專利名稱：一種雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超磁致伸縮材料應(yīng)用技術(shù)與微驅(qū)動(dòng)技術(shù)，屬于微驅(qū)動(dòng)與電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，可用于精密的位移、速度、加速度和力的液壓伺服控制系統(tǒng)，是一種集驅(qū)動(dòng)與傳感檢測(cè)功能于一體的新型控制元件，具有很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，特別適合應(yīng)用于水下作業(yè)與深海探測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在液壓伺服控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)電磁力矩馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積重量大、工作頻寬窄、能量密度小、分辨率低、抗干擾能力差，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)液壓伺服控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)用受到很大限制。隨著液壓伺服閥向高壓、大流量、高頻響、高低溫環(huán)境適應(yīng)性、抗干擾方向發(fā)展，傳統(tǒng)的電液伺服閥很難滿足要求，并隨著先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型功能材料的應(yīng)用，研究和開(kāi)發(fā)具有新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)、新型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和具有高頻響應(yīng)的液壓伺服閥已成為伺服控制技術(shù)發(fā)展的重要方向。以新型功能材料為基礎(chǔ)的新型驅(qū)動(dòng)器技術(shù)和以創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的新型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代液壓伺服控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。其中，以新型功能材料為基礎(chǔ)的電液伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)是目前提高液壓伺服控制整體性能的主要技術(shù)手段，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。稀土超磁致伸縮材料(GiantMagnetostriction Material,簡(jiǎn)稱 GMM)TbxDyl-XFe2-y (商品名為Terfenol-D)的磁致伸縮應(yīng)變是傳統(tǒng)的鎳基和鐵基磁致伸縮材料的幾十到上百倍，是近年剛發(fā)展起來(lái)的一種新型智能材料，在電磁場(chǎng)和壓應(yīng)力作用下，能產(chǎn)生較大的體積或長(zhǎng)度變化，在低頻(5Hz 30kHz)、大行程、低壓驅(qū)動(dòng)、大功率、大承載、可非接觸式測(cè)量與控制等方面具有更優(yōu)良的特性，被廣泛用于制作驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，超磁致伸縮材料還具有壓磁效應(yīng)-逆磁致伸縮效應(yīng)，即在外力作用下材料的磁化狀態(tài)(磁化強(qiáng)度)發(fā)生變化，可以做成傳感器。將傳感和驅(qū)動(dòng)功能通過(guò)計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，就形成智能結(jié)構(gòu)或智能系統(tǒng)，可以感知力、位移、振動(dòng)、聲、磁等參量，進(jìn)而根據(jù)需要作出響應(yīng)，可制成同時(shí)具有傳感和驅(qū)動(dòng)功能于一體的自傳感驅(qū)動(dòng)器(self-sensing actuator, SSA),以達(dá)到無(wú)傳感器閉環(huán)控制和同位控制、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、簡(jiǎn)化系統(tǒng)和降低成本等目的，是目前智能材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域致力發(fā)展的一個(gè)新方向，已引起人們的廣泛重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)電液伺服閥中電磁力矩馬達(dá)存在的缺陷，利用超磁致伸縮材料集傳感與驅(qū)動(dòng)功能于一體的特性，提出的一種雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器新型結(jié)構(gòu)及控制方法。