本文關(guān)鍵詞：超磁致伸縮致動器及微動平臺設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：精密工程技術(shù)在航空航天和精密機(jī)械等尖端技術(shù)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用,但隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,各個領(lǐng)域都對微動系統(tǒng)有著迫切的需求,因此急需開發(fā)一種簡單可靠的微動系統(tǒng)。微動平臺通常是指具有毫米級的行程以及分辨率和精度在亞微米級的機(jī)構(gòu),他通常包括微致動和微定位兩部分,微致動機(jī)構(gòu)將電能等能量轉(zhuǎn)化為位移和力的輸出,而微定位機(jī)構(gòu)將力和位移進(jìn)行放大或改變方向后傳遞給平臺。超磁致伸縮材料是一種新型功能材料,適合應(yīng)用于微致動技術(shù)中,其可以實現(xiàn)電磁能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化,具有承載能力強(qiáng)、輸出位移大、響應(yīng)時間短和功率密度比大等優(yōu)點,已作為驅(qū)動源應(yīng)用在精密加工、主動振動控制和直線致動器等領(lǐng)域。柔性鉸鏈可以認(rèn)為是一種結(jié)構(gòu)獨特的傳動機(jī)構(gòu),其利用彈性材料的可逆彈性形變產(chǎn)生所需位移或轉(zhuǎn)動,相比于傳統(tǒng)機(jī)械傳動形式,其具有精度高、尺寸小和無運(yùn)動空程等優(yōu)點。本文從微致動技術(shù)和微定位技術(shù)這兩方面入手,旨在利用超磁致伸縮材料和柔性鉸鏈結(jié)構(gòu),設(shè)計一種基于超磁致伸縮致動器的微動平臺。首先以微定位技術(shù)和微致動技術(shù)為背景,分別對應(yīng)介紹了柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu),以及超磁致伸縮材料和致動器。然后,根據(jù)磁致伸縮致動原理,設(shè)計了一種超磁致伸縮移致動器,并設(shè)計閉合磁路和冷卻系統(tǒng)等結(jié)構(gòu),完成棒材選型和線圈參數(shù)等計算工作,并進(jìn)行了位移輸出的實驗驗證。隨后采用有限元分析方法,使用Ansys軟件中的電磁分析模塊對致動器進(jìn)行電磁學(xué)仿真,并結(jié)合數(shù)據(jù)分析閉合磁路、線圈和各部件的磁場特性。接著,建立倒圓角直梁型柔性鉸鏈數(shù)學(xué)模型,分析影響鉸鏈剛度的因素,據(jù)此設(shè)計基于柔性鉸鏈的微動放大平臺,并應(yīng)用Workbench軟件完成靜力學(xué)仿真和模態(tài)分析。之后,建立了超磁致伸縮致動器動力學(xué)模型并計算系統(tǒng)傳遞函數(shù),設(shè)計PID控制程序并應(yīng)用Simulink進(jìn)行仿真,還對致動器進(jìn)行開環(huán)控制試驗,分析不同參量對平臺系統(tǒng)控制的影響。最后,總結(jié)分析全文研究內(nèi)容、過程和結(jié)果,并對未來工作和待研究問題做進(jìn)一步展望。
【關(guān)鍵詞】：超磁致伸縮致動器 柔性鉸鏈 微動平臺 靜力學(xué)仿真 電磁學(xué)仿真
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH122;TB381
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 論文研究的背景和意義11-12
• 1.2 精密工程技術(shù)概述12-14
• 1.2.1 微定位技術(shù)及柔性鉸鏈概述12
• 1.2.2 微致動技術(shù)及智能材料簡介12-13
• 1.2.3 致動器及驅(qū)動材料13-14
• 1.3 超磁致伸縮材料及致動器簡介14-16
• 1.3.1 超磁致伸縮材料簡介14-15
• 1.3.2 超磁致伸縮材料的物理性能15-16
• 1.3.3 磁致伸縮致動器16
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4.1 磁致伸縮致動器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.2 柔性鉸鏈微動平臺國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容20-23
