基于動(dòng)態(tài)Preisach模型的差動(dòng)型超磁致伸縮微位移控制系統(tǒng)研究

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1、碩士學(xué)位論文基于動(dòng)態(tài)Preisach模型的差動(dòng)型超磁致伸縮微位移控制系統(tǒng)研究RESEARCHONDIFFERENTIALLYDRIVENGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRO-DISPLACEMENTCONTROLSYSTEMBASEDONDYNAMICPREISACHMODEL李逸信哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TP271.4學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.3密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文基于動(dòng)態(tài)Preisach模型的差動(dòng)型超磁致伸縮微位移控制系統(tǒng)研究碩士研究生：李逸信導(dǎo)師：黃向東教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士

2、學(xué)科：儀器科學(xué)與技術(shù)所在單位：自動(dòng)化測(cè)試與控制系答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP271.4U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONDIFFERENTIALLYDRIVENGIANTMAGNETOSTRICTIVEMICRO-DISPLACEMENTCONTROLSYSTEMBASEDONDYNAMICPREISACHMODELCandidate：YixinLiSupervisor：Prof.Xi

3、angdongHuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要在超精密加工、超精密測(cè)量/測(cè)試以及航空航天設(shè)備領(lǐng)域

4、，對(duì)外界環(huán)境振動(dòng)和設(shè)備自身振動(dòng)的抑制、隔離是重要的研究課題之一，其常用的手段有被動(dòng)、半主-3動(dòng)和主動(dòng)隔振。超磁致伸縮材料具有能量密度高、伸縮系數(shù)大（10量級(jí)）、響應(yīng)時(shí)間極短、輸出應(yīng)力大、驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)，由這種材料驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器可以應(yīng)用在主動(dòng)隔/減振系統(tǒng)中。本論文的主要目的是在課題原有的超磁致伸縮微定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，改進(jìn)執(zhí)行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，改善控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)輸出性能。論文的主要內(nèi)容包含以下三個(gè)部分：一、分析課題原有超磁致伸縮執(zhí)行器（GMA）的不足，優(yōu)化其驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)由兩個(gè)經(jīng)典結(jié)構(gòu)執(zhí)行器組合而成的差動(dòng)型GMA

5、；二、分析單個(gè)執(zhí)行器的動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)之上推導(dǎo)出差動(dòng)型GMA的動(dòng)力學(xué)模型，仿真分析負(fù)載等效剛度、負(fù)載質(zhì)量對(duì)該執(zhí)行器輸出特性的影響，討論組成差動(dòng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子執(zhí)行器參數(shù)不對(duì)稱(chēng)對(duì)整體輸出的影響，提出改善措施；三、引入動(dòng)態(tài)Preisach模型，完成位移反饋PID控制和位移前饋-PID閉環(huán)復(fù)合控制仿真，搭建基于差動(dòng)型GMA、電容位移傳感器、功率放大器、PC機(jī)和PXI-8102采集板卡的控制系統(tǒng)，完成對(duì)差動(dòng)型GMA的位移前饋-PID閉環(huán)復(fù)合控制，測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)輸出性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超磁致伸縮微定位系統(tǒng)在18.5μm的行程范圍內(nèi)具有6nm的分

6、辨力，單位階躍響應(yīng)時(shí)間達(dá)到5ms，在復(fù)合控制系統(tǒng)下可以實(shí)現(xiàn)200Hz內(nèi)幅值為3μm的無(wú)滯后正弦位移輸出，輸出最大誤差為0.6μm，最大負(fù)載質(zhì)量為725g。關(guān)鍵詞：超磁致伸縮執(zhí)行器；差動(dòng)；復(fù)合控制；動(dòng)態(tài)輸出-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractThesuppressionandisolationofvibrationfromexternalenvironmentandthedevicesisalwaysanimportantresearchtopicinthefieldofultra-precisionmachining,ult

7、raprecisionmeasurementandaerospaceequipment.Thecommonmeanscontainpassive,semi-activeandactivevibrationisolation.Giantmagnetostrictivematerialhas-3highenergydensity,scalablecoefficient(10),shortresponsetime,greatoutputstressandlowdrivingvoltage.Therefore,actuatorsdrivenbyth

8、ismaterialcanbeusedinanactivevibrationisolationsystem.Themainpurposeofthispaperistooptimi