本發(fā)明所提出的雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)新型結(jié)構(gòu)，包括超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器與具有自傳感信號(hào)檢測(cè)反饋功能的雙輸出數(shù)控電源。其中的超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器由U型底座I、輸出組件、2個(gè)相互耦合的超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件和預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置組成。其中的輸出組件由大卡環(huán)2、支撐銷3、密封套4、小卡環(huán)5、連接件17、驅(qū)動(dòng)桿18組成。超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件由超磁致伸縮棒13、導(dǎo)磁片14、線圈骨架15、碟簧16、推桿19、驅(qū)動(dòng)線圈20組成。預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置由彈簧6、頂桿7、斜鍥卡片8、凸臺(tái)密封螺釘9、調(diào)節(jié)螺釘10、螺紋軸11、封口螺帽12組成。超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器通過(guò)推桿19、碟簧16對(duì)稱置于連接件17的兩側(cè)，并通過(guò)輸出組件形成雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器的耦合輸出結(jié)構(gòu)，兩個(gè)超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件對(duì)稱安裝于U型底座I內(nèi)，靠U型底座I外側(cè)擋板與內(nèi)側(cè)凸臺(tái)卡緊，U型底座I的內(nèi)部為弧形結(jié)構(gòu)，其直徑大小與線圈骨架15相同，驅(qū)動(dòng)線圈20通直流電產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮棒13伸長(zhǎng)，超磁致伸縮棒13置于線圈骨架15空心部分，兩端分別連接導(dǎo)磁片14，直徑略小于線圈骨架15空心部分的內(nèi)徑，線圈骨架15外繞有驅(qū)動(dòng)線圈20，線圈骨架15和驅(qū)動(dòng)線圈20固定于U型底座I內(nèi)；超磁致伸縮棒13 —側(cè)通過(guò)導(dǎo)磁片14與推桿19相連，推桿19通過(guò)碟簧16對(duì)稱的作用于連接件17，連接件17位于U型底座I的中間位置，連接件17與驅(qū)動(dòng)桿18相連，并通過(guò)支撐銷3形成杠桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)，密封套4下端與U型底座I成過(guò)盈配合，并用大卡環(huán)2擰緊，密封套4上端與驅(qū)動(dòng)桿18成過(guò)盈配合，并用小卡環(huán)5 擰緊，超磁致伸縮棒13另一側(cè)與預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置相連接，為超磁致伸縮棒13提供預(yù)壓力。超磁致伸縮棒13外側(cè)連接導(dǎo)磁片14，而導(dǎo)磁片14外側(cè)與預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置連接，即導(dǎo)磁片14外側(cè)連接頂桿7，而頂桿7與斜鍥卡片8的斜面接觸，斜鍥卡片8上端與調(diào)節(jié)螺釘10接觸，調(diào)節(jié)螺釘10上端與封口螺帽12下端同樣通過(guò)螺紋與U型底座I相連接。具有自傳感信號(hào)檢測(cè)功能的雙輸出數(shù)控電源包括雙輸出差動(dòng)電源電路、DSP信號(hào)分離反饋電路兩部分，其中差動(dòng)電源電路由MCU、D/A轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、輸出級(jí)功率放大電路組成，MCU(80C51)的數(shù)據(jù)總線PO. 0 PO. I 口與總線驅(qū)動(dòng)器U6和U4的數(shù)據(jù)輸入端口 DO D7相連，U6(74HC573)與U4(74HC573)的鎖存使能引腳分別與MCU的P2. 0和P2. I相接，U4和U6的輸出引腳QO Q7分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2 (DAC0832)和U3 (DAC0832)的數(shù)據(jù)輸入引腳DIO DI7相接，U2與U3的寫(xiě)使能引腳WRl與MCU的P2. 3腳連接，寫(xiě)使能引腳WR2接地，片選信號(hào)CS與MCU的P2. 