• 1.5.1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計20-21
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 超磁致伸縮致動器設(shè)計23-39
• 2.1 超磁致伸縮效應(yīng)和理論23-26
• 2.1.1 磁致伸縮效應(yīng)及機(jī)理23-24
• 2.1.2 磁致伸縮的唯象理論24-25
• 2.1.3 超磁致伸縮材料的磁—機(jī)耦合特性25-26
• 2.2 超磁致伸縮致動器設(shè)計26-35
• 2.2.1 GMM棒選型27-28
• 2.2.2 線圈的設(shè)計28-35
• 2.3 實驗35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第3章 超磁致伸縮致動器的磁場特性分析39-53
• 3.1 Ansys有限元分析軟件介紹39
• 3.2 電磁場分析基本理論39-41
• 3.3 超磁致伸縮致動器有限元仿真分析41-45
• 3.3.1 建模41-43
• 3.3.2 設(shè)定材料參數(shù)43-44
• 3.3.3 劃分網(wǎng)格44-45
• 3.4 閉合磁路磁場特性分析45-46
• 3.5 磁致伸縮棒內(nèi)磁場強(qiáng)度均勻性分析46-49
• 3.5.1 磁場徑向均勻性分析47-48
• 3.5.2 磁場軸向均勻性分析48-49
• 3.6 超磁致伸縮致動器磁場特性分析49-52
• 3.6.1 致動器總體磁場特性分析49-50
• 3.6.2 超磁致伸縮棒磁場特性分析50
• 3.6.3 致動器輸出軸磁場特性分析50-51
• 3.6.4 致動器外殼磁場特性分析51-52
• 3.6.5 致動器后端蓋磁場特性分析52
• 3.7 本章小結(jié)52-53
• 第4章 微動機(jī)構(gòu)的設(shè)計和仿真分析53-71
• 4.0 柔性鉸鏈簡介53-54
• 4.1 倒圓角直梁型柔性鉸鏈的特性分析54-58
• 4.2 柔性鉸鏈位移放大機(jī)構(gòu)和平臺設(shè)計58-60
• 4.3 柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析60-66
• 4.3.1 柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化62-63
• 4.3.2 柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)靜力學(xué)特性分析63-66
• 4.3.2.1 微動機(jī)構(gòu)的輸入位移與輸出位移關(guān)系64-65
• 4.3.2.2 微動機(jī)構(gòu)的輸入力與輸出力65
• 4.3.2.3 微動機(jī)構(gòu)的力與位移關(guān)系65-66
• 4.4 柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度分析66-68
• 4.5 柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)的模態(tài)分析68-69
• 4.6 本章小結(jié)69-71
• 第5章 微動平臺系統(tǒng)的PID控制仿真71-83
• 5.1 微動平臺系統(tǒng)動態(tài)特性分析71-76
• 5.1.1 微動平臺系統(tǒng)的動力學(xué)模型71-75
• 5.1.2 微動平臺系統(tǒng)傳遞函數(shù)75-76
• 5.2 PID控制仿真76-79
• 5.2.1 系統(tǒng)開環(huán)響應(yīng)分析76-77
• 5.2.2 PID控制系統(tǒng)設(shè)計77-79
• 5.3 不同參量對平臺系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響79-82
• 5.3.1 m_1和m_2對平臺系統(tǒng)的影響80
• 5.3.2 c_1和c_2對平臺系統(tǒng)的影響80-81
• 5.3.3 k_1和k_2對平臺系統(tǒng)的影響81
• 5.3.4 k_(Δin)和k_(Δout)對平臺系統(tǒng)的影響81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 第6章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 本文工作內(nèi)容總結(jié)83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-91
• 作者簡介91

