2022年基于GMM新型线控制动控制系统设计.docx

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1、精品学习资源摘 要线掌握动系统（ BBW ）也被称为电子掌握制动系统，按能量地来源不同可分为机械式线掌握动系统和液压式线掌握动系统两种 .BBW 技术是当今汽车界讨论地热点 .现如今，汽车零件在结构方面地创新空间有限 .创新点主要在电子方面，用电子技术取代机械功能 .线掌握动技术就是使制动结构更简洁，制动成效更好 .线掌握动系统地核心是掌握系统，掌握系统接收信号，通过分析后发出适当地信号 .本文讨论地是使用GMM 新型材料从而实现制动系统地功能.创新点是在H 型机构上使用 GMM 材料，用单片机掌握整个系统.整套系统不存在各种管路，因此特别环保，制动效率高.全文共分四章各章主要内容如下：第一章

2、论述当今汽车线掌握动地讨论现状与进展趋势以及课题讨论地意义.其次章论述GMM国内外讨论现状，磁致伸缩原理，压力和磁场对材料尺寸地影响；如何选取GMM 棒地尺寸；磁感线圈长度、内外径确定；导线直径、匝数、厚度地确定；漆包线尺寸地选取.第三章简要介绍掌握系统，Keil uVision3软件.sepic 电路设计和硬件电路设计以及掌握程序地编写.第四章主要是总结工作成果以及今后工作展望.关键词：线掌握动GMM 材料 掌握系统 掌握程序欢迎下载精品学习资源AbstractBrake-By-Wire BBW also known as electronic control brake system, a

3、ccording to the different energy sources ,BBW can be divided into mechanical BBW system and hydraulic BBW system .BBW technology is a hotspot of research on the car today. Nowadays,the innovation space of car parts is limited in the structure aspect. Major innovative in electronic, electronic techno

4、logy will replace mechanical function.BBW is to make the brake structure more simple, better braking effect. Control system is the core of BBW system, receiveing the signal, emiting the the appropriate signal.This paper study content is to realize braking system function through using the new GMM ma

5、terial.The innovationis using GMMmaterial on the H agencies. single-chip computer control the whole system. The system does not exist all kinds of pipe, therefore,it is better for environment, high brake efficiency.The full textis divided into four chapters . Main content is discussed as follows:The

6、 first chapter discusses the present situation of BBW dynamic,the development trend and research significance.The second chapter discusses GMM research status at home and abroad, magnetostrictive principle, pressure and magnetic field affect the size of materials ； How to choose the size of the GMM

7、rod；Determine the magnetic induction coil length, inner diameter ； Wire diameter, number of turns, the determination of thickness ； Selection of enameled wire size.The third chapter briefly introduces the control system, Keil uVision3 software.How to design Sepic circuit and the hardware circuit and

8、 the preparation of the control program.The fourth chapter mainly summarizes the work and the prospect of future work.Keywords:BBW ； GMM materials ； control system ； control procedure欢迎下载精品学习资源目 录摘 要错误！未定义书签；Abstract错误！未定义书签；第一章 绪论错误！未定义书签；1.1 汽车线掌握动系统概述与进展趋势 . .错误！未定义书签；1.1.1 汽车线掌握动系统概述错误！未定义书签；1.1

9、.2 汽车线掌握动系统进展趋势错误！未定义书签；1.2课题讨论地意义及讨论内容. .21.2.1 课题讨论意义21.2.2 课题讨论内容错误！未定义书签；1.3线掌握动系统地讨论现状 . .3其次章 基于 GMM 新型线掌握动系统执行机构设计错误！未定义书签；2.1线掌握动执行机构地组成部分 . .错误！未定义书签；2.2 GMM地概述 .错误！未定义书签；2.3 GMM地讨论现状 .错误！未定义书签；2.3.1 GMM 国外讨论现状错误！未定义书签；2.3.2 GMM 国内讨论现状错误！未定义书签；2.4 GMM棒地选取 .82.4.1 磁致伸缩地原理82.4.2 压力和磁场对磁致伸缩地影响

10、92.4.3 超磁致伸缩致动器静态模型102.4.4 运算稀土超磁致伸缩棒地尺寸122.5 H型柔顺机构地介绍.132.6磁感线圈地设计 . .错误！未定义书签；2.6.1 确定线圈地长度和内、外径错误！未定义书签；2.6.2 运算线圈导线直径错误！未定义书签；2.6.3 估算线圈厚度和总匝数错误！未定义书签；2.6.4 选取漆包线尺寸错误！未定义书签；2.7线掌握动执行机构地实物图片 . .错误！未定义书签；第三章 线掌握动掌握系统讨论错误！未定义书签；3.1掌握系统概述 . .错误！未定义书签；3.2 keil uVision3软件介绍 .错误！未定义书签；3.3掌握系统地组成部分 . .

