超磁致伸縮材料微位移執(zhí)行器原理與應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　《超磁致伸縮材料微位移執(zhí)行器原理與應(yīng)用》是多項國家自然科學(xué)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項基金、遼寧省科學(xué)技術(shù)基金等項目的研究成果總結(jié)，是一本介紹超磁致伸縮材料微位移執(zhí)行器的原理、設(shè)計方法及應(yīng)用的專著?！冻胖律炜s材料微位移執(zhí)行器原理與應(yīng)用》系統(tǒng)地闡述了超磁致伸縮材料的材料與物理學(xué)基礎(chǔ)、微位移執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、建模理論、非線性控制技術(shù)以及超磁致伸縮薄膜的工作原理和靜動態(tài)特性等，并介紹了各種超磁致伸縮材料微位移執(zhí)行器的應(yīng)用實例。全書共分8章。第1章介紹了超磁致伸縮材料與物理學(xué)基礎(chǔ)；第2章介紹了超磁致伸縮材料的制備與應(yīng)用特性；第3章介紹了超磁致伸縮微位移執(zhí)行器設(shè)計理論與方法；第4章介紹了超磁致伸縮材料及微位移執(zhí)行器的建模理論；第5章介紹了超磁致伸縮微位移執(zhí)行器控制技術(shù)；第6章闡述了超磁致伸縮薄膜的物理與材料學(xué)基礎(chǔ)；第7章闡述了超磁致伸縮薄膜材料建模理論；第8章介紹了超磁致伸縮材料的應(yīng)用研究?！　　冻胖律炜s材料微位移執(zhí)行器原理與應(yīng)用》既具有理論的系統(tǒng)性，又具有工程技術(shù)的實用性，可供從事超磁致伸縮材料及其執(zhí)行器研究工作的科技工作者、專業(yè)技術(shù)人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。同時，也可供從事其他功能材料及其應(yīng)用研究的科研、工程技術(shù)人員參閱。

作者簡介

　　賈振元，男，1963年生，大連理工大學(xué)機械工程學(xué)院院長，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向為功能材料及其傳感器執(zhí)行器技術(shù)、精密加工與測量、數(shù)控技術(shù)等。負責(zé)或參與國家973計劃項目、國家863計劃項目、國家自然科學(xué)基金重點項目和面上項目、國防“十一五”預(yù)研項目、總裝預(yù)研等各類科研項目40余項。獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1項，教育部科技進步一等獎1項，中國高?？萍歼M步一等獎1項，中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)三等獎1項，遼寧省科學(xué)技術(shù)進步二等獎1項，大連市科技進步一等獎1項、二等獎1項，大連市專利金獎1項；發(fā)表論文100余篇；合作出版專著1部；獲13項專利、8項鑒定成果。還獲得中國機械工程學(xué)會青年科技成就獎，遼寧省青年科技獎，大連市勞動模范，遼寧省杰出青年基金；入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”，遼寧省“新世紀百千萬工程”百人層次；享受中華人民共和國國務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。

