本发明公开一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及其控制方法，属智能材料执行器技术领域，能够在不牺牲磁致伸缩材料频宽、不增加装置体积的前提下大幅提升执行器的输出位移，在没有额外散热装置的情况下控制温升，利用感应线圈实现闭环控制。所述磁致伸缩执行器通过轴向离散偏置磁场施加装置施加偏置磁场，减少发热；通过轴向离散电磁激励装置施加驱动磁场实现控制精度的提高、发热的控制；通过感应线圈感知执行器内部的磁场强度及其分布来实现执行器闭环控制；通过轴径向二维离散磁致伸缩叠堆实现微位移的放大、频宽的保持。本发明适用于电液伺服控制、航空发动机燃烧主动控制等对电机转换器的频宽、输出位移与控制精度有较高需求的领域。
1.一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器，其特征在于：包括预压力施加装置、轴向离散偏置磁场施加装置、轴向离散电磁激励装置以及轴径向二维离散磁致伸缩叠堆；
所述预压力施加装置包括外壳（2）、安装于外壳（2）上端的预紧端盖（1）和防扭输出杆（22）、安装于预紧端盖（1）与防扭输出杆（22）之间的碟簧（23），碟簧（23）下端面与防扭输出杆（22）表面接触，碟簧（23）上端面与预紧端盖（1）下表面接触；
所述轴向离散偏置磁场施加装置包括导磁内壳（3）、安装于外壳（2）下端的导磁底座（7），交替安装在导磁内壳（3）与导磁底座（7）之间的环形永磁体（4）和第一导磁环（5）；
所述轴向离散电磁激励装置包括线圈骨架（6）、装于线圈骨架（6）外侧的轴向离散激励线圈（19）以及安装于激励线圈（19）与线圈骨架（6）之间的感应线圈（24）；
所述轴径向二维离散磁致伸缩叠堆包括第一环形长磁致伸缩棒（9）、安装于第一环形长磁致伸缩棒（9）上方的两根第一环形短磁致伸缩棒（16）、安装于第一环形短磁致伸缩棒（16）上方的第二导磁环（20）、安装于第二导磁环（20）上方的第一U型套筒（10）、安装于第一U型套筒（10）内部的第一导磁体（11）、安装于第一导磁体（11）上方的第二环形长磁致伸缩棒（14）、安装于第二环形长磁致伸缩棒（14）上方的两根第二环形短磁致伸缩棒（17）、安装于第二环形短磁致伸缩棒（17）上方的第三导磁环（21）、安装于第三导磁环（21）上方的第二U型套筒（13）、安装于第二U型套筒（13）内部的第二导磁体（12）、安装于第二导磁体（12）上方的圆柱形长磁致伸缩棒（15）、安装于圆柱形长磁致伸缩棒（15）上方的两根圆柱形短磁致伸缩棒（18）；
激励线圈被分割成多个独立的激励单元轴向离散分布，工作时单独控制，单个激励单元线圈匝数、导线直径可调，通过安装在激励线圈（19）与线圈骨架（6）之间的感应线圈（24）实时感知执行器内部的磁场强度及其轴向分布，来实时调节不同位置激励线圈的输入电流大小，实现执行器的精密运动控制。
2.根据权利要求1所述的高频大位移多维离散磁致伸缩执行器，其特征在于，预紧端盖（1）与外壳（2）之间通过螺纹连接，防扭输出杆（22）利用圆周对称布置的两个圆弧凸起与铝制外壳（2）上的半圆凹陷相配合，通过机械结构限位实现轴径向二维离散磁致伸缩叠堆的防扭。
3.根据权利要求1所述的高频大位移多维离散磁致伸缩执行器，其特征在于，环形永磁体（4）是铷铁硼材质；第一导磁环（5）为DT4C材质，通过环形永磁体（4）与第一导磁环（5）减少执行器磁路中的能量损耗，与上端的导磁内壳（3）以及下端的导磁底座（7）形成闭合磁路。
4.一种根据权利要求1至3中任一项所述的高频大位移多维离散磁致伸缩执行器的控制方法，其特征在于：通过轴向离散布置的环形永磁体施加偏置磁场， 通过轴向离散分布的多个独立激励线圈产生驱动磁场，通过轴向离散分布的多个独立感应线圈感知执行器内部磁场强度及其分布实现闭环控制，通过轴径向二维离散磁致伸缩叠堆实现位移输出与放大，具体过程如下：预压力施加：使预紧端盖（1）向下挤压多个串联的碟簧（23）产生所需预压力；