11、错误！未定义书签；3.3.1 选取单片机错误！未定义书签；3.3.2 选取角位移传感器错误！未定义书签；3.4掌握系统电路地设计 . .错误！未定义书签；3.4.1 设计 Sepic 电路错误！未定义书签；3.4.2 设计掌握系统地硬件电路错误！未定义书签；3.5 掌握程序地编写错误！未定义书签；3.6掌握系统实物图片 . .错误！未定义书签；第四章 总结与展望414.1总结 . .414.2展望 . .41参考文献42致 谢44欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源第一章 绪论1.1 汽车线掌握动系统概述与进展趋势1.1.1 汽车线掌握动系统概述早期地制动系统是一组简洁地机械装置，驾驶员通

12、过向制动器作用力从而使车停下来.20 世纪 70 岁月后期 制动系统开头朝电子化方面进展.20 世纪 80 岁月，防抱死制动系统ABS 首次运用在汽车制动方面极大地提高了汽车地主动安全性从而使这种技术很快得到了广泛地应用和推广.到了 90 岁月制动系统有循迹掌握和侧倾稳固性掌握地功能，ABS 原理是掌握汽车车轮地滑移率合理和充分利用路面附着系数从而可以获得较短地制动距离,改善制动时地方向稳固性.随后 ABS 升级为 ASR （加速驱动防滑系统）， ASR 地功能是当汽车驱动轮在加速时防止其打滑.ABS 地显现是由于它是在极端条件下参加制动，讨论者为改善汽车制动性能，因此讨论出TCS.TCS 最

13、大功能是能保持行驶地车子朝正确地方向行驶 .ESP（电子稳固系统）地显现时汽车能有主动性从而不盲目听从司机，一旦司机显现错误地驾驶指令时， ESP 能对其进行订正 .传统制动系统传递力是通过空气或制动液来实现地.由于制动系统地介质是气体或液体,所以制动压力传递比较迟缓,系统响应速率较低 ,为克服上述缺点,很多制动系统制造商投入大量资金进行电子化制动掌握系统地讨论1. 随着电子技术地进展 ,显现了效率更加高，更加节能地线控技术x-by-wire. 所谓线控就是在机械，液压或气动地系统连接部分用传送电子信息方式取代 .线控技术不仅仅是在连接方面发生变化 ,而且在操纵机构和操纵方式以及执行机构方面都

14、发生变化 ,线控技术在汽车领域地广泛应用将使汽车结构发生翻天覆地地变化 .目前线控技术在汽车上得到了广泛地应用 ,如线控转向线控油门等，结合线控技术和汽车制动技术而成地线掌握动 Brake-By-Wire,BBw 是全新地讨论领域 ,它是把传统液压或气压制动执行元件改为电驱动元件 ,由于电驱动系统拥有可控性好.响应速度快等优点 ,线掌握动系统在今后讨论中占据主导位置.线掌握动系统 BBW和传统地汽车机械式制动系统不同，它是集合ABS ，车辆稳固性掌握，牵引力掌握等制动系统优点 .BBW地特点是 :（ 1）部分机械器件被电子元件所代替，（2）制动踏板到制动器之间动力传递用电线取代 ,（ 3）在

15、ECU 中设计编写相应地程序掌握其功能.BBW对汽车制动技术进一步提升有及其重大地影响 .传统地制动系统通常由4 个部分组成：供能系统，传动系统，掌握系统，制动器.4 个部分都己经不同程度地实现了电子化 .人是整个掌握系统地掌握者 ,整个过程先是输出掌握信号，然后启动制动系统，最终发出制动意图.制动能源是由蓄电池或其他装置来供应.BBW 采纳先进地电子制动器和ECU 进欢迎下载精品学习资源行整体掌握 ,在每个制动器上都有掌握单元对其进行掌握.目前 ,线掌握动系统依据供应能源装置地不同可分为两种类型：一种是Eleetro-hydraulic-Brake （电液制动系统）；另一种是Eleetro-

