壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器件極化模型與驅(qū)動(dòng)方法的研究

壓電陶瓷微位移器件是精密定位及操作中的關(guān)鍵元件。針對壓電陶瓷存在遲滯和非線性而難于精密控制的不足，從微觀物理結(jié)構(gòu)的角度以壓電陶瓷的極化機(jī)理進(jìn)行分析 ，結(jié)合電子、材料、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)等學(xué)科理論，建立精確的壓電陶瓷極化物理模型、數(shù)學(xué)模型，研究基于電極化強(qiáng)度的能夠減少遲滯和非線性的歸一化控制模型、驅(qū)動(dòng)和控制方法，改善壓電陶瓷的性能。 2100433B

新型超磁致伸縮智能材料在大行程、大功率、低電壓驅(qū)動(dòng)等方面具有顯著的優(yōu)越性。本項(xiàng)目針對高精度超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器熱變形控制難題，開展了超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器熱變形控制新方法研究，提出相變水冷復(fù)合恒溫構(gòu)件的新概念及綜合利用相變材料潛熱特性和強(qiáng)制水冷對流換熱特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)該構(gòu)件的新構(gòu)思， 研究超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器熱特性，建立揭示其機(jī)電磁之間耦合關(guān)系的多場耦合計(jì)算模型；提出超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器GMA熱變形控制簡化強(qiáng)制水冷相變和直接液體冷卻溫控方法，建立了流-固耦合傳熱模型和全閉環(huán)串級溫度控制策略，并研制了其溫控模擬試驗(yàn)裝置；構(gòu)建了基于遺傳算法的嵌入式超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器GMA多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型；提出一種基于正交建模的智能空間柔順構(gòu)件多目標(biāo)優(yōu)化方法；建立了用于異形孔精密加工的超磁致伸縮構(gòu)件微位移線性化遲滯建模和滑?？刂品椒?，并基于線圈阻抗動(dòng)態(tài)測量原理提出了GMM變磁導(dǎo)率自傳感模型。在此基礎(chǔ)上，以非圓復(fù)雜型面精密加工微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)為應(yīng)用背景，根據(jù)上述優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)制作了非圓加工微進(jìn)給驅(qū)動(dòng)GMA，構(gòu)建了基于虛擬儀器技術(shù)的高精度超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器GMA綜合特性測控實(shí)驗(yàn)平臺，并通過機(jī)電磁熱靜動(dòng)態(tài)特性測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建模型和方法的有效性，該綜合特性測控平臺的建立為超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的性能分析提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝備。本項(xiàng)目研究已圓滿完成項(xiàng)目所要求的研究目標(biāo)，已發(fā)表論文15篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄8篇；共申請專利9項(xiàng)，已授權(quán)7項(xiàng)，其中發(fā)明專利授權(quán)4項(xiàng)；實(shí)用新型專利授權(quán)3項(xiàng)。相關(guān)研究成果既可為研究開發(fā)高精度超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器提供關(guān)鍵技術(shù)，又可為后續(xù)研究提供重要的理論基礎(chǔ)。 2100433B

課題組按照申請書中所提的研究范圍進(jìn)行了全面的研究，首先我們建立了功率器件的雙脈沖實(shí)驗(yàn)平臺，研究和建立了功率器件的動(dòng)態(tài)模型。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了第一版本的數(shù)字驅(qū)動(dòng)板，包含了有源鉗位、軟關(guān)斷、變電阻驅(qū)動(dòng)等功能。我們搭建了100kW直驅(qū)型風(fēng)電變流器的模型，并在此模型上驗(yàn)證數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)，與傳統(tǒng)模擬驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行比較。在以上基礎(chǔ)上，課題組和專業(yè)公司進(jìn)行合作，共同開發(fā)了終版的數(shù)字驅(qū)動(dòng)板。在數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)上，課題組延生研究了新型的功率拓?fù)浼夹g(shù)，最后，在承擔(dān)的國家電網(wǎng)項(xiàng)目--高壓STATCOM上應(yīng)用了數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 通過本課題的研究，我們培養(yǎng)和正在培養(yǎng)碩士3名，發(fā)表了20篇論文，包括5篇SCI檢索論文，申請專利7項(xiàng)，并獲得2項(xiàng)授權(quán)。