国内外超磁致伸缩材料及作动器的
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究近年来，磁致伸缩（Magnetostriction）材料越来越受到人们的重视。
其材料特性及结构使其具有很高的控制精度，同时也有很高的可靠性和耐久性。
特别地，超磁致伸缩（Terfenol-D）材料是一种具有较高磁导率和较低电磁耗的材料，具有许多潜在的高效能应用。
本文从超磁致伸缩材料出发，研究了其微位移驱动器的设计与实验研究，并对其性能进行了评估。
一、超磁致伸缩材料的特性超磁致伸缩材料是一种由稀土、铁、镍等金属元素组成的晶体。
在磁场的作用下，其原子排列会发生微小的变化，导致晶体的几何形状随之发生微小的变化。
因此，超磁致伸缩材料可以被用来制作微差动位移传感器、微调节装置等。
二、超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计超磁致伸缩材料微位移驱动器是一种利用材料的磁致伸缩效应实现驱动的设备，它包括外磁场源、磁致伸缩材料、位置检测装置和控制系统等。
（一）外磁场源驱动器的外磁场源是指将磁场导入磁致伸缩材料中的一种装置。
一般来说，外磁场源可以采用永磁体、电磁铁甚至是其他磁性材料来实现。
其中，永磁体的安装和调节较为简单，但其磁场稳定性和调节精度较差；电磁铁的磁场稳定性和调节精度较高，但其安装和调节较为复杂，同时存在发热问题；其他磁性材料则要求具有高磁感应强度和宽工作磁场范围等特点。
（二）磁致伸缩材料磁致伸缩材料是微位移驱动器的核心组成部分，其特性直接决定了驱动器的性能。
超磁致伸缩材料具有较高磁致伸缩系数和较低电磁耗，是一种性能较优的磁致伸缩材料。
同时，为了实现更大的位移和更高的控制精度，则应该选用形状记忆合金等多功能复合材料作为扩展材料，在磁致伸缩材料的基础上实现驱动。
（三）位置检测装置位置检测装置是指对位移量进行测量的装置。
在微位移驱动器中，可以采用磁电传感器和光电传感器等多种办法实现位置检测。
其中，磁电传感器具有检测精度高、不易受外界环境干扰等优点，但要求磁致伸缩材料必须处于完全连续的磁场中；光电传感器则无需磁场，但其探头精度较低。
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究引言超磁致伸缩作动器是一种基于磁性材料的智能材料致动器，具有高精度、高刚度、高运动分辨率和快速响应等特点，被广泛应用于精密定位、振动控制和自适应结构等领域。
了解超磁致伸缩作动器的动力学特性对于优化其设计和控制具有重要意义。
本文基于磁力平衡原理和动力学分析方法，提出了一种超磁致伸缩作动器动力学模型，并对其特性进行了分析研究。
模型构建超磁致伸缩作动器由磁铁、线圈和磁致伸缩材料组成。
在模型构建中，假设线圈内部感应电阻可忽略不计，并忽略壳体和线圈之间的磁阻。
通过磁力平衡原理，可以得到作动器的力学模型。
首先，根据安培定律，作用在线圈上的磁力可以表示为：Fm = B · I · l其中，Fm表示磁力，B是磁感强度，I是线圈电流，l是线圈长度。
通过磁感强度和线圈电流的关系可以得到：B = μ0 · (H + Ms · M)其中，μ0表示真空中的磁导率，H是外加磁场强度，Ms是磁致伸缩材料的饱和磁化强度，M是磁化强度。
接下来，根据赫斯定律和欧姆定律，可以得到线圈受到的电动势和电阻：E = -dφ/dt = - N · d(B · S)/dt = -N · S · d(B · I)/dt其中，E表示电动势，N表示线圈匝数，S表示线圈截面积。
根据电动势和电阻的关系可以得到：E = R · I + L · dI/dt其中，R表示线圈电阻，L表示线圈电感。
最后，根据牛顿第二定律，可以得到作动器的动力学方程： Fm - Fd - Fs = m · a其中，Fd表示阻尼力，Fs表示弹簧力，m表示作动器的质量，a表示作动器的加速度。
特性分析基于上述模型，可以对超磁致伸缩作动器的特性进行分析。
首先，通过数值方法求解动力学方程可以得到作动器的位置、速度和加速度随时间的变化。
稀土超磁致伸缩材料介绍及应用
稀土超磁致伸缩材料在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842年由焦耳发现致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。
它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。
“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe 合金。