16、Meehanieal-Brake （电子机械制动系统）.EHB 是在电子系统与传统液压系统基础上形成地制动系统.EHB 地柔性掌握来源于电子系统, 而制动力地产生来源于液压系统.EMB 系统内没有液压管路由于其制动能量来源于电能.传统制动系统中地传力介质（液压油或空气等）由电能取代 .从目前线掌握动地进展趋势来看, 将来线掌握动系统地主要进展方向是EMB.1.1.2 汽车线掌握动系统进展趋势线掌握动系统特殊是EHB 在汽车领域得到较为广泛应用.BBW 技术在工业车辆领域上被采纳解决了传统制动地几大缺点（1 制动滞后时间长，2 需另外附加气动系统，3 结构复杂， 4 易造成环境污染等） .线掌握

17、动系统在各种复杂情形下保证车辆安全行驶，并且系统附加柔性掌握,从而形成更加完善地制动系统 .线掌握动要想有长远进展，需克服一些关键技术.这将是今后讨论方向， 例如： 1，盘式制动一般需 1KM 能量因此需解决能量需求；2，完全取消了液压元件地系统，没有后备系统，就必需提高容错系统地安全性；3，系统使用 H 型执行器，就要求执行器质量轻，耐磨；4，系统地抗干扰才能需提高，由于车辆在行驶过程中会显现很多干扰信号.在车辆模块化，集成化，车辆能源地高压化地趋势下，车辆制动系统也朝着电子化方面进展，很多汽车零件商进行了电子制动方面地讨论，以便推出新产品快速占据市场 2.传统制动系统将被电子制动系统所取代

18、，而使用新型材料实现电子制动将是以后制动讨论地创新点.1.2 课题讨论地意义及讨论内容1.2.1 课题讨论意义自 19 世纪汽车产生以来，汽车在人们生产生活中所处位置越来越重要，人们对汽车地要求越来越高从最初汽车能驱动到如今外观性，舒服性， 安全性等各项指标地提高 .人们在选购汽车时，会从多方面考量，但最重要地考量指标是汽车安全性 .人们对汽车安全性地考量是不无道理地，据权威数据欢迎下载精品学习资源显示 2021 年，中国发生交通事故 210812 起，死亡 62387 人，这些数据使人触目惊心，之所以交通事故发生率居高不下，其中最主要因素显现在汽车制动性上，这其中有 80%是由于车辆制动性能

19、不好引起地.现代汽车在安全性研究方面资金投入是很庞大地，而其中制动性能讨论占很大部分.现代汽车制动系统地构成部分主要有五个，它们分别是：1，供能装置； 2，掌握装置； 3，传动装置； 4，制动器； 5，制动力调剂装置和报警装置.汽车制动系统是汽车上用以使外界在汽车某些部分施加肯定地力，从而对其进行肯定程度地强制制动地一系列特地装置.制动系统地作用是依据驾驶员意图使汽车减速甚至停车 .使汽车减速地只能是外加力而这些外力是不行掌握地，因此必需有一套特地装置以实现人为掌握.传统地制动系统依据制动能量地传递方式分类可分为机械式，液压式，气压式.传统地制动系统部件多，机构复杂，阀类多，传递速度较慢，效率

20、低且污染环境.随着汽车行业地飞速进展，汽车制动系统工作地牢靠性显得特别重要，那些制动性能好，制动系统工作牢靠地汽车才会受人们青睐，为了满意实现 以上要求，开发出基于GMM地新型线掌握动系统，此套系统完全无液压管路,也无阀类 ,电线传递信号 ,其工作原理是 :当踩下脚踏板时 ,角位移传感器收集角度信号发出电信号传递给中心掌握单元 ,中心掌握单元分析信号从而发出适当电信号传递给磁场绕组 ,磁场绕组中有 GMM 材料棒，该材料受磁场影响外形会发生变化从而实现制动 .此套系统实现后能表达很多优点：省力，安全，便利，响应速度快，爱护费用低，拓展功能强大.而要实现以上优点，最主要部分是其掌握系统地实现，也

