高频响大行程嵌入式超磁致伸缩驱动智能构件应用基础研究

基本信息
批准号:51275462
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:邬义杰
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李明范,傅宏成,张雷,王彬,刘孝亮,谭雯,何帆,沙钊,吴星星
关键词:
高频响大行程超磁致伸缩材料驱动器智能构件非圆柱孔镗削
结项摘要

A new method is proposed to solve the problem of non-cylindrical hole precision machining in the project. This method uses bending deformation of embedded giant magnetostrictive material (GMM) intelligent components with high-low frequency separated magnetic circuits for non-cylindrical hole precision machining. A new concept and ideas are proposed with high-low frequency magnetic circuits integrated in the embedded GMM component, which possessed high frequency response and large strip properties. The electromagnetic, mechanical and thermal characteristics of embedded GMM intelligent components with high-low frequency separated magnetic circuits are studied, and the multi-physics design model is established. The method of multi-objective optimization design, the method of two-point detecting radial micro-displacement in closed loop control, and the collaborative control method for high-low frequency separated magnetic circuits is studied. In addition, a comprehensive experimental platform is carried out.The optimal design theory and implementation techniques of embedded GMM intelligent components with high-low frequency separated magnetic circuits are established. The optimal design theory can provide key technologies for non-cylindrical hole precision machining and common technologies for the high-performance study of giant magnetostrictive actuator (GMA)..Obviously, this project will provide a new way to solve the problems of complex non-cylindrical holes precision machining and therefore have a great prospected application. Meanwhile, this project has great significance in promoting the technologies of ultra-precise driving with smart materials, precision machining field, micro-robots, precision measurement, micro-electromechanical systems, and so on.

本项目针对复杂非圆柱孔精密镗削加工难题,建立一种基于高低频分离双磁路嵌入式GMM智能镗杆构件弯曲变形精密加工复杂非圆柱孔的新方法。提出一种集高低频双磁路于一体的高频响大行程嵌入式GMM智能构件的新概念、新构思;研究高低频分离双磁路嵌入式GMM智能构件的电磁机热特性关系,建立其多场耦合模型;研究其多目标优化设计方法、径向微位移实时检测二点法和双磁路全闭环协同控制方法,构建测试平台并开展综合实验研究;建立一套高低频分离双磁路结构的高频响大行程嵌入式GMM智能构件的优化设计理论和实现技术,以期为复杂非圆柱孔精密镗削提供关键技术,并为研发相关高性能GMM驱动器件提供共性基础技术。.可见,开展本项目的研究不仅可为解决复杂非圆柱孔精密加工难题提供一条新的途径,具有很好的应用前景,而且对我国智能材料精密驱动技术水平的提高及促进精密加工、精密测量、微机器人及现代微机电系统等尖端领域的发展具有重要意义。

项目摘要

本项目针对复杂非圆柱孔精密镗削加工难题,提出一种基于双磁路嵌入式GMM智能构件弯曲变形精密加工复杂非圆柱孔的新方法。研究了嵌入式智能构件磁致伸缩形变过程中GMM的多场耦合机理,建立了一种计及涡流效应和应力变化的嵌入式智能构件GMM多场耦合模型;建立了未切片及切片粘合结构的GMM涡流损耗计算方法,构建了双磁路嵌入式GMM智能构件机-电-磁多场耦合的多目标优化设计模型,为GMM的嵌入式结构磁机设计优化提供了新的方法;提出一种偏心误差、圆度误差以及主轴径向回转误差的分离和补偿算法,建立了一种嵌入式GMM智能构件径向微位移实时检测准二点法,构建了一套嵌入式GMM智能构件微位移实时检测方法和软硬件系统;建立了嵌入式GMM智能构件的迟滞线性化数学模型及逆模型求解算法,提出了一种双磁路嵌入式智能构件前馈补偿与PID反馈控制相结合的全闭环复合控制方法,并开展了典型信号轨迹跟踪迭代学习控制策略和迟滞非线性建模补偿方法的仿真和试验研究;基于场协同理论提出了一种强化对流换热的折流式水腔结构温控方案,设计和制作了双磁路嵌入式超磁致伸缩驱动智能构件样机;开发了一种活塞非圆柱孔轮廓误差的在位精密检测装置;构建了基于闭环反馈控制的双磁路嵌入式GMM智能构件综合性能测控实验平台,并通过性能测试和非圆柱孔精密镗削加工实验验证了所建模型和方法的有效性,该综合特性测控平台的建立为嵌入式GMM智能构件的性能分析提供了基础实验装备。本项目研究已圆满完成项目所要求的研究目标,共申请专利12项,已授权10项,其中发明专利授权6项;实用新颖专利授权4项;已发表论文7篇,其中SCI收录3篇,EI收录2篇;已培养研究生共12名,其中毕业博士生3名,毕业硕士生9名。相关研究成果既可为研究开发高频响大行程超磁致伸缩驱动器件提供关键技术,又可为后续研究深入提供重要的理论基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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