超薄硬脆晶體基片的耦合能量軟磨機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)研究

本項目將根據(jù)微電子和光電子產(chǎn)品制造對硬脆晶體超薄基片加工精度、加工表面質(zhì)量和加工效率的要求，針對現(xiàn)有基片薄化加工技術(shù)所存在的加工效率低、成本高、碎片率高和環(huán)境污染等問題，提出微粉金剛石砂輪磨削和耦合能量軟磨料砂輪磨削集成的單工序超精密薄化加工新工藝。重點研究應(yīng)用耦合能量軟磨料砂輪磨削技術(shù)薄化加工硬脆晶體基片過程中的微觀力學(xué)行為、物理化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械摩擦作用，分析基片材料去除和表面形成機(jī)理、超薄基片變

能量回饋型超聲波電機(jī)是一種集驅(qū)動與能量采集功能于一體的新型超聲波電機(jī)，可以解決現(xiàn)有驅(qū)動器件自供電問題，但有諸多科學(xué)問題值得探索。為此開展了以下研究：能量回饋型超聲波電機(jī)的工作機(jī)理與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計；電機(jī)理論模型與設(shè)計方法；電機(jī)能量采集系統(tǒng)模型與轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐?；電機(jī)驅(qū)動與控制特性；電機(jī)制備科學(xué)與綜合試驗。 1、 提出了一種改進(jìn)的壓電陶瓷極化分區(qū)形式，設(shè)計了一體式和分體式兩種能量回饋型超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)，建立了兩種電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的有限元模型，優(yōu)化設(shè)計并分析了定子參數(shù)和采集區(qū)負(fù)載電阻對其頻率特性、振動特性以及電特性的影響。 2、 考慮定子結(jié)構(gòu)剛度不對稱性，提出了電機(jī)定子等效雙模機(jī)械振動模型；建立了電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸面力傳遞模型及其修正；利用修正后的Hamilton原理及粘彈性接觸理論建立了電機(jī)動力學(xué)模型；基于正壓電效應(yīng)和彎曲振動理論，首次建立了電機(jī)能量采集數(shù)學(xué)模型；分析了驅(qū)動電壓、驅(qū)動頻率、預(yù)壓力、負(fù)載力矩以及采集區(qū)負(fù)載電阻等對電機(jī)振動特性、機(jī)械特性和電輸出特性的影響，形成了電機(jī)結(jié)構(gòu)與能量優(yōu)化設(shè)計理論。 3、 提出了電機(jī)能量采集系統(tǒng)的新型機(jī)電耦合等效電路模型，首次給出了能量采集系統(tǒng)的能量流圖，分析了不同接口拓?fù)潆娐废碌南到y(tǒng)能量組成，建立了系統(tǒng)電荷-電壓軌跡圖。形成了標(biāo)準(zhǔn)整流濾波(SIC)、同步開關(guān)電感(SSHI)和能量自給同步開關(guān)電感(SP-SSSHI)能量采集轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐芳夹g(shù)；揭示了拓?fù)潆娐放c采集系統(tǒng)之間多時間尺度非線性耦合動力學(xué)行為以及作用機(jī)制。 4、 提出了一種基于模糊PID的在線識別電機(jī)控制策略，具有誤差小、計算量小和易于實現(xiàn)等特點，速度誤差在3%以內(nèi)。形成了基于555振蕩技術(shù)、DSP2407 和DSP2808處理器的三種驅(qū)動控制電源技術(shù)。研制了兩種能量回饋型超聲波電機(jī)樣機(jī)合計6套，搭建了電機(jī)性能測試平臺，開展了電機(jī)綜合性能實驗研究，結(jié)果表明電機(jī)性能達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)要求。 5、 開展了壓電能量采集器的關(guān)鍵理論與技術(shù)研究，形成了振動能量采集器的優(yōu)化設(shè)計方法。此外，開展了兩種新型超聲波電機(jī)研究。 2100433B

超聲波電機(jī)的優(yōu)良特性使其在微型機(jī)器人的驅(qū)動控制中得到廣泛的應(yīng)用。由于受其摩擦驅(qū)動機(jī)理的限制，超聲波電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率低，這嚴(yán)重限制了它在許多有限能量場合中的應(yīng)用，如密封惡劣環(huán)境中工作的微型機(jī)器人。因此，研究振動能量采集與回饋的方法將超聲波電機(jī)的振動能量回收轉(zhuǎn)換成電能，并定期向密封惡劣環(huán)境中工作的微型機(jī)器人提供電能。本項目將探索研究能量回饋型超聲波電機(jī)的構(gòu)造理論與關(guān)鍵技術(shù)，并研制出至少一種能量回饋型超聲波電機(jī)樣機(jī)。研究內(nèi)容包括：（1）能量回饋型超聲波電機(jī)的工作機(jī)理與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）能量回饋型超聲波電機(jī)的理論模型、設(shè)計方法；（3）超聲波電機(jī)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)耦合動力學(xué)行為；（4）能量回饋型超聲波電機(jī)的驅(qū)動與控制特性；（5）能量回饋型超聲波電機(jī)的制備科學(xué)與綜合試驗。本項目目標(biāo)是研制集驅(qū)動與發(fā)電一體化的高效節(jié)能型超聲波電機(jī)，為微型機(jī)器人在密封惡劣環(huán)境中的持續(xù)穩(wěn)定工作

熱電耦合（1）中長期機(jī)理

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的中長期熱電耦合機(jī)理主要是指用戶所關(guān)注的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中長期運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性與節(jié)能性等等問題。如何保證在達(dá)到規(guī)定的負(fù)荷需求下，可以減少投資成本和運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，減輕對環(huán)境的污染，減少一次能源的使用是中長期互補(bǔ)特性研究的重要問題 。

熱電耦合（2）短期機(jī)理

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的短期耦合機(jī)理，主要是指該系統(tǒng)的調(diào)峰特性。即在電網(wǎng)用電高峰期，盡量減少采用電能進(jìn)行制熱；而在電網(wǎng)谷期，可以使用電能進(jìn)行制熱滿足當(dāng)前的熱負(fù)荷需求，除此之外，由于谷期電價較低，可以充分使用這期間的電能進(jìn)行制熱，然后進(jìn)行蓄能，以備電網(wǎng)高峰期使用。