基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究

【摘要】：为改善超精密加工系统的热态特性,借助热控制模块控制功能部件之间的热流传递,优化系统的热流场,从而间接的控制系统的温度场是一种较为有效的方法。目前国内外研究的此类热控制模块可分为被动型和主动型两类。被动型热控制模块能耗低,但可控性差；主动型热控制模块控制精确,但能耗大,热耦合效应明显,这些都限制了在超精密加工系统中的深入应用。结合博士学科点专项科研基金项目(基于纳米复合材料的低能耗热流放大及缩小机理研究,编号：200803350028)和国家科技重大专项(高性能七轴五联动数控成形磨削机床及关键技术研究,编号：2009ZX04014-026-04),对热流控制模块的设计和控制策略进行了改进。首先,基于碳纳米管复合材料制备各向异性导热体,优化模块的热流传递通路；其次,应用多模态的半主动控制策略。具体包括： 第一章：本章介绍了碳纳米管复合材料的研究现状,详细分析了碳纳米管复合材料的导热性能及其影响因素。阐述了应用于超精密加工系统的热控制模块的研究成果以及存在的问题。最后论述了论文的研究目的和意义,以及论文的主要研究内容和结构。 第二章：本章介绍了低能耗热流控制模块的工作原理和组成结构,详细阐述了热网络法的理论基础和建模方法,完成了虚拟样机的建立。 第三章：本章首先介绍了基于热电偶的温度场检测装置的发展及应用,详细阐述了低能耗热流控制模块实验平台的搭建方案。依据实验平台的实测数据修改了虚拟样机中的相关参数,完成了虚拟样机的拟实化研究。 第四章：本章首先通过与主动型热流控制器的对比,验证了低能耗热流控制模块控制性能的提高和能耗的降低。之后在虚拟样机中分析了关键参数变化对模块控制性能的影响,为控制策略的提出奠定了基础。 第五章,本章详细阐述了低能耗热流控制模块以对流换热系数为关键变化参数的多模态半主动控制策略,进行了控制策略的仿真,并做了相应的实验验证控制策略的有效性。 第六章,对全文进行总结,回顾本文的研究思路和成果,分析下一步的研究方向,为将来的研究提出设想。