21、就是 ECU 地编程，它相当于人地大脑，此功能地实现使制动更加人性化 .1.2.2 课题讨论内容此次讨论内容主要涉及以下几方面欢迎下载精品学习资源（ 1） GMM 材料地尺寸与磁场，压力关系.（ 2） H 型执行机构尺寸地讨论 .（3） ）线掌握动地讨论以及掌握程序地编写，（4） ）整体布置地讨论 .1.3 线掌握动系统地讨论现状线控（ by-Wire ）系统是用效率高地电子化系统来替代效率低地机械式系统或者液压系统.线控技术在航空领域地运用已有数十年地历史.线控驾驶技术在汽车工业领域地显现主要是借鉴了航空领域地线控飞行技术，主要包括线控油门（Throttle-by-Wire）技术、线控换挡（

22、Shift-by-Wire ）技术、线控转向（ Steer-by-Wire ）技术和线掌握动（Brake-by-Wire ）技术等 2. 正因线控技术在飞机上地胜利应用， 线控技术在汽车运用方面将大大提高汽车地性能.在第 71 届日内瓦国际车展上，意大利Bertone 公司展现了新型概念车FILO 该车采纳Drive-by-Wire技术，驾驶员只需操作外表盘上地屏幕，屏幕感测到后并以电子信号传递到各部件，该车就能完成一切地驾驶动作4. 要实现线控油门地功能相对其他来说较简洁，因此在 20 世纪 90 岁月就已经可以批量生产.线控转向和线掌握动对安全性和牢靠性地要求及其苛刻，系统也很复杂，因此这

23、两项技术仍在讨论当中.自 上 世 纪 90 年 代 起，一 些 汽 车 零 件厂 商 开头对EMB技 术 着 手 研 究， 20 世纪 90 岁月Bosach,Siemens 和 Continental Teves 等 3 家公司取得 EMB 技术讨论成果 .而 EMB 系统只是在试验阶段，并没有投入市场，如2002 Acura bn-x概念车 .2002 年福特汽车公司研发地Focus Fev 制动系统使用地是非直接机械方式连接地线掌握.2004 年 5 月 21 日，澳大利亚地 PBR inrerational limited 公司宣称开发出首款属于澳大利亚人自己地线掌握动汽车.德国大陆公

24、司与达姆施塔特科技高校（DarmstadtUniversity of Technology ）进行合作共同讨论了EMB 技术，并进行了一系列试验；美国TRW 公司就在电子驻车制动系统方面进行讨论并取得肯定成果，其系统已应用在奥迪A6L 上5. 通用汽车公司与PBR 公司合作共同开发出装有EMB 地概念汽车 Sequel6. 如图 1-1 所示 .欢迎下载精品学习资源图 1-1 通用汽车公司开发地装有EMB 地概念汽车 Sequel我国对线掌握动地讨论尚处于起步阶段，一些大企业和高校对此也进行了讨论，一汽，清华高校和南京航空航天高校在此领域处于领先位置.相关论文地发表就比较多 .广州机械讨论院地

25、黄渊芳，南京航空航天高校地翁建生， 金智林共同发表了电子机械制动系统（EMB ）结构与性能分析为题地论文， 该论文阐述 EMB 地结构和性能及以后进展方向.东北高校地张成利就以汽车线掌握动系统及其掌握算法与仿真作为硕士论文讨论课题，湖南高校地黄源以线掌握动系统制动力安排策略讨论作为硕士论文讨论题目.欢迎下载精品学习资源其次章 基于 GMM 新型线掌握动系统执行机构设计2.1 线掌握动执行机构地组成部分线掌握动可分为两种：EHB 和 EMB. 此次设计地类型属于EMB. 它工作原理是；当踩制动踏板时， 制动踏板地角度发生变化，制动踏板上装有角位移传感器，角位移传感器将角度变化地值转化为电压信号，

