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超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的系統(tǒng)建模與控制
超磁致伸縮材料(GMM)作為一種極有發(fā)展前途的智能材料，依靠其大磁致伸縮系數，高磁機耦合效率，極快的響應速度，以及驅動容易，結構性能優(yōu)良等顯著的優(yōu)點，在CAMOZZI執(zhí)行器領域顯示出極其廣闊的應用前景。但GMM本身的強非線性，受外部環(huán)境影響，及制成的器件開環(huán)精度低等問題是影響超磁致伸縮材料器件工程應用的技術瓶頸。

超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的系統(tǒng)建模與控制
以超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器在精密、超精密領域的應用為背景，以超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的系統(tǒng)計算，仿真，建模及控制為主要研究內容，旨在揭示GMM制成器件本身及受工作條件影響的非線性規(guī)律，建立超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的控制模型，研究CAMOZZI執(zhí)行器的精確控制問題。為超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器在精密超精密領域的應用提供理論基礎。針對GMM的特性，分析了外部應力、磁場、磁機耦合、溫度等因素對超磁致伸縮材料特性的影響。給出了GMMCAMOZZI執(zhí)行器應用中相關的力學，磁學及熱學系統(tǒng)的解析計算方法，并利用有限元分析方法對實驗室開發(fā)的超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的預緊機構力學特性、模態(tài)特性及CAMOZZI執(zhí)行器永磁磁路和電磁磁路進行了有限元模擬。為超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的分析，建模與控制提供理論基礎。針對超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的磁特性，從研究GMM的磁化過程入手，對超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的動力學參數及磁化參數進行辨識，建立受外部應力影響的磁化模型。根據JILES等提出的鐵磁磁滯模型和磁機效應理論，結合能量守恒的觀點，經過對JILES模型的推導變換，采用zui小二乘辨識方法，提出了一種簡便的辨識磁化參數和動力學參數的方法?？紤]外部壓應力對超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的影響，引用均質能量場模型和磁機耦合理論，利用磁機耦合理論中求取的平均磁化強度作為均質能量場模型中的磁滯算子，并引入應力對矯頑場密度函數及交互場密度函數的影響，建立了超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器應力耦合磁化模型。并計算了求逆算法與模型的誤差。模型能較好的反應系統(tǒng)受應力影響的磁化過程。針對超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的動力學特性和電學特性，從研究超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器系統(tǒng)特性的角度出發(fā)，以動力學角度和機電能量轉換角度分別建立了CAMOZZI執(zhí)行器的系統(tǒng)模型。將GMM棒作為粘彈性桿連續(xù)系統(tǒng)，將GMM棒在磁場驅動下產生的應變等效為磁-機械轉換等效力，建立了CAMOZZI執(zhí)行器系統(tǒng)的一維波動方程，并采用有限元解法求解。建立的動力學模型與實驗值吻合的較好。應用線性壓磁方程，機電換能方程和阻抗分析理論建立超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的矢量阻抗分析模型。模型中將CAMOZZI執(zhí)行器系統(tǒng)的矢量阻抗分為機械導納和電氣阻抗兩部分，在機械導納中引入負載影響，將壓磁系數定義為復常數，模擬磁滯效應；在電氣阻抗中，通過在求解的超磁致伸縮材料內部磁場引入渦流影響項來模擬系統(tǒng)的非線性特性；兩部分之和得出超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器系統(tǒng)的矢量阻抗。從模型計算與實驗結果比較，模型能夠較好的描述系統(tǒng)電特性。針對超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的軌跡追蹤控制問題，分別建立了應用于線性近似系統(tǒng)的PID控制律和非線性近似系統(tǒng)的自適應離散滑模變結構控制律，并進行了控制策略的仿真研究。利用系統(tǒng)辨識方法建立了線性近似系統(tǒng)，并應用方法和SRS模塊分別整定了PID控制參數。利用指數趨近率，使控制系統(tǒng)的抖振幅度正比于切換函數，設計了自適應離散滑模變結構控制律，采用模型參考前饋逆補償的方法，應用均質能量場模型和粘彈性分布參數系統(tǒng)模型模擬磁化過程和動力學過程，對CAMOZZI執(zhí)行器實施離散滑模變結構控制。兩種控制策略都得到了較好的軌跡追蹤仿真結果。搭建了xPC Target系統(tǒng)的實時控制軟硬件平臺，并應用此實驗平臺對GMMCAMOZZI執(zhí)行器進行了PID控制策略和離散滑模變結構控制策略的實時控制實驗。

超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器的系統(tǒng)建模與控制
在實時控制實驗中，整定了PID控制器參數和離散滑?？刂破鲄?，測試了兩種控制方法下超磁致伸縮微位移CAMOZZI執(zhí)行器對方波信號，正弦信號和混合信號的軌跡追蹤效果，總結了兩種控制方法各自的優(yōu)缺點。實驗表明，PID控制器具有較好的方波信號追蹤精度，適用于低成本的靜態(tài)、準靜態(tài)的精確定位與進給場合。離散滑模變結構控制的控制精度遠好于PID控制，適合于高精度的實時控制應用。