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基于Halbach阵列宏微复合驱动器的输出力优化研究

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机床与液压 2024年第13期52卷 37-42页

作者：喻曹丰杨坤郑爽魏益军陶雪枫安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

为提升宏微复合驱动器的输出力以及改善输出力波动,采用将永磁体进行Halbach阵列方式布置,并通过添加辅助磁轭来改变宏动线圈与永磁体的相对位置两种方法结合的方案。为验证优化方案的有效性,采用有限元电磁场仿真,分析宏微复合驱动器... 详细信息

为提升宏微复合驱动器的输出力以及改善输出力波动,采用将永磁体进行Halbach阵列方式布置,并通过添加辅助磁轭来改变宏动线圈与永磁体的相对位置两种方法结合的方案。为验证优化方案的有效性,采用有限元电磁场仿真,分析宏微复合驱动器优化前后的输出力变化,并以提高输出力和降低输出力波动为目标,得出了Halbach阵列的永磁体最佳尺寸。最后搭建实验平台验证了优化方案的合理性。结果表明:优化方案使宏微复合驱动器在电流大小为4 A时,输出力达到95 N左右,输出力波动减小为23 N左右,验证了优化方案的合理性。

关键词： Halbach阵列宏微复合驱动器输出力优化精密定位

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

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组合机床与自动化加工技术 2024年第3期 92-95页

作者：喻曹丰魏益军郑爽杨坤陶雪枫肖志豪安徽理工大学机电工程学院淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室杭州310027

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和... 详细信息

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。

关键词：宏微复合驱动器遗传算法分数阶PID控制器音圈电机

超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的结构设计及喷油特性分析

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液压与气动 2024年第2期48卷 52-59页

作者：喻曹丰魏梓贤段永勇朱建华陶雪枫聂仪楠安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模... 详细信息

针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模型;采用COMSOL建立了驱动部分仿真模型,并进行输出位移和应力特性分析,采用AMESim建立了喷油器整体模型,并进行喷油速率分析;搭建试验平台,验证了超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器设计方案的有效性。结果显示:当线圈电流为3.6 A时,超磁致伸缩棒的最大输出位移可达52μm;在160 MPa的压力下喷油最低脉宽从1 ms降低到0.15 ms,并且无论脉宽长短,其脉宽-喷油量均具有良好的线性度。结果表明,提出的设计方案可行,为研制出一种高性能的高压共轨式喷油器奠定了理论和技术基础。

关键词：超磁致伸缩材料高压共轨式喷油器输出位移喷油脉宽喷油率

基于自抗扰的宏微复合驱动器宏动控制策略研究

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制造技术与机床 2023年第7期 100-107页

作者：喻曹丰肖志豪吴干杨坤魏益军陶雪枫安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

面向高速精密定位领域设计了以音圈电机为宏动部分,超磁致伸缩驱动器为微动部分的同轴式宏微复合驱动器。为实现宏动部分的驱动控制,基于电磁驱动原理建立了宏动部分的动力学模型,设计了自抗扰控制(active disturbance rejection contro... 详细信息

面向高速精密定位领域设计了以音圈电机为宏动部分,超磁致伸缩驱动器为微动部分的同轴式宏微复合驱动器。为实现宏动部分的驱动控制,基于电磁驱动原理建立了宏动部分的动力学模型,设计了自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)系统,其包括4阶扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制率,采用5阶S型位移曲线作为路径规划,并搭建了实验测试平台进行验证。实验结果显示:定位过程中,ADRC算法控制下其最大跟随误差约为0.155 mm,最终定位误差约为9μm,在负载工况下,最大跟随误差约为0.277 mm,最终定位误差约为11μm。研究结果表明:ADRC算法较于PID算法跟随误差更低,超调更小,且最终定位误差处于宏微复合驱动器微动的定位范围内,满足整体设计要求。

关键词：宏微复合驱动器音圈电机自抗扰控制精密定位控制策略