气/液阀用超磁致伸缩驱动器的设计理论及方法

稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机pci总线fpga信号发射卡、igbt驱动器、igbt逆变器及电源组成。由该驱动器和稀土超磁致伸缩换能器组成震源系统,将其应用于浅层地震勘探模型试验中,取得了良好的效果。

超磁致伸缩驱动器具有输出振幅过小导致转换效率不高的问题,针对此问题提出了谐振式超磁致伸缩音频驱动器的理念,利用音叉的机械结构实现了超磁致伸缩驱动器振幅的放大,同时利用音叉的频响曲线去修正超磁致伸缩驱动器的频响曲线,以提升扬声器响度。研究了音叉的选择,及其中超磁致伸缩驱动器的具体设计过程,并在专业消音室对谐振式超磁致伸缩音频驱动器进行了性能测试,测试结果表明驱动器改进后超磁致伸缩扬声器在音响上有显著提升。

超磁致伸缩驱动器具有响应快、输出应变大、机电转化效率高等优点,但因受超磁致伸缩材料内在的磁滞效应与磁-机耦合效应等因素影响,导致其输出位移存在较大滞环,大大降低了驱动器的输出位移精度,也影响了该材料及其致动器更广泛的应用。为了有效地设计和使用超磁致伸缩驱动器,需要建立准确描述其磁滞非线性的数学模型。在经典preisach模型的基础上建立了超磁致伸缩驱动器的preisach磁滞数值模型,并通过对preisach限制三角形的离散划分,依赖大量实验数据辨识了该模型的参数,并进行了超磁致伸缩驱动器磁滞输出实验研究。实验结果表明:该preisach磁滞模型能较好地描述准静态下超磁致伸缩驱动器的磁滞现象,对指导超磁致伸缩驱动器位移精度的提高具有一定意义。

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。

针对超磁致伸缩微位移驱动器(gma)的非线性迟滞特性,通过密度函数法和f函数法建立gma的两种preisach数值模型,仿真和试验表明f函数法对滞回曲线的预测效果优于密度函数法。为将preisach数值模型应用于gma的实际控制系统,提出一种preisach实时数字补偿算法,建立基于preisach前馈补偿的pid控制模型,分别采用开环、普通pid和带preisach前馈补偿的pid三种控制器对gma的位置跟踪和轨迹跟踪两种控制问题进行试验研究,结果表明带preisach前馈补偿的pid控制器可显著提高gma的响应速度和跟踪精度,使gma在100μm量程内的位置跟踪和轨迹跟踪误差分别达到3μm、2μm。

用超磁致伸缩材料做成的换能器具有输出力大、响应速度快的特点,这就要求其驱动电源瞬间能输出较大的电流以形成强磁场。由于该换能器是处于间歇工作状态,利用电容的储能原理制成的驱动电源能满足要求,其关键的难点是储能电容的容量要与换能器线圈的参数相匹配,才能得到良好的效果。可用matlab软件,通过计算机辅助分析的方法确定储能电容的参数值。储能电容的充放电转换开关可用继电器或场效应管实现。实验表明,该电源可用小型的充电电池供电,并具有连续工作时间长,工作可靠,瞬间输出功率大,体积小、重量轻的特点,特别适合野外使用。

在介绍自行研制的超磁致伸缩微位移驱动器(gma)的结构和工作原理的基础上,重点研究了gma的驱动磁场特性,通过有限元方法分析建立了gma二维非线性磁场模型,并借助ansys软件成功获得gma的磁场分布,且有效预估了gma的工作性能参数。

为了提高稀土超磁致伸缩换能器驱动电源的效率以及实用性,采用dsp器件tms320f2812作为主控芯片,结合混合脉宽调制方法实现spwm波形。采用半桥型逆变电路实现spwm的功率放大,并对隔离驱动电路、反馈电路和滤波匹配电路进行合理而有效的设计,保证了换能器的输出效能。同时使用电流控制频率的方法实现谐振频率的自动跟踪。实验证明,该驱动电路输出频率稳定,波形失真度低,且能量转换效率较高。

