介绍了利用国产超磁致伸缩材料研制的电-机转换器结构与工作原理利用磁压方程和磁路原理导出了其位移和力输出特性的静态数学模型.构建了GMM转换器的静态输出特性的实验测试系统实验研究了GMM转换器的输出位移、输出力的静态和滞回特性.实验结果表明:GMM转换器具有较大的输出位移和输出力;施加适当的预压力和偏置磁场可增大GMM转换器线性输出位移;驱动电流在0.5～1.25 A范围内可有效减小输出位移的非线性.实验测得的原始输出数据为进一步将其应用于两级电液伺服阀提供了设计和实验依据.

针对电液伺服阀常用九种电-机械转换器的结构特点进行了对比与分析,并且对每种电-机械转换器的优缺点进行了分析研究,并且对当前常用的力马达和力矩马达进行了归纳总结。

现有的2D阀用电-机械转换器从磁路原理和结构而言均较为复杂,本文设计了一种单相励磁的轴向不对称磁路,并根据该磁路提出了一种新型的单相永磁力矩马达。首先通过磁路解析法推导了马达的力矩转角特性方程,随后建立有限元模型分析了该马达的磁场分布和力矩转角特性。基于数值模拟结果加工了样机,建立了测试台架对其作了力矩转角特性的测试。测试结果与模拟结果较为符合,表明该马达的电磁力矩较大,其力矩-转角特性曲线呈上升的线性关系,力矩幅值随励磁电流而增加,适合作为2D三通阀及其他类似元件的电-机械转换器。

针对电-机械转换器的空气阻尼问题，基于动网格技术，对三种不同结构的推力线圈骨架的运动空气阻尼进行了CFD计算。仿真结果表明，随着运动频率和速度的增大，推力线圈骨架的空气阻尼效应更加显著。通过对推力线圈骨架的端部开孔，可以大大改善其空气流通特性、压力和速度分布更合理。结构二的空气阻尼较结构一减小81％，结构三的空气阻尼较结构一减小98％，可知高速工况下作用于电-机械转换器的空气阻尼能够通过优化其结构而得到减小。

阐述了利用国产超磁致伸缩材料（GMM）研制的新型气动伺服阀和蠕动机械的结构及工作原理，并对它们进行了实验研究，实验结果表明：GMM气动服阀具有较宽的压力控制特性、良好的线性度和较快的响应速度；GMM里面动机械结构简单，能可靠地实现双向可控运动。

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。

阐述了2D数字伺服阀的工作原理，建立了电一机械转换器的数学模型并进行了仿真分析，设计了2D数字伺服阀控制器，并对电一机械转换器及样阀进行了实验研究。理论和实验结果均表明，该电一机械转换器具有良好的频率特性，-3dB、-90°处的频宽约为250Hz。2D数字伺服阀在25％的最大阀开口下对应-3dB的频宽约为130Hz。

为了提高2D比例伺服阀的动态特性，电-机械转换器起到了关键的作用。该文采用空心杯直流电机作为该阀的电-机械转换器，并设计了一款基于STM32F405为控制核心的嵌入式数字控制器，并将控制器内嵌于阀的端盖中，实现了一体化，采用电流-位置双闭环PID控制算法实现了对电机转子的定位。实验结果表明，该系统能够实现空心杯电机转子的精确定位，并有效提高2D比例伺服阀的频率响应和阶跃响应。

本文设计了多层压电晶体型电－机械转换器及其驱动电路，并对其进行了阶跃响应和频率响应特性的实验。