[发明专利]基于磁致伸缩材料的制动装置及其控制方法

权利要求书

1.基于磁致伸缩材料的制动装置的控制方法，所述基于磁致伸缩材料的制动装置包含基板、制动鼓、第一制动蹄、第二制动蹄和伸缩模块；

所述伸缩模块包含磁致伸缩杆、隔磁套、壳体、励磁线圈和消磁线圈；

所述励磁线圈、消磁线圈均缠绕在所述磁致伸缩杆上，其中，所述励磁线圈用于产生磁场以驱动磁致伸缩杆伸长；所述消磁线圈用于在励磁线圈断电后抵消其残余磁场，使得磁致伸缩杆迅速缩短；

所述隔磁套采用隔磁材料制成、为空心圆柱体，其两个端面均设有供磁致伸缩杆伸出的通孔；所述隔磁套将磁致伸缩杆缠有励磁线圈、消磁线圈的部分包含在内；所述磁致伸缩杆分别从隔磁套两个端面的通孔中伸出，且隔磁套两个端面的通孔均通过直线轴承和磁致伸缩杆相连；

所述基板呈圆形；所述制动鼓为上下开口的空心圆柱，制动鼓的一端和所述基板同轴固连；

所述第一制动蹄、第二制动蹄都是展开为长方体的弧面，均包含外弧面、内弧面、第一侧壁、第二侧壁、第一端面和第二端面，所述第一侧壁、第二侧壁均同时和所述第一端面、第二端面垂直固连；第一制动蹄、第二制动蹄均设置在制动鼓内，第一制动蹄、第二制动蹄的第一侧壁相向，第一制动蹄、第二制动蹄的第二侧壁相向，且第一制动蹄、第二制动蹄的外弧面上均设有摩擦层；

第一制动蹄第一端面上靠近其第一侧壁处设有第一轴承安装孔，第二制动蹄第一端面上靠近其第二侧壁处均设有第二轴承安装孔；所述基板上对应第一轴承安装孔、第二轴承安装孔分别设有第一安装柱、第二安装柱，第一安装柱、第二安装柱均和所述基板垂直固连；所述第一制动蹄通过第一轴承安装孔和所述第一安装柱相连，使得第一制动蹄能够绕第一安装柱自由转动；所述第二制动蹄通过第二轴承安装孔和所述第二安装柱相连，使得第二制动蹄能够绕第二安装柱自由转动；

所述伸缩模块的壳体和所述基板固连，磁致伸缩杆的两端分别和第一制动蹄内弧面靠近其第二侧壁处、第二制动蹄内弧面靠近其第一侧壁处铰接；磁致伸缩杆未伸长时第一制动蹄、第二制动蹄均和所述基板同轴，磁致伸缩杆伸长时，第一制动蹄、第二制动蹄均朝外转动，使得第一制动蹄、第二制动蹄外弧面上的摩擦层和制动鼓的内壁相抵摩擦，进而制动；

其特征在于，所述基于磁致伸缩材料的制动装置的控制方法包含以下步骤：

步骤1)，根据目标制动力计算磁致伸缩杆需要发生的形变量ε：

式中，K为磁致伸缩杆的弹性系数；S为磁致伸缩杆两端的端面面积；B为磁感应强度，B＝μ₀NI，μ₀为真空磁导率，N为励磁线圈匝数，I为励磁线圈的电流；

步骤2)，将磁致伸缩杆需要发生的形变量与当前磁致伸缩杆的形变量ε_real进行对比，得到差值Δε：

Δε＝ε-ε_real

步骤3)，将差值Δε作为输入，由PID法计算得到需要的磁感应强度值B_need(t)，形成位移环：

式中，K_p1为位移环比例系数；T₁为位移环积分系数；T_d1为位移环微分系数；t为时间；

步骤4)，将所需磁感应强度值B_need与当前的磁感应强度值B_real相减，得到差值ΔB；

步骤5)，将差值ΔB作为输入，由PID法计算得到需要的控制电流值u_I(t)，形成磁感应强度环：

式中，u_I(t)为输出控制电流值；K_p2为磁感应强度环比例系数；T₂为磁感应强度环积分系数；T_d2为磁感应强度环微分系数；

步骤6)，重复步骤2)至步骤5)，不断调整控制电流直到制动力收敛且满足误差要求。

2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的制动装置的控制方法，其特征在于，所述磁致伸缩推杆采用稀土超磁致伸缩材料制成。