对电液伺服阀用压电叠堆驱动器的动态特性进行了研究。针对所讨论的压电型电液伺服阀结构,建立了压电叠堆驱动器的动态系统模型;根据该模型的传递函数对压电叠堆驱动器进行了时域和频域分析,并仿真分析了系统阻尼系数、系统等效质量、压电叠堆刚度等不同参数对压电叠堆驱动器动态特性和输出位移的影响。仿真结果表明:增大系统阻尼系数、减小系统等效质量和增大压电叠堆刚度可提高驱动器的动态特性和输出位移。该结果为电液伺服阀用压电叠堆驱动器的结构参数优化设计提供了理论依据。

基于超磁致伸缩微驱动系统的应用,设计了一种多路输出逆变开关电源。该电源以脉宽调制芯片sg3525为核心,采用推挽拓扑转换结构,实现单输入直流电压转换为多路正负直流电压输出,提供给超磁致伸缩微驱动系统的驱动和传感电路。实际运行和测试表明该电源具有稳定性好、电流高、体积小、结构简单的特性,满足微驱动系统的工作要求。

通过优化设计驱动线圈和terfenol-d的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料terfenol-d为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善terfenol-d的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.

针对目前电液高速开关阀脉宽调制频率不高,新型电-机械转换装置效率较低的现状,研制了一种基于超磁致伸缩材料驱动的新型电液高速开关阀。介绍了其组成和工作原理,并研究了该阀的静、动态特性。实验研究表明,采用超磁致伸缩材料作为新型阀的电-机械转换装置,不仅可以获得较大的阀芯位移,而且使阀的结构简化,易于控制,可获得很高的脉宽调制频率和能量转换效率。

论述了超磁致伸缩作动器的基本原理,根据三种偏置磁场优缺点,选用增加单独线圈产生偏置磁场。在磁路分析的基础上,采用有限元仿真的方法,分析了不同参数和结构对各个组成部分的磁场影响。

兼作通用RF开关驱动器的差分驱动器

为了实现超磁致伸缩电液伺服阀的快速、准确控制,论述了基于pwm控制的超磁致伸缩电液伺服阀的基本结构和工作原理,设计了基于picoscope2203数字示波器和stc89c51单片机的超磁致伸缩材料电液伺服阀驱动机构的控制系统。结果表明:该控制系统具有控制精度高、控制迅速、集成度高、操作便捷等特点。

工程中水阀和驱动器往往根据水管管径,按照一定的简单规则进行尺寸及型号选择。这种方法在水管管径留有较大余量或设计出现偏差时会严重影响控制品质,出现冷热量不足、控制震荡,甚至无法正常工作。本文将从耐压等级、流量特性、流通系数、阀权度以及闭合压差等方面对水阀与驱动器的选型进行讨论,并以施耐德电气tac的水阀及驱动器为例介绍选型流程。

超磁致伸缩材料具有很强的非线性耦合特性、磁滞特性和复杂动态特性。因此,建立能够准确描述超磁致伸缩致动器工作状态的模型成为关键问题。综述棒型超磁致伸缩材料在多场耦合特性、磁滞特性建模研究状况以及超磁致伸缩致动器动力学建模研究状况,分析当前所建立多种模型的优缺点,并展望建模工作的发展趋势。

阐述了pn64mpadn50mm电液驱动球阀的工作原理、性能、用途和设计计算。

lx27901是无损耗led背光驱动器，该器件采用专有的无损耗架构，能够显著提高电源效率，同时增强背光性能并降低总体解决方案成本。其也是首款基于lcd整合式电源架构的电视提供led驱动能力的器件。lips架构将电视的主电源与led驱动器集成在一块印刷电路板上，可提供更低成本和更高效率。

超磁致伸缩换能器工作的同时受到机械力场和电磁场的双重作用,特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数,必须建模研究。本文讨论了超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。

超磁致伸缩换能器工作时同时受机械力场和电磁场的双重作用,特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数,必须建模研究。讨论超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。

概述超磁致伸缩换能器的结构、工作原理以及动态特性的建模方法,并结合自行研制的换能器建立起仿真模型,有利于指导换能器的设计研究。