针对传统微动平台难以满足微/纳米定位的要求,该文结合液压放大原理,提出一种基于液压放大的两自由度压电微动平台,并对其进行了结构设计。采用正交设计方法对其进行有限元双向流固耦合分析,优化了其结构参数。研制了实物样机并进行试验研究。开环控制试验结果表明,当压电驱动器输入为90μm时,压电微动平台最大输出位移为603.0μm,放大倍数约为6.7;闭环控制试验结果表明,采用分段微分、积分、比例(PID)算法能降低超调量,且响应时间、稳态时间均减小,稳态误差降低(为±0.2μm),实现了微动平台的大范围输出精密定位。

气动系统已广泛应用于工业生产中,其工作时排出的气体直接进入大气,因而浪费了大量的能量。该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)压电片作为能量收集器核心部件,对排出的压缩气体进行了能量收集。设计了多悬臂梁振动能量收集器,利用ANSYS有限元仿真软件分析了压缩气体进入能量收集器后的流场,通过试验测试了压电片发电效果。结果表明,入射口直径、扰流柱直径、入射口压力和入射口距扰流柱距离都会影响压电片发电效果。当入射口压力为80 kPa,负载电阻为900 kΩ时,能量收集器总功率约为120.64μW,与其他收集器相比提高了28.8%。

基于智能材料驱动的高速开关阀具有比电磁高速开关阀更好的动静态特性。针对传统悬臂梁结构压电双晶片输出力较小的缺点,该文研究了一种基于压电双晶片的气动高速开关阀,提出了一种简支梁结构固定方式。借助COMSOL对压电元件流固耦合问题进行分析,优化了阀的关键结构参数,并对样机进行了实验研究。实验结果表明,阀的工作频宽达到280 Hz,在压差0.3 MPa的条件下,最大流量为30.7 L/min。

针对传统Prandtl-Ishlinskii(PI)模型不能反映压电式气体比例阀迟滞非对称特性而导致其补偿控制精度难以提高的问题,提出了一种改进的PI模型,通过添加3次多项式使其能拟合压电式气体流量比例控制阀的非对称迟滞曲线。利用改进的自适应粒子群遗传算法辨识所需的模型参数,模型相对误差为0.0073%,并将模型用于前馈补偿控制。实验结果表明,基于迟滞模型的前馈补偿控制可显著提高压电式气体比例阀输出流量控制的快速性,调节时间降低了60%。

针对提高声发射源定位精度的需要,提出了利用小波变换从宽带非平稳声发射信号中提取稳定的窄带响应信息的方法,可降低环境噪声和波速色散效应的影响;进一步根据Hilbert变换提取窄带信号的包络,可根据第一个包络峰值正确判定应力波到达时刻。介绍了该方法的实现原理,组建了应力波源定位实验系统。采用十字定位法确定发射源位置。结果表明,采用新的窄带特征提取技术后,定位误差从原来的15 mm减少到4.9 mm。

由于压电型电液伺服阀的阀芯采用两个对顶压电驱动器驱动，且压电驱动器固有的迟滞非线性，使两压电驱动器的输出具有很强的耦合作用，不能同步，从而使阀芯的运动速度、精度和平稳性降低。采用单纯的PID控制可以在一定程度上实现解耦控制，但其控制精度较低。提出了一种基于DRNN网络整定的PID控制器，它根据DRNN网络辨识的被控对象的Jacobian信息，在线调整PID控制器的比例、积分和微分参数，从而使DRNN网络整定的PID控制器很好地实现了阀芯的解耦同步控制。实验结果表明DRNN网络整定PID控制的综合性能优于常规PID控制。

为进行液压流体脉动的主动消振，设计了基于压电陶瓷的直接驱动伺服阀，并利用AMESim液压仿真软件对其进行了建模与仿真，并在伺服阀实验台上对其进行了静态试验。仿真与试验结果表明，所设计的压电陶瓷直接驱动伺服阀满足液压流体脉动主动控制要求。

提出了一种基于压电陶瓷的高频惯性单向阀液压泵。该泵利用压电陶瓷堆在推动活塞隔膜压缩油腔时控制活塞的位置、速度和加速度，利用惯性力帮助非惯性系下的特殊单向阀开合，突破了普通单向阀频率响应低的瓶颈。对高频惯性单向阀液压泵进行建模仿真，结果表明这种液压泵在原理上是可实现的。

提出一种新型的直动式一级压电型电液伺服阀，并对其特性进行了分析。针对系统的非线性和不确定性，提出了自适应模糊PID控制方法，有效地满足了实际系统对滑阀位置控制的要求。实验结果表明了新型电液伺服阀相对于传统的电液伺服的性能有了很大的改善。

设计开发了一种结构新颖,制作工艺简单,成本低,综合性能高的烈性药物输注用压电薄膜微型泵,介绍了微泵的结构设计、工作原理和性能测试.微泵具有在出口和人口两个方向上抵抗冲击载荷的能力和互锁的功能,适合于对外界环境要求苛刻的烈性药物输注.微泵不论液体还是气体为工作介质都具有良好的流量特性和较高的可靠性.同心双向阀结构克服了传统的单向阀并联结构两阀间易连通的缺点.高分子聚合物材料和特殊的加工装配工艺使得微泵即使在小批量单件生产的情况下成本依然低廉.因此,该种微泵更加接近实用化,具有广阔的应用前景.