活塞异形销孔能够显著改善其应力分布,提高活塞的使用寿命与性能,但由于活塞异形销孔结构的特殊性,增加了其精密加工的难度。为此,课题组基于超磁致伸缩执行器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA),研制超磁致径向微进给机构以实现活塞异形销孔的精密加工。本文针对超磁致径向微进给机构进行了深入系统的研究,主要有:超磁致径向微进给机构全模型多目标结构优化,超磁致径向微进给机构静态和率相关迟滞非线性建模,超磁致径向微进给机构的逆模型迭代学习控制,以及异形活塞销孔精密镗削实验研究。第1章介绍课题的研究背景和意义,然后对活塞异形销孔精密加工径向微进给机构实现技术、超磁致径向微进给机构结构优化、GMA系统迟滞非线性建模、以及GMA系统控制策略等研究现状进行综述,指出目前研究中存在的不足之处,并阐述了本文的研究内容和选题意义。第2章在超磁致径向微进给机构结构原型基础上,进行全模型多目标结构优化,并验证。因GMA复杂的电-磁-机-热多场耦合而导致结构优化设计时,难以建立由输入电流到输出位移的全模型。本文提出通过Maxwell压磁方程与镗杆变形参数联立求解的方法建立全系统模型,有效的解决了全模型建立困难的问题。其中又提出以ANSYS Workbench有限元仿真与人工神经网络模型相结合的方法求解镗杆变形参数,以及性能参数。以此全系统模型为基础建立结构优化数学模型,并通过遗传算法求解模型,得到优化结果。最后,通过仿真验证结果验证了该方法的有效性。第3章针对因超磁致径向微进给机构的迟滞非线性而导致难以建立反映系统动态特性模型的问题,提出率相关迟滞混合模型。将系统分为线性环节、动态(率相关)迟滞环节,然后分别建立其模型并辨识,再将二者串联起来得到超磁致径向微进给机构的混合模型。其中,提出通过逆模型与拟合结合的方法,成功分离了线性环节与率相关迟滞环节的耦合响应。提出了动态(率相关)左右型PI模型,并以此模型建立率相关迟滞环节模型。最后通过实验验证了所提模型的有效性与先进性,有效解决了现有率相关迟滞非线性模型精度低或适用频率范围窄的问题,为率相关迟滞非线性系统的控制提供了良好的基础。第4章针对超磁致径向微进给机构的迟滞非线性所导致的精确控制难、逆模型前馈控制依赖迟滞模型精度、以及标准迭代学习控制(Iterative Learning Control,ILC)收敛速度低等问题,基于混合动态模型逆模型,提出逆模型ILC算法,并用于超磁致径向微进给机构输出位移控制。对所提算法的收敛速度、迭代增益选取等问题进行了理论研究,最后通过实验验证了所提算法的有效性和先进性。第5章以逆模型迭代学习控制算法进行超磁致径向微进给机构活塞异形孔镗削实验。分别进行了锥形和椭圆销孔的加工实验与分析。实验结果表明,锥形销孔精度达0.45 μm,椭圆销孔精度达0.91 μm,是逆模型开环补偿控制精度的2倍以上;迭代收敛次数为3,是标准迭代学习控制收敛速度的2倍。第6章概况全文的主要研究工作,并对将来的研究工作做了展望。