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计及漏磁的堆栈式超磁致伸缩制动器多物理场耦合建模研究 被引量：3
1
作者 李姝汛 杨鑫 +2 位作者 陈泽坤 陈钰凯 张智贺 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期2277-2288,共12页
堆栈式超磁致伸缩制动器(SGMA)因其能量密度高、响应速度快且便于提供稳定的偏置磁场而得到广泛应用。由于永磁体和超磁致伸缩材料相对磁导率极低,磁路中存在明显的磁场空间分布不均匀的现象,磁-机耦合导致其动力学相较于传统结构的制... 堆栈式超磁致伸缩制动器(SGMA)因其能量密度高、响应速度快且便于提供稳定的偏置磁场而得到广泛应用。由于永磁体和超磁致伸缩材料相对磁导率极低,磁路中存在明显的磁场空间分布不均匀的现象,磁-机耦合导致其动力学相较于传统结构的制动器更为复杂。为了准确地预测SGMA的输出特性,该文基于有限元仿真搭建了计及漏磁的等效磁路,并结合Jiles-Atherton模型、非线性本构模型及考虑分布特性的结构动力学模型,借助Pspice电路仿真软件建立了超磁致伸缩制动器多物理场耦合动态模型。相较于传统的制动器多场耦合模型,所提模型能够更精准地分析磁路中的漏磁行为,并反映由磁场不均匀引起的力学分布特性。最后搭建制动器输出位移测试平台以验证模型的准确性,模型计算结果与实验结果吻合度良好,证明了所建立模型能有效表征SGMA的输入-输出特性。 展开更多
关键词 堆栈式超磁致伸缩制动器 多场耦合模型 漏磁 动态特性 Pspice电路仿真软件
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超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的结构设计及喷油特性分析 被引量：2
2
作者 喻曹丰 魏梓贤 +3 位作者 段永勇 朱建华 陶雪枫 聂仪楠 《液压与气动》 北大核心 2024年第2期52-59,共8页
针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模... 针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模型;采用COMSOL建立了驱动部分仿真模型,并进行输出位移和应力特性分析,采用AMESim建立了喷油器整体模型,并进行喷油速率分析;搭建试验平台,验证了超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器设计方案的有效性。结果显示:当线圈电流为3.6 A时,超磁致伸缩棒的最大输出位移可达52μm;在160 MPa的压力下喷油最低脉宽从1 ms降低到0.15 ms,并且无论脉宽长短,其脉宽-喷油量均具有良好的线性度。结果表明,提出的设计方案可行,为研制出一种高性能的高压共轨式喷油器奠定了理论和技术基础。 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 高压共轨式喷油器 输出位移 喷油脉宽 喷油率
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叠堆式超磁致伸缩致动器磁场分布建模及分析 被引量：11
3
作者 何忠波 荣策 +2 位作者 李冬伟 薛光明 郑佳伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2347-2358,共12页
为提高超磁致伸缩致动器(GMA)偏置磁场的均匀度,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),建立了SGMA的磁场分布模型,并对模型进行分析研究。首先,通过分析传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了SGMA... 为提高超磁致伸缩致动器(GMA)偏置磁场的均匀度,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),建立了SGMA的磁场分布模型,并对模型进行分析研究。首先,通过分析传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了SGMA;然后,将磁路模型和毕奥-萨伐尔定律相结合,建立了能够准确描述SGMA磁场特点的磁场分布模型;接着,利用所建立磁场分布模型分析了不同参数对SGMA磁场分布特征的影响,提出了SGMA结构设计方法;最后,通过实验完成了模型验证。结果表明:采用本文建立的模型描述SGMA磁场分布时,最大相对误差低于4%;在预测SGMA的输出位移时,最大相对误差低于5%。该模型有助于准确刻画SGMA的工作状态,提高SGMA的系统精度,并为SGMA结构设计提供参考依据。 展开更多
关键词 叠堆式超磁致伸缩致动器 磁场均匀性 磁场分布模型 模型分析 结构设计
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叠堆式超磁致伸缩致动器的模型预测滑模控制 被引量：4
4