它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8 倍、镍基材料的40—50 倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。
“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。
“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。
在国防、航空航天和高技术领域：如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统）、噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域，有广阔的应用前景。
“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。
由三个组元组成（Tbl －xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95 首先于20 世纪70 年代初由美国海军表面武器实验室的A．C．Clark 博士等人发明，当即他们申请了美国专利。
美国海军表面武器实验室于1987 年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes 市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的E trema INC 分公司。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
超磁致伸缩材料发展动态与工程应用研究现状
[综述 专论]DOI :10.3969/.j i s sn .1005 2895.2011.01.收稿日期:2010 11 08;修回日期:2010 12 10基金项目:国家自然科学基金资助项目(50975256);浙江省自然科学基金重点资助项目(Z1080537);国家教育部博士点基金资助项目(20070335204)。
作者简介:宣振兴(1982),男,浙江义乌人,助理工程师,主要从事产品质量鉴定工作。
E m ai :l x uanz x1982@yahoo .co m.c n超磁致伸缩材料发展动态与工程应用研究现状宣振兴1,邬义杰2,王慧忠1,张 雷2(1.浙江省计量科学研究院,浙江杭州 310011;2.浙江大学现代制造工程研究所,浙江杭州 310027)摘 要:为了反映超磁致伸缩材料的国内外研究现状,对超磁致伸缩材料发展历程和性能特点进行了阐述。
在详细调研基础上,较全面地介绍了国内外超磁致伸缩材料在各工程领域的应用以及发展状况。
通过分析其历史沿革和最新成果,对未来的发展方向进行了展望,并对其应用潜力领域进行了预测。
图2参26关 键 词:材料学;超磁致伸缩材料;现状;应用;发展方向中图分类号: 文献标志码:A 文章编号:1005 2895(2011)01 0116 04Develop m ent and Applications R esearch on G i antM agnetostrictive M ateri alsXUAN Zhen x ing 1,WU Y i jie 2,WANG Hu i z hong 1,Z HANG Le i2(1.Zhe jiang P rov i nce Instit ute o fM etro l ogy ,H angzhou 310011,Ch i na ;2.Institute ofM anufac t ur i ng Eng i neer i ng ,Zhe ji ang U niversity ,H angzhou 310027,China)Abst ract :To report the current situati o n of g iant m agnetostrictive m ateria ls (GMM )at ho m e and abroad ,thedeve l o pm enta l h i s tory o f GMM is rev ie w ed and its good perfo r m ance is descri b ed .The status quo of app licati o n and deve l o pm ent of G MM i n d ifferent eng i n eeri n g fields at ho m e and abroad is presented by the sur vey syste m atica ll y .Theapp lication and developm ent o fGMM i n future is discussed.The fields where GMM has a huge po tenti a l use are also esti m a ted .