微纳运动实现技术

随着当代科技的迅速发展，微纳运动及其实现技术逐渐成为信息产业和其他高科技产业领域交叉融合的创新源。微纳运动实现技术是微米和纳米尺度上的一门新兴科学技术，其研究涉及物理、化学,以及力学、光学、机械、电子、生物医学等基础学科和应用学科，广泛应用于通信、能源、环境、汽车、国防、航空航天等领域。微纳技术已是当今21世纪为引人瞩目的高科技发展的重要研究领域之一，是多学科理论与技术交叉融合的前沿科学技术。
各行各业对尖端高新技术的需求日益迫切，不同学科领域的微纳技术各有特点。虽然陆续也有些关于微纳技术方面的教材和专著出版，但它们一般多是关注某一领域的具体个性。例如，在相关的专业图书方面，超精密及微纳制造工程技术类往往较多地聚焦在微细加工、微电子制造和微机电系统制造等方面；表面工程类多聚焦在表面成膜和改性的具体工艺技术与方法；纳米材料类多倾向于纳米织构、制备工艺与方法。而微纳器件、微纳产品等,主要是对物质在微纳米级尺度上实施加工、定位、检测等微纳行为的结果。通常，微纳行为的实施离不开微纳运动，但在关注高精度微纳米级分辨率的同时，还要兼顾大行程操作。在微纳米尺度上进行加工时，常规的机械加工及检测手段已不再使用。关于微纳运动实现技术，尤其是大行程高精度微纳运动实现技术的系统介绍，目前国内还缺少相关的专门著作，也没有将各学科领域中涉及微纳尺度的共性关键技术进行有机融合、提炼。
本书的目的就是力图融汇各学科领域的微纳技术于一体，使读者通过阅读本书获得对微纳技术各领域的一个全面了解；通过对各种不同微纳制造技术原理和方法的提炼，使读者对各种微纳制造的共性关键技术——微纳运动系统结构、工作原理及微纳运动实现技术,有一个系统、全面的深度认识。本书的出版必将对微纳运动技术的进一步发展与应用起到积极的促进作用。
本书特别适合作为精密机械工程、机电工程、控制工程、仪器科学与工程、材料科学工程，以及微电子科学等方面本科生、研究生关于微纳制造的导论性教材，也可作为医工交叉学科及其他相关领域研究生和广大科学工作者、工程技术人员学习的参考资料。
本书在概述微纳技术发展应用的基础上，根据工作机理不同，将现行国内外各种形形色色的微纳运动平台装置归纳为五类，分别介绍了其原理方法和新近研究成果。同时，重点介绍了作者提出的宏宏复合微纳运动实现技术的研究成果。宏宏复合微纳运动系统具有行程大、刚性大、精度高，以及负载能力强、抗扰性好等突出特点，具有独到的创新性，较好地解决了大行程、大负载和高精度的矛盾，是其他微纳运动系统无法比拟的。
微纳运动实现技术前言本书章节编排合理,逻辑清晰,语句通俗易懂。全书共7章:第1章主要是微纳技术及微纳技术应用与发展的综述；第2章主要介绍了基于智能材料的常见的微纳驱动技术类型及特性；第3章主要介绍了微纳运动检测技术；第4章概括性地介绍了微纳运动系统控制策略；第5章介绍了基于直线电机的单自由度微纳定位实现技术，主要是电磁式和压电超声式两种情况；第6章主要介绍了单自由度宏微复合微纳运动实现技术，并讨论了非线性因素对微纳运动性能的影响和补偿策略；第7章重点介绍了本书提出的宏宏复合微纳运动实现技术、性能特点及低速性能。
需要指出的是，本书部分章节是作者在广泛阅读和参考微纳技术方面的著作及其他相关文献的基础上，加入作者评述而编写的，涉及的他人论述或成果的论文集、著作等均列入参考文献，方便读者延伸阅读，穷原竟委。在此也向这些著作和文献的作者们表示衷心的感谢。
本书得到了国家出版基金项目和湖北省学术著作出版专项的资金资助。还要指出的是，书中部分内容是在作者主持承担的国家自然科学基金“一种新型宏宏双驱动伺服系统及其微量进给特性研究”“一种大行程微纳尺度运动实现方法研究”等项目研究成果的基础上编写而成的。特别感谢国家自然科学基金的资助和支持。
本书在撰写过程中，武汉理工大学的陈定方教授、国防科技大学的范大鹏教授，以及广西大学的蔡敢为教授对本书初稿提出了宝贵中肯的建议，在此向三位同仁表示衷心的感谢。同时，感谢博士研究生杜付鑫、王兆国、于瀚文、苏哲、刘延栋，以及孟哲、张名杨、郭春丽等多位硕士研究生同学对作者在撰写本书时的大力协助。感谢华中科技大学出版社俞道凯、邓薇等为本书出版付出的辛勤劳动。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，还望读者海涵并提出宝贵意见和建议。

