基于超磁致伸缩材料微驱动控制系统的研究

论文摘要

超磁致伸缩材料是一种新型高效的磁（电）-机械能转换材料,具有磁致伸缩系数大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出力大等优点。基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器的研究已成为国内外的研究热点之一。本文根据超磁致伸缩材料的基本特性,对超磁致伸缩驱动器及其控制技术进行了较深入的研究和探索,为超磁致伸缩材料的应用研究打下了良好的基础。本文在对超磁致伸缩材料机理及其基本特性研究分析的基础上,研制了超磁致伸缩微位移驱动器系统,并对其进行了相关实验研究。利用连续调整型恒流源的原理,研制了高精度、智能化驱动器恒流电源,从而实现变阻恒流的目的,通过激励线圈驱动微位移驱动器工作。以TMS320F2812 DSP和PC微机为平台,进行微位移驱动器控制系统总体结构设计,进行控制系统相关硬件选配和设计,进行控制系统软件的开发,其中包括上位PC机控制界面模块、DSP与PC的通信接口软件模块、以及系统的控制软件模块等,最终完成满足超磁致伸缩微位移驱动器驱动控制要求的控制系统,实现对微位移驱动器自动控制的目的。用分析法和实验法分别建立了所研制驱动器的控制模型,在此基础上,进行了驱动器控制系统控制调节技术的研究,用PID调节技术成功实现对超磁致伸缩微位移驱动器的控制,并进行模糊自适应PID控制调节技术的研究,应用MATLAB软件工具对模糊自适应调节技术进行了仿真实验,也取得了较好的效果。对所研制的驱动器控制系统进行实际控制测试实验,获取了控制系统的动静态特性,定量分析了系统的控制误差,分析了系统存在的干扰源及可行的抗干扰措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究与应用现状分析
• 1.2.1 超磁致伸缩材料研究现状
• 1.2.2 超磁致伸缩驱动器的研究与应用现状
• 1.3 本课题研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 论文研究的目的和意义
• 1.3.2 论文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 超磁致伸缩材料特性及微驱动器结构的设计
• 2.1 超磁致伸缩现象、机理及其工作特性
• 2.1.1 超磁致伸缩现象与机理
• 2.1.2 超磁致伸缩材料特性
• 2.2 基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器结构设计
• 2.2.1 驱动器总体结构设计和工作原理
• 2.2.2 微位移驱动器主要结构参数
• 2.3 驱动器的性能测试与分析
• 2.3.1 测试内容及目的
• 2.3.2 测试结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 超磁致伸缩微位移驱动器控制系统的总体设计
• 3.1 驱动器控制方式的分析
• 3.1.1 基于磁感应强度的控制方式的原理分析
• 3.1.2 基于电流的控制方式的原理分析
• 3.2 控制系统总体结构组成和工作原理
• 3.3 控制系统硬件的选择与设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 驱动器控制系统双向可控恒流驱动电源的设计
• 4.1 超磁致伸缩微位移驱动器对驱动电源的要求
• 4.2 双向可控恒流源硬件电路设计
• 4.2.1 恒流源工作原理及输出电流不稳定因素分析
• 4.2.2 恒流源的电路设计
• 4.2.3 恒流源电路PCB 板的设计
• 4.3 恒流源性能测试与评价
• 4.4 本章小结
• 第五章 驱动器控制系统软件研究与开发
• 5.1 驱动器控制系统软件的开发环境和工具
• 5.2 驱动器控制系统软件的总体设计
• 5.3 驱动器控制系统用户界面软件开发
• 5.4 DSP 与PC 微机串行通信接口软件的开发
• 5.4.1 通信协议的设定
• 5.4.2 DSP 通信程序设计
• 5.4.3 PC 机通信程序设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 驱动器控制调节方法研究及其实现
• 6.1 驱动器控制模型的建立
• 6.1.1 基于分析法的驱动器模型的建立
• 6.1.2 基于实验法的驱动器模型的建立
• 6.2 驱动器PID 控制调节技术及实现
• 6.2.1 驱动器系统PID 控制原理及实现方法
• 6.2.2 PID 控制实验及实验结果分析
• 6.2.3 驱动器控制系统输出位移误差分析
• 6.2.4 驱动器控制系统的干扰源及抗干扰措施
• 6.3 驱动器模糊自适应调节技术及其仿真
• 6.3.1 模糊自适应 PID 控制器的设计
• 6.3.2 模糊自适应 PID 控制系统的建立及其仿真
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录