[Ch ,2fi g .26re.f ]K ey words :m aterials ;g iant m agnetostrictive m ateria ls ;current situation ;applicati o n ;the d irecti o n for the futuredeve l o pm ent 1 问题的提出超磁致伸缩材料(G iant M agnetostricti v e M ateria,l 简写为G MM )是一种新型的功能材料,在室温下具有极大的磁致伸缩应变,典型代表为Terfeno l D,其饱和磁致伸缩系数 s 一般大于3.0 10-5。
超磁致伸缩材料传感／执行器的原理与应用
． Ｉ 专 家论 坛
超 磁 致 伸 缩材 料 传 感 ／ 执 行 器 的原 理 与应 用
贾振 元 ， 王福 吉， 邹 君 ， 刘 慧芳
（ 大 连 理工 大学 精 密 与 特 种 加 工 教 育 部 重 点 实 验 室 大连 ， １ １ ６ ０ ２ ４ ）
摘要
超磁致 伸缩材料作为一种新 型功能材料 ， 具有 大磁致 伸缩 系数 、 高能量 密度 、 低磁场 驱动 、 高磁 机转换效 率
以及快速 响应 等优点 ， 在精 密驱动技术 中得到应用 。利用磁致 伸缩 正效应 可以开发 微位移 执行器 、 力 驱动器 和振 动器 等 ； 利用磁致伸 缩逆 效应可 以开发力 、 力矩 和位移传感器 以及能量转换器 ； 利用磁致伸 缩正逆耦 合效应 可以开
发集驱 动 、 力测量 、 输 出力 感 知 和输 出力 可 控 等 功 能 于 一 体 的 器 件 ， 应 用 于 精 密 驱 动 领 域 。 在 分 析 了磁 致 伸 缩 正 效
材料 研究 所合 作开发 出了成分 为 Ｔｂ ∽Ｄｙ Ｆ ｅ 。 的
磁致 伸缩 材料 ， 由于其 磁 致 伸 缩 系 数 比一般 磁 致 伸
密度、 低 磁场 驱 动 、 高 磁 机转换 效 率 以及快 速 响应等
优 点 。该材 料具 有 强 磁 致 伸 缩 正效 应 、 逆 效应 以及 正 逆耦 合效 应 ， 表 现 出 双 向 能 量转 换 特 性 。利 用 磁
应、 逆效应 以及正逆耦合效 应机理的基础上 ， 阐述 了超磁致伸缩传感器 、 执行器以及传感执 行一体化 器件 的开发原
理及 其 应 用 现 状 。 关键 词 超 磁 致 伸 缩 材 料 ；执 行 器 ； ３ ４ ；ＴＨ３ ９
第8章超磁致伸缩材料
新型的磁—光类型传感器比传统的磁—电类型传感器灵敏度更大。 用途：地质探矿、生物工程、军事制导等领域。
精品PPT
4、精密控制(kòngzhì)领域 特点：高响应速度、磁致伸缩灵敏、输出应力大等。普遍(pǔbiàn)用于航天定
图4 CU18A磁致伸缩超声换能器
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2、力传感领域(lǐnɡ yù)
施加应力 超磁致伸缩棒 空气隙
原理：磁致伸缩逆效应。
永磁铁
优点：比压电陶瓷传感器的性能更突出，
体积轻巧、抗干扰能力强、过载能力好、工艺 简单、长寿命。
用途：静态力测量、动态力的测量、重工
轭铁 业、化学化工、自动化控制系统等领域。
图11 尺蠖式马达
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椭圆模态运动的GMM马达工作效率较低 下，这是由于定子运动到椭圆轨道下半部分时， 作空载(kōnɡ zǎi)回程运动，因而不能推动转 子运动所致。 杭州科技大学设计的新型超磁 致伸缩马达解决了这一问题，该马达的定子由 一个环和两个Terfenol-D线性驱动器构成。
图12 超磁致伸缩(shēn suō)马达定 子
稀土超磁致伸缩材料换能器的主要优点为大位移、强力、大功率以及控制精密和响应快 速，其他优点还包括可靠性高、磁(电)-机转换效率高、频带宽、能源供应简单等。另外，利 用应变直接转换成线性位移或按振动原理设计的器件结构简单、可动件少、刚性大、磨损小， 对精度、响应、可靠性和转换效率的提高也起了重要作用。
