异形孔结构能够显著提高活塞的使用寿命,但由于异形孔结构的特殊性,给异形孔的加工提出了难题。为了解决活塞异形孔加工这一难题,本文研究了一种新的加工方法-超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)智能镗杆构件。深入系统地研究了GMM智能镗杆构件的设计及精密位移控制等若干关键技术,如:GMM智能镗杆构件的电-磁-机三场耦合有限元分析模型、与电-磁-机三场耦合有限元模型相结合的多目标优化设计方法、温度控制方法及其流-热耦合温度分布有限元分析模型、迟滞非线性建模和控制方法、温度对GMM智能镗杆构件性能的影响,建立了GMM智能镗杆构件测试平台。第1章介绍加工活塞异形孔微位移驱动机构研究现状,在分析GMM执行器(GMA)有限元建模、优化设计、热误差消除策略及迟滞非线性控制基础上,指出目前GMA设计研究中存在的一些问题,从而确定本文的研究内容和选题意义。第2章在分析目前GMM有限元模型研究不足的基础上,提出了适合工程设计需要的GMM智能镗杆构件的电-磁-机三场耦合分步有限元模型。为了减少求解自由度,将GMM电-磁-机耦合分解为:首先求解载流线圈产生磁场,然后求解GMM磁-机耦合。通过理论分析得出载流线圈的电-磁、GMM的磁-机耦合场弱解形式的有限元公式。模型在COMSOL 3.4中实施,分析设计GMM智能镗杆构件的静态变形和固有频率及频率响应。第3章根据设计GMM智能镗杆构件的结构,提出了基于GMM电-磁-机三场耦合有限元的GMM智能镗杆构件多目标优化模型。模型优化目标为:GMM智能镗杆构件最大弯曲变形、一阶固有频率、GMM镗杆构件驱动线圈的电感、驱动线圈的响应时间常数和驱动线圈的效率常数。深入研究了多目标遗传算法NSGA-Ⅱ,并应用NSGA-Ⅱ实现了上述优化模型。根据优化结果,设计了GMM智能镗杆构件。第4章针对目前各种GMA热误差消除方法的特点,提出了GMM智能镗杆构件温度控制方法-简化强制水冷温度控制,并给出了具体控制方案。在分析GMM智能镗杆构件强制水冷特点基础上,建立了GMM智能镗杆构件流-热耦合有限元分析模型。应用此模型研究分析了所设计温控系统,根据分析结果,设计了GMM智能镗杆构件温度控制系统。第5章在深入分析迟滞非线性系统建模基础上,通过将智能镗杆构件的输出位移及其变化率作为网络的输入,镗杆构件的输入驱动电流作为输出,使GMM迟滞输入和输出之间一对多映射关系转化为一对一。在此基础上,提出了迟滞非线性系统的CMAC神经网络建模方法,并应用该CMAC网络建立了GMM智能镗杆构件的迟滞非线性模型。提出了基于CMAC和PD反馈相结合的GMM智能镗杆构件控制方法,仿真结果表明所提控制方法能实现GMM智能镗杆构件精密位移跟踪控制。第6章建立了基于虚拟仪器的GMM智能镗杆构件综合实验平台。实验研究智能镗杆构件静态刚度、静态电流位移关系、输入电流和磁场关系、驱动磁场和位移关系。实验分别研究了温升对GMM智能镗杆构件电流位移关系、电流和驱动磁场以及驱动磁场和弯曲量关系的影响。本章的研究为提高GMM智能镗杆构件性能提供技术支持。第7章概括全文的主要研究工作,并对将来的研究工作作了展望。