偏置磁场产生：环形永磁体（4）与第一导磁环（5）轴向尺寸与分布规律可调，通过永磁体轴向离散布置产生主偏置磁场，通过轴向离散分布的激励线圈产生直流偏置磁场实现偏置磁场的调节；
激励磁场产生：通过将激励线圈分割成多个独立的激励单元轴向离散分布，实现执行器频宽的提升；多个激励线圈通入电流，产生激励磁场，通过安装在激励线圈（19）与线圈骨架（6）之间的感应线圈（24）实时感知执行器内部的磁场强度及其轴向分布，来实时调节不同位置激励线圈的输入电流大小，实现执行器的闭环控制；
磁致伸缩位移输出：当受到外激励磁场作用时，各磁致伸缩棒磁化并同时伸长，下方磁致伸缩棒的输出位移依次向上传递，外侧磁致伸缩棒的输出位移通过U型套筒依次向内传递，最终汇聚成为轴径向二维离散磁致伸缩叠堆的总输出位移，通过叠堆结构的精密设计，实现直线位移的输出与放大。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过轴向离散布置的环形永磁体（4）使工作时执行器内部偏置磁场分布均匀；通过布置在磁致伸缩棒两端并与磁致伸缩棒接触的导磁体与导磁环使工作时执行器内部激励磁场分布均匀；通过使执行器内部磁场分布的均匀性来提升执行器的输出位移以及控制精度。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，利用感应线圈（24）感知执行器内部磁场强度及其分布，实现执行器闭环控制。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过工作模式1、工作模式2、工作模式
所述激励线圈（19）为四个；四个激励线圈（19）同轴的设置，且自下而上分别为线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ；
切换至工作模式1时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次工作，其顺序为：①线圈Ⅰ工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ不工作；③线圈Ⅲ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ不工作；④线圈Ⅳ工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ不工作；
切换至工作模式2时，线圈Ⅰ、Ⅲ与线圈Ⅱ、Ⅳ交替工作，其顺序为：①线圈Ⅰ、Ⅲ工作，线圈Ⅱ、Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ、Ⅳ工作，线圈Ⅰ、Ⅲ不工作；
切换至工作模式3时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次停止工作，其顺序为：①线圈Ⅰ停止工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ工作；②线圈Ⅱ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ工作；③线圈Ⅲ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ工作；④线圈Ⅳ停止工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ工作；
切换至工作模式4时，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ同时工作。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当目标位移小于执行器饱和输出位移的25%时，执行器智能切换至工作模式1；当目标位移为执行器饱和输出位移的25% 50%~时，执行器智能切换至工作模式2；当目标位移为执行器饱和输出位移的50% 75%时，执行~
器智能切换至工作模式3；当目标位移为执行器饱和输出位移的75% 100%时，执行器智能~
