基于磁流变液微驱动控制技术研究

摘要

随着微机电系统（MEMS）的发展，微流体的驱动和控制技术已经成为微流体系统发展需要解决的关键技术。磁流变技术在兼顾流体传动优点的基础上增加了电磁可控特性，可以弥补流体在微机电系统中难以进行精确控制的缺点。 本文正是在此背景下，研究磁流变液在微管道下的流动特性及其可控特性，探索基于磁流变液的微驱动控制技术可行性。在本文中，首先，介绍了磁流变液的特点和微流体系统的相关理论，介绍了磁流变液的工作模式和目前常用的微流体系统驱动和控制技术分类，通过探讨选定磁流变液运用于微管道流动控制的工作方式；随后建立磁流变液微管道耦合模型，分别进行磁流变液剪切力模型计算、电磁场分布理论计算和磁流变液微管道耦合计算；然后再运用有限元软件COMSOL，对磁流变液的微管道耦合模型进行仿真，设计实验平台进行测试分析，对仿真结果和实验数据进行分析讨论。随后，根据实验和仿真分析的结果，在原有的实验平台上引入PWM信号控制的高速气动比例阀和高精度均匀腔体磁场发生器，以此改善磁流变液在微管道系统中的流动可控性精度，设计了一个磁流变液微管道流动控制系统，为进一步探讨将磁流液应用于高精度微管道驱动控制等一系列微驱动控制领域提供了一定的理论依据。最后，对研究工作进行了总结与展望，讨论了进一步研究工作中需要解决与研究的问题。 基于磁流变液的微驱动控制技术研究是对磁流变液这一智能材料应用于微驱动控制领域的一种创新和尝试，它为现有对磁流变液的研究利用提供了一种新的研究方向。同时，将磁流液的电磁流变特性应用于微管道流动控制等一些微流体驱动控制方向将促进微流体系统的发展，推动整个MEMS技术的发展。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2课题背景

1.3国内外研究现状

1.4本文研究内容和结构安排

第二章微流体理论与磁流变液

2.1 微流体理论

2.1.1 微流体技术介绍

2.1.2 微、宏观流体异同

2.1.3 微流体流动特点

2.1.4 微流体的驱动和控制技术

2.2 磁流变液介绍

2.1.1 磁流变液特点

2.1.2 磁流变液工作模式

2.3 本章小结

第三章磁流变液微管道耦合模型计算、仿真与实验设计

3.1基于微管道的磁流变液耦合模型理论计算

3.1.1磁场分析与理论计算

3.1.2磁流变液剪切应力理论模型计算

3.1.3磁流变液微管道耦合模型

3.2基于COMSOL的仿真分析

3.2.1电磁场仿真

3.2.2微管道电磁-流场耦合模型仿真

3.3磁流变液在微管道内流动可控性实验原理与方案设计

3.3.1实验装置参数选择

3.3.2实验装置设计

3.3.3实验结果与分析

3.4本章小结

第四章磁流变液微管道流动控制系统设计

4.1系统设计框图

4.2 ARM控制器

4.3高速气动比例阀设计

4.4二阶跟踪系统设计

4.4.1二阶系统基本知识说明

4.4.2开关电容技术的原理

4.4.3二阶开关电容值的计算

4.4.4锁相环

4.5线圈开关选通信号电路

4.5.1加法计数器

4.5.2译码器

4.6功率放大电路

4.7线圈磁场计算

4.7.1亥姆霍兹线圈

4.7.2载流圆线圈磁场

4.7.3磁场的计算

4.8系统实验结果及分析

4.9本章小结

第五章结论与展望

5.1本文工作总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果