2腳相連；兩片數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出引腳OUTl和0UT2分別與運(yùn)算放大器U7、U8的反相輸入端和同相輸入端連接構(gòu)成完整的DA轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)算放大器的輸出端電壓V1、V2即為數(shù)字量轉(zhuǎn)換后的模擬電壓值，DA轉(zhuǎn)換后模擬電壓V1、V2經(jīng)光電隔離電路輸入到功率放大電路進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)電磁線圈，其中電壓Vl經(jīng)電阻R17 (IK Q )后與運(yùn)算放大器U9的同相輸入端、光電耦合器U11(HCNR200)的管腳3相連，Ull的管腳
2與運(yùn)算放大器U9的輸出端相連，Ull的輸出端5與運(yùn)算放大器U13的同相輸入端、電阻RlS(IKQ)相連，U13的輸出端與反相輸入端連接構(gòu)成電壓跟隨器，運(yùn)算放大器U10、U14與光電耦合器U12構(gòu)成對(duì)電壓V2進(jìn)行隔離的隔離電路，電壓Vol、Vo2分別為電壓VI、V2經(jīng)過(guò)隔離后的輸出電壓，電壓Vol經(jīng)過(guò)由電阻R310 (IK Q )、電阻R36 (IK Q )和運(yùn)算放大器U15構(gòu)成的電壓跟隨電路后輸入由運(yùn)算放大器U17、U19，功率三極管Q1(BD711)、Q2 (BD711)，電阻R38 (100 Q )、R34 (IK Q )構(gòu)成的功率放大電路，之后輸出電壓Voutl，其中運(yùn)算放大器U19的反相輸入端與輸出端相連構(gòu)成電壓跟隨器，將采樣電阻R34兩端的電壓反饋到運(yùn)算放大器U17的反相輸出端，以此形成功率放大電路的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)。而電壓Vo2經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器 U18、U20,功率三極管 Q3 (BD711)、Q4 (BD711)，電阻 Rl 14 (100 Q), R113(1KQ)構(gòu)成的功率放大電路進(jìn)行放大，之后輸出電壓Vout2。
自傳感信號(hào)分離反饋電路主要由信號(hào)放大器、乘法器(U21)、減法器三個(gè)部分組成，輸入電壓Vsl經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U22與電阻R1B、R1A、R21構(gòu)成同相比例放大電路，對(duì)其幅值進(jìn)行調(diào)整，防止乘法器Ul溢出，調(diào)整后的輸出電壓輸入乘法器(U21)的Xl輸入端，與輸入yl端的電壓V做乘法運(yùn)算，乘法器(U21)的輸入端x2和y2接地，運(yùn)算結(jié)果由w引腳輸出，輸出電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U23與電阻R3B、R3A、R6構(gòu)成同相比例放大電路后輸入由運(yùn)算放大器U25和電阻R4、R34、R35、R36構(gòu)成的減法電路，與經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器U24和電阻R2A、R2B、R22構(gòu)成的同向比例放大電路的輸入電壓Vs2做減法運(yùn)算，減法電路的輸出經(jīng)過(guò)電阻Rl、R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò)和隔直電容C后得到最終的自傳感信號(hào)電壓Vs。
本發(fā)明可以取得如下有益效果本發(fā)明的一種雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器是同時(shí)具有傳感和驅(qū)動(dòng)功能于一體的自傳感驅(qū)動(dòng)器，以達(dá)到無(wú)傳感器閉環(huán)控制和同位控制、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、簡(jiǎn)化系統(tǒng)和降低成本等目的。


圖I為雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為斜鍥卡片三維結(jié)構(gòu)圖；圖3為密封套結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為MCU控制電路圖；圖6為DA轉(zhuǎn)換電路圖；圖7為光電隔離電路圖；圖8為功率放大電路圖；圖9為信號(hào)分離反饋電路圖；圖中，I-U型底座、2-大卡環(huán)、3-支撐銷、4-密封套、5-小卡環(huán)、6-彈簧、7_頂桿、8-斜鍥卡片、9-凸臺(tái)密封螺釘、10-調(diào)節(jié)螺釘、11-螺紋軸、12-封口螺帽、13-超磁致伸縮棒、14-導(dǎo)磁片、15-線圈骨架、16-碟簧、17-連接件、18-驅(qū)動(dòng)桿、19-推桿、20-驅(qū)動(dòng)線圈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)于本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I至9所示本發(fā)明的雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器新型結(jié)構(gòu)主要由超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器和具有自傳感信號(hào)檢測(cè)反饋功能的雙輸出數(shù)控電源組成。