微动力的精确调节控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微动力的精确调节控制系统，包括微动力装置和微动力控制系统；微动力装置包括超磁致伸缩薄片、永久磁铁、静轭Ⅰ和静轭Ⅱ构成的磁路Ⅰ，以及通过永久磁铁、静轭Ⅰ、静轭Ⅱ和移动轭构成的磁路Ⅱ；磁路Ⅱ中设置有气隙；磁路Ⅰ和磁路Ⅱ上分别设置有磁力调节装置；磁路Ⅰ的超磁致伸缩薄片上设压电陶瓷薄片；磁路Ⅱ的移动轭通过步进电机驱动的滚珠丝杠升降台固定；微动力控制系统包括传感器组和依次通过信号连接的信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器、数模转换器以及驱动电源；信号放大器分别与传感器组连接；驱动电源与压电陶瓷薄片电连接，信号综合分析控制器通过步进电机驱动器与步进电机相连接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种微动力的精确调节控制系统，包括微动力装置和微动力控制系统；微动力装置包括超磁致伸缩薄片、永久磁铁、静轭Ⅰ和静轭Ⅱ构成的磁路Ⅰ，以及通过永久磁铁、静轭Ⅰ、静轭Ⅱ和移动轭构成的磁路Ⅱ；磁路Ⅱ中设置有气隙；磁路Ⅰ和磁路Ⅱ上分别设置有磁力调节装置；磁路Ⅰ的超磁致伸缩薄片上设压电陶瓷薄片；磁路Ⅱ的移动轭通过步进电机驱动的滚珠丝杠升降台固定；微动力控制系统包括传感器组和依次通过信号连接的信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器、数模转换器以及驱动电源；信号放大器分别与传感器组连接；驱动电源与压电陶瓷薄片电连接，信号综合分析控制器通过步进电机驱动器与步进电机相连接。【专利说明】
本专利技术涉及力的调节控制领域，尤其涉及微动力的精确调节方法及控制系统。
技术介绍
当前，微机电系统的发展极为迅速，但也存在一些技术瓶颈。微机电系统技术面临的主要问题之一就是微装配技术。大多数微机电系统由不同材料和不同加工方法的微小零件组成，随着零件的不断微小化，微系统的加工、装配越来越困难。在零件的运输、加工及装配等过程的损坏中机械损坏和热变形损坏占了很大的比重，尤其对机械接触力或热量非常敏感的零件进行操作时，这些零件在受到较小的作用力或热量就会产生变形或破碎，严重影响了产品的质量和产量，也使其生产成本大大提高。为解决这些问题，研究人员已提出多种基于不同单一原理的微动力产生形式，如基于静电力、电磁力、压电作用、热膨胀和形状记忆合金特性等制成了相关的微动力构件，但每一种构件都有其自身的局限性。如果结合多种原理的优势，制作复合结构的微动力构件将会有更广阔的的前景。超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)在电磁场、压力的作用下，会产生较大的体积或长度变化，即可大功率、高效率地实现电磁能与机械能之间的转换。尤其在中低频(5Hz-20kHz)时，有着大行程、大功率、低压驱动、承载能力强、非接触式测量和控制等方面的优点。压电陶瓷(PZT)工作时由电压驱动，在其保持伸长状态时，几乎不消耗能量，不产生发热现象，能减少构件本身发热对工作精度的影响。因此，集成GMM与PZT的工作特性，能改善单一功能材料的性能，拓展复合构件的应用范围，为微动力构件的研究提供了一种新的思路。目前国内尚未见该方面的微动力构件的报道，也未见基于超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料相耦合的微动力构件的微力精确调节方法。为促进超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料的复合构件在微动力构件研究中的发展，现在急需一种基于超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料相耦合的微动力构件的微力精确调节方法及控制系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种微动力的精确调节控制系统，包括微动力装置和微动力控制系统；所述微动力装置包括超磁致伸缩薄片、永久磁铁、静轭I和静轭II构成的磁路I，以及通过永久磁铁、静轭1、静轭II和移动轭构成的磁路II ;所述超磁致伸缩薄片和永久磁铁相互平行，所述超磁致伸缩薄片和永久磁铁的两端分别通过静轭I和静轭II夹紧；所述静轭I和静轭II的一端设置移动轭，所述静轭I和静轭II以及移动轭之间设置有气隙；所述磁路I和磁路II上分别设置有磁力调节装置；所述磁路I的磁力调节装置为分别设置在超磁致伸缩薄片正、反两面的压电陶瓷薄片；所述磁路II的磁力调节装置为通过步进电机驱动的滚珠丝杠升降台；所述微动力控制系统包括驱动电源、传感器组和依次通过信号连接的信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器、数模转换器以及驱动电源；传感器组包括设置在气隙上的微位移传感器，分别设置在移动轭上的微力传感器和磁路II拾磁线圈，分别设置在超磁致伸缩薄片上的温度传感器、应变计以及磁路I拾磁线圈；所述信号放大器分别与微力传感器、微位移传感器、温度传感器、应变计、磁路I拾磁线圈以及磁路II拾磁线圈信号连接；所述驱动电源与压电陶瓷薄片电连接，所述信号综合分析控制器通过步进电机驱动器与步进电机相连接。