为提高现有喷油器的动态响应特性,采用超磁致伸缩驱动器(GMA)通过液压腔驱动球阀的形式,提出一种超磁致伸缩式喷油器(GMI)的设计方案。在阐述该喷油器的结构组成和工作原理基础上,基于Jiles-Atherton磁滞模型建立GMA的输出力模型,将其与喷油器液力模型耦合,建立了该喷油器的电-磁-机-液多场耦合模型;基于MATLAB/Simulink模块搭建该喷油器的仿真模型,分析不同偏置磁场下GMA的磁致伸缩曲线,以及不同GMA预应力下的球阀响应曲线;采用遗传算法,选取针阀响应时间为评价指标,对GMA的预应力、进出油孔直径、控制腔容积等关键参数进行优化。结果表明:设计的超磁致伸缩式喷油器具有良好的响应特性,优化使针阀开启延迟降低27.3%,针阀上升时间降低11.0%,针阀关闭延迟降低19.5%,针阀下降时间降低9.9%。

在建立超磁致伸缩微驱动器的轴对称模型的基础上,利用有限元方法对驱动器的磁场进行分析,并通过数值积分方法计算在不同励磁电流下超磁致伸缩棒的伸长量,根据计算结果对驱动器的线性工作范围作出了有效的估计.

超磁致伸缩微驱动器的工作主要需要提供一个可控的偏置磁场和驱动磁场,前者使超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性得到优化,消除倍频效应,后者实现对微驱动器的输出位移控制;设计一个可控电流源,采用悬浮负载功率放大恒流电路,并通过ARM处理器的数模控制,使指定电流通过电磁线圈以产生所需磁场强度;该设计的可控电源,可输出最大±5A的电流,提供给偏置和驱动线圈,实现微驱动器的直观、灵活的控制。

本文介绍了一种采用超磁致伸缩材料构成的蠕动微位移机械的结构，仿生运动原理及其控制方式。实验表明，所研制的ＧＭＭ微位移机械在其控制器的作用下，能够可靠地进行双向可控运动。

该文提出了一种新型的液压动力元件—超磁致伸缩高频微小液压泵,它是由GMM驱动器和一个单柱塞泵两部分组成;并设计研制了超磁致伸缩高频微小液压泵的具体结构,介绍了其工作原理和性能特点。分析和计算了GMM高频微小泵的压力、流量、排量、功率和效率等重要基本性能参数。结果表明超磁致伸缩材料高频微小液压泵具有响应速度快,精度高和易于微型化等优越的动态性能。为进一步的应用研究提供了设计和理论依据。

提出基于GMA喷嘴挡板伺服阀的新结构,研制了GMM电-机械转换器及其喷嘴挡板伺服阀,分析其结构特点与需要解决的关键技术,建立动态数学模型.构建基于GMA喷嘴挡板伺服阀动态特性的试验系统,试验研究GMA喷嘴挡板伺服阀的阶跃和幅频响应特性,试验测得其阶跃响应上升时间为l ns、幅频宽达680 Hz;将试验结果与仿真结果进行对比分析,两者基本吻合,论证动态数学模型的正确性.研究结果表明,用GMM设计新型电-机械转换器,可提高喷嘴挡板阀乃至整个电液伺服系统的频响和精度.

介绍了利用国产超磁致伸缩材料（GMM）的电-机械转换器（GMA）工作原理,分析了GMA的驱动形式和磁路构成。在建立超磁致伸缩转换器的轴对称磁场数学模型的基础上,利用有限元方法对磁场进行数值计算,得到了不同输入电流时磁场分布和磁感应强度沿轴线的变化规律。实测了GMA不同输入电流时的磁感应强度,与有限元计算结果对比分析可以看出,两者虽有差异但基本相同,还论证了数学模型的正确性。研究结果对GMA磁场分布规律的预测及结构优化设计提供了理论依据。

针对超磁致伸缩材料热变形严重影响超磁致伸缩高频微小泵输出精度的现象，在介绍热补偿方法、分析磁致伸缩材料的热来源和微小泵工作原理的基础上，提出了相变材料和热膨胀补偿机构组合的方法，以控制超磁致伸缩棒热变形对微小泵的输出影响。由理论和试验可以得出，该方法对微小泵的温控效果明显，使温度控制在45℃±0．5℃，有利于提高超磁致伸缩泵的输出精度，实现了超磁致伸缩泵的微型化。

超磁致伸缩材料具有响应速度快、磁致伸缩应变大、输出力大等诸多优点，已广泛应用于流体传动与控制领域。针对GMA输出力大输出位移小的特点，在分析现有常见放大机构优缺点的基础上，结合GMM直动式伺服阀实际结构，设计出一种“F”型杠杆放大直动式电液伺服阀，介绍了其结构组成及其工作原理，导出了位移放大数学模型，结果表明该新型机构具有结构紧凑、放大倍数高、GMA输出位移与阀芯输入位移呈非线性等特点。

与传统伺服阀相比以新型功能材料为电-机械转换器的电液伺服阀具有高频响、高精度和易于微型化等优点.介绍了几种基于新型功能材料(超磁致伸缩材料GMM、电致伸缩材料PMN和形状记忆合金SMA等)的电液伺服阀的结构组成和工作原理并对它们的各自特点进行了对比分析.最后对新型功能材料特别是超磁致伸缩材料GMM在高性能电液伺服阀的应用现状进行了展望.