書籍目錄

序前言第1章 超磁致伸縮材料與物理學(xué)基礎(chǔ)1.1 磁致伸縮現(xiàn)象1.2 磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生的物理機理1.2.1 磁致伸縮的機理1.2.2 磁致伸縮的唯象理論1.3 超磁致伸縮材料及其特性1.3.1 超磁致伸縮材料的發(fā)展1.3.2 超磁致伸縮材料分類1.3.3 超磁致伸縮材料的晶體和微結(jié)構(gòu)1.3.4 稀土超磁致伸縮材料的性能第2章 超磁致伸縮材料的制備與應(yīng)用特性2.1 超磁致伸縮材料制備2.1.1 制備方法2.1.2 樣品制備2.2 超磁致伸縮材料的應(yīng)用特性2.2.1 磁致伸縮特性2.2.2 機電耦合特性2.2.3 動態(tài)特性2.2.4 其他特性第3章 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器設(shè)計理論與方法3.1 執(zhí)行器總體結(jié)構(gòu)與工作原理3.2 微位移傳遞機構(gòu)的設(shè)計3.2.1 圓形膜片式微位移傳遞機構(gòu)3.2.2 彈性圓薄板彎曲問題的數(shù)學(xué)模型3.2.3 圓形膜片式微位移傳遞機構(gòu)的解析解及設(shè)計原理3.3 磁場與位移自感知的原理與實現(xiàn)3.3.1 微位移感知功能的原理3.3.2 驅(qū)動磁場自感知功能的原理3.4 執(zhí)行器內(nèi)部的磁場（路）設(shè)計與研究3.4.1 磁路的總體分析及設(shè)計3.4.2 偏置磁場的設(shè)計3.4.3 電磁線圈的功率優(yōu)化及設(shè)計方法3.5 驅(qū)動磁場的均勻化及分析3.5.1 驅(qū)動磁場的徑向均勻度分析3.5.2 驅(qū)動磁場的軸向均勻度分析及均勻化3.6 線圈電流與驅(qū)動磁場的測量曲線及分析3.7 執(zhí)行器內(nèi)部溫度分析及冷卻系統(tǒng)3.8 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的有限元分析3.8.1 執(zhí)行器預(yù)緊機構(gòu)的有限元分析3.8.2 預(yù)緊機構(gòu)模態(tài)分析3.8.3 執(zhí)行器的偏置磁場有限元分析3.8.4 電磁場有限元分析第4章 超磁致伸縮材料及微位移執(zhí)行器的建模理論4.1 磁滯的物理建模理論4.1.1 鐵磁磁滯4.1.2 Weiss分子場理論4.1.3 Ji1es-Atherton模型4.2 磁滯的數(shù)學(xué)建模理論4.2.1 Preisach算子4.2.2 Preisach權(quán)函數(shù)的確定4.2.3 Preisach算子的離散表達式4.2.4 矢量Preisach模型4.3 耦合外部應(yīng)力的均質(zhì)能量場模型4.3.1 均質(zhì)能量場模型4.3.2 耦合外部應(yīng)力的磁機模型4.3.3 應(yīng)力耦合磁化模型的離散化及求逆算法4.4 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器模型4.4.1 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器矢量阻抗分析模型4.4.2 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的負載矢量阻抗模型4.4.3 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型第5章 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器控制技術(shù)5.1 超磁致伸縮執(zhí)行器控制系統(tǒng)的組成5.2 高穩(wěn)定度、智能化超磁致伸縮微位移執(zhí)行器驅(qū)動電源5.2.1 驅(qū)動電源的特點及組成5.2.2 基于功率MOSFET的高穩(wěn)定度雙向可控恒流源5.3 單片機控制單元設(shè)計5.3.1 控制器及其外圍電路設(shè)計5.3.2 模擬量輸入通道和輸出通道設(shè)計5.3.3 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計與調(diào)試5.4 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器控制方法概述5.5 基于系統(tǒng)辨識模型的離線優(yōu)化PID控制5.5.1 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的系統(tǒng)辨識5.5.2 串聯(lián)PID補償器參數(shù)整定5.5.3 PID控制器參數(shù)的閉環(huán)優(yōu)化5.5.4 兩組PID控制參數(shù)比較5.6 執(zhí)行器的前饋控制5.6.1 執(zhí)行器的前饋控制5.6.2 執(zhí)行器前饋控制的仿真5.7 執(zhí)行器的自適應(yīng)控制5.7.1 執(zhí)行器的簡單自適應(yīng)控制5.7.2 抑制傳感器噪聲的自適應(yīng)控制5.7.3 改進的執(zhí)行器控制方法5.8 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的滑模變結(jié)構(gòu)控制5.8.1 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的控制模型5.8.2 超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的自適應(yīng)離散滑模變結(jié)構(gòu)控制5.8.3 控制仿真實例第6章 超磁致伸縮薄膜的物理與材料學(xué)基礎(chǔ)6.1 超磁致伸縮薄膜概述6.2 薄膜的磁致伸縮現(xiàn)象機理6.2.1 薄膜的磁疇6.2.2 薄膜的自發(fā)磁化6.2.3 