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的改进:所述计算机和信号发生器之间设置有光电稱合器。一种微动力的精确调节控制的方法:包括均采用闭环反馈调节的气隙调节法和电压调节法；所述气隙调节法通过对实时微力的采样检测构成反馈回路；所述电压调节法通过检测磁路中拾磁环产生的感应电流构成反馈回路。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的改进:所述气隙调节法步骤如下:1)给定预设微力值？1，将所需的微力值F1输入到计算机内作为参照值储存；2)移动轭复位，气隙长度调整到最大；3)对压电陶瓷薄片施加一恒定驱动电压；4)闭环反馈调节微动力装置的气隙长度。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的进一步改进:所述步骤2)的具体步骤如下:计算机发出复位指令给信号综合分析控制器，信号综合分析控制器根据计算机发出的指令产生相应的脉冲信号给步进电机驱动器，控制步进电机转动，带动滚珠丝杠升降台运动，滚珠丝杠升降台带动移动轭向增大气隙长度方向移动，当移动轭移动到原点位置时，停止对步进电机发送驱动信号，移动轭实现复位；所述步骤3)的具体步骤如下:由计算机发出指令，该指令经光电耦合器、信号发生器、功率放大器、数模转换器送入驱动电源，由驱动电源产生的驱动电压控制压电陶瓷薄片产生应变，并带动超磁致伸缩薄片产生相应的应变，进而通过磁路I中磁通量发生的改变带动磁路II中磁通量发生相应的改变，使得移动轭所受微力值变为辅助微力值F2 ;所述步骤4)的具体步骤如下:计算机发出运行指令给信号综合分析控制器，信号综合分析控制器根据计算机发出的指令，产生脉冲信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器控制步进电机转动相应的步距角，步进电机带动滚珠丝杠升降台上升一个单位长度的位移L，滚珠丝杠升降台的运动带动移动轭向减小气隙长度方向移动L长度；信号综合分析控制器发送完脉冲信号之后，微力传感器检测移动轭所受的实时微力值F3，检测到的模拟信号经信号放大器放大后，由模数转换器转换成数字信号并传送给信号综合分析控制器，信号综合分析控制器比较实时微力值F3与预设微力值匕的大小:若实时微力值F3与预设微力值F1之间的差值小于或等于允许误差值，则信号综合分析控制器发送信号给计算机，提示任务完成；否则，继续执行步骤4)。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的改进:所述步骤步骤3)中，辅助微力值F3小于预设微力值F1。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的改进:所述电压调节法的步骤如下:①给定预设微力值F1，将所需的微力值F1输入到计算机内作为参照值储存调节初始气隙长度，为压电陶瓷薄片进行微力调节提供辅助微力N:③调节微动力装置上作用给压电陶瓷薄片的驱动电压值V，直到实时微力值F2与给定预设微力值F1之间的差值小于等于允许的误差值时停止。作为对本专利技术所述的微动力的精确调节控制系统的改进:所述的步骤②的具体步骤如下:首先计算机根据预设微力值F1计算所需要的辅助微力值；然后计算机发出运行指令给信号综合分析控制器，信号综合分析控制器根据计算机发出的指令，产生脉冲信号给步进电机驱动器，控制步进电机带动滚珠丝杠升降台移动，从而使气隙长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
微动力的精确调节控制系统，包括微动力装置和微动力控制系统；其特征是：所述微动力装置包括超磁致伸缩薄片、永久磁铁、静轭Ⅰ和静轭Ⅱ构成的磁路Ⅰ，以及通过永久磁铁、静轭Ⅰ、静轭Ⅱ和移动轭构成的磁路Ⅱ；所述超磁致伸缩薄片和永久磁铁相互平行，所述超磁致伸缩薄片和永久磁铁的两端分别通过静轭Ⅰ和静轭Ⅱ夹紧；所述静轭Ⅰ和静轭Ⅱ的一端设置移动轭，所述静轭Ⅰ和静轭Ⅱ以及移动轭之间设置有气隙；所述磁路Ⅰ和磁路Ⅱ上分别设置有磁力调节装置；所述磁路Ⅰ的磁力调节装置为分别设置在超磁致伸缩薄片正、反两面的压电陶瓷薄片；所述磁路Ⅱ的磁力调节装置为通过步进电机驱动的滚珠丝杠升降台；所述微动力控制系统包括传感器组和依次通过信号连接的信号放大器、信号综合分析控制器、计算机、信号发生器、功率放大器、数模转换器以及驱动电源；传感器组包括设置在气隙上的微位移传感器，分别设置在移动轭上的微力传感器和磁路Ⅱ拾磁线圈，分别设置在超磁致伸缩薄片上的温度传感器、应变计以及磁路Ⅰ拾磁线圈；所述信号放大器分别与微力传感器、微位移传感器、温度传感器、应变计、磁路Ⅰ拾磁线圈以及磁路Ⅱ拾磁线圈信号连接；所述驱动电源与压电陶瓷薄片电连接，所述信号综合分析控制器通过步进电机驱动器与步进电机相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱群，段福斌，于海阔，葛丁飞，杨礼康，吴立军，
申请(专利权)人：浙江科技学院，徐爱群，
类型：发明
国别省市：浙江;33