一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器

摘要

一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器，涉及超磁致伸缩材料自传感技术以及微驱动技术，属于微驱动与电气控制技术领域。本发明利用超磁致伸缩棒的磁致伸缩与逆磁致伸缩效应来实现驱动器的驱动与自传感功能，通过碟簧(16)对称置于连接件(17)两侧的两自传感驱动组件相互耦合输出一定的位移和驱动力，通过对超磁致伸缩棒预压力的精确控制与微量调节，保证其工作在线性区间，通过具有自传感检测反馈功能的双输出数控电源对两驱动线圈施加稳定的差动电压，并通过基于DSP高速单片机的实时动态平衡信号分离法对自传感信号进行实时监测，实现对连接件(17)位移的实时控制和精确定位，特别适合应用于液压伺服控制领域。

主权项

一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器，该驱动器包括超磁致伸缩自传感驱动器与具有自传感信号检测反馈功能的双输出数控电源，其特征在于：其中的超磁致伸缩自传感驱动器由U型底座(1)、输出组件、2个相互耦合的超磁致伸缩自传感驱动组件和预压力锁紧微调装置组成；其中的输出组件由大卡环(2)、支撑销(3)、密封套(4)、小卡环(5)、连接件(17)、驱动杆(18)组成；超磁致伸缩自传感驱动组件由超磁致伸缩棒(13)、导磁片(14)、线圈骨架(15)、碟簧(16)、推杆(19)、驱动线圈(20)组成；预压力锁紧微调装置由弹簧(6)、顶杆(7)、斜锲卡片(8)、凸台密封螺钉(9)、调节螺钉(10)、螺纹轴(11)、封口螺帽(12)组成；所述的超磁致伸缩自传感驱动器通过推杆(19)、碟簧(16)对称置于连接件(17)的两侧，并通过输出组件形成双相对置超磁致伸缩自传感驱动器的耦合输出结构，两个超磁致伸缩自传感驱动组件对称安装于U型底座(1)内，靠U型底座(1)外侧挡板与内侧凸台卡紧，U型底座(1)的内部为弧形结构，其直径大小与线圈骨架(15)相同，驱动线圈(20)通直流电产生驱动磁场驱动超磁致伸缩棒(13)伸长，超磁致伸缩棒(13)置于线圈骨架(15)空心部分，两端分别连接导磁片(14)，直径略小于线圈骨架(15)空心部分的内径，线圈骨架(15)外绕有驱动线圈(20)，线圈骨架(15)和驱动线圈(20)固定于U型底座(1)内；超磁致伸缩棒(13)一侧通过导磁片(14)与推杆(19)相连，推杆(19)通过碟簧(16)对称的作用于连接件(17)，连接件(17)位于U型底座(1)的中间位置，连接件(17)与驱动杆(18)相连，并通过支撑销(3)形成杠杆机构，同时，密封套(4)下端与U型底座(1)成过盈配合，并用大卡环(2)拧紧，密封套(4)上端与驱动杆(18)成过盈配合，并用小卡环(5)拧紧，超磁致伸缩棒(13)外侧连接导磁片(14)内侧，导磁片(14)外侧与预压力锁紧微调装置相连接，为超磁致伸缩棒(13)提供预压力；导磁片(14)外侧与预压力锁紧微调装置连接，即导磁片(14)外侧连接顶杆(7)，而顶杆(7)与斜锲卡片(8)的斜面接触，斜锲卡片(8)上端与调节螺钉(10)接触，调节螺钉(10)上端与封口螺帽(12)下端同样通过螺纹与U型底座(1)相连接；具有自传感信号检测功能的双输出数控电源包括双输出差动电源电路、信号分离反馈电路两部分，其中差动电源电路由MCU、D/A转换电路、光电隔离电路、输出级功率放大电路组成，MCU的数据总线P0.0～P0.1口与总线驱动器U6和U4的数据输入端口D0～D7相连，用于传输总线数据，U6与U4的锁存使能引脚分别与MCU的P2.0和P2.1相接，完成对待转换数据的锁存控制，U4和U6的输出引脚Q0～Q7分别与数模转换器U2和U3的数据输入引脚DI0～DI7相接，U2与U3的写使能引脚WR1与MCU的P2.3脚连接，写使能引脚WR2接地，片选信号CS与MCU的P2.2脚相连，实现对U2和U3的选择；两片数模转换器的输 出引脚OUT1和OUT2分别与运算放大器U7、U8的反相输入端和同相输入端连接构成完整的DA转换电路，运算放大器的输出端电压V1、V2即为数字量转换后的模拟电压值，DA转换后模拟电压V1、V2经光电隔离电路输入到功率放大电路进行放大后驱动电磁线圈，其中电压V1经电阻R17后与运算放大器U9的同相输入端、光电耦合器U11的管脚3相连，U11的管脚2与运算放大器U9的输出端相连，U11的输出端5与运算放大器U13的同相输入端、电阻R18相连，U13的输出端与反相输入端连接构成电压跟随器，实现输出电压对输入电压的跟随，并消除输入端电压波动对输入端得影响，运算放大器U10、U14与光电耦合器U12构成对电压V2进行隔离的隔离电路，消除电路自身和周围环境中的干扰信号对功放电路的干扰，电压Vo1、Vo2分别为电压V1、V2经过光电隔离后的输出电压，电压Vo1经过由电阻R310、电阻R36和运算放大器U15构成的电压跟随电路后，输入由运算放大器U17、U19，功率三极管Q1、Q2，电阻R38、R34构成的功率放大电路，之后输出可以驱动线圈的输出电压Vout1，其中运算放大器U19的反相输入端与输出端相连构成电压跟随器，将采样电阻R34两端的电压反馈到运算放大器U17的反相输出端，以此形成功率放大电路的负反馈结构，提高电路控制精度和稳定性；而电压Vo2经过由运算放大器U18、U20，功率三极管Q3、Q4，电阻R114、R113构成的第二路功率放大电路进行放大，之后输出驱动第二个线圈的输出电压Vout2；自传感信号分离反馈电路主要由信号放大器、乘法器(U21)、减法器三个部分组成，输入电压Vs1经过运算放大器U22与电阻R1B、R1A、R21构成同相比例放大电路，对其幅值进行调整，防止乘法器U21溢出，调整后的输出电压输入乘法器(U21)的x1输入端，与输入y1端的电压V做乘法运算，乘法器(U21)的输入端x2和y2接地，运算结果由w引脚输出，输出电压经过运算放大器U23与电阻R3B、R3A、R6构成同相比例放大电路后输入由运算放大器U25和电阻R4、R34、R35、R36构成的减法电路，与经过由运算放大器U24和电阻R2A、R2B、R22构成的同向比例放大电路的输入电压Vs2做减法运算，减法电路的输出经过电阻R1、R2组成的分压网络和隔直电容C后得到最终的自传感信号电压Vs。