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論文案例丨高帶寬大行程二維疊堆Terfenol-D執行器的開發與測試
基本信息：
南京航空航天大學·機電學院，研究方向：磁致伸縮執行器技術
發表于IEEE/ASME Transactions on Mechatronics雜志，
影響因子：5.303
論文內容簡介
本文提出了一種軸徑向二維疊堆磁致伸縮執行器（TSMA），并對其進行了理論分析與實驗測試。
（1）基于TSMA的工作原理建立了解析模型，并對TSMA關鍵結構參數的靈敏度進行了實驗分析設計。然后，通過系統辨識得到所建立的解析模型的相關參數。
（2）制作了執行器物理樣機，開展了開環性能測試與閉環性能測試。
結果表明所提出的軸徑向二維磁致伸縮執行器在不犧牲帶寬的前提下可以實現2.8倍的位移放大，擁有65μm的行程和超過500Hz的帶寬。這證明了該結構可以在不犧牲帶寬的情況下顯著增加執行器輸出位移。閉環性能測試表明，僅利用傳統的PID控制器，正弦跟蹤的均方根誤差小于4%。
研究背景
隨著航空技術的發展，航空發動機燃燒不穩定成為一個非常棘手的問題，主動燃燒控制技術被提出并被證明是解決該問題的有效方法。主動燃燒控制的具體實現需要燃油調節閥的執行機構同時具有亞毫米驅動位移以及500 Hz以上的帶寬。智能材料執行器(SMAs)可以提供高分辨率和高帶寬的位移輸出，但輸出行程相對較小。因此，SMAs的運動放大機構近年來備受關注。國外所研究的微位移放大機構放大效果顯著，放大機構的輸出位移能達到亞毫米級，但也可以發現大多數的機構頻寬小、高頻特性較差，機構的頻寬均在300Hz以內，因此在對高頻響應有較高要求的應用場合存在一定的局限性。我國對于智能材料微位移放大機構的研究起步較國外稍晚，針對智能材料的微位移放大同樣也提出了較多種放大機構，從我國針對智能材料的微位移放大研究現狀可知，部分位移放大機構的輸出位移可超過1mm，但同樣也存在著頻寬小、高頻特性差的問題。
論文創新點：
（1）為了同時獲得大行程和高帶寬，本文利用u型套筒實現三根Terfenol-D桿的軸向和徑向二維疊加，提出了一種基于智能材料自身疊堆結構的位移放大原理。
（2）采用上述位移放大原理，研制了一種同時具有高帶寬和大行程的二維堆疊磁致伸縮執行器(TSMA)。
（3）用于航空發動機燃油計量閥作動
靈思創奇設備價值
實驗內容：磁致伸縮執行器正弦位移跟蹤測試
實驗設備：links-Box-03
實驗步驟：
（1）使用Matlab搭建PID控制器
（2）編譯Matlab文件產生程序
（3）利用RT-link軟件加載程序至下位機
（4）由下位機輸出控制信號驅動執行器工作
（5）由下位機采集位移數據，并保存
（6）導出.CSV文件，處理數據
links-Box-03實現的主要功能：作為實時仿真機實現實驗系統的硬件在環測試。