超磁致伸縮換能器滯回非線性模型的研究.pdf

1、在磁致伸縮效應(yīng)及逆磁致伸縮效應(yīng)下，超磁致伸縮換能器的輸入與輸出均存在著顯著的磁機(jī)耦合和滯回非線性行為。為了設(shè)計(jì)及使用器件，必須建立其準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。本文對(duì)換能器的滯回非線性模型進(jìn)行了深入研究，取得了以下成果：
　　 1.基于二次疇轉(zhuǎn)磁致伸縮模型和無滯回磁化強(qiáng)度模型，將線性壓磁方程擴(kuò)展為一個(gè)非線性本構(gòu)模型Ⅰ。利用此本構(gòu)模型Ⅰ和一種利用熱力學(xué)關(guān)系建立的非線性本構(gòu)模型Ⅱ?qū)Τ胖律炜s材料的磁機(jī)耦合實(shí)驗(yàn)非線性行為進(jìn)行了模擬，比較分析了它們

2、的性能，為建立換能器的磁機(jī)耦合滯回非線性模型提供了理論依據(jù)。
　　 2.為了得到基于Jiles-Atherton的超磁致伸縮換能器滯回模型的最佳參數(shù)，提出了梯度算法與混合編碼遺傳算法相結(jié)合的四個(gè)混合遺傳算法，即GATR1、GALM1、GATR2和GALM2。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明GATR1能自動(dòng)準(zhǔn)確地辨識(shí)滯回模型在不同頻率下的參數(shù)，從而可將該滯回模型擴(kuò)展為一個(gè)能在廣闊頻率范圍內(nèi)準(zhǔn)確描述換能器外加磁場(chǎng)和輸出應(yīng)變之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)滯回模型。

3、
　　 3.基于非線性本構(gòu)模型Ⅱ、Weiss鐵磁理論、Jiles-Atherton模型、Bertotti損耗統(tǒng)計(jì)物理理論和換能器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理建立了超磁致伸縮換能器在外加磁場(chǎng)作用下的磁機(jī)耦合動(dòng)態(tài)滯回非線性模型。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了所建模型能在廣闊工作條件(不同偏置磁場(chǎng)、不同驅(qū)動(dòng)頻率和不同預(yù)應(yīng)力)下，描述換能器的外加磁場(chǎng)與輸出磁化強(qiáng)度、應(yīng)變的磁機(jī)耦合動(dòng)態(tài)滯回特性，對(duì)換能器的性能估計(jì)和控制器設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

4、r>　　 4.推出在各種輸入變化情況下，Preisach模型記憶曲線頂點(diǎn)矩陣的更新算式，建立了以記憶曲線頂點(diǎn)坐標(biāo)矩陣為基礎(chǔ)的Preisach類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超磁致伸縮換能器滯回模型。仿真結(jié)果表明，該模型消除了傳統(tǒng)Preisach模型對(duì)輸入信號(hào)的限制條件，能預(yù)測(cè)換能器在復(fù)雜外加磁場(chǎng)下，輸出磁化強(qiáng)度和位移的滯回特性。
　　 5.基于Jiles-Atherton模型、磁機(jī)械效應(yīng)方法定律和磁路定律，建立了一個(gè)超磁致伸縮磁力控制器的滯回模型。