基于超磁致伸縮驅(qū)動微振動主動隔振平臺的設計研究.pdf

1、隨著超精密工程的迅猛發(fā)展,精密儀器對其工作環(huán)境的穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。精密儀器在工作環(huán)境中經(jīng)常受到外界微振動的干擾,其中高頻微幅的振動干擾可以通過被動隔振方式將其隔離,而低頻多自由度微幅的振動干擾則需要通過多自由度主動隔振平臺將其隔離。
　　超磁致伸縮材料在超精密驅(qū)動工程中有著廣泛的應用,它有響應快速,應變大,輸出應力大,控制精度高等優(yōu)點,同時也具有非線性、滯回等缺點,使得材料的理論建模和控制具有一定困難?，F(xiàn)有的超精密驅(qū)動器

2、,無法兼?zhèn)浯笮谐?、大負載、高效率、高穩(wěn)定性的需求。面向這一需求,在原有的對于超磁致伸縮驅(qū)動器研究的基礎(chǔ)上,針對驅(qū)動位移大、負載能力強、驅(qū)動效率高、驅(qū)動穩(wěn)定性高的三自由度微振動主動隔振平臺設計方面進行了探索。本文對超磁致伸縮驅(qū)動平臺進行了靜力學結(jié)構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化和動力學仿真分析,并最終設計實現(xiàn)了三自由度微振動主動隔振平臺原型樣機。
　　在平臺的靜力學結(jié)構(gòu)設計部分,闡述了隔振平臺的整體結(jié)構(gòu)、工作原理;設計超磁致伸縮驅(qū)動器的各部分結(jié)

3、構(gòu),包括超磁致伸縮材料棒、電磁線圈、磁路;對放大機構(gòu)進行了靜力學方面的初步設計和強度校核;確定了平臺、驅(qū)動器和位移傳遞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。
　　基于驅(qū)動器的效率最高即能量損耗率最小的系統(tǒng)優(yōu)化設計原則,本論文對驅(qū)動器和放大機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設計。首先對驅(qū)動器從能量輸入到能量輸出整個過程的能量傳遞流程進行分析,將此流程分為電磁耦合、磁機耦合、機械能傳遞三個部分,針對每部分的能量轉(zhuǎn)換機理以驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量推導出相應的能量損耗計算

4、方法,以此建立平臺全系統(tǒng)的能量損耗率函數(shù),從而推導出能量損耗率最小時的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù),最終完成基于多參數(shù)優(yōu)化全系統(tǒng)的平臺集成設計。
　　在平臺的動力學仿真分析方面,建立單個驅(qū)動器及放大機構(gòu)的動力學模型,將其整合到全系統(tǒng)的動力學模型,將結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果帶入動力學模型,對優(yōu)化前后的動力學響應進行對比,包括不同輸入電流、不同負載情況下的位移響應、瞬時加速度響應,分析平臺的動力學性能,并依此判斷優(yōu)化方法的有效性。利用有限元仿真軟件對