稀土超磁致伸缩材料响应速度极高(<1µs)，性能重复性好，换能器结构简单，消除了常 规系统中摩擦、空程、粘附引起的偏差和滞后。所以这种材料的换能器定位精度一般为 10−1µm，最佳可达纳米级。 8.3.1.3 可靠性(性能稳定，不易发生故障)
超磁致伸缩材料的工程应用研究现状
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国外有关超磁致伸缩材料的应用研究
稀土超磁致伸缩材料的优异特性一经发现立即受
到各国科技界、 工业界和政府部门特别是军事部门的 高度关注。 近几年来， 国外研制了近千种应用lt;>? 期
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现状・趋势・战略
二次电压信号。 压磁式压力传感器具有输出功率大、 抗 干扰能力强、 寿命长、 维护方便、 能适应恶劣工作环境 等优点， 在工业自动化领域中有着良好的应用前景。 多元稀土铁化合物存在一个补偿温度， 在此温度 下其热膨胀系数从 ! " #$ % & ’ ( 突然增大到 ##! " #$ % & ’ 弹性模量亦发生锐变， 并可通过改变磁场或材料的 (， 成分来改变补偿温度。 利用该特性可制作热膨胀检测 器件。 ) * + 在磁 ) 电 + —机械换能器中的应用 基于超磁 致伸缩材料的磁 ) 电 + —机械换能器具有大位移、 强力、 响应快、 可靠性高、 漂移量小、 驱动电压低等优点， 因而 在超精密加工、 微马达、 振动控制以及流体机械等工程 领域均显示出良好的应用前景， 是一种很有潜力的新 型智能驱动元件。 ! 在超精密加工中的应用 精度达到纳米级及以 上的超精密定位系统目前大多采用基于压电陶瓷材料 的致动元件， 其输出功率低， 且必须采取有效措施防止 冲击力和高驱动电压造成的击穿短路等问题。 超磁致 伸缩驱动元件输出位移是电致伸缩致动器的数十倍， 且可低阻抗运行。 日本茨城大学江田弘和东芝公司的 (,-./.012 合作设计了定位精度达到纳米级的超磁致 伸缩致动器 ) 见图3 + ， 并将其成功地应用于大型光学金 刚石车床的微进给装置
*
国内超磁致伸缩材料研究开发概况
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科技信息1.超磁致伸缩材料的特点与应用1.1超磁致伸缩材料的特点磁致伸缩材料主要有三大类：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。
前两种称为传统磁致伸缩材料，其磁致伸缩应变过小，没有推广应用价值。
而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。
与其他智能材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有以下特点：应力负载大（可达700MPa）、能量转换率高（机电耦合系数可达0.75）、温度适应范围宽（小于200℃）、响应快（微秒级）、驱动电压低（小于30V）等。
另外具有频率特性好，工作频带宽；稳定性好，无疲劳，无过热失效等优点。
因此有专家认为，稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。
1.2超磁致伸缩材料的应用分析迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。
超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景，国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。
日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器，可用于测量海水温度和海流的分布图。
德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。
随科技发展的日新月异，超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出，应用也将更广泛。
预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。
1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用在国内，北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材，此后又开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究。