26、此信号通过电线传给模数转换器，模数转换器将电压信号转化为数字信号传递给单片机，单片机经过运算分析发出适当地脉宽频率转变其占空比.电流通过电线传给线圈，线圈产生磁场，GMM棒在磁场作用下尺寸发生变化从而产生力，力通过H 型柔性机构传给刹车盘从而使汽车减速.执行机构主要包括以下几部分：线圈，GMM 棒， H 型柔性机构 .2.2 GMM 地概述铁磁性晶体在外磁场中被磁化时,其长度会沿着磁化方向发生微量地伸长或缩短，这种现象称为磁致伸缩 .早在 1842 年,焦耳就发觉了镍 Ni 地磁致伸缩效应，因此这种效应也成为焦耳效应.由于镍地应欢迎下载精品学习资源变量与热膨胀系数差不多 ,因此它只能在超声波换

27、能器方面得到利用 .20 世纪 60 岁月初 , Clark 、Legvoid 、Rhyne 等人发觉重稀土元素 Tb 和 Dy 磁致伸缩系数达 8x10 3 ，这次测量是在 4.2K 地低温下测出地，因此这种现象被称为超磁致伸缩现象 7. 但该现象仅在低温下才存在 ,因而这种现象不会在常温下显现 .60 岁月末到 70 岁月初 , 二元稀土铁合金这种合金具有立方莱夫斯 Laves 相结构，其在室温下也表现出很大地磁致伸缩值是美国水面武器讨论中心地 Clark 发觉地 .1972 年,Clark 等为实现材料有较大地磁致伸缩位移值，撰写论文提出用 RFe 2 和 RFe2 两种化合物组成补偿性

28、赝二元化合物 , 这样做地结果是可以使超磁致伸缩材料地有用性大大提高.从 70 岁月中期开头 ,各国讨论者都在讨论不同材料成分对磁致伸缩效应地影响，同时也在探究如何转变超磁致伸缩材料地制备工艺,其目地是实现其有用化、产品化.现如今 , 磁致伸缩材料依据成分地不同大体上可分为以下几类: 1 重稀土金属合金， 2 过渡金属及其合金， 3 稀土与过渡金属间化合物， 4 锕系金属化合物 8. 其中研制开发最为胜利地磁致伸缩材料是以稀土与过渡金属化合物做成地, 由于此种材料地伸缩系数是传统材料地近百倍, 所以被称为稀土超磁致伸缩材料.2.3 GMM 地讨论现状2.3.1 GMM 国外讨论现状自从在常温下

29、发觉GMM地特性，科技界，工业界特别关注如何良好应用地G MM特性 .最近几年，国内外讨论者在使用GMM 材料研制有用器件方面特别热.GMM 主要运用领域可分为以下两方面：（ 1）在检测领域中地讨论，应用GMM在磁场地作用下会产生磁致伸缩效应，这是GMM地正效应，利用这种效应可以制作出检 测电流、磁场、应变等各种元器件9. 美国依阿华高校地讨论者R 、Chung 等利用 GMM 开发出一种检测磁场强度装置 .日本东芝公司M Sahashi 等经过讨论创造了接触型扭矩传感器，它是用磁致伸缩薄膜制作地 .MTS 系统公司是在磁致伸缩位移测量领域技术地开拓者，其生产地磁致伸缩线性位移传感器和液位计，

30、在工业领域得到广泛运用.（ 2）在磁电一机械换能器领域中地应用GMM地磁电一机械换能器具有如下优点：大位移、响应快、牢靠性高、驱动电压低.因而此种换能器在微马达、超精密加工、振动掌握以及流体机械等各种工程领域显示出良好地应用前景.1，在超精密加工领域中地应用GMM驱动器件输出位移量是传统压电致动元件输出位移量地数十倍，并且可以在低阻抗运行.日本茨城高校地讨论者江田弘和东芝公司地Kobayashi 合作设计地超磁致伸缩致动器，经试验验证其定位精度达到纳M 级，因此此种致动器在大型光学金刚石车床地微进给装置中得到应用10.欢迎下载精品学习资源2，在微型马达中地应用F Claeyssen 利用 Te

31、rfeno1-D 棒胜利研制出一种尺蠖式马达.当马达线圈中通人电流并且位置发生 变化时，会显现地现象是超磁致伸缩棒会产生交替伸缩现象，从而像虫子一样蠕动前进.美国地讨论者J M.Vranish 等利用 GMM 地蠕动原理，设计出转动式步进电机.3，在振动掌握领域中地讨论日本地讨论者K 、O h mate K 设计了三连杆臂型半主动振动掌握装置，这种装置可减缓由地震、强风等产生地振动.美国地讨论者 M、A njanappa 等第一次运算出超磁致伸缩致动器基本数学模型，其是在考虑热效应地条件下得出,这一成果地显现是他们在原有基础上进行改进.4，在流体机械领域中地应用目前，各种阀门、燃油喷射系统和微

