一种超磁致伸缩微位移自感知驱动方法及执行器

摘要

一种超磁致伸缩微位移自感知驱动方法及执行器属于超精密加工与测量领域，特别涉及一种快速超精密定位运动控制方法和装置。方法基于逆磁致伸缩效应，外力导致超磁致伸缩材料的磁导率变化，即激励线圈的电感变化，通过测量线圈电感实现力的自感知。方法采用电感电桥测量激励线圈电感，调节匹配感抗和阻抗使电桥平衡，当受到外力扰动时，电桥失去平衡，通过差动运放测量不平衡电压得到激励线圈的电感值变化量，得出扰动力大小。执行器主要由圆柱型超磁致伸缩棒、激励线圈、弹性膜片和水冷套构成，根据上述方法，圆柱形线圈既提供驱动磁场也作为测量扰动力的传感器，在进行高速超精密定位运动过程中，减小外界扰动力产生的误差干扰。

主权项

一种超磁致伸缩微位移自感知驱动方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第一步，用恒流源放大电路(7)为超磁致伸缩执行器的圆柱型线圈(2)提供激励电流，使之产生均匀磁场，当驱动磁场稳定时，超磁致伸缩棒(3)产生伸缩效应，使超磁致伸缩微位移驱动器输出位移，此时，通电圆柱型线圈(2)的等效电阻R1和电感L1在驱动电路中产生一定的分压；第二步，在恒流源型放大电路(7)基础上集成圆柱型线圈(2)电感变化量测量的电感电桥电路(1)，用驱动电路作为电桥的一个桥臂，圆柱型线圈(2)的电感L1为该桥臂待测电感，用可调的匹配电阻(5)和匹配电感(6)作另一个相邻的桥臂，二者串联接入恒流源型放大电路(7)，流经两桥臂的电流幅值和频率相同，调节匹配电阻(5)使之与圆柱型线圈(2)的等效电阻R1相等，调节匹配电感(6)使之与圆柱型线圈(2)在稳定环境下的等效电感L1相等，此时，桥路输出为0，电感电桥即达到平衡；第三步，外界扰动力(8)作用在负载(4)上，导致超磁致伸缩棒(3)材料磁化强度变化，电桥失去平衡，建立此时超磁致伸缩执行器的等效电路模型，通过差动运放电路测量得不平衡电压ΔU计算得到圆柱型线圈(2)的电感值变化量Ld；第四步，建立电感值变化量Ld和外界扰动力(8)在超磁致伸缩微位移执行器线性模型下的数值关系，主控单元获取电感值变化量Ld，计算出外界扰动力(8)的大小f，控制恒流源型放大电路(7)的输出驱动电流源i，通过一定的补偿就可以实现外界扰动力(8)作用下的精密定位，实现外界扰动力(8)的自感知。