北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性；同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。
稀土冶金及功能材料国家工程研究中心研究的材料水平已接近国际先进水平并可小批量生产,另外还开发了廉价Terfenol-D生产亦达到实用水平。
研究开发的大功率换能器及电磁阀取得初步结果。
北京工商大学把超磁致伸缩材料用于电机技术，研制了超磁致伸缩谐波电机。
刘福贵等对超磁致伸缩力传感器进行了研究，建立了磁致伸缩力传感器输入输出关系的磁-机械强耦合模型,测试了超磁致伸缩棒材的磁致伸缩逆效应特性,设计了超磁致伸缩力传感器的结构,研制并制作了超磁致伸缩压力传感器的实验测试装置,对超磁致伸缩力传感器的输入-输出特性进行了实验研究。
李国平等为减少车削过程中车刀产生的振动对工件加工精度的影响,开发了一种车削振动控制系统。
研究了超磁致伸缩执行器(GMA)和专用刀架的工作原理,并分别建立了它们的传递函数模型。
根据人工免疫原理,设计了一种免疫PID控制器,并在数控(CNC)车床上进行了现场实验测试,结果证明该系统能很好地抑制车削加工时产生的振动干扰。
李小鹏等针对汽车减震问题展开研究，综合考虑了汽车车身的固有振动特性，提出并设计了基于超磁致原理的汽车用磁控悬架方案,突破了以往汽车减振的工作模式,将超磁致伸缩材料同汽车工程有机结合起来。
2.国外超磁致伸缩作动器的发展2.1超磁致伸缩直线作动器的研究近几十年来超磁致伸缩作动器的研制与开发引起了国际上的极大关注。
上世纪末，德国柏林大学Kiese Wetter教授利用超磁致伸缩材料棒制作了一种尺蠖式作动器，这是世界上第一台超磁致伸缩驱动器，已在造纸工业中进行商业化应用。
该驱动器定子采用管状非磁性材料，当移动线圈通入电流且未知发生变化时，超磁致伸缩棒运动部分分别在纵向和径向上产生磁致伸缩变化，像虫子一样蠕动前进。
它的最大驱动力可达到1000N，速度可达0.2m/s。
Musoke等利用尺蠖原理和多相激励设计了一种大推力的直线电机，推力可达17N。
图1是Clark.A.E设计的尺蠖型直线电机。
该电机的驱动机构两端各自装有一个闸片，当施加交变磁场时，电机的单步小位移将不断累加成为长行程的线性运动。
图1Clark提出的直线电机2009年，Kim Won-jong等人发表了一种振动型超磁致伸缩直线电机，见图2。
图2Kim Won-jong提出的超磁致伸缩直线电机其主要性能参数：最大输出力410N，有效行程45mm。
利用线圈（coils）产生磁场，该磁场为通过活动元件（active element）的运动磁场（magnetic field），当在定子（stator）与活动元件之间施加适当的预压力时，活动元件将做直线运动，运动的方向与磁场运动方向相反。
该电机功率90W时，可产生410N推力，行程达45mm。
2.2超磁致伸缩旋转作动器的研究1991年，美国的Vranish采用超磁致伸缩材料,利用Kiesewetter电机的原理开发出了转动式的步进马达。
它的扭矩输出达12.2N·m，精度高达800μrad。
匹兹堡州立大学研究了一种新型超磁致伸缩旋转电机，该电机利用两个超磁致驱动器在两个相位差90°的正弦信号激励下能在定子中产生转动，再利用摩擦力带动转子运动，电机结构图如图1所示。
图3匹兹堡州立大学磁致伸缩旋转电机2.3超磁致伸缩阀的研究S.Karunanidhi等把超磁致作动器与放大机构结合起来用于高动伺服阀,实验研究发现该阀的响应快于传统伺服阀。
图4具有机械放大结构的超磁致伸缩作动器3.超磁致伸缩作动器在国内的发展3.1超磁致伸缩微位移作动器贾振元等建立了执行器的微位移传递机构、磁路、驱动线圈及其冷却等几个关键部分的数学模型,并提出其设计理论和方法，同时研制了超磁致伸缩微位移执行器样机。
浦军等基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性设计了一种用于微位移驱动的致动器，分析了致动器工作磁场的组成,计算了线圈的工作电流,并以此为依据设计了稳流电源。
张磊等设计了一种微位移作动器，该作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响国内外超磁致伸缩材料及作动器的研究盐城工学院詹月林陈西府［摘要］超磁致伸缩作动器具有推力强、反应快和分辨率高等特点,在精密定位、精密驱动、机器人、微型阀等领域展现了广阔的应用前景。