利用自傳感驅(qū)動(dòng)器兩個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的自傳感驅(qū)動(dòng)組件之間的耦合將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)桿的位移和驅(qū)動(dòng)力輸出，具有自傳感信號(hào)檢測(cè)反饋功能的雙輸出數(shù)控電源則為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈提供穩(wěn)定的差動(dòng)電壓以及合適的驅(qū)動(dòng)電流，并把連接件17偏轉(zhuǎn)的位移信息反饋到到數(shù)控電源數(shù)字控制部分，控制驅(qū)動(dòng)線圈所加電壓大小。首先，調(diào)整超磁致伸縮棒13所受預(yù)壓力大小，以右端預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置為例，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)封口螺帽12 (螺紋均為右旋)，推動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘10向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)斜鍥斜鍥卡片8向下運(yùn)動(dòng)，斜鍥卡片8下端彈簧6受力壓縮，由于斜鍥卡片8左側(cè)為斜鍥面結(jié)構(gòu)，從而斜鍥卡片8的下移推動(dòng)頂桿7向左運(yùn)動(dòng)，增加碟簧16變形使之達(dá)到碟簧線性工作區(qū)(在此區(qū)域內(nèi)碟簧變形不改變碟簧儲(chǔ)存的能量)，超磁致伸縮棒13所受的預(yù)壓力增大，進(jìn)入其線性工作范圍。在調(diào)整超磁致伸縮棒13預(yù)壓力的同時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘10所受的反作用力作用于封口螺帽12，螺紋軸11上端和下端螺紋所受的壓緊力增加，而由于由U型底座I、調(diào)節(jié)螺釘10、螺紋軸11、封口螺帽12構(gòu)成的“對(duì)頂螺母”鎖緊結(jié)構(gòu)的存在，在自傳感驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)調(diào)節(jié)螺釘位置保證嚴(yán)格不變，從而保證自傳感驅(qū)動(dòng)器工作工程中預(yù)壓力的恒定。相反，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)封口螺帽12，在彈簧6與碟簧16的恢復(fù)力作用下驅(qū)使斜鍥卡片8上移，頂桿7右移，作用于超磁致伸縮棒13的預(yù)壓力減小。同時(shí)，利用這種螺紋聯(lián)接驅(qū)動(dòng)斜鍥卡片8，當(dāng)擰動(dòng)上端封口螺帽12時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘10向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)斜鍥卡片8向下運(yùn)動(dòng)，而由于斜鍥卡片8與頂桿7接觸處為斜面，所以當(dāng)斜鍥卡片8下移時(shí)，頂桿7同時(shí)向水平方向運(yùn)動(dòng)，水平方向移動(dòng)的位移由斜鍥卡片8向下運(yùn)動(dòng)的位移和卡片斜面傾角決定，傾角越小，頂桿7的水平位移量越小，因此可以利用這種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)斜鍥卡片8移動(dòng)的微小位移，從而從微量角度來(lái)調(diào)節(jié)超磁致伸縮棒13的預(yù)壓力。在調(diào)整超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器預(yù)壓力的同時(shí)，要保證兩根超磁致伸縮棒的預(yù)壓力嚴(yán)格相等以及相對(duì)于連接件17的嚴(yán)格對(duì)中，此外要保證驅(qū)動(dòng)桿18處于垂直位置，這樣，既可以使伺服閥正常工作，又可以減小伺服閥在零位時(shí)的泄漏量。