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，利用线圈交替间歇工作的方式降低线圈发热量，通过对目标位移幅值的识别智能切换多种工作模式，实现执行器工作过程中的温度控制。
一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及其工作方法，属于智能材料执行器技术领域。
背景技术
[0002] 电机转换器作为连接其电气元件和液压机械元件的桥梁，是电液伺服阀乃至液压控制系统的关键元件之一。电机械转换器性能的优劣，直接关系到电液控制系统的性能指标，有些指标甚至关系到系统能否实现。提高机械转换器的频响和带载能力，是提高电液伺服阀频响的前提。目前，随着先进制造技术、微电子技术的发展和以新型功能材料为基础的转换器研制开发，使新型高频响电机械转换器的实现和应用成为现实。
[0003] 稀土超磁致伸缩材料(Giant Magnetostricitive Material，简写为GMM)是继稀土永磁，稀土磁光和稀土高温超导材料之后的有一种重要的新型功能材料，被誉为21世纪战略性高科技功能材料，在外部磁场的驱动下能有效的实现电磁能‑机械能的可逆转化，具有响应速度快，能量传输密度高和输出力大等优异性能。稀土超磁致伸缩材料电机转换器(Giant Magnetostricitive Actuator，简写为GMA)，是基于GMM的新型电机转换器，也是GMM应用研究的基础性器件，GMA较传统电机转换器以及其他智能材料驱动的电机转换器而言具有响应快、输出力大、能量转换密度高、输出位移精度高等显著优点。
[0004] 就驱动方式而言，GMA驱动磁场通常由线圈、永磁体或两者的组合产生。其驱动形式也与压电和形状记忆合金等不同，一般分为三种：单线圈式，双线圈式(即驱动线圈和偏置线圈的组合)和永磁单线圈式(即驱动线圈与永磁体的组合)。
[0005] 在单线圈式驱动形式中，通过改变可控恒流源的输入电流，同时在驱动电流中加入直流偏置，来调节GMM棒的磁化状态，以产生相应的输出位移，偏置磁场同样由单线圈产生。这种驱动方式的优点是结构简单，偏置磁场和驱动磁场调节方便，磁场非线性较小。缺点是单线圈同时产生驱动磁场与偏置磁场，对线圈匝数要求较高，频响下降明显；对可控恒流源要求较高，发热现象严重。
[0006] 在双线圈式驱动(即驱动线圈和偏置线圈的组合)形式中，通过改变可控恒流源的输入电流，来调节GMM棒的磁化状态，以产生相应的输出位移，偏置磁场由偏置线圈产生。这种驱动方式的优点是成本低、偏置磁场和驱动磁场调节方便，磁场的非线性较小。缺点是由于偏置线圈的存在，体积相对较大，发热现象比较严重。
[0007] 在永磁单线圈驱动(即驱动线圈与永磁体的组合)形式中，偏置磁场由永磁体提供，这种驱动形式的优点是发热比较小、结构紧凑、体积较小。但磁路分析比较复杂，磁场的非线性较大，偏置磁场不可调，成本较高。
[0008] 由于GMM位移形变约为自身长度的2‰，为了获得足够的输出位移，所研制GMA的结构尺寸往往很大，因此国内外学者相继提出液压放大、压曲放大等多种位移放大机构。
[0009] 文献1(Yang Z S,He Z B,Li D W,et al.Hydraulic amplifier design and its application to direct drive valve based on magnetostrictive actuator[J].Sensors and Actuators A:Physical,2014,216:52‑63)中，公开了一种基于液压放大的超磁致伸缩直驱式伺服阀，其放大机构采用柔性铰链膜片作为活塞，并设计了锥角过度式的密闭油腔结构，用于磁致伸缩棒的位移放大。该放大机构在设计时，磁致伸缩棒的最大输出位移设计为25μm，经放大机构后其阀芯输出位移约为250μm。然而，该样机的带宽仅为110Hz。
