微纳米扰振动控制和测试平台研究

微纳米扰振动与微纳尺度/精度器件的加工及测试在工作参量上等级相当，为此，制造微纳尺/精度器件或实现微纳检测，工件和设备首先要求避免微纳扰振动。同时，主动微纳扰振动又是诸如实施硅微芯片、MEMS/NEMS器件和微小精密仪器强度实验的必要手段。要实现既能进行微纳加工或检测时的微纳减振，又能实施微纳米振动测试功能的设备应具有：1）纳米到百微米的宽振幅，2）准静态到高频的宽频，3）既适用微纳器件又适用设备整体的宽负载能力。这些要求对于传统技术是无法实现的。为此，结合多年研究积累和国际合作工作，期望基于新兴的巨磁致伸缩材料独特的超高精度、大负载和宽频响应特性，创新研制一种"宽幅、宽频、宽载荷微纳扰振动控制和振动测试台"（体积<1000×1000×1000mm3, 3自由度、振幅30nm～n100um、频率0～3000 Hz，负载<5000 N）。期望对我国创新研制微纳扰振动专门设备带来实质推动作用。

本基金项目针对精密设备对于微振动环境要求高的背景，研究使用巨磁致伸缩材料作为主动驱动器的三自由度主动定位/隔振技术。根据项目目标，课题组进行了认真细致的工作，设计和实现了2套巨磁致伸缩驱动器，3套三自由度定位/隔振平台，1套自适应控制系统。我们进行了：1）精密设备的空间微振动源问题研究，2）智能材料用于微振动控制的理论研究，3）巨磁致伸缩材料三自由度定位/隔振平台设计，4）巨磁致伸缩材料三自由度定位/隔振系统实验研究。本项目实现的磁致伸缩主动系统，驱动定位精度可达85%以上，微振动激振和振动抑制可达mg量级，尤其适用于低频（5Hz以下）,具有优异的振动特性。项目研究过程和内容严格按照项目计划进行，并力求达到和超额完成研究目标。期间，课题组成员参加国际顶级国际会议5次，已发表/录用论文18 篇（标注16篇），在投/计划投稿标注论文4篇。完成本基金支持的硕士论文3篇、博士论文1篇，培养硕士生3名、博士生4名，申请国家专利11项(其中已授权8项)。本项目完成了复杂运行环境约束下的精密多物理场耦合复杂驱动系统集成设计；开展了由创新机理到目标功能和指标样机的全过程研究；形成了系列自主技术，完成了全方位研究；提高了科研学术水平，培养了优秀的博士硕士人才。本项目成果可为超精密加工所需的超精密驱动定位，提高加工精度提供关键驱动技术；可为精密设备工作所需的超静环境所需的微振动抑制，提高工作性能提供关键隔振技术；特别是本课题研究同时针对航天系统超静平台的设计和应用开展了完整的研究工作，为本基金研究成果直接用于航天超精密振动平台技术奠定了关键技术基础。本工作未来将继续研发，努力推广应用。本研究为我国微振动振动平台，微振动主动隔振平台，以及超精密驱动平台的设计和发展提供关键技术储备。