分析和構(gòu)建了構(gòu)成系統(tǒng)所必需的微位移檢測變送通道、模擬量輸入通道、單片機控制單元、模擬量輸出通道等重要組成部分；設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件電路部分，主要包括A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、鍵盤顯示電路，以及恒流源接口電路等部分的設(shè)計；結(jié)合C語言，并根據(jù)模塊化編程思想，開發(fā)了控制系統(tǒng)的軟件。軟件部分主要包括系統(tǒng)主程序模塊、采樣與控制輸出模塊、鍵盤顯示模塊以及PID控制算法模塊等其他相關(guān)功能模塊，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理與控制輸出等功能，并在軟件和硬件的設(shè)計中采用了一系列措施來防止干擾對系統(tǒng)的影響。

CAMOZZI康茂勝超磁致伸縮執(zhí)行器的研究
實驗結(jié)果表明本文建立的執(zhí)行器的磁滯模型能夠準確的描述執(zhí)行器的磁滯非線性，根據(jù)此模型設(shè)計的兩種控制方案大幅度的補償了執(zhí)行器的磁滯非線性，提高了執(zhí)行器的控制精度。 zui后，在對論文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)的基礎(chǔ)上，對該領(lǐng)域的研究方向以及進一步的工作提出了建議。