超薄硬脆晶体基片的耦合能量软磨机理与关键技术研究

本项目将根据微电子和光电子产品制造对硬脆晶体超薄基片加工精度、加工表面质量和加工效率的要求，针对现有基片薄化加工技术所存在的加工效率低、成本高、碎片率高和环境污染等问题，提出微粉金刚石砂轮磨削和耦合能量软磨料砂轮磨削集成的单工序超精密薄化加工新工艺。重点研究应用耦合能量软磨料砂轮磨削技术薄化加工硬脆晶体基片过程中的微观力学行为、物理化学效应和机械摩擦作用，分析基片材料去除和表面形成机理、超薄基片变

能量回馈型超声波电机是一种集驱动与能量采集功能于一体的新型超声波电机，可以解决现有驱动器件自供电问题，但有诸多科学问题值得探索。为此开展了以下研究：能量回馈型超声波电机的工作机理与关键结构设计；电机理论模型与设计方法；电机能量采集系统模型与转换拓扑电路；电机驱动与控制特性；电机制备科学与综合试验。 1、 提出了一种改进的压电陶瓷极化分区形式，设计了一体式和分体式两种能量回馈型超声波电机结构，建立了两种电机定子结构的有限元模型，优化设计并分析了定子参数和采集区负载电阻对其频率特性、振动特性以及电特性的影响。 2、 考虑定子结构刚度不对称性，提出了电机定子等效双模机械振动模型；建立了电机定转子接触面力传递模型及其修正；利用修正后的Hamilton原理及粘弹性接触理论建立了电机动力学模型；基于正压电效应和弯曲振动理论，首次建立了电机能量采集数学模型；分析了驱动电压、驱动频率、预压力、负载力矩以及采集区负载电阻等对电机振动特性、机械特性和电输出特性的影响，形成了电机结构与能量优化设计理论。 3、 提出了电机能量采集系统的新型机电耦合等效电路模型，首次给出了能量采集系统的能量流图，分析了不同接口拓扑电路下的系统能量组成，建立了系统电荷-电压轨迹图。形成了标准整流滤波(SIC)、同步开关电感(SSHI)和能量自给同步开关电感(SP-SSSHI)能量采集转换拓扑电路技术；揭示了拓扑电路与采集系统之间多时间尺度非线性耦合动力学行为以及作用机制。 4、 提出了一种基于模糊PID的在线识别电机控制策略，具有误差小、计算量小和易于实现等特点，速度误差在3%以内。形成了基于555振荡技术、DSP2407 和DSP2808处理器的三种驱动控制电源技术。研制了两种能量回馈型超声波电机样机合计6套，搭建了电机性能测试平台，开展了电机综合性能实验研究，结果表明电机性能达到了设计指标要求。 5、 开展了压电能量采集器的关键理论与技术研究，形成了振动能量采集器的优化设计方法。此外，开展了两种新型超声波电机研究。 2100433B

超声波电机的优良特性使其在微型机器人的驱动控制中得到广泛的应用。由于受其摩擦驱动机理的限制，超声波电机的能量转换效率低，这严重限制了它在许多有限能量场合中的应用，如密封恶劣环境中工作的微型机器人。因此，研究振动能量采集与回馈的方法将超声波电机的振动能量回收转换成电能，并定期向密封恶劣环境中工作的微型机器人提供电能。本项目将探索研究能量回馈型超声波电机的构造理论与关键技术，并研制出至少一种能量回馈型超声波电机样机。研究内容包括：（1）能量回馈型超声波电机的工作机理与关键结构设计；（2）能量回馈型超声波电机的理论模型、设计方法；（3）超声波电机能量转换系统与储能系统耦合动力学行为；（4）能量回馈型超声波电机的驱动与控制特性；（5）能量回馈型超声波电机的制备科学与综合试验。本项目目标是研制集驱动与发电一体化的高效节能型超声波电机，为微型机器人在密封恶劣环境中的持续稳定工作

热电耦合（1）中长期机理

热电联产系统的中长期热电耦合机理主要是指用户所关注的热电联产系统中长期运行时的经济性、环保性与节能性等等问题。如何保证在达到规定的负荷需求下，可以减少投资成本和运行、维护费用，减轻对环境的污染，减少一次能源的使用是中长期互补特性研究的重要问题 。

热电耦合（2）短期机理

热电联产系统的短期耦合机理，主要是指该系统的调峰特性。即在电网用电高峰期，尽量减少采用电能进行制热；而在电网谷期，可以使用电能进行制热满足当前的热负荷需求，除此之外，由于谷期电价较低，可以充分使用这期间的电能进行制热，然后进行蓄能，以备电网高峰期使用。