作者 何忠波 荣策 +2 位作者 周景涛 薛光明 郑佳伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1680-1690,共11页
根据新型电液伺服阀的驱动要求,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),为补偿其固有的非线性,提高位移输出精度,研究了SGMA的控制策略,并对控制策略进行了仿真和实验验证。首先,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式设计了SGMA,有助于提... 根据新型电液伺服阀的驱动要求,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),为补偿其固有的非线性,提高位移输出精度,研究了SGMA的控制策略,并对控制策略进行了仿真和实验验证。首先,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式设计了SGMA,有助于提高偏置磁场的均匀性;然后,根据SGMA的结构特点,将其视为多自由度振动系统,建立了系统的位移输出模型;接着,在输出模型的基础上,结合模型预测控制与滑模控制策略,设计了模型预测滑模控制器;最后,进行了控制策略仿真和实验验证。实验结果表明,模型预测滑模控制器能够实现SGMA的精密控制。在阶跃控制实验中,系统稳定时间低于1.5ms,无超调和稳态误差;在正弦控制实验中,系统最大控制误差约为0.83μm,相对值约为6.9%,证明了控制策略的有效性。 展开更多
关键词 叠堆式超磁致伸缩致动器 多自由度输出模型 非线性 模型预测滑模控制器 实验验证
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柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器建模与实验 被引量：3
5
作者 何忠波 荣策 +2 位作者 杨朝舒 薛光明 郑佳伟 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期421-428,247,共9页
为满足新型电液伺服阀的驱动要求,设计了柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器(FASGMA),建立了FASGMA输出位移模型,并进行了实验验证和分析。首先,根据传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了叠... 为满足新型电液伺服阀的驱动要求,设计了柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器(FASGMA),建立了FASGMA输出位移模型,并进行了实验验证和分析。首先,根据传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),并利用柔性铰链机构放大其输出位移;然后,根据SGMA的结构特点,建立了反映轴向分布不均匀性的SGMA应变模型;接着,利用力学基本原理和有限元法对柔性铰链机构的放大比和固有频率进行了分析,提出了结构优化设计的方法,完成了放大机构结构参数的确定;在此基础上,考虑SGMA与放大机构的相互作用以及SGMA轴向应变分布规律,建立了FASGMA多自由度位移模型,确定了自由度的合理取值;最后,搭建了FASGMA测试系统,进行了阶跃和正弦激励实验,完成了模型验证。结果表明:实验与模型计算结果吻合,证明了模型准确性;在阶跃激励下,FASGMA最大位移约为130μm,响应时间约为70 ms;正弦激励下,FASGMA工作频带为60 Hz,对激励信号有较好的跟随特性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩致动器 叠堆式结构 柔性铰链 多自由度位移模型 实验验证
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谐振式超磁致伸缩音频驱动器设计 被引量：3
6
作者 王霞 周建军 孟爱华 《机电工程》 CAS 2010年第6期35-39,共5页
超磁致伸缩驱动器具有输出振幅过小导致转换效率不高的问题,针对此问题提出了谐振式超磁致伸缩音频驱动器的理念,利用音叉的机械结构实现了超磁致伸缩驱动器振幅的放大,同时利用音叉的频响曲线去修正超磁致伸缩驱动器的频响曲线,以提升... 超磁致伸缩驱动器具有输出振幅过小导致转换效率不高的问题,针对此问题提出了谐振式超磁致伸缩音频驱动器的理念,利用音叉的机械结构实现了超磁致伸缩驱动器振幅的放大,同时利用音叉的频响曲线去修正超磁致伸缩驱动器的频响曲线,以提升扬声器响度。研究了音叉的选择,及其中超磁致伸缩驱动器的具体设计过程,并在专业消音室对谐振式超磁致伸缩音频驱动器进行了性能测试,测试结果表明驱动器改进后超磁致伸缩扬声器在音响上有显著提升。 展开更多
关键词 谐振式 超磁致伸缩材料 音频驱动器
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惯性式超磁致伸缩直线驱动器建模与实验 被引量：4
7
