1、超磁致伸縮材料(GMM)是一種新型高效的磁-機轉(zhuǎn)換材料，被視作21世紀提高國家高科技綜合競爭力的戰(zhàn)略性功能材料。GMM具有輸出力大、位移分辨率高、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)勢，已在超精密加工、微電子技術(shù)、生物工程、光纖對接、微型零件操作等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。利用GMM的磁致伸縮效應(yīng)而制作的超磁致伸縮致動器(GMA)是目前國內(nèi)外微致動領(lǐng)域的研究熱點，已取得不少成果。但總體而言，GMA處于實驗階段，特別是在GMM材料熱變形抑制和輸出非線性控制

2、等方面，尚存在許多問題，影響了GMA的實際應(yīng)用。論文針對GMA現(xiàn)存的問題，在綜合優(yōu)化設(shè)計、性能分析、遲滯建模與控制、微致動應(yīng)用等方面展開理論與實驗研究，旨在提高GMA的輸出精度及溫度穩(wěn)定性。 論文以精密工程、超精密工程為背景，總結(jié)了現(xiàn)代微致動技術(shù)的定義、特征、原理與分類，論述了GMM的發(fā)展歷程、基本特性、性能優(yōu)勢及在微致動領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。從GMM的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，運用鐵磁學(xué)理論解釋了GMM磁致伸縮過程和磁滯的產(chǎn)生。為GMA的設(shè)計、

3、分析及控制等提供理論基礎(chǔ)。 GMA結(jié)構(gòu)設(shè)計包括磁設(shè)計和熱設(shè)計，二者緊密關(guān)聯(lián)，然而目前的研究多集中于單獨的磁設(shè)計或熱設(shè)計。論文根據(jù)GMA結(jié)構(gòu)特征，將磁參數(shù)和熱參數(shù)結(jié)合起來考慮，提出了一種綜合優(yōu)化的設(shè)計方法。在滿足磁設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)GMA內(nèi)部熱產(chǎn)生與傳導(dǎo)的特點進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計和相關(guān)材料的選擇。系統(tǒng)地分析了GMA熱變形影響，提出了一種具有雙水冷腔結(jié)構(gòu)的整體溫控裝置。仿真和實驗均表明，所提出的具有雙水冷腔的GMA位移輸出特性及溫度穩(wěn)

4、定性能都較優(yōu)。 基于電流模型建立了包括恒流源在內(nèi)的GMA線性化動態(tài)模型，針對GMA系統(tǒng)的大時滯特點，分別設(shè)計了包含Smith補償結(jié)構(gòu)的PID控制器和模糊PID控制器，在Matlab環(huán)境中進行了仿真分析和效果比較。仿真結(jié)果表明，帶有Smith預(yù)估器的模糊PID控制器能夠很好地滿足GMA系統(tǒng)快速響應(yīng)的需求。 根據(jù)精密驅(qū)動和精密定位的要求，建立了GMA測控系統(tǒng)。在穩(wěn)定的環(huán)境中，進行了GMA預(yù)壓力實驗、偏置電流實驗、遲滯特性實驗

5、和精密定位實驗，根據(jù)實驗結(jié)果確定了GMA偏置條件和工作范圍。對GMA的主遲滯回線和一階折返曲線進行了精密測量和分析，基于實驗數(shù)據(jù)建立了GMA的Preisach遲滯修正模型。為了避免對Preisach算子求逆，提出了一種以當前位置為基準的輸入校正算法?；谠撍惴▽崿F(xiàn)了GMA開環(huán)下的精密定位。 應(yīng)用是微致動技術(shù)研究的目標和方向，也是約束。討論了GMA工程應(yīng)用的實現(xiàn)形式，提出了面向應(yīng)用的三個器件，分別進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和實物制作，并分析了