基于磁流变液微驱动控制技术研究

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1、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

2、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

3、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。关键词：磁流变液、微管道、耦合模型、COMSOL、磁场发生器、驱动控制AbstractABSTRACTWiththedevelopmentofmicroelectro—mechanicalsystems，thedriveandcontroltech

4、nologyhasbecomethekeytechniqueMicro—fluidicsystem．Magneto·rheologicalFluids(MRF)augmentscontrollablecharacterbyelectromagnetismonthebasisoffluiddrive，andovercomethedefectthatfluidisdifficulttocontrolinthesystemofMEMS．Inthispaper,thefluiddynamicmodelofMagneto—rheologica

5、lFluidinmicro—pipelineandthecontrollabilityofflowpropertyisstudiedandanalyzed，exploresMRF’Sapplicationonmicrodriveandcontrolfield．First，theMRF’spropertyandthetheoryofmicro—fluidsystemareintroduced，includingMRF’Sworkpatternandtheclassificationofthetechnologyaboutthedriv

6、eandcontrolinthemicro·fluidsystem．Afterthediscussion，selecttheworkpatternwhichweusetheMRFtoapplytothefluidcontrolinthemicro—pipeline．ThecouplingmodelofMRFinmicro—pipelineisbuilt，theMRF’Sshearstress，themagneticfield，thecouplingmodelarecalculated．ThenusefiniteelementSOft

7、wareCOMSOLtosimulateandanalyzethecouplingmodelgenerally,designanexperimenttotest，discussandanalyzetheresultsabouttheexperimentandsimulation．Then，accordingtotheanalysis，thePWMcontrollinghighspeedproportionvalveandhighprecisionevenmagneticfieldoccurringequipmentareaddedt

8、otheexperimentequipment,toimprovetheprecisionofthecontrollabilityofMRF’sflowinginthemicro—pipeline，toprovidethetheory