本文在介绍超磁致伸缩材料及其应用的基础上，分析了国内外超磁致伸缩作动器的研究动态、应用状况等，并对几类超磁致伸缩作动器的原理、结构进行了阐述。
最后提出了超磁致伸缩作动器的四个研究方向。
［关键词］超磁致伸缩材料作动器电机执行器（下转第164页）——163科技信息较小，相位延迟较小。
马志新等在分析GMM 工作特性的基础上，研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过建立测控系统进行实验获得了驱动器相关的性能参数。
实验结果表明所研制的驱动器满足实现微位移高精度控制的基本性能要求。
3.2超磁致伸缩直线作动器清华大学的李翠红等利用超磁致伸缩微驱动器设计了一种蠕动机构。
以超磁致伸缩微驱动器为驱动元件、嵌入柔性铰链中的压电陶瓷驱动器与V 形导轨配合为箝位方式,该机构能够稳定地蠕动步进和后退,位移重复定位精度可以达到±15nm 。
王社良等对GMM 作动器进行了磁路设计，并进行了有无套筒时超磁致伸缩作动器输出力对比试验，对GMM 作动器进行了预压力装置设计及温控装置设计，保证了超磁致伸缩作动器良好的输出性能。
该作动器在较低的电流下可以输出较大的力，磁机转化效率很高，且输出力—驱动电流增益基本呈线性关系，具有良好的驱动性能。
3.3超磁致伸缩作动器的理论研究为提高超磁致伸缩作动器的性能，我国许多研究人员对超磁致伸缩作动器的动力学模型、非线性等问题进行了理论研究。
其中曾海泉等为研究超磁致伸缩作动器的混沌和拟周期运动等不稳定行为，建立了非线性动态力学模型，用数值方法得到了反映系统非线性响应特性的分岔图、相图、Poincar é截面图、幅值谱等。
大连理工大学将Ter-fenol-D 棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D 棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解,建立了磁致伸缩执行器动力学模型。
3.4超磁致伸缩作动器的控制研究为了提高驱动器执行效率和定位精度，学者提出了各种控制方法，主要有模糊PID 控制、自适应PID 控制、P-模糊PID 控制、BP 神经网络等。
孙英采用神经网络方法辨识驱动器的磁滞模型，然后配合PID 控制器建立闭环位移控制系统，该方法可以在较短时间内适应超磁致伸缩驱动器磁滞非线性参考输入的变化，实现超磁致伸缩驱动器的位移控制。
赵章荣等采用一种神经网络前馈复合离散滑模变结构控制策略，实现GMM 智能构件的精密位移控制，此控制策略能消除迟滞非线性的影响,控制误差降低到1.5%以内，可实现智能构件的精密位移控制。
4.总结近二十年来，超磁致伸缩作动器的研究取得了飞跃发展。
但还存在一些不足，需要在以下方面重点开展工作：（1）超磁致伸缩材料的制备工艺及产业化；（2）提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制；（3）对超磁致伸缩作动器的动力学特性展开研究；（4）开发微型化、智能化的超磁致伸缩作动器。
参考文献［1］窦光宇.超磁致伸缩材料.金属世界，2006,（6）：47.［2］李扩社，徐静，张深根.稀土超磁致伸缩材料进展.金属功能材料，2003，10（6）：30-33.［3］Quant E,Seeman K.Fabrication and Simulation of Magnetostrict iveThin-film Actuators ［J ］.Sensors and Actuators,1995;A50（1~2）:105~1091.［4］北京科技大学.高性能大直径稀土超磁致伸缩材料产业化技术［Z ］.国家科技成果.［5］稀土冶金及功能材料国家工程研究中心.稀土超磁致伸缩材料及应用［Z ］.国家科技成果.［6］北京工商大学.压电或稀土磁伸谐波电机技术［Z ］.国家科技成果.（上接第163页）一、前言经济型数控铣床一般是以步进驱动器为驱动元件的开环控制装置，当前大多数企业的数控机床还有20世纪初生产的，其机械部分完整，但电气部分多已经老化，特别是当时数控系统落后，存在开放性差，处理速度慢，英文操作，单色显示器，人机界面交互性差等缺点。
这些机床往往因配件短缺，操作困难等原因闲置，需要进行维修改造。
对于经济型数控机床改造，在保证切削质量的同时，成本是关键因素，而大多数数控系统普遍价格高，并且兼容性差。
基于PC 平台的Mach33软件控制系统具有开放性，操作方便，价格低的特点，完全满足这类铣床的改造要求，本课题就是使用基于PC 平台的Mach3软件对升降数控铣床XK5025进行维修改造。