超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器雙向可控恒流驅(qū)動(dòng)電源研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第5期(總第162期)機(jī)械工程與自動(dòng)化No．52010年10月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10N0ct．文章編號(hào)：1672—6413(2010)05—0138—03超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器雙向可控恒流驅(qū)動(dòng)電源的研究馬志新(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇南通226000)摘要：針對(duì)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的工作原理和電源驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于DSP控制能實(shí)現(xiàn)電流一4A～+4A連續(xù)可調(diào)的雙向可控恒流驅(qū)動(dòng)電源。該電源經(jīng)實(shí)際測(cè)試性能良好，能滿(mǎn)足超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的工作要求。關(guān)鍵詞：超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器；驅(qū)動(dòng)電源；

2、恒流源中圖分類(lèi)號(hào)：TP273：TM91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量，降低溫度變化對(duì)驅(qū)動(dòng)器工作的超磁致伸縮材料(giantmagnetostrictive影響。material，簡(jiǎn)稱(chēng)GMM)是一種新型高效的電(磁)能一l234567891O機(jī)械能轉(zhuǎn)換功能材料，它在室溫和低磁場(chǎng)下能產(chǎn)生很大的磁致伸縮應(yīng)變。利用GMM的磁致伸縮效應(yīng)開(kāi)發(fā)的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(giantmagnetostrictiveactuator，簡(jiǎn)稱(chēng)GMA)具有輸出力大、輸出位移大、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)[1]，近年來(lái)，在精密、超精密加工領(lǐng)域越來(lái)越體現(xiàn)出其廣闊的應(yīng)用價(jià)值

3、。驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)是超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，電源性能的優(yōu)劣將直接決定驅(qū)動(dòng)器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)使用特性[3]。本文針對(duì)驅(qū)動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的性能要求，設(shè)計(jì)和研制了一種大功率、高精度、能用DSP數(shù)字電路雙向控制的恒流驅(qū)動(dòng)電源。1GMA的驅(qū)動(dòng)原理與驅(qū)動(dòng)電源特點(diǎn)1一底座；2墊片；3一進(jìn)水口；4引伸軸；5一超磁致伸縮棒1．1驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)原理6一激勵(lì)線(xiàn)圈和偏置線(xiàn)圈；7一外殼；8--出水口；9一端蓋；采用國(guó)產(chǎn)GMM棒材為主要元件，根據(jù)超磁致伸l0一預(yù)壓螺母；11～輸出頂桿；12一預(yù)壓碟簧；縮材料的驅(qū)動(dòng)特性及磁路原理，研制了超磁致伸縮驅(qū)l3一套筒；14--線(xiàn)圈骨架

4、；15密封圈動(dòng)器[6]，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。圖1超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖該驅(qū)動(dòng)器工作原理可簡(jiǎn)述為：當(dāng)激勵(lì)線(xiàn)圈通有電1．2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電源特點(diǎn)流時(shí)，由電磁感應(yīng)原理將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)為了實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器控制的穩(wěn)定性與智能GMM棒的伸長(zhǎng)或縮短，通過(guò)輸出頂桿，對(duì)外將產(chǎn)生輸化，設(shè)計(jì)了如圖2所示的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以出位移。此外，通過(guò)給偏置線(xiàn)圈施加適當(dāng)?shù)碾娏?，產(chǎn)TMs32OF2812型DSP為控制核心，通過(guò)控制D／A模生所需的偏置磁場(chǎng)，以消除“倍頻現(xiàn)象”；通過(guò)預(yù)壓機(jī)塊輸出控制電壓信號(hào)，從而控制雙向可控恒流驅(qū)動(dòng)電構(gòu)對(duì)超磁致伸縮材料提供合適的預(yù)壓力，提高機(jī)

5、磁耦源去驅(qū)動(dòng)GMA，而GMA輸出的位移信號(hào)可通過(guò)A／合系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)；帶螺旋溝槽的套筒、進(jìn)水口D模塊反饋到DSP中處理，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制?？梢?jiàn)，驅(qū)和出水口構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的冷卻水回路，可帶走驅(qū)動(dòng)器動(dòng)電源起到了連接驅(qū)動(dòng)器與控制核心器件DSP之間收稿日期：2010—01—28；修回日期：2010—04—18作者簡(jiǎn)介：馬志新(1981一)，男，江蘇蘇州人，講師，工學(xué)碩士，主要從事機(jī)電一體化方面的教學(xué)和研究工作。學(xué)兔兔www.xuetutu.com學(xué)兔兔www.xuetutu.com·140·機(jī)械工程與自動(dòng)化2010年第5期R3nt-R41(RT-t-R8)擇R

6、s為0．1a／5W的錳銅絲線(xiàn)繞電阻，R～R均選，一—?——．——．R1+R2R3Rs、尺5+R6R7用1‰精度、阻值為1k12的金屬膜精密電阻。這樣就能(、+a,C(R1j—。????(5)實(shí)現(xiàn)I。一Uc+RL)--~o2LC。運(yùn)放A4設(shè)計(jì)成減法電路，設(shè)A4的正端輸入即控式(5)就是恒流源輸人與輸出的向量表達(dá)式，當(dāng)角rr——，頻率=0(即直流)時(shí)，變?yōu)椋褐戚斎霝閡，負(fù)端輸人電壓為己，，則：t—2b--一tJi=』9R2尺3+R4，R5R7+R8、1rr，一，rr一。R—+—Rz‘可蕊‘Tul。。如取R。一R。，則有：U一2一。在設(shè)計(jì)I‘10??????

7、?????????????(6)中調(diào)節(jié)使其為4V，則總的電路輸入輸出關(guān)系就式(6)就是恒流源的靜態(tài)輸出特性表達(dá)式，選取合為：Io一2U一4。因此當(dāng)由DSP控制的D／A模塊輸出適的阻值可以使：(DA0UT1)在0V～4V變化，則恒流源輸出電流就在蕊R2·(·或者一4A～4A變化，從而實(shí)現(xiàn)了恒流源的雙向可控。Rl+R2尺3R5+R6R7R、2．2電源實(shí)驗(yàn)測(cè)試常數(shù))。?????????????????(7)實(shí)驗(yàn)中驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)線(xiàn)圈電感量為15mH，其靜態(tài)其中，R5·魚(yú)為A3放大電路的電壓放大倍電阻為1．55Q(實(shí)測(cè))，采用四位半精度的數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)出恒流源的輸入電

8、壓與輸出電流，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)，只要選擇精密電阻阻值R一R一100kQ，R一見(jiàn)表1。R，一i0