作者 周景涛 何忠波 +1 位作者 刘国平 柏果 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期3350-3358,共9页
为了满足大行程、高精度直线位移的需求,根据尺蠖运动原理,设计出一种惯性冲击式超磁致伸缩直线驱动器,通过对激励线圈施加锯齿波信号,可以实现步进式累积位移运动。根据电压定律、磁阻理论和动力学理论,以磁路模型、标准平方模型和J-A... 为了满足大行程、高精度直线位移的需求,根据尺蠖运动原理,设计出一种惯性冲击式超磁致伸缩直线驱动器,通过对激励线圈施加锯齿波信号,可以实现步进式累积位移运动。根据电压定律、磁阻理论和动力学理论,以磁路模型、标准平方模型和J-A模型为基础,建立系统的位移模型。搭建实验平台,对设计的样机进行实验测试。模拟和实验结果表明:驱动器的平均最小和最大单步位移为2.41mm和7.49mm,最大工作频率为60Hz;柔性铰链两端位移的实验值曲线和模拟值曲线基本吻合;在工作电压3~9V范围内,系统输出位移的实验值和模拟值最大相对误差为6.48%。 展开更多
关键词 直线驱动器 惯性式 超磁致伸缩 步进运动 位移模型
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超磁致伸缩作动器的结构分析 被引量：17
8
作者 李琳 陈亮良 杨勇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1269-1274,共6页
从力学和磁学两方面分析了超磁致伸缩作动器内部结构形式对作动器特性的影响,重点研究了永磁铁式偏置磁场的不同结构形式以及作动器外壳材料对作动器的输出性能及作动器轴向刚度的影响.研究结果表明,环套式永磁铁的结构形式不可避免地... 从力学和磁学两方面分析了超磁致伸缩作动器内部结构形式对作动器特性的影响,重点研究了永磁铁式偏置磁场的不同结构形式以及作动器外壳材料对作动器的输出性能及作动器轴向刚度的影响.研究结果表明,环套式永磁铁的结构形式不可避免地在作动器外围产生较大磁场;分段式永磁铁的结构形式,采用钢制外壳时可避免漏磁;但是在芯棒区域的磁场与理想均匀磁场的差异将给作动器的输出位移带来较大损失,对作动器的刚度也会产生不可忽略的影响,二者在设计中必须考虑.在结构分析的同时,基于超磁致伸缩材料的特性提出了磁场与刚度相关联的设计理念,可为超磁致伸缩作动器的结构设计提供参考. 展开更多
关键词 超磁致伸缩作动器 偏置磁场 刚度 环套式 分段式
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超磁致伸缩致动器结构分析及输出力特性研究 被引量：17
9
作者 鞠晓君 林明星 +1 位作者 范文涛 马高远 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1198-1206,共9页
在超磁致伸缩致动器(GMA)工作原理的基础上,完成了具有分段式偏置磁场和油冷散热系统的GMA机械结构设计;建立了GMA的3D模型,利用有限元分析软件对其磁场和温度场进行了仿真研究,结果表明分段式偏置磁场有较好的偏置效果,油冷散热方式冷... 在超磁致伸缩致动器(GMA)工作原理的基础上,完成了具有分段式偏置磁场和油冷散热系统的GMA机械结构设计;建立了GMA的3D模型,利用有限元分析软件对其磁场和温度场进行了仿真研究,结果表明分段式偏置磁场有较好的偏置效果,油冷散热方式冷却效果明显;搭建了GMA输出力特性测试平台,分别对直流激励下GMA的静态输出力特性和低频交流激励下动态输出力特性进行了研究;实验表明GMA的输出力与激励电流正相关,在直流激励下,输出力具有磁滞非线性,且受温度影响较大,受外部约束力影响较小;在交流激励下,输出力能很好地跟踪交流信号频率,未出现倍频效应,说明分段式偏置效果较好,GMA具有较高的精度和动态响应速度。 展开更多
关键词 超磁致伸缩致动器 分段式偏置磁场 油冷散热系统 仿真 输出力特性
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基于直接液体冷却的GMA温控方法研究 被引量：1
10
作者 李佳琪 邬义杰 +1 位作者 张雷 王彬 《机电工程》 CAS 2011年第7期779-783,826,共6页
为了给超磁致伸缩执行器(GMA)提供恒温的工作环境以保证输出精度,针对传统间接冷却温控系统热效率较低的问题,基于直接液体冷却原理,提出了一种可应用于弯曲型微位移执行器的新型高热效率GMA温控方法,及提出了新型的卡盘式温控腔体结构... 为了给超磁致伸缩执行器(GMA)提供恒温的工作环境以保证输出精度,针对传统间接冷却温控系统热效率较低的问题,基于直接液体冷却原理,提出了一种可应用于弯曲型微位移执行器的新型高热效率GMA温控方法,及提出了新型的卡盘式温控腔体结构。仿真结果表明,多层油道的直接冷却温控方法将磁致伸缩材料(GMM)的温升范围由传统间接冷却温控方式的±0.4℃～±0.5℃提升到±0.02℃之内,新的温控方法和热结构为GMM材料进一步的开发和应用研究提供了设计方向和依据。 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 超磁致伸缩执行器 温度控制 卡盘式
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