薄膜的磁致磁化6.3 超磁致伸縮薄膜材料的特性6.3.1 磁致伸縮特性6.3.2 磁致伸縮薄膜的磁各向異性6.3.3 超磁致伸縮薄膜的動態(tài)特性6.3.4 超磁致伸縮薄膜的△E效應(yīng)6.4 超磁致伸縮薄膜磁致伸縮性能的影響因素6.4.1 材料成分對薄膜磁致伸縮性能的影響6.4.2 薄膜內(nèi)應(yīng)力對薄膜磁致伸縮性能的影響6.4.3 熱處理對薄膜磁致伸縮性能的影響6.4.4 磁致伸縮復(fù)合鍍層6.5 超磁致伸縮薄膜制備6.5.1 超磁致伸縮薄膜的制備方法6.5.2 超磁致伸縮薄膜靶材及基片的選擇6.5.3 超磁致伸縮薄膜的制備工藝參數(shù)6.5.4 雙層超磁致伸縮薄膜的樣品制備及性能檢測第7章 超磁致伸縮薄膜材料建模理論7.1 超磁致伸縮薄膜低磁場準(zhǔn)靜態(tài)磁機耦合特性及模型7.1.1 超磁致伸縮薄膜低磁場磁機耦合特性7.1.2 超磁致伸縮薄膜低磁場下準(zhǔn)靜態(tài)磁機耦合模型7.1.3 超磁致伸縮薄膜低磁場下準(zhǔn)靜態(tài)磁機耦合模型的實驗分析7.2 雙層超磁致伸縮薄膜幾何非線性變形分析及模型7.2.1 雙層超磁致伸縮薄膜幾何非線性變形分析7.2.2 雙層超磁致伸縮薄膜幾何非線性變形模型7.2.3 雙層超磁致伸縮薄膜幾何非線性變形模型的實驗分析7.3 超磁致伸縮薄膜非線性振動模型7.3.1 動態(tài)磁致伸縮等效載荷7.3.2 超磁致伸縮薄膜非線性振動方程7.3.3 超磁致伸縮薄膜主共振響應(yīng)7.3.4 超磁致伸縮薄膜超諧波共振響應(yīng)7.4 超磁致伸縮薄膜振動特性分析及實驗研究7.4.1 超磁致伸縮薄膜振動圖像7.4.2 超磁致伸縮薄膜共振頻率的變化分析7.4.3 超磁致伸縮薄膜振動幅值的變化分析第8章 超磁致伸縮材料的應(yīng)用研究8.1 超磁致伸縮器件的應(yīng)用研究概述8.2 超磁致伸縮材料在執(zhí)行器中的應(yīng)用8.2.1 在聲吶系統(tǒng)中的應(yīng)用8.2.2 在直線電機中的應(yīng)用8.2.3 在旋轉(zhuǎn)電機中的應(yīng)用8.2.4 在伺服閥中的應(yīng)用8.2.5 在超精加工中的應(yīng)用8.2.6 超磁致伸縮/壓電混合器件中的應(yīng)用8.2.7 在流體控制中的應(yīng)用8.2.8 在振動控制中的應(yīng)用8.3 超磁致伸縮材料在傳感器中的應(yīng)用8.3.1 力矩傳感器8.3.2 位置傳感器8.3.3 力傳感器8.4 超磁致伸縮薄膜器件的應(yīng)用概述8.5 超磁致伸縮薄膜在執(zhí)行器中的應(yīng)用8.5.1 微型泵8.5.2 微型閥8.5.3 超聲馬達8.5.4 微行走機械8.5.5 光纖開關(guān)8.5.6 伺服機構(gòu)8.6 超磁致伸縮薄膜在傳感器中的應(yīng)用8.6.1 微型力傳感器8.6.2 光纖磁傳感器8.7 超磁致伸縮薄膜在微型泳動機器人中的應(yīng)用8.7.1 超磁致伸縮薄膜微型機器人的泳動推進模式8.7.2 泳動微型機器人的結(jié)構(gòu)與仿生機理8.7.3 超磁致伸縮薄膜微型泳動機器人試驗系統(tǒng)8.7.4 超磁致伸縮薄膜微型機器人的泳動特性試驗與分析參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　超磁致伸縮材料與物理學(xué)基礎(chǔ)　　1.1　磁致伸縮現(xiàn)象　　鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積都要發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象[1]。磁致伸縮現(xiàn)象是l842年由著名物理學(xué)家焦耳（Joule）發(fā)現(xiàn)的，故又稱為焦耳效應(yīng)[2]。磁致伸縮現(xiàn)象有三種表現(xiàn)形式：①沿著外磁場方向尺寸大小的相對變化，稱為縱向磁致伸縮；②垂直于外磁場方向尺寸大小的相對變化，稱為橫向磁致伸縮；③材料體積大小的相對變化，稱為體積磁致伸縮?！　?．線磁致伸縮（縱向磁致伸縮和橫向磁致伸縮）　　當(dāng)磁體磁化時，伴有晶格的自發(fā)變形，即沿磁化方向伸長或縮短，稱為線磁致伸縮，縱向磁致伸縮和橫向磁致伸縮統(tǒng)稱為線磁致伸縮。一般鐵磁性物質(zhì)發(fā)生線磁致伸縮時變化的數(shù)量級為10-5-10-6。當(dāng)磁體發(fā)生線磁致伸縮時，體積幾乎不變，而只改變磁體的外形。在磁化未達到飽和狀態(tài)時，主要是磁體長度變化產(chǎn)生線磁致伸縮?！　?．體積磁致伸縮　　體積磁致伸縮是指磁體磁化狀態(tài)改變時體積發(fā)生膨脹或者收縮的現(xiàn)象，飽和磁化以后主要是體積變化產(chǎn)生體積磁致伸縮。在一般磁體中體積磁致伸縮很小，實際用途也很小，在測量和研究中很少考慮，所以一般磁致伸縮均指線磁致伸縮。只有在個別特殊合金（如因瓦合金）中體積磁致伸縮較為明顯，引起膨脹、彈性反常變化而被利用?！　〈胖律炜s不但對材料的磁性有很重要的影響，而且效應(yīng)本身在實際中的應(yīng)用上也很重要。利用材料在交變磁場作用下長度的伸長和縮短，可以制成超聲波發(fā)生器和接收器，以及力、速度、加速度等的傳感器、延遲線、濾波器、穩(wěn)頻器和磁聲存儲器等。

編輯推薦

　　《超磁致伸縮材料微位移執(zhí)行器原理與應(yīng)用》針對超磁致伸縮材料在執(zhí)行器領(lǐng)域的應(yīng)用，分別對超磁致伸縮材料及超磁致伸縮薄膜兩方面闡述了近年來的研究成果。書中對超磁致伸縮材料的材料學(xué)與物理學(xué)基礎(chǔ)、磁化過程及執(zhí)行器建模、超磁致伸縮微位移執(zhí)行器的沒計理論與方法、微位移執(zhí)行器控制技術(shù)等進行了系統(tǒng)的敘述，同時對超磁致伸縮薄膜材料的制備方法、薄膜材料的磁一機耦合機理、非線性動力學(xué)模型等都進行了系統(tǒng)的論述。

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