MSMA自感知执行器数学模型及控制算法的研究

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作为一种新兴智能材料,磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,简称MSMA)受到研究者广泛关注的原因是其具有大位移,快速机械响应以及大驱动力等特点。本文所研究的自感知执行器是以MSMA可逆特性为基础,对以MSMA为核心元件的自感知执行器系统的数学模型进行推导,研究消除振动的控制算法。具体工作如下:分析MSMA微观特性,外部特性以及材料特性,研究其形变与磁场强度及应力的关系。利用等效磁路法以及前人经验建立MSMA自感知执行器等效磁路模型,进而推出等效总磁阻公式。利用动力学原理推导出MSMA自感知执行器输出力模型及阻尼模型。从传感及执行两部分对MSMA自感知执行器系统的电压-位移模型进行分析与推导,为后续控制算法的提出奠定理论基础。根据实验系统特点研究用于消振的控制算法。综合前馈控制算法与反馈控制算法的优缺点,提出前馈-位置反馈控制算法。利用捕获单元CAP1捕获定时器Timer1输出的PWM波上升沿,并将此时定时器Timer2的计数值进行读取。在进行两个周期后,DSP芯片便可以学习信号规律,从而在传感信号输出前确定切入信号的时间点。利用电涡流传感器对位移进行反馈控制。利用时分复用的思想,将传感信号与控制信号解耦,进而获取准确传感信号,提高实验系统的精确性与实时性。利用控制变量法,通过改变励磁电流与励磁电压验证数学模型的可行性。最后,在不同激振力频率下,将MSMA自感知执行器系统应用于主动消振的实验中,验证应用前馈-位置反馈控制算法后系统消振的有效性,激振力与位移的波形均大幅衰减。
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