[0010] 文献2(蒋鑫.喷嘴挡板阀用位移放大型超磁致伸缩执行器的研究[D].南京航空航天大学,2014.)中，公开了一款磁致伸缩材料微位移放大的压曲放大机构。其工作原理为线圈通入电流产生磁场使得磁致伸缩材料在轴向伸长，压曲放大机构产生形变，压曲机构在垂直于磁致伸缩材料输出方向的形变量即为该机构的输出位移。实验表明，磁致伸缩执行器的输出位移约为33μm，经压曲机构位移放大后的输出位移约为70μm，放大比约为2，该机构的动态频宽仅为50Hz。
[0011] 但以上位移放大方案都导致执行器的频宽大幅下降，位移放大机构的加入使得执行器的输出位移随着工作频率的升高出现大幅度衰减。
[0012] 与利用位移放大机构实现执行器输出位移放大不同的是，在文献3(超磁致伸缩筒棒复合驱动电‑机转换器及其工作方法，朱玉川，南京航空航天大学，中国专利号：ZL201110191959.4)中，公开了一种新型超磁致伸缩筒棒复合驱动电机转换器，该电机转换器双超磁致伸缩筒棒径向布置，通过类Z形传力筒进行力与位移传递，从而实现微位移放大，但由于径向布置的磁致伸缩叠堆导致线圈内径增加，同样匝数下线圈体积增大，感抗增强，影响执行器频响，其温度控制通过额外的温度控制装置实现。
[0013] 综上所述，在现有的超磁致伸缩电机转换器驱动方式中，单线圈、双线圈驱动虽然驱动磁场调节方便但具有体积大、频响下降、发热严重等缺点，永磁单线圈驱动虽然具有发热小，结构紧凑，体积小等优点，但驱动磁场调节不便；在现有的超磁致伸缩电机转换器位移放大方案中，均存在由于位移放大机构的加入导致执行器频宽大幅下降的缺点，温度控制需通过额外的温度控制装置实现，且执行器闭环控制要通过添加外部传感器实现。
发明内容
[0014] 本发明的目的在于提供一种结构紧凑、体积小、输出位移大、带宽高、自感应的新型高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及其工作方法。
[0015] 一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器，包括预压力施加装置、轴向离散偏置磁场施加装置、轴向离散电磁激励装置以及轴径向二维离散磁致伸缩叠堆；所述预压力施加装置包括外壳、安装于外壳上端的预紧端盖和防扭输出杆、安装于预紧端盖与防扭输出杆之间的碟簧，碟簧下端面与防扭输出杆表面接触，碟簧上端面与预紧端盖下表面接触；所述轴向离散偏置磁场施加装置包括导磁内壳、安装于外壳下端的导磁底座，交替安装在导磁内壳与导磁底座之间的环形永磁体和导磁环；所述轴向离散电磁激励装置包括线圈骨架、装于线圈骨架外侧的轴向离散激励线圈以及安装于激励线圈与线圈骨架之间的感应线圈；所述轴径向二维离散磁致伸缩叠堆包括环形长磁致伸缩棒、安装于环形长磁致伸缩棒上方的两根环形短磁致伸缩棒、安装于环形短磁致伸缩棒上方的导磁环、安装于导磁环上方的U型套筒、安装于U型套筒内部的导磁体、安装于导磁体上方的环形长磁致伸缩棒、安装于环形长磁致伸缩棒上方的两根环形短磁致伸缩棒、安装于环形短磁致伸缩棒上方的导磁环、安装于导磁环上方的U型套筒、安装于U型套筒内部的导磁体、安装于导磁体上方的圆柱形长磁致伸缩棒、安装于圆柱形长磁致伸缩棒上方的两根圆柱形短磁致伸缩棒。
[0016] 进一步的，预紧端盖与外壳之间通过螺纹连接，防扭输出杆利用圆周对称布置的两个圆弧凸起与铝制外壳上的半圆凹陷相配合，通过机械结构限位实现轴径向二维离散磁致伸缩叠堆的防扭。
[0017] 进一步的，环形永磁体是铷铁硼材质；导磁环为DT4C材质，通过环形永磁体与导磁环减少执行器磁路中的能量损耗，与上端的导磁内壳以及下端的导磁底座形成闭合磁路。
[0018] 进一步的，激励线圈被分割成多个独立的激励单元轴向离散分布，工作时单独控制，单个激励单元线圈匝数、导线直径可调，通过安装在激励线圈与线圈骨架之间的感应线圈实时感知执行器内部的磁场强度及其轴向分布，来实时调节不同位置激励线圈的输入电流大小，实现执行器的精密运动控制。
[0019] 本发明同时提供了上述高频大位移多维离散磁致伸缩执行器的控制方法：通过轴向离散布置的环形永磁体施加偏置磁场，通过轴向离散分布的多个独立激励线圈产生驱动磁场，通过轴向离散分布的多个独立感应线圈感知执行器内部磁场强度及其分布实现闭环控制，通过轴径向二维离散磁致伸缩叠堆实现位移输出与放大，具体过程如下：
