设计了一种直线式压电双向给料系统,相比于传统的螺旋式和直线式组合给料系统,降低了产品成本,节省了系统空间。首先对系统结构进行了设计,在对振动模态分析的基础上,阐述了系统的工作原理,然后对系统进行了振动分析,计算出系统最大振幅,最后制作了双向给料系统样机并对其进行了实验测试。测试结果表明系统有效工作频率为140~156 Hz,工作在谐振频率148 Hz时性能最好;电压为220 V时,对钢制圆柱物料的给料速度可达到6个/s。在空间受限的自动化线上具有良好的应用前景。

针对目前硬脆性材料在普通研磨抛光中存在的加工效率低、加工精度不高等问题,设计了一种超声研磨压电谐振系统。基于超声振动方程和谐振设计理论,对其进行了理论分析和结构设计。通过对变幅杆尺寸优化降低了设计频率的误差,并利用有限元软件ANSYS Workbench验证了变幅杆谐振频率与超声研磨系统谐振频率的一致性,提高了整个系统的纵向谐振性能。最后对该超声研磨系统进行了阻抗和振幅试验,测试结果表明压电振子工作时电能与机械能的转化效率较高,纵向振幅达到10.85um,符合超声研磨加工振幅要求,验证了理论设计与有限元分析的正确性。

提出了两个悬臂梁垂直连接、水平梁末端受到非线性磁力作用的磁力T型压电俘能器。通过调整磁铁间距,改变水平梁的固有频率,使系统产生1;2内共振,从而大大降低了激励阈值,拓宽了俘能带宽。以扩展哈密顿原理所建立系统的机电耦合模型为基础,通过数值仿真,对不同激励幅值和激励频率下,磁力T型压电俘能器运动和俘能特性进行了研究。研究结果表明;随着磁铁间距的减小,系统中非线性因素的影响增大;当内共振时,系统的俘能效果达到最佳,此时,水平梁的振幅不随激励幅值的变化而变化。

针对内外表面作用均布压力和电势的功能梯度径向极化无限长压电空心圆柱旋转问题,给出了其精确解.分析了旋转功能梯度压电空心圆柱内径向应力、环向应力及电势的分布情况,还研究了材料的非均匀特性、空心圆柱的内外径比率以及外加电势对机械场和电场的影响.通过设计合适的功能梯度形式、选择合适的内外径比率以及在内外表面施加恰当的外加电势能够达到改善旋转功能梯度压电空心圆柱的力学行为.得到的解可应用于沿径向按幂函数规律变化的旋转压电功能梯度空心圆柱构件的精确分析和优化设计中.

微机电系统（MEMS）将是2l世纪最重要的研究领域之一，而微能源器件是MEMS其中一个重要分支，其发展直接关系到MEMS在某些领域中的应用。现针对压电式能源获取装置在国际上的研究进展进行系统的阐述和介绍，以压电效应的本质特征为基础，详细描述了它的结构、原理和应用领域。

提出一种新型压电驱动精密位移机构,着重介绍了其结构、工作原理和控制方法,分析了机构参数与输出性能之间的关系.该机构以压电叠堆为动力元件驱动流体,利用换向阀控制流体流向,通过执行缸两个腔体内流体置换的方法将压电叠堆的往复振动转换成执行缸的直线运动.调整电压或执行缸的参数可获得所需的进给步长和输出推力,具有精度高、易于控制、稳定性好等特点,适用于微位移以及较大行程范围内的精密进给运动.

微泵是微全分析系统中的重要单元．为解决微泵加工工艺复杂、自吸困难和可靠性低等问题，研制了两种应用于微流控系统中的压电驱动微泵．一种是将聚二甲基硅氧烷（PDMS）泵膜、单主动阀片和弹性缓冲单元集于一体的微泵，另一种是主动阀片与被动阀相结合的微泵，这两种微泵都适用于气体和液体工作物质，实现自吸，具有结构简单、易于加工及操作方便的特点．讨论了微泵的工作原理、工艺流程、工作性能及结构参数对微泵工作性能的影响，解决了加工工艺复杂、自吸困难和可靠性低等问题．在电压100V（35 Hz条件下）和零背压的工作条件下，单主动阀微泵的最大液体泵速为5000μL／min，最大背压为5 kPa；主动阀与被动阀相结合微泵的最大液体泵速5410μL／min，最大背压15kPa．后者背压与流速明显比前者的性能要好很多，尤其是背压方面．

为了提高所研制的压电开关调压型气动数字阀的动态性能,提高其稳态精度,减小其压力波动,对其控制方法进行了研究。提出了PWM控制算法的一种改进形式——调整变位PWM法,采用"Bang-Bang+带死区P+调整变位PWM"复合控制算法对数字阀进行了控制研究。试验结果表明,该复合控制算法弥补了"Bang-Bang"控制和"带死区P+PWM"复合控制算法的缺点,大大减小了该数字阀在有流量负载情况下的出口压力波动,有效提高了该数字阀的稳态控制精度。

为解决定位机构大行程和高精度之间的矛盾针对精密加工和精密测量等领域的大行程运动系统的高精度定位问题有效结合了电液伺服驱动与压电精密驱动的优点提出了一种基于电液-压电混合伺服驱动的宏微定位机构建立其数学模型以及AMESim和MATLAB的联合仿真模型并进行了动态仿真研究.仿真表明所提出的电液-压电混合伺服驱动定位机构能实现高精密定位这为后续的实际应用奠定了理论基础.

分析了一种压电型先导阀的结构及工作原理，建立了先导阀的数学模型。在此基础上，利用AMESim仿真软件对先导阀进行了PWM控制仿真研究，分析其静、动态特性；并运用压力反馈、PID控制等复合控制方法，仿真表明该方法能有效提高阀的性能，大大降低稳态误差。