超磁致伸缩执行器的磁滞非线性数学模型与应用特性研究

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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、分辨精度高及响应速度快等优点的新型执行器，如基于超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,GMM）的执行器。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及以GMM为核心材料的执行器在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解决。本文以超磁致伸缩执行器（Giant Magnetostrictive Actuator,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。
　　本文的主要研究工作可分为以下六部分：
　　第一章提出了课题研究背景和意义，总结了GMA磁滞模型及模型参数辨识的现状及发展，介绍了GMA控制技术的国内外研究现状并简要概括了课题的研究内容和全文的组织结构；
　　第二章介绍了GMM的应用特性及其执行器的结构和工作原理，并针对GMA的试验结果，分析了其在不同的激励电流、预应力、磁感应强度下执行器输出位移滞回曲线的变化情况。
　　第三章建立了传统的PI模型与逆模型，通过理论与仿真分析了模型应用的局限性并基于此建立了改进的PI模型与逆模型，但该模型在改变GMA预压力的情况下并不能很好的预测磁滞曲线，因此又建立了基于改进的PI模型的应力相关磁滞非线性模型。以上模型都是GMA在准静态下所建立的，对于其在动态条件下，又建立了一种率相关的PI动态模型，通过实验验证了模型的正确性和可预测性。
　　第四章建立了基于J-A磁滞模型的超磁致伸缩执行器位移磁致非线性模型，并通过改进的模拟退火算法和改进的广义粒子群算法对模型参数进行了辨识优化，并通过实验验证了辨识参数的准确性。
　　第五章完成对超磁致伸缩执行器的控制系统的实验调试，调试合格基础上，对系统进行比例迭代控制和基于PI逆模型的前馈控制研究试验，试验结果表明在输入频率低于60Hz下该控制算法可以有效的补偿GMA的滞回曲线。
　　第六章对全文的研究工作与研究成果进行了概括。

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作者
唐宏波;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科机械电子工程
授予学位硕士
导师姓名朱玉川;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TP215;TN712.2;
关键词
超磁致伸缩执行器; 电液伺服; 磁滞非线性建模; 参数辨识; 模拟退火算法;

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