[0020] 预压力施加：使预紧端盖向下挤压多个串联的碟簧产生所需预压力；
[0021] 偏置磁场产生：环形永磁体与导磁环轴向尺寸与分布规律可调，通过永磁体轴向离散布置产生主偏置磁场，通过轴向离散分布的激励线圈产生直流偏置磁场实现偏置磁场的调节；
[0022] 激励磁场产生：通过将激励线圈分割成多个独立的激励单元轴向离散分布，实现执行器频宽的提升；多个激励线圈通入电流，产生激励磁场，通过安装在激励线圈与线圈骨架之间的感应线圈实时感知执行器内部的磁场强度及其轴向分布，来实时调节不同位置激励线圈的输入电流大小，实现执行器的闭环控制；
[0023] 磁致伸缩位移输出：当受到外激励磁场作用时，各磁致伸缩棒磁化并同时伸长，下方磁致伸缩棒的输出位移依次向上传递，外侧磁致伸缩棒的输出位移通过U型套筒依次向内传递，最终汇聚成为轴径向二维离散磁致伸缩叠堆的总输出位移，通过叠堆结构的精密设计，实现直线位移的输出与放大。
[0024] 进一步的，通过轴向离散布置的环形永磁体使工作时执行器内部偏置磁场分布均匀；通过布置在磁致伸缩棒两端并与磁致伸缩棒接触的导磁体与导磁环使工作时执行器内部激励磁场分布均匀；通过使执行器内部磁场分布的均匀性来提升执行器的输出位移以及控制精度。
[0025] 进一步的，利用感应线圈感知执行器内部磁场强度及其分布，实现执行器闭环控制。
[0026] 进一步的，通过工作模式1、工作模式2、工作模式3、工作模式4的切换实现执行器工作时的温度控制；
[0027] 所述激励线圈为四个；四个激励线圈同轴的设置，且自下而上分别为线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ；
[0028] 切换至工作模式1时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次工作，其顺序为：①线圈Ⅰ工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ不工作；③线圈Ⅲ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ不工作；④线圈Ⅳ工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ不工作；
[0029] 切换至工作模式2时，线圈Ⅰ、Ⅲ与线圈Ⅱ、Ⅳ交替工作，其顺序为：①线圈Ⅰ、Ⅲ工作，线圈Ⅱ、Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ、Ⅳ工作，线圈Ⅰ、Ⅲ不工作；
[0030] 切换至工作模式3时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次停止工作，其顺序为：①线圈Ⅰ停止工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ工作；②线圈Ⅱ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ工作；③线圈Ⅲ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ工作；④线圈Ⅳ停止工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ工作；
[0031] 切换至工作模式4时，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ同时工作。
[0032] 进一步的，当目标位移小于执行器饱和输出位移的25％时，执行器智能切换至工作模式1；当目标位移为执行器饱和输出位移的25％～50％时，执行器智能切换至工作模式2；当目标位移为执行器饱和输出位移的50％～75％时，执行器智能切换至工作模式3；当目标位移为执行器饱和输出位移的75％～100％时，执行器智能切换至工作模式4。
