国家自然科学基金项目

项目负责人：卢全国

项目批准号：50865008

 

一、项目简介

稀土超磁致伸缩驱动器（GMA）输出位移具有很强的磁滞非线性，影响了系统的控制精度。针对目前GMA磁滞抑制方法精度较低、执行时间长的不足，项目提出对GMA磁滞进行主动抑制的方法，即通过对GMM棒施加轴向非均匀磁场，使其非线性相互作用，降低GMA的磁滞误差。研究了轴向磁场分布对GMA输出的影响，在此基础上，研制了基于轴向非均匀磁场的小磁滞GMA样机，与同匝数线圈的均匀磁场GMA相比，其磁滞误差减小30-50%，可有效提高以GMA为驱动部件的各类机电装置的性能，应用前景广阔。

 

二、主要创新点及其主要研究进展

基于材料自由能建立了考虑磁滞特性的GMA磁机耦合模型，采用数值分析和实验相结合的方法，以阶梯型、内凹型和内凸型线圈为对象，研究了轴向磁场分布对GMA磁滞的影响。结果表明：改变驱动线圈形状，进而改变轴向磁场分布，可对GMA磁滞特性产生较大影响，在线圈匝数相同的情况下，阶梯型线圈的GMA磁滞最小，内凹型更大，内凸型最大。在大量仿真分析实例的基础上，采用BP网络建立了驱动线圈形状与GMA磁滞特性的映射关系，并得到小磁滞GMA的设计方法：阶梯形线圈，由线圈1、2、3、4和5轴向串联而成；线圈1按GMM材料饱和磁场强度的2倍设计层数；线圈2和3层数相同，按GMM材料的磁场渐饱和要求设计；线圈4和5层数相同，按GMM材料的磁场欠饱和要求设计；研制了小磁滞新型GMA样机（图1），经江西省东华测试研究所测试，GMA磁滞主动抑制效果明显，较同匝数线圈的均匀磁场GMA磁滞误差减小53.2%。

图1. 小磁滞GMA样机

 

三、项目相关成果的介绍

（1）在《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》、《机械工程学报》、《自动化学报》、《中国机械工程》等期刊及国际会议发表论文15篇，SCI收录1篇，EI检索9篇，出版教材1本。另有《机械工程学报》等期刊和会议录用论文5篇，待发表。获2011年度中国机械工程学会优秀学术论文奖和第三届全国智能制造学术会议(NCIM’2011) 优秀学术论文一等奖；

（2）研制了小磁滞新型GMA样机，经江西省东华测试研究所测试，GMA磁滞主动抑制效果明显，较均匀磁场的GMA磁滞误差减小53.2%。申报国家发明专利5项，2项已获授权；

（3）项目组2人次晋升高级职称，1人次入选江西省新世纪百千万人才工程人选，1人次入选江西省高等学校中青年学科带头人，1人次入选江西省青年科学家培养对象。项目组入选南昌工程学院首批科研型创新团队。博士后出站1人，博士毕业1人，硕士毕业3人，在读博士2人，在读硕士2人。