新型自傳感驅(qū)動(dòng)器將同時(shí)具有驅(qū)動(dòng)和傳感功能的兩自傳感驅(qū)動(dòng)組件通過(guò)一對(duì)碟簧16對(duì)稱置于連接件17兩側(cè)，通過(guò)外加電源提供的差動(dòng)電壓造成的伸縮差異以及兩自傳感驅(qū)動(dòng)組件的耦合來(lái)工作，當(dāng)在自傳感驅(qū)動(dòng)器兩驅(qū)動(dòng)線圈20通入電流相等或斷流情況下，自傳感驅(qū)動(dòng)器輸出端在預(yù)壓力作用下平衡。當(dāng)兩驅(qū)動(dòng)線圈20通入差動(dòng)電流時(shí)，假設(shè)左端驅(qū)動(dòng)線圈通高電流，右端磁致伸縮棒通低電流，如圖I所示。那么左端超磁致伸縮棒在磁場(chǎng)作用下伸長(zhǎng)，并輸出一定的力和位移，而右端超磁致伸縮棒由于磁場(chǎng)較弱伸長(zhǎng)較短，左端磁致伸縮棒作用于碟簧16、連接件17、驅(qū)動(dòng)桿18等構(gòu)成的輸出組件，使連接件17、驅(qū)動(dòng)桿18繞支撐銷3產(chǎn)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，并利用驅(qū)動(dòng)桿18與閥芯的連接，驅(qū)動(dòng)閥芯產(chǎn)生放大的向左方向的位移，使伺服閥A 口輸出一定流量。同理，當(dāng)右端驅(qū)動(dòng)線圈通高電流，左端磁致伸縮棒通低電流時(shí)，閥芯產(chǎn)生放大的向有方向的位移，使伺服閥B 口輸出一定流量?！顺胖律炜s棒的伸長(zhǎng)，輸出一定的位移和作用力，使連接件17產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),而連接件17的偏移會(huì)使另一端超磁致伸縮棒產(chǎn)生擠壓力，從而使另一端超磁致伸縮棒縮短，而當(dāng)超磁致伸縮棒受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部磁疇發(fā)生變化，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)部電流發(fā)生變化，即連接件17的位移轉(zhuǎn)化為引起線圈電流變化的自傳感信號(hào)。該信號(hào)被采集到雙輸出數(shù)控電源當(dāng)中，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入到DSP單片機(jī)當(dāng)中，利用LMS算法進(jìn)行運(yùn)算處理，獲得單片機(jī)輸出電壓Vdsp，Vdsp輸入到信號(hào)分離電路，由信號(hào)分離電路獲得自傳感反饋信號(hào)Vout, Vout經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路將調(diào)節(jié)信息輸入到CPU，從而實(shí)現(xiàn)CPU以一定關(guān)系輸出兩個(gè)精確可控電壓，電源的兩個(gè)輸出端的電壓按設(shè)定的壓差大小、變化快慢有次序的增大-壓差大小以及電壓變化快慢在程序中設(shè)置，電壓較小端輸出電壓始終以設(shè)定的壓差大小為依據(jù)跟隨較大電壓變化。由于數(shù)字控制電路不能提供足夠大的電流，一般在微安級(jí)別，因此差動(dòng)電 源輸出的差動(dòng)電壓直接與功率放大電路相連，來(lái)放大輸出電流，這樣，CPU發(fā)送的低功率信號(hào)經(jīng)放大之后能夠產(chǎn)生足夠大的電流以滿足驅(qū)動(dòng)線圈20的需求，同時(shí)給驅(qū)動(dòng)線圈20提供作為傳感功能使用時(shí)所需要的穩(wěn)定電壓。雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)直接力反饋伺服閥,其最大工作壓力為15Mpa，流量為12L/min，閥內(nèi)泄漏量小于0. lL/min，頻率響應(yīng)在200Hz以上，死區(qū)小于2%，滯環(huán)小于5 %，能夠滿足目前水下作業(yè)機(jī)械手對(duì)運(yùn) 動(dòng)精度和穩(wěn)定性的要求。
權(quán)利要求
1.一種雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器包括超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器與具有自傳感信號(hào)檢測(cè)反饋功能的雙輸出數(shù)控電源，其特征在于 其中的超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器由U型底座(I)、輸出組件、2個(gè)相互耦合的超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件和預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置組成；其中的輸出組件由大卡環(huán)(2)、支撐銷(3)、密封套(4)、小卡環(huán)(5)、連接件(17)、驅(qū)動(dòng)桿(18)組成；超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件由超磁致伸縮棒(13)、導(dǎo)磁片(14)、線圈骨架(15)、碟簧(16)、推桿(19)、驅(qū)動(dòng)線圈(20)組成；預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置由彈簧￠)、頂桿(7)、斜鍥卡片(8)、凸臺(tái)密封螺釘(9)、調(diào)節(jié)螺釘(10)、螺紋軸(11)、封口螺帽(12)組成； 