[0033] 进一步的，利用线圈交替间歇工作的方式降低线圈发热量，通过对目标位移幅值的识别智能切换多种工作模式，实现执行器工作过程中的温度控制。
[0034] 本发明提供了一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及其工作方法，区别于普通超磁致伸缩执行器，该电机转换器采用多维离散设计思想，具有偏置磁场轴向离散施加、驱动磁场轴向离散激励、输出位移轴径向二维离散放大的显著特点，具有体积小、结构紧凑、输出位移大、频宽高、发热小、控制精度高等显著优点。
附图说明
[0035] 图1为高频大位移多维离散磁致伸缩执行器结构原理图；
[0036] 图2为轴向离散偏置磁场施加装置结构原理图；
[0037] 图3为轴向离散电磁激励装置结构原理图；
[0038] 图4为轴径向二维离散超磁致伸缩叠堆原理图；
[0039] 图5为防扭输出杆结构图；
[0040] 图6为导磁环结构图；
[0041] 图7为高频大位移多维离散磁致伸缩执行器整体结构图；
[0042] 图8为执行器工作模式1至工作模式4下激励线圈的工作时序；
[0043] 图中标号名称：1预紧端盖 2铝制外壳 3导磁内壳 4环形永磁体 5导磁环 6线圈骨架 7导磁底座 8紧定螺钉 9环形长磁致伸缩棒 10 U型套筒 11导磁体 12导磁体 13 U型套筒 14环形长磁致伸缩棒 15圆柱形长磁致伸缩棒 16环形短磁致伸缩棒 17环形短磁致伸缩棒 18圆柱形短磁致伸缩棒 19轴向离散激励线圈 20导磁环 21导磁环 22防扭输出杆 23碟簧。
具体实施方式
[0044] 为了更加直观清楚的表述本发明实例中的结构原理和工作方法，下面将结合相关的附图对所实施例进行介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0045] 本实施方式提供一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器及其控制方法，能够在相对较小的体积下实现高频大行程的位移输出。
[0046] 本实施方式提供的一种高频大位移多维离散磁致伸缩执行器如图1所示，包括预压力施加装置、轴向离散偏置磁场施加装置、轴向离散电磁激励装置以及轴径向二维离散磁致伸缩叠堆。
[0047] 所述预压力施加装置包括铝制外壳2、安装于铝制外壳2上端的预紧端盖1和防扭输出杆22、安装于预紧端盖1与防扭输出杆22之间的碟簧23，碟簧23下端面与防扭输出杆22表面接触，碟簧23上端面与预紧端盖1下表面接触；
[0048] 所述轴向离散偏置磁场施加装置包括导磁内壳3、安装于铝制外壳2下端的导磁底座7，交替安装在导磁内壳3与导磁底座7之间的环形永磁体4和导磁环5(其自下而上的交替安装顺序为：环形永磁体4、导磁环5、环形永磁体4、导磁环5、环形永磁体4、导磁环5、环形永磁体4)，周向对称安装在导磁底座7上的紧定螺钉8，紧定螺钉8端面与铝制外壳2下端面接触。
[0049] 所述轴向离散电磁激励装置包括线圈骨架6、装于线圈骨架6外侧的轴向离散激励线圈19以及安装于激励线圈19与线圈骨架6之间的感应线圈24；
[0050] 所述轴径向二维离散磁致伸缩叠堆包括环形长磁致伸缩棒9、安装于环形长磁致伸缩棒9上方的两根环形短磁致伸缩棒16、安装于环形短磁致伸缩棒16上方的导磁环20、安装于导磁环20上方的U型套筒10、安装于U型套筒10内部的导磁体11、安装于导磁体11上方的环形长磁致伸缩棒14、安装于环形长磁致伸缩棒14上方的两根环形短磁致伸缩棒17、安装于环形短磁致伸缩棒17上方的导磁环21、安装于导磁环21上方的U型套筒13、安装于U型套筒13内部的导磁体12、安装于导磁体12上方的圆柱形长磁致伸缩棒15、安装于圆柱形长磁致伸缩棒15上方的两根圆柱形短磁致伸缩棒18；
[0051] 本发明还公开了高频大位移多维离散磁致伸缩执行器的控制方法，具体步骤如下：
[0052] 预压力施加过程：