32、型泵都用到超磁致伸缩磁电 机械换能器 .日本用 Terfenol-D 制成了微型隔膜泵，瑞典 AB 公司用 Terfenol-D 为驱动元件设计了流体泵 .英国 San Te chnology 公司地讨论员 A 、D 、Bushko ，和 J、 H, Goldie 用 Terfenol-D 棒制成了微型高压隔膜泵 .2.3.2 GMM 国内讨论现状我国在 GMM 运用领域地讨论起步时间较晚于西方国家.2 0 世纪 8 0 代中期，北京钢铁讨论总院对稀土超磁致伸缩材料进行讨论是国内第一家.此后，国内其它单也在这一领域讨论，主要包括中科院沈阳金属讨论所、中国科学院北京物理讨论所、冶金部包头稀土讨论

33、院、兰州天星公司.在一些高校中也进行相关地讨论例如浙江高校、大连理工高校、北京科技高校等.七一五讨论所在多边形水声换能器方 面进行了地讨论 .中国科学院声学讨论所和冶金部钢铁讨论总院使用国产超磁致伸缩材料制做出了功率较大，频率较低地声纳.甘肃天星稀土功能材料有限公司研制出磁致伸缩系数较大地材料，并利用此材料制作出智能振动实效装置设备11.2002 年，大连理工高校地杨兴、贾振元讨论超磁致伸缩微位移执行器，这种执行器具有感知位移功能 12.2005 年，浙江高校唐志峰在超磁致伸缩执行器地基础理论方面进行论述与试验讨论13. 清华高校地李翠红等设计了一种蠕动机构，是利用超磁致伸缩微驱动器14.20

34、21年，杭州电子科技高校地孟爱华等在脉冲喷射开关阀进行讨论，其动力源是超磁致伸缩执行器15.2.4 GMM 棒地选取2.4.1 磁致伸缩地原理磁致伸缩是铁磁材料在外加磁场被磁化时产生晶格变形地宏观表现,.铁磁质在量子交换力地作用下发生自发磁化 ,内部形成一个个小地“自发磁化区 ”称,为磁畴 .每个磁畴内均存在磁矩, 磁矩地取向一般为全部 “最易磁化方向 ”中地某一个；在未被极化时,铁磁质中各磁畴内地自发磁化方向不同,其统计平均磁矩值为零 ,因而在宏观上不出现磁性16. 它地势成缘由如下图所示：欢迎下载精品学习资源图 2-1 不同磁场下磁矩变化情形H: 平均磁化磁场强度； Hs:外磁场强度 当存

35、在外加磁场时 ,各个磁畴地磁化强度方向将发生转变.第一是磁畴间地边界发生移动，当外磁场 强度加大时 ,磁畴内地磁矩逐步旋转到与外磁场方向一样.假如外磁场强度连续加大,铁磁质内地磁化强度也基本上不再增加.外磁场存在时 ,大量磁畴地磁化方向和外磁场方向趋同,同时晶格会发生变形,宏观上即表现为磁致伸缩现象.2.4.2 压力和磁场对磁致伸缩地影响GMM地主要参数有 : 弹性模量 E、磁致伸缩系数、磁导率、动态磁致伸缩系数d、逆动态磁欢迎下载精品学习资源致伸缩系数d 和机电耦合系数k 等17.GMM内部磁能与机械能弹性能 相互转换地效率用系数k 用来欢迎下载精品学习资源衡量 ,它们分别由下述各式给出：l

36、 / l（ 2-1）const（2-2）d（ 2-3）constcongst（ 2-4）欢迎下载精品学习资源d,const（2-5）欢迎下载精品学习资源式中 , l: 长度转变量； l:原始长度；:应力； H:磁场强度； B: 磁感应强度 .图 2-2 是磁致伸缩系数随驱动磁场强度H 在不同压应力下Terfenol-D 地轴向变化曲线 .在图中可得出 :当预压应力大小处于7-14MPa 范畴内 ,H 曲线族都有较大地线性区.欢迎下载精品学习资源图 2-2 不同压应力下 H 曲线2.4.3 超磁致伸缩致动器静态模型超磁致伸缩致动器地静态模型主要包括两部分：静态位移输出特性和力输出特性18. 超磁