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1 魏源遠(yuǎn);馮志華;劉永斌;張平;;介電彈性體致動器及其應(yīng)變響應(yīng)研究[J];功能材料與器件學(xué)報;2006年06期

2 ;可由磁場控制的泳動致動器[J];金屬功能材料;1999年05期

3 王昌,李強(qiáng),李銀祥,張一玲,胡明哲;新型納米級微位移致動器的設(shè)計[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;2002年05期

4 曉敏;薄膜形狀記憶合金致動器[J];金屬功能材料;2002年06期

5 孟凡興,袁惠群,周爍;稀土超磁致伸縮材料致動器的動力學(xué)特性分析[J];材料與冶金學(xué)報;2002年01期

6 王昌,李強(qiáng),李銀祥,張一玲,胡明哲;超磁致伸縮單晶微位移致動器特性研究[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;2002年03期

7 丁海濤;何青松;于敏;張昊;郭東杰;戴振東;;IPMC微泵驅(qū)動膜的設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];功能材料與器件學(xué)報;2011年01期

8 賀子岳;一種新型的超高位移致動器:彩虹狀陶瓷[J];國外建材科技;1995年01期

9 晗旭,戴耀松;快速響應(yīng)主動控制的燃料噴射致動器的開環(huán)性能[J];飛航導(dǎo)彈;1998年08期

10 周嚴(yán);劉躍;張麗芳;翁玲;李淑英;;Fe-Ga-Al磁致伸縮致動器輸出特性研究[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 周浩淼;周又和;鄭曉靜;;超磁致伸縮致動器非線性振動的主動控制[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

2 簡林柯;李新忠;何鉞;;重復(fù)控制及其在多致動器同步運(yùn)動控制中的應(yīng)用[A];1997年中國控制會議論文集[C];1997年

3 劉娜;楊慶生;;含壓電致動器復(fù)合材料的細(xì)觀應(yīng)力分析[A];第17屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議（智能與功能復(fù)合材料分論壇）論文集[C];2012年

4 李勇;吳宏鑫;;采用壓電敏感器和致動器的撓性結(jié)構(gòu)振動控制方法研究[A];1997年中國控制會議論文集[C];1997年

5 程瑜;位自英;郭東杰;方少明;;二氧化硅/全氟磺酸雜化膜基離子交換電致動器[A];河南省化學(xué)會2012年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2012年

6 鮑詩杰;徐志科;金龍;;疊層型壓電致動器的驅(qū)動電源研究[A];第十三屆中國小電機(jī)技術(shù)研討會論文集[C];2008年

7 高海南;張俊虎;楊柏;;仿生智能聚苯胺/聚乙烯醇納米復(fù)合致動器[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 楊應(yīng)奎;彭仁貴;王媛珍;董曉利;;光致動器用碳納米管/彈性體復(fù)合材料[A];2013年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題J：高分子復(fù)合體系[C];2013年

9 彭仁貴;王媛珍;唐偉;楊應(yīng)奎;;碳納米管/聚硅氧烷復(fù)合纖維的制備及其光致機(jī)械響應(yīng)[A];2013年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題J：高分子復(fù)合體系[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 記者楊金瑞;美國“特�！薄∶闇�(zhǔn)中國[N];中華工商時報;2002年

2 肖習(xí);中國產(chǎn)軸承致動器在美受調(diào)查[N];國際經(jīng)貿(mào)消息報;2002年

3 孝文;打針不再痛[N];大眾衛(wèi)生報;2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 沈雪瑾;硅微單側(cè)直腳諧振器與復(fù)合V型梁熱致動器的機(jī)械性能研究[D];上海大學(xué);2007年

2 曹淑瑛;超磁致伸縮致動器的磁滯非線性動態(tài)模型與控制技術(shù)[D];河北工業(yè)大學(xué);2004年

3 栗大超;硅微機(jī)械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器及其動態(tài)測試技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2004年

4 顏剛毅;用于高速掃描探針顯微鏡的高速致動器[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

5 李永;超磁致伸縮致動器驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2013年

6 孫英;超磁致伸縮致動器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與動態(tài)模型及實驗研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2007年

7 周嚴(yán);Fe-Ga-Al磁致伸縮材料及其在致動器中的應(yīng)用研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2009年

8 杜設(shè)亮;精密機(jī)械仿生熱穩(wěn)定構(gòu)件研究[D];浙江大學(xué);2001年

9 吳猛;超磁致壓電混合精密驅(qū)動機(jī)構(gòu)及其控制技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 錢飛;外差干涉納米定位系統(tǒng)中PZT的遲滯特性研究[D];中國計量學(xué)院;2015年

2 韋旌坤;超聲激勵沖擊太空取樣鉆動力學(xué)仿真[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2013年

3 王啟龍;超磁致伸縮致動器及微動平臺設(shè)計[D];東北大學(xué);2014年

4 鄒君;軌跡可控式磁致伸縮精密微位移致動器研究[D];大連理工大學(xué);2014年

5 郝禮書;合成射流致動器的設(shè)計研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

6 丁勝華;超磁致伸縮致動器參數(shù)設(shè)計及其特性研究[D];山東科技大學(xué);2006年

7 翁玲;磁致伸縮致動器控制系統(tǒng)的研制[D];河北工業(yè)大學(xué);2003年

8 胡愛娣;超磁致伸縮致動器的輸出特性模型與虛擬測試技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2007年

9 楊士斌;基于致動器陣列的飛行器分布式控制系統(tǒng)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

10 傅龍珠;稀土超磁致伸縮致動器的設(shè)計及實驗研究[D];浙江大學(xué);2003年

  本文關(guān)鍵詞：超磁致伸縮致動器及微動平臺設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：332309