[0053] 预紧端盖与铝制外壳之间的螺纹连接螺距为1mm，顺时针转动预紧端盖，向下挤压多个串联的碟簧产生所需预压力，预压力大小由预紧端盖转动圈数决定；
[0054] 偏置磁场产生过程：
[0055] 环形永磁体与导磁环轴向尺寸与分布规律可调，通过轴向离散布置实现轴径向二维离散磁致伸缩叠堆上偏置磁场的均匀分布，通过轴向离散分布的激励线圈产生直流偏置磁场实现偏置磁场的调节；
[0056] 激励磁场产生过程：
[0057] 通过将激励线圈分割成多个独立的激励单元轴向离散分布，实现执行器频宽的提升；多个激励线圈通入电流，产生激励磁场，通过安装在激励线圈19与线圈骨架6之间的感应线圈24实时感知执行器内部的磁场强度及其轴向分布，来实时调节不同位置激励线圈的输入电流大小，实现执行器的闭环控制；
[0058] 磁致伸缩位移输出过程：
[0059] 当受到外激励磁场作用时，各磁致伸缩棒磁化并同时伸长，下方磁致伸缩棒的输出位移依次向上传递，外侧磁致伸缩棒的输出位移通过U型套筒依次向内传递，最终汇聚成为轴径向二维离散磁致伸缩叠堆的总输出位移，通过叠堆结构的精密设计，实现直线位移的输出与放大。
[0060] 本发明通过轴向离散布置的环形永磁体4保证工作时执行器内部偏置磁场分布均匀；通过布置在磁致伸缩棒两端并与之接触的导磁体11、导磁体12、导磁环20、导磁环21保证工作时执行器内部激励磁场分布均匀；通过保证执行器内部磁场分布的均匀性来提升执行器的输出位移以及控制精度。
[0061] 本发明通过感应线圈24感知执行器内部磁场强度及其分布，实现执行器闭环控制。
[0062] 本发明通过线圈交替间歇工作的方式降低线圈发热量，通过对目标位移幅值的识别智能切换多种工作模式，实现执行器工作过程中的温度控制。
[0063] 而在具体控制过程中，通过工作模式1、工作模式2、工作模式3、工作模式4的切换实现执行器工作时的温度控制；
[0064] 如图3所示，在本实施方式中的所述激励线圈19为四个；四个激励线圈19同轴的设置，且自下而上分别为线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ。
[0065] 切换至工作模式1时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次工作，其顺序为：①线圈Ⅰ工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ不工作；③线圈Ⅲ工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ不工作；④线圈Ⅳ工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ不工作；
[0066] 切换至工作模式2时，线圈Ⅰ、Ⅲ与线圈Ⅱ、Ⅳ交替工作，其顺序为：①线圈Ⅰ、Ⅲ工作，线圈Ⅱ、Ⅳ不工作；②线圈Ⅱ、Ⅳ工作，线圈Ⅰ、Ⅲ不工作；
[0067] 切换至工作模式3时，线圈Ⅰ至线圈Ⅳ依次停止工作，其顺序为：①线圈Ⅰ停止工作，线圈Ⅱ至线圈Ⅳ工作；②线圈Ⅱ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ工作；③线圈Ⅲ停止工作，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅳ工作；④线圈Ⅳ停止工作，线圈Ⅰ至线圈Ⅲ工作；
[0068] 切换至工作模式4时，线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、线圈Ⅳ同时工作。
[0069] 而对于如何选择模式1至模式4，采用以下原则：
[0070] 当目标位移小于执行器饱和输出位移的25％时，执行器智能切换至工作模式1；当目标位移为执行器饱和输出位移的25％～50％时，执行器智能切换至工作模式2；当目标位移为执行器饱和输出位移的50％～75％时，执行器智能切换至工作模式3；当目标位移为执行器饱和输出位移的75％～100％时，执行器智能切换至工作模式4。
