【摘 要】
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随着汽车、航天航空、机床加工和轻工业等行业的飞速发展,对于零件的要求也越来越高,为了满足生产、应用的性能要求,对零件的加工精度的要求也日益增加。在部分零件的加工方法中,其核心是以Terfenol-D为代表的超磁致伸缩材料(GMM)加工制成的超磁致伸缩致动器(GMA)。该系统结构简单而不复杂、没有间隙、稳定性高,既能实现高精度加工,克服传统方法的缺点,同时,也能适用在复杂零件的加工中。然而,GMA由
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随着汽车、航天航空、机床加工和轻工业等行业的飞速发展,对于零件的要求也越来越高,为了满足生产、应用的性能要求,对零件的加工精度的要求也日益增加。在部分零件的加工方法中,其核心是以Terfenol-D为代表的超磁致伸缩材料(GMM)加工制成的超磁致伸缩致动器(GMA)。该系统结构简单而不复杂、没有间隙、稳定性高,既能实现高精度加工,克服传统方法的缺点,同时,也能适用在复杂零件的加工中。然而,GMA由于是由稀土超磁致伸缩材料制成的零件,其本身具有滞回特性。同时,GMA的设计及应用涉及诸多学科:自动控制理论、非线性振动、电磁学、机械加工等。复杂的特性会导致GMA控制的位移精度不高,导致GMA的发展受到影响。因此,对于GMA的控制方法研究就显得尤为重要。为了解决上述问题,本文选择GMA为研究对象,并进行了以下工作:1.介绍了超磁致伸缩材料的发展历史、效应以及工作机理,随后介绍了工业上的相关应用。针对致动器的非线性特性,结合滞回模型和控制方法的研究现状,选择用JA模型来描述滞回模型,采用滑模控制与智能控制相结合的控制方法来实现对GMA的精密控制。2.根据压磁理论,同时考虑了温度变化和滞回非线性的影响,在Jiles-Atherton(JA)模型的基础上,建立了GMA外激励电流与驱动磁场的模型、激励磁场与磁化磁场的滞回模型、磁化磁场与应变的模型,最终得到一个完整的GMA动力学模型。然后采用Matlab仿真工具对动力学模型进行详细讨论,得到了不同参数对模型的影响。3.考虑GMA的滞回特性,采用与系统参数及扰动无关的滑模变结构控制方法来对GMA实现精确控制。首先采用基于趋近率的滑模控制方法,得到了较低的稳态误差,但是系统的抖振现象较为明显。然后采用具有鲁棒性的全局快速滑模控制,很好的减小了抖振现象。4.针对GMA模型中的不确定数值的扰动上界,采用能够以任意精度逼近的RBF神经网络,结合滑模控制方法,实现对干扰的上界进行自适应学习。然后提出了基于线性化反馈的自适应模糊滑模控制方法,利用模糊系统来逼近未知参数。仿真结果表明,将滑模控制与智能控制相结合的控制方法,既使得系统具有较好的控制精度,同时也削减了抖振现象,提高了系统的稳定性。图29表3参73
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