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| 內容簡介： |
本书围绕惯性直线式、箝位直线式和箝位旋转式三种类型的步进式超磁致伸缩致动器，进行了原理阐述、结构设计、校核验证、特性分析、模型建立和实验测试等相关内容的总结和阐述，全书共6章。第1章简要介绍GMM的发展和应用，综述直动式和尺蠖式超磁致伸缩致动器的研究现状，总结GMM建模理论的研究进展情况。第2章搭建了GMM棒特性测试系统，测试和分析GMM的磁致伸缩特性、倍频特性、磁滞特性、压应力特性和温度特性等基本性能。第3章为尺蠖式超磁致伸缩致动器基础建模。分别建立了信号叠加模型、电流模型、磁场模型、磁化模型和多自由度位移模型。第4章阐述了惯性式直线致动器的工作原理，提出了结构设计方案，分别建立伸长状态的双自由度模型和收缩状态的单自由度模型，并进行了实验测试分析。第5章为箝位式直线致动器设计、建模与实验研究。第6章为箝位式超磁致伸缩旋转致动器设计、建模与实验研究。
本书内容丰富，深入浅出，既有理论建模又有实验测试，研究成果可应用于大行程、高精度的精密驱动领域。本书可作为超磁致伸缩驱动技术领域的工程技术人员的参考用书。
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| 關於作者： |
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周景涛，男，1981年生，陆军工程大学石家庄校区讲师，长期从事超磁致伸缩材料驱动技术的教学和科研工作。获军队科技进步二等奖2项；授权国防发明专利10项，实用新型专利10项，软件著作权3项，出版专著1部，发表学术论文20篇，SCI收录5篇，EI收录8篇。
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| 目錄：
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第 １ 章 绪论 ……………………………………………………………………… 001
１. １ 超磁致伸缩材料简介 ………………………………………………… 002
１. ２ 超磁致伸缩材料的发展及应用……………………………………… 003
１. ２. １ 超磁致伸缩材料的发展 …………………………………… 003
１. ２. ２ 超磁致伸缩棒的应用 ……………………………………… 005
１. ２. ３ 超磁致伸缩薄膜的应用 …………………………………… 011
１. ３ 超磁致伸缩致动器类型 ……………………………………………… 014
１. ３. １ 直动式超磁致伸缩致动器 ………………………………… 014
１. ３. ２ 步进式超磁致伸缩致动器 ………………………………… 016
１. ４ 超磁致伸缩致动器的建模理论……………………………………… 019
１. ４. １ 激励线圈电流模型 ………………………………………… 020
１. ４. ２ 磁场强度模型 ……………………………………………… 020
１. ４. ３ 磁化强度模型 ……………………………………………… 021
１. ４. ４ 应变模型……………………………………………………… 022
１. ４. ５ 动力学模型…………………………………………………… 023
１. ５ 柔性铰链分类及应用 ………………………………………………… 023
１. ６ 超磁致伸缩致动器测试方法研究…………………………………… 026
第 ２ 章 超磁致伸缩材料基本特性测试 ……………………………………… 031
２. １ 实验测试系统组成 …………………………………………………… 032
２. ２ 磁致伸缩特性测试 …………………………………………………… 034
２. ３ 倍频特性测试 ………………………………………………………… 036
２. ４ 磁滞特性测试 ………………………………………………………… 038
２. ５ 压应力特性测试 ……………………………………………………… 041
２. ６ 温度特性测试 ………………………………………………………… 042
２. ７ 本章小结 ……………………………………………………………… 045
第 ３ 章 超磁致伸缩致动器基础建模 ………………………………………… 047
３. １ 建模流程 ……………………………………………………………… 048
３. ２ 驱动信号模型 ………………………………………………………… 049
３. ２. １ 正方波信号模型 …………………………………………… 049
３. ２. ２ 锯齿波信号模型 …………………………………………… 050
３. ３ 电流模型 ……………………………………………………………… 051
３. ３. １ 线圈简化为 ＲＬ 电路 ………………………………………… 051
３. ３. ２ 线圈简化为 ＲＲＬ 电路 ……………………………………… 053
３. ４ 磁场模型 ……………………………………………………………… 056
３. ４. １ 基于磁路磁场模型 ………………………………………… 056
３. ４. ２ 基于毕奥 － 萨伐尔定律磁场模型 ………………………… 057
３. ４. ３ 永磁体磁场模型 …………………………………………… 060
３. ５ 磁化模型 ……………………………………………………………… 061
３. ５. １ 静态磁化模型 ……………………………………………… 061
３. ５. ２ 动态磁化模型 ……………………………………………… 063
３. ６ 应变模型 ……………………………………………………………… 064
３. ６. １ 二次畴转模型 ……………………………………………… 064
３. ６. ２ 双曲正切模型 ……………………………………………… 064
３. ７ ＧＭＭ 棒位移模型 …………………………………………………… 066
３. ８ 本章小结 ……………………………………………………………… 069
第 ４ 章 惯性式超磁致伸缩直线致动器设计与实验研究 …………………… 071
４. １ 惯性式直线致动器工作原理………………………………………… 072
４. ２ 惯性式直线致动器结构设计………………………………………… 073
４. ２. １ 结构组成……………………………………………………… 073
４. ２. ２ 激励线圈设计 ……………………………………………… 074
４. ２. ３ 预压装置设计 ……………………………………………… 076
