基于逆磁致效應(yīng)的超磁致伸縮微驅(qū)動方法研究.pdf

1、精密加工作為發(fā)展尖端科技的基礎(chǔ)，也是衡量一個國家科學(xué)技術(shù)水平的重要標志，而精密微驅(qū)動技術(shù)是實現(xiàn)精密加工的關(guān)鍵。超磁致伸縮微位移執(zhí)行器(GMA)以位移范圍大、輸出力大、響應(yīng)速度快、位移分辨力高、驅(qū)動電壓低等優(yōu)點，在微驅(qū)動、精密定位、主動降噪減震等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以直動型 GMA為對象，為實現(xiàn)自感知原理研制了新樣機。改進了超磁致伸縮微位移執(zhí)行器水冷機構(gòu)并使其小型化，提高了輸出性能；并針對超磁致伸縮微位移驅(qū)動器在恒力作用下具有良好

2、的微驅(qū)動特性，而在變力作用下輸出存在嚴重非線性的問題，進行了基于逆磁致效應(yīng)的自感知型 GMA的探索性研究，提出了變力擾動量的分離方法并進行了相應(yīng)的實驗研究，這對于提高超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的輸出特性和推進其應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文首先從磁致伸縮機理出發(fā)，分析應(yīng)變、應(yīng)力、磁場強度、磁感應(yīng)強度及溫度之間的相互關(guān)系，確定了GMA輸出非線性的原因。設(shè)計的實驗平臺包括：執(zhí)行器主體、磁感應(yīng)強度和溫度傳感電路、基于DSP的主控電路、基于

3、LabView的數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)。
　　其次對基于逆磁致效應(yīng)的自感知信號的分離方法進行了研究，包括基于電橋電路、加探測線圈、建立狀態(tài)觀測器三種方法。以壓磁方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了不同工作邊界條件下應(yīng)力與感知信號的關(guān)系，作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的理論依據(jù)。理論得到電橋法中感知信號與輸出速度成正比，而觀測磁感應(yīng)強度的方法感知信號與應(yīng)力成正比。
　　最后對設(shè)計的執(zhí)行器進行了系統(tǒng)實驗分析。溫度和磁感應(yīng)強度傳感電路的測量精度滿足要求，可用于自感知研

4、究中對磁場的監(jiān)測。設(shè)計的驅(qū)動線圈磁場均勻性有了提高，最大衰減由13.0％降低到4.95%；設(shè)計的水冷機構(gòu)能夠使執(zhí)行器工作溫度穩(wěn)定在0.2℃內(nèi)；小電流驅(qū)動下執(zhí)行器輸出位移固定位置的蠕變在20nm以內(nèi)；同樣驅(qū)動電流下，輸出位移比原樣機大了一倍，并且升程曲線線性度較好；執(zhí)行器位移輸出重復(fù)性誤差在100nm以內(nèi)；通過步進驅(qū)動電流可控制位移步進輸出在50nm以內(nèi)。在以上良好的位移輸出特性基礎(chǔ)上利用監(jiān)測磁場的方法實現(xiàn)了恒驅(qū)動電流下力的自感知功能，與