普通谐波齿轮传动需电机和波发生器输入并传递动力,存在惯性大、高速响应差等问题,提出一种由超磁致伸缩材料驱动的有源谐波电机。通过建立等效磁路分析了不同结构下致动器的磁场特性,提出了一种漏磁低、空间利用率高的圆片状全封闭的磁路布局。建立了偏置磁场和驱动磁场强度的数学模型,提出了永磁和线圈的结构、尺寸等参数的设计理论和方法,并结合详实的参数实现致动器磁路设计。利用ANSYS有限元工具对偏置和驱动磁场特性仿真分析,并采用特斯拉计测量了线圈和超磁致伸缩材料棒的磁感应强度。实测结果与理论值及仿真值均较吻合,证明了仿真分析的准确性和磁场设计的合理性,为后续研究奠定了基础。

针对空间柔性杆系统的扭转振动问题,提出了一类由柔性杆、电阻应变片传感器、压电扭转致动器组成的柔性杆系统。为了研究此系统的扭转振动,运用拉格朗日方程和假设模态法建立了系统的动力学方程。针对柔性杆系统中压电扭转致动器、传感器的优化配置问题,提出一种基于最小输入能量、最大能量传递、Grammian矩阵最小奇异值最大化的复合优化策略,采用遗传算法对致动器/传感器的位置进行了搜索,找到了最优位置位于柔性杆的根部。进行了数值分析研究,结果表明,与其他位置相比,最优位置最有利于致动器实施控制,同时也最有利于传感器的观测。

针对较粗形状记忆合金（SMA）丝致动器电阻小、通电加热困难的问题,提出一种在SMA丝表面缠绕漆包线的新型复合加热方法。采用集总参数法,并将螺旋缠绕的漆包线与SMA丝之间复杂的热交换过程简化描述为等效热导率,建立了该电热驱动过程的热力学模型。该模型所得的计算结果与实验测试结果的对比分析表明,所建立的热力学模型可以准确地描述该电热驱动方法的加热和冷却过程。实验还进一步表明,漆包线和SMA丝同时通电加热,可大幅提高SMA丝致动器的升温速率。

为了使微小型光学镜头驱动系统满足低能耗、高稳定性以及结构简单的要求,采用新型智能材料IPMC设计了一种微小型的光学镜头致动器,并对其输出力、位移及响应速度等性能进行了研究.根据直线驱动要求确定了瓣形和环形结构;通过化学还原方法制备了IPMC材料,采用激光切割技术分别制作出5种形状的环形和瓣形致动器,并对其性能进行了测试.利用有限元软件,通过等效热模型分析了致动器的基本性能,结果表明：实验测试与理论分析结果一致,误差率在10%以内;瓣形致动器的总体位移性能比环形致动器的好;在3V驱动电压下两者的位移均大于200μm;当内圆半径为2mm、瓣数为8时,致动器的最大位移与响应速度均最佳.

提出了一种锆钛酸铅（PZT）薄膜微致动器的结构模型。该致动器采用高d33特性的压电陶瓷材料,用于对空间谐振式微光机电（MOEMS）陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。建立了该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。结果显示,当采用双层结构的PZT薄膜微致动器时,在外加电压50V作用下,环形PZT位移控制器中心位移可达到0.345μm;十字形角度控制器偏转角度可达3.29″,增加PZT薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。通过对仿真结果进行分析可以得出结论,选用多层PZT薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。

基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性设计了一种用于微位移驱动的致动器.分析了致动器工作磁场的组成,计算了线圈的工作电流,并以此为依据设计了稳流电源.分析结果表明,设计的稳流电源满足工作要求;线圈提供的工作磁场能够保证超磁致伸缩棒工作在线性区域.

根据自动控制原理，结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，在此基础上设计了以TMS320C31为核心的致动器位移闭环控制系统。该控制系统主要由硬件和软件两部分组成。进行了致动器位移控制系统的开环实验和闭环实验，实验结果表明，该系统稳定性可靠、精度高，为致动器在实际精密位移控制中的应用打下了基础。

在分析超磁致伸缩致动器热变形影响的基础上，结合实验论证，构建了在大电流、长时间且高精度场合下能对致动器进行整体温控的装置。设计并制作了一台超磁致伸缩致动器样机，在其电磁线圈的骨架中设置了内外两个水冷腔。通过恒温水的循环流动，带走线圈热量，以控制磁致伸缩棒和壳体的温度。进行了多组热变形对比实验，结果表明，致动器的整体温控装置有效地抑制了致动器的热变形影响，适合于大电流、高精度场合。

提出了一种将高位移分辨率的压电陶瓷致动器与大驱动力的电磁致动器进行有机结合,实行优势互补的新方法.基于新原理研制的实验样机获得了较好的技术性能指标,即驱动力300N,刚度95N/μm;分辨率1nm;最大位移4μm.研究工作为大驱动力高刚度纳米致动开辟了一条新的途径.

为满足大流量超磁致伸缩电液伺服阀的驱动需要,设计了一种结构紧凑的弓张放大式超磁致伸缩致动器;基于力学基本原理和振动理论知识建立了弓张结构的静、动态模型;分析了弓张结构尺寸参数对其静、动态性能的影响;结合弓张放大式超磁致伸缩致动器应用于电液伺服阀的要求,利用多目标优化法确定了其结构尺寸最佳参数值,并利用有限元法对其静、动态模型进行了验证;设计了弓张放大式超磁致伸缩致动器样机,搭建了实验系统,并进行了静、动态实验。实验结果表明,弓张结构的放大倍数在8.13-8.72间波动,输出端最大位移可达107.9μm,固有频率约为168 Hz,测试所得结果与其静、动态模型计算值基本吻合;通过与优化前的性能相比,弓张结构的静态放大倍数在满足要求的条件下,其动态固有频率提高了55.6%;所设计的弓张放大式超磁致伸缩致动器基本上能够满足...