37、致伸缩致动器地力输出特性、静态位移输出特性与致动器结构尺寸、GMM特性参数、内应力状态、励磁电 流等直接相关 .超磁致伸缩致动器位置移输出特性是指致动器输入地电流与输出位置移地关系，当边界条件和自变量不同时 ,磁致伸缩本构方程将会存在不同地势式,由于此次设计地致动器利用地是GMM 棒地轴向磁致伸缩效应 ,因此只需考虑其轴向磁致伸缩本构方程19. 就 GMM 棒轴向地磁致伸缩本构方程为：欢迎下载精品学习资源3s333d 33333T（ 2-6）欢迎下载精品学习资源3d 333333（ 2-7）欢迎下载精品学习资源式中s33 ：磁场恒定时地纵向柔度系数；：轴向应变；3d 33：轴向动态磁致伸缩系数

38、；：轴向应力；3：热膨胀系数；333 ：平均驱动磁场强度；33 ：压应力恒定时地磁导率；欢迎下载精品学习资源：磁感应强度；3：温升；据磁通连续性原理有下公式:欢迎下载精品学习资源123（ 2-8）欢迎下载精品学习资源由安培环路定律可得出:欢迎下载精品学习资源F=i l i1 l12 l 23 l3（2-9）欢迎下载精品学习资源在一段不分支地磁路中,假如处材料相同、横截面积相等,就磁感应强度也到处相等20. 于是由磁通和磁阻地定义得出 :欢迎下载精品学习资源i l ii l iuiii l iiiili Riuuu（ 2-10）欢迎下载精品学习资源结合上式：将主励磁线圈地总安匝数NI 代入式 2

39、-10 即可算出其鼓励场强 :欢迎下载精品学习资源actu3actu /3R3Mi i 1（ 2-11）欢迎下载精品学习资源总地平均驱动磁场强度是主鼓励磁场强度和偏置场强度地叠加得出以下等式:欢迎下载精品学习资源3actubias3actu /3R3Mi i 1bias（ 2-12）欢迎下载精品学习资源将求得地相应地超磁致伸缩材料特性参数和平均驱动磁场强度代入式2-1 可得驱动棒地轴向应变3 :欢迎下载精品学习资源3s333d 33 NI actu /33R3Mi i 1bias33（ 2-13）欢迎下载精品学习资源于是可得出超磁致伸缩致动器地静态输入电流与输出位移关系式.欢迎下载精品学习资源

40、ll 3 s333d 33actu /333Rmi i 1bias 33（ 2-14）欢迎下载精品学习资源由式 2-14可得到驱动棒内地应力:欢迎下载精品学习资源3l/ l333d 33 NI actu /3A33i 1RMi biasH/ S33（ 2-15）欢迎下载精品学习资源于是 ,超磁致伸缩致动器地输出力f 为:Al3欢迎下载精品学习资源RfA333HS33l 333Td33 NI actu /3 A3iMi 1bias （ 2-16）欢迎下载精品学习资源由上式可以看出 : 输出力 f 地大小与稀土超磁致伸缩棒地应变大小有关；当 l 为 0 时,其可能输出最大欢迎下载精品学习资源力为 :fmaxA3SH3333d NI actu /3 A33RMi i 1H bias （ 2-17）欢迎下载精品学习资源上式得出地结果是超磁致伸缩致动器地输出力与输入电流间地静态关系.2.4.4 运算稀土超磁致伸缩棒地尺寸对于中、低频致动器 ,超磁致伸缩棒地伸长量等于其设计地最大输出位移.欢迎下载精品学习资源就超磁致伸缩棒地计度:l jxmaxl j（ 2-18）jj欢迎下载精品学习资源将 j 依据所选超磁致伸缩棒地尺寸规格进行取整整即得，设计长度所选地l j 应大于等于j ；超磁致伸缩棒地直径 d GMM 与最大输出力 F MAX