超磁致伸缩驱动技术及其在电液伺服系统中的应用

本书面向先进电液伺服阀的驱动需求，介绍了两种不同的致动器结构：一种是传统的超磁致伸缩棒与永磁体圆筒同轴嵌套式的致动器结构，另一种是新型超磁致伸缩棒与永磁体棒轴向交替分布的叠堆式结构。研究内容涵盖了两种致动器的设计理论、多场耦合建模、综合测试技术、闭环控制策略等方面。此外，针对超磁致伸缩致动器位移输出不足的问题，提出了相应的机械和液压式微位移放大方法。最终，探索了致动器及其液压式微位移放大机构在直驱式电液伺服阀中的集成方法，通过样机试制与测试，验证了超磁致伸缩致动器优异的动力学特性对电液伺服阀性能的提升作用。 本书可供车辆动力工程、机械工程、材料科学与技术、电机与电器、液压系统等领域的科研人员阅读，也可供高校相关专业的教师和研究生参考。

何忠波，男，1968 年生，教授，北京理工大学博士，从事超磁致伸缩智能材料应用、机电液系统检测与控制、车辆工程等方面的教学与科研工作，主持国家自然科学基金等课题5项。授权国防发明专利16项，出版专著3部，发表学术论文90余篇。

第1章 引言 1.1 超磁致伸缩材料理论与工程应用研究进展 1.1.1 超磁致伸缩材料及其基本特性 1.1.2 超磁致伸缩材料及器件的建模理论 1.2 电液伺服阀的研究与发展 1.2.1 电液伺服阀工作原理及分类 1.2.2 二级电液伺服阀 1.2.3 直驱式电液伺服阀 1.2.4 电液伺服阀的电-机转换器 1.2.5 超磁致伸缩材料在伺服阀电-机转换器中的应用 第2章 超磁致伸缩致动器结构设计技术 2.1 嵌套式超磁致伸缩致动器基本结构 2.2 嵌套式超磁致伸缩致动器设计方法 2.2.1 机械结构设计 2.2.2 电磁结构设计 2.3 叠堆式超磁致伸缩致动器基本结构 2.4 叠堆式超磁致伸缩致动器设计方法 2.4.1 偏置磁场设计 2.4.2 机电结构优化 2.4.3 冷却系统设计 本章小结 第3章 超磁致伸缩致动器测试技术 3.1 嵌套式GMA测试系统设计 3.1.1 实验系统测试内容 3.1.2 实验系统及要求 3.1.3 实验用超磁致伸缩致动器结构 3.1.4 实验仪器选择 3.2 嵌套式GMA静态实验 3.2.1 常温下超磁致伸缩应变随预压应力变化规律 3.2.2 超磁致伸缩材料温度特性 3.3 超磁致伸缩材料动态实验 3.3.1 超磁致伸缩材料准静态特性 3.3.2 超磁致伸缩材料高频动态特性 3.4 叠堆式超磁致伸缩致动器测试系统设计 3.4.1 测试系统设计需求 3.4.2 测试系统硬件设计 3.4.3 测试系统软件设计 3.5 超磁致伸缩材料特性测试 3.5.1 不同预压应力下材料磁致伸缩应变的测量 3.5.2 不同温度下材料磁致伸缩应变的测量 3.5.3 不同驱动频率下材料磁致伸缩应变的测量 3.6 超磁致伸缩致动器特性测试 3.6.1 磁场强度测量 3.6.2 磁化强度和应变分布测量 3.6.3 输出位移测量 3.6.4 输出力测量 本章小结 第4章 超磁致伸缩致动器建模理论 4.1 磁场模型 4.1.1 嵌套式GMA磁场建模 4.1.2 叠堆式GMA磁场建模 4.2 磁化模型 4.2.1 静态磁化模型 4.2.2 动态磁化模型 4.3 应变模型 4.4 位移模型 4.4.1 嵌套式GMA的单自由度位移模型 4.4.2 叠堆式GMA的多自由度位移模型 4.5 模型参数辨识 4.5.1 基于改进Levy法的嵌套式GMA参数辨识 4.5.2 基于改进PSO的叠堆式GMA参数辨识算法 4.5.3 实验验证 本章小结 第5章 超磁致伸缩致动器微位移放大技术 5.1 液压式柔性活塞微位移放大机构 5.1.1 放大机构基本结构 5.1.2 柔性活塞设计理论 5.1.3 梯度连接油腔设计 5.1.4 放大机构特性仿真 5.2 弓张式柔性铰链微位移放大机构 5.2.1 放大机构基本结构 5.2.2 放大倍数的确定 5.2.3 放大机构固有频率的确定 5.2.4 放大机构优化设计 5.2.5 放大机构有限元分析 5.3 二级放大式柔性铰链微位移放大机构 5.3.1 理想放大倍数 5.3.2 实际放大倍数 5.3.3 有限元分析 5.3.4 等效刚度分析 本章小结 第6章 超磁致伸缩致动器控制策略 6.1 离线PID控制策略 6.2 在线PID控制策略 6.3 模糊滑模控制策略 6.4 模型预测滑模控制策略 本章小结 第7章 超磁致伸缩致动器驱动电源技术 7.1 GMA等效电路形式 7.2 参数辨识及阻抗实验 7.3 驱动电路设计 7.4 驱动波形设计 7.5 实验验证 本章小结 第8章 超磁致伸缩致动器在电液伺服阀中的应用 8.1 滑阀组件的设计及分析 8.1.1 滑阀基本结构的确定 8.1.2 滑阀流量计算 8.1.3 阀芯尺寸的确定 8.1.4 液动力分析 8.2 样机综合试制 8.2.1 关键零件的加工与选型 8.2.2 样机的装配与调试 8.3 超磁致伸缩直驱阀的数值仿真及控制策略 8.3.1 仿真模型的搭建 8.3.2 伺服阀特性仿真 8.3.3 GMM-DDV的模控制策略仿真 8.3.4 控制系统数值仿真 8.4 伺服阀特性测试 8.4.1 实验平台简介 8.4.2 静态特性测试 8.4.3 动态特性测试 本章小结 参考文献