所述的超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器通過(guò)推桿(19)、碟簧(16)對(duì)稱置于連接件(17)的兩偵牝并通過(guò)輸出組件形成雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器的耦合輸出結(jié)構(gòu)，兩個(gè)超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)組件對(duì)稱安裝于U型底座(I)內(nèi)，靠U型底座(I)外側(cè)擋板與內(nèi)側(cè)凸臺(tái)卡緊，U型底座⑴的內(nèi)部為弧形結(jié)構(gòu)，其直徑大小與線圈骨架(15)相同，驅(qū)動(dòng)線圈(20)通直流電產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮棒(13)伸長(zhǎng)，超磁致伸縮棒(13)置于線圈骨架(15)空心部分，兩端分別連接導(dǎo)磁片(14)，直徑略小于線圈骨架(15)空心部分的內(nèi)徑，線圈骨架(15)外繞有驅(qū)動(dòng)線圈(20)，線圈骨架(15)和驅(qū)動(dòng)線圈(20)固定于U型底座⑴內(nèi)；超磁致伸縮棒(13) —側(cè)通過(guò)導(dǎo)磁片(14)與推桿(19)相連，推桿(19)通過(guò)碟簧(16)對(duì)稱的作用于連接件(17)，連接件(17)位于U型底座(I)的中間位置，連接件(17)與驅(qū)動(dòng)桿(18)相連，并通過(guò)支撐銷(3)形成杠桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)，密封套(4)下端與U型底座(I)成過(guò)盈配合，并用大卡環(huán)(2)擰緊，密封套(4)上端與驅(qū)動(dòng)桿(18)成過(guò)盈配合，并用小卡環(huán)(5)擰緊，超磁致伸縮棒(13)外側(cè)連接導(dǎo)磁片(14)內(nèi)側(cè)，導(dǎo)磁片(14)外側(cè)與預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置相連接，為超磁致伸縮棒(13)提供預(yù)壓力； 導(dǎo)磁片(14)外側(cè)與預(yù)壓力鎖緊微調(diào)裝置連接，即導(dǎo)磁片(14)外側(cè)連接頂桿(7)，而頂桿(7)與斜鍥卡片(8)的斜面接觸，斜鍥卡片(8)上端與調(diào)節(jié)螺釘(10)接觸，調(diào)節(jié)螺釘(10)上端與封口螺帽(12)下端同樣通過(guò)螺紋與U型底座(I)相連接； 具有自傳感信號(hào)檢測(cè)功能的雙輸出數(shù)控電源包括雙輸出差動(dòng)電源電路、信號(hào)分離反饋電路兩部分，其中差動(dòng)電源電路由MCU、D/A轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、輸出級(jí)功率放大電路組成，MCU的數(shù)據(jù)總線PO. 0 PO. I 口與總線驅(qū)動(dòng)器U6和U4的數(shù)據(jù)輸入端口 DO D7相連，用于傳輸總線數(shù)據(jù)，U6與U4的鎖存使能引腳分別與MCU的P2. 0和P2. I相接，完成對(duì)待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的鎖存控制，U4和U6的輸出引腳QO Q7分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2和U3的數(shù)據(jù)輸入引腳DIO DI7相接，U2與U3的寫(xiě)使能引腳WRl與MCU的P2. 3腳連接，寫(xiě)使能引腳WR2接地，片選信號(hào)CS與MCU的P2. 2腳相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)U2和U3的選擇；兩片數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出引腳OUTl和0UT2分別與運(yùn)算放大器U7、U8的反相輸入端和同相輸入端連接構(gòu)成完整的DA轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)算放大器的輸出端電壓VI、V2即為數(shù)字量轉(zhuǎn)換后的模擬電壓值，DA轉(zhuǎn)換后模擬電壓Vl、V2經(jīng)光電隔離電路輸入到功率放大電路進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)電磁線圈，其中電壓Vl經(jīng)電阻R17后與運(yùn)算放大器U9的同相輸入端、光電耦合器Ull的管腳3相連，Ull的管腳2與運(yùn)算放大器U9的輸出端相連，UlI的輸出端5與運(yùn)算放大器U13的同相輸入端、電阻R18相連，U13的輸出端與反相輸入端連接構(gòu)成電壓跟隨器，實(shí)現(xiàn)輸出電壓對(duì)輸入電壓的跟隨，并消除輸入端電壓波動(dòng)對(duì)輸入端得影響，運(yùn)算放大器U10、U14與光電耦合器U12構(gòu)成對(duì)電壓V2進(jìn)行隔離的隔離電路，消除電路自身和周圍環(huán)境中的干擾信號(hào)對(duì)功放電路的干擾，電壓Vol、Vo2分別為電壓VI、V2經(jīng)過(guò)光電隔離后的輸出電壓，電壓Vol經(jīng)過(guò)由電阻R310、電阻R36和運(yùn)算放大器U15構(gòu)成的電壓跟隨電路后，輸入由運(yùn)算放大器U17、U19，功率三極管QI、Q2，電阻R38、R34構(gòu)成的功率放大電路，之后輸出可以驅(qū)動(dòng)線圈的輸出電壓VoutI，其中運(yùn)算放大器U19的反相輸入端與輸出端相連構(gòu)成電壓跟隨器，將采樣電阻R34兩端的電壓反饋到運(yùn)算放大器U17的反相輸出端，以此形成功率放大電路的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，提高電路控制精度和穩(wěn)定性；而電壓Vo2經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器U18、U20，功率三極管Q3、Q4，電阻R114、R113構(gòu)成的第二路功率放大電路進(jìn)行放大，之后輸出驅(qū)動(dòng)第二個(gè)線圈的輸出電壓Vout2 ；自傳感信號(hào)分離反饋電路主要由信號(hào)放大器、乘法器(U21)、減法器三個(gè)部分組成，輸入電壓Vsl經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U22與電阻R1B、R1A、R21構(gòu)成同相比例放大電路，對(duì)其幅值進(jìn)行調(diào)整，防止乘法器U21溢出，調(diào)整后的輸出電壓輸入乘法器(U21)的Xl輸入端，與輸入yl端的電壓V做乘法運(yùn)算，乘法器(U21)的輸入端x2和y2接地，運(yùn)算結(jié)果由w引腳輸出，輸出電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器U23與電阻R3B、R3A、R6構(gòu)成同相比例放大電路后輸入由運(yùn)算放大器U25和電阻R4、R34、R35、R36構(gòu)成的減法電路，與經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器U24和電阻R2A、R2B、R22構(gòu)成的同向比例放大電路的輸入電壓Vs2做減法運(yùn)算，減法電路的輸出經(jīng)過(guò)電阻 Rl、R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò)和隔直電容C后得到最終的自傳感信號(hào)電壓Vs。
全文摘要
一種雙相對(duì)置超磁致伸縮自傳感驅(qū)動(dòng)器，涉及超磁致伸縮材料自傳感技術(shù)以及微驅(qū)動(dòng)技術(shù)，屬于微驅(qū)動(dòng)與電氣控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用超磁致伸縮棒的磁致伸縮與逆磁致伸縮效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)與自傳感功能，通過(guò)碟簧(16)對(duì)稱置于連接件(17)兩側(cè)的兩自傳感驅(qū)動(dòng)組件相互耦合輸出一定的位移和驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)對(duì)超磁致伸縮棒預(yù)壓力的精確控制與微量調(diào)節(jié)，保證其工作在線性區(qū)間，通過(guò)具有自傳感檢測(cè)反饋功能的雙輸出數(shù)控電源對(duì)兩驅(qū)動(dòng)線圈施加穩(wěn)定的差動(dòng)電壓，并通過(guò)基于DSP高速單片機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)平衡信號(hào)分離法對(duì)自傳感信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接件(17)位移的實(shí)時(shí)控制和精確定位，特別適合應(yīng)用于液壓伺服控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F16K31/06GK102620031SQ201210086590
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者孫樹(shù)文, 曹秀霞, 涂承媛, 王新華, 胡守強(qiáng), 鄭剛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)