４. ２. ４ 叠加式柔性铰链设计 ……………………………………… 078
４. ３ 惯性式直线致动器动力学模型……………………………………… 084
４. ３. １ ＧＭＭ 棒伸长状态 …………………………………………… 084
４. ３. ２ ＧＭＭ 棒收缩状态 …………………………………………… 085
４. ４ 实验测试系统 ………………………………………………………… 087
４. ５ 惯性式直线致动器实验研究………………………………………… 089
４. ５. １ 质量对输出位移的影响实验 ……………………………… 089
４. ５. ２ 单步位移实验 ……………………………………………… 091
４. ５. ３ 输出稳定性实验 …………………………………………… 093
４. ５. ４ 工作频率实验 ……………………………………………… 094
４. ６ 本章小结 ……………………………………………………………… 095
第 ５ 章 箝位式超磁致伸缩直线致动器设计与实验研究 …………………… 097
５. １ 箝位式直线致动器工作原理………………………………………… 098
５. ２ 箝位式直线致动器结构设计………………………………………… 099
５. ２. １ 结构组成……………………………………………………… 099
５. ２. ２ 箝位机构设计 ……………………………………………… 100
５. ２. ３ 叠加式柔性铰链设计 ……………………………………… 101
５. ３ 信号控制器设计 ……………………………………………………… 103
５. ４ 箝位式直线致动器动力学模型……………………………………… 107
５. ５ 实验测试系统 ………………………………………………………… 108
５. ６ 箝位式直线致动器实验研究………………………………………… 110
５. ６. １ 箝位机构稳定性实验 ……………………………………… 110
５. ６. ２ 单步位移实验 ……………………………………………… 111
５. ６. ３ 输出稳定性实验 …………………………………………… 112
５. ６. ４ 工作频率实验 ……………………………………………… 113
５. ７ 本章小结 ……………………………………………………………… 114
第 ６ 章 箝位式超磁致伸缩旋转致动器设计与实验研究 …………………… 115
６. １ 箝位式旋转致动器的工作原理……………………………………… 116
６. ２ 箝位式旋转致动器结构设计………………………………………… 118
６. ２. １ 结构组成……………………………………………………… 118
６. ２. ２ 箝位机构设计 ……………………………………………… 119
６. ２. ３ 驱动柔性铰链设计 ………………………………………… 120
６. ２. ４ 箝位柔性铰链设计 ………………………………………… 126
６. ３ 箝位式旋转致动器动力学模型……………………………………… 132
６. ４ 实验测试系统 ………………………………………………………… 134
６. ４. １ 实验测试系统组成 ………………………………………… 134
６. ４. ２ 角位移的测量及误差分析 ………………………………… 135
６. ５ 箝位式旋转致动器实验研究………………………………………… 137
６. ５. １ 箝位机构稳定性实验 ……………………………………… 137
６. ５. ２ 单步角位移实验 …………………………………………… 138
６. ５. ３ 输出稳定性实验 …………………………………………… 140
６. ５. ４ 输出转矩实验 ……………………………………………… 141
６. ５. ５ 工作频率实验 ……………………………………………… 143
６. ５. ６ 驱动信号时序优化实验 …………………………………… 143
６. ６ 本章小结 ……………………………………………………………… 146
参考文献 …………………………………………………………………………… 148
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| 內容試閱：
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超磁致伸缩材料（ Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ， ＧＭＭ） 是一种在交变
磁场作用下， 可反复产生伸长和收缩形变的新型智能材料。以ＧＭＭ 为驱动元
件的超磁致伸缩致动器具有精度高、输出力大和响应速度快等优点， 广泛应用
于微／ 纳米精密驱动与定位领域， 但由于材料本身磁致伸缩系数较小（ １? ０ ×
１０ － ３ ） ， 基于ＧＭＭ 的超磁致伸缩致动器的输出行程也较小， 通过施加放大机
构可增大致动器的输出位移， 但放大倍数通常只有几倍到十几倍， 而且位移放
大的同时也成比例地缩小了输出力和降低了响应速度， 输出行程和响应速度相
矛盾的缺点严重限制了ＧＭＭ 的工程应用范围。因此， 如何突破超磁致伸缩致
动器行程小的限制， 成为拓展ＧＭＭ 应用领域的一个关键问题。
步进式致动器借鉴大自然中尺蠖的蠕动式爬行原理， 将尺蠖式步进运动与
超磁致伸缩驱动技术结合， 可以实现累积式位移输出， 在保证精度和载荷能力
的同时， 可实现大行程的位移输出， 在对输出精度、空间尺寸等有严格要求的
应用领域有着广泛的需求和前景。
本书是编者近年来从事超磁致伸缩致动器驱动技术方面科研学术工作经验
及研究成果的总结， 并吸收了计算机仿真、参数辨识等相关研究领域的新思
想、新理论和新技术。本书重点对步进式超磁致伸缩致动器的结构设计、动力
学建模和实验测试等问题进行了理论和实验技术研究。主要内容包括绪论、超
磁致伸缩材料的基本特性测试、基础模型的建立、惯性式超磁致伸缩直线致动
器设计与实验、箝位式超磁致伸缩直线致动器设计与实验和箝位式超磁致伸缩
旋转致动器设计与实验等内容。既有相关电磁学的理论研究， 又有结构设计和
工程实验， 书中部分内容反映了当前本学科国内外的研究成果。
本书由陆军工程大学石家庄校区周景涛、何忠波和王怀光等人合作完成。
周景涛主要负责第４、５、６ 章， 何忠波主要负责第２、３ 章， 王怀光主要负责
第１ 章， 石志勇教授、李志宁副教授参与了电路设计和实验结果处理等部分内
容的编写， 荣策、柏果、刘国平、代博文等进行了部分公式推导、数值仿真和
实验测试等研究工作以及部分文字、图片处理工作， 在此表示衷心的感谢！
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