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文檔簡介
1、隨著天文觀測技術和空間探測技術的飛速發(fā)展,對大型光學天文望遠鏡的精度提出了越來越苛刻的要求。為此,拼接鏡面主動光學技術逐漸廣泛應用于大型天文望遠鏡系統(tǒng)中,而該技術的核心部件是拼接子鏡的微位移驅動器。微位移驅動器性能的好壞,將直接關系到天文望遠鏡系統(tǒng)的精度?,F(xiàn)有的微位移驅動器,不能同時滿足位移量大、控制精度高、負載能力強三項驅動需求。針對這一挑戰(zhàn),在已有的對于微位移驅動器以及超磁致伸縮驅動器的研究基礎上,本論文研究面向大型天文望遠鏡應用需
2、求,在設計一種驅動位移大、控制精度高、負載能力強的超磁致伸縮微位移驅動器(簡稱GMA)方面進行了探索。本論文針對未來實現(xiàn)GMA輔助優(yōu)化設計系統(tǒng)的目標,主要在磁致伸縮非線性磁滯特性有限元建模和驅動仿真方面進行了研究探索,并進行了驅動器優(yōu)化設計嘗試。這些工作為未來實現(xiàn)GMA高效設計奠定了良好的理論和設計實踐基礎。本文的主要內容包括:第一章:首先介紹了大型天文望遠鏡系統(tǒng)的組成以及天文望遠鏡驅動器的發(fā)展現(xiàn)狀,接著根據研究需要介紹了材料的發(fā)展歷程
3、及GMA的研究現(xiàn)狀,最后在總結GMA在我國的發(fā)展應用現(xiàn)狀以及材料磁滯非線性模型發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上,說明了論文的研究意義及主要研究內容。第二章:總結了材料磁致伸縮的基本原理,材料的一些基本特性,并給出了表征材料特性的最重要的幾個參數。隨后,搭建材料特性測試實驗平臺,對材料重要性能參數進行了詳細測定,為后續(xù)GMA的優(yōu)化設計提供了數據支持。第三章:首先,討論了驅動器內部勵磁線圈和偏置磁場的磁路模型,隨后基于畢奧—薩伐爾定律和鐵磁學基本理論,對勵
4、磁線圈和偏置圓筒永磁鐵的軸線磁場建立了數學模型。隨后采用MATLAB編程計算了勵磁線圈和偏置永磁套筒軸線上的磁場分布。針對數學模型不能充分反映驅動器材料和結構尺寸的選擇對驅動器電磁性能的影響,采用電磁場有限元分析方法,在ANSYS軟件中對驅動器進行了電磁場仿真計算,充分討論了材料和結構對驅動器磁場性能的影響,為第五章的驅動器詳細設計提供了依據。第四章:針對GMA的磁滯非線性特性進行建模,推導了電磁、機械兩個物理場的弱解形式的方程,根據第
5、二章給出的線性本構關系推導了適用于有限元求解的形式,同時采用Jiles-Atherton模型描述材料的磁滯回特性。隨后,采用COMSOL Multiphysics軟件對前面建立的數學模型進行了建模實現(xiàn),通過與實驗結果對比,驗證了該模型的正確性,并討論了模型的不足與改進。第五章:根據前面三章給出的驅動器設計的優(yōu)化準則,給出了帶永磁偏置和無永磁偏置的兩種GMA的具體結構參數,進行了驅動器的詳細設計和制造。隨后對驅動器進行了靜、動態(tài)特性測試,
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