一本突出微纳运动系统结构、工作原理及微纳运动实现技术等微纳制造共性关键技术的新著作。

冯显英，1965年10月出生，中共党员，教授、博士生导师。中国机械工程学会高级会员、机器人分会委员，国家科学技术奖励、国家自然科学基金、*国家留学基金等评审专家，国内外多家学术期刊特约审稿人。1998年获得博士学位，同年晋升为副教授，2001年9月至2003年1月在新加坡科技学院（现新加坡理工大学）进行合作研究，2003年晋升为教授、博士生导师。研究方向为智能检测与控制理论及技术、微纳超精加工理论与技术、机器人等智能装备理论与技术等。参加工作30余年来，一直从事机电一体化教学与科学研究工作，具有丰富的跨学科科研阅历和实际经验。近几年来，先后完成国家自然科学基金、国家重点研发计划等国*级项目8项，省部级重大专项等各类项目8项，授权发明专利10余项、实用新型专利30余项，完成企业委托项目50余项。其中多项课题成果已产业化，具有良好的经济效益和社会效益。发表学术论文90余篇，其中收录于SCI/EI 50余篇。主编、合著图书5部。获省部级科技进步奖二、三等奖及市级科技成果奖励多项。

第1章绪论（1）
1.1微纳技术的理解（1）
1.2微纳技术的应用（3）
1.3微纳运动实现技术及进展（22）
第2章智能材料微纳驱动技术（31）
2.1概述（31）
2.2形状记忆合金微纳驱动技术（32）
2.3超磁致伸缩材料微纳驱动技术（38）
2.4压电陶瓷微纳驱动技术（41）
2.5热微纳机电驱动技术（50）
第3章微纳运动的传感检测（54）
3.1概述（54）
3.2微纳位移传感技术（54）
3.3激光干涉微纳检测技术（74）
3.4其他先进微纳检测技术（80）
第4章微纳运动控制技术（83）
4.1概述（83）
4.2常用微纳运动控制策略（83）
4.3其他先进控制策略及研究（100）
第5章直线电机微纳运动系统技术（103）
5.1概述（103）
5.2电磁式直线电机微纳运动系统（104）
5.3压电超声电机微纳运动系统（110）
第6章宏微复合微纳运动实现技术（120）
6.1概述（120）
6.2宏微复合微纳运动系统（121）
6.3宏微复合微纳运动系统的非线性影响及控制（124）
6.4宏微复合微纳运动系统应用（135）
第7章宏宏复合微纳运动实现技术（138）
7.1宏宏复合微纳运动系统工作原理（138）
7.2宏宏复合微纳运动系统的动力学模型（144）
7.3宏宏复合微纳运动系统的低速特性（152）
参考文献（164）

一本突出微纳运动系统结构、工作原理及微纳运动实现技术等微纳制造共性关键技术的新著作。

冯显英，1965年10月出生，中共党员，教授、博士生导师。中国机械工程学会高级会员、机器人分会委员，国家科学技术奖励、国家自然科学基金、*国家留学基金等评审专家，国内外多家学术期刊特约审稿人。1998年获得博士学位，同年晋升为副教授，2001年9月至2003年1月在新加坡科技学院（现新加坡理工大学）进行合作研究，2003年晋升为教授、博士生导师。研究方向为智能检测与控制理论及技术、微纳超精加工理论与技术、机器人等智能装备理论与技术等。参加工作30余年来，一直从事机电一体化教学与科学研究工作，具有丰富的跨学科科研阅历和实际经验。近几年来，先后完成国家自然科学基金、国家重点研发计划等国*级项目8项，省部级重大专项等各类项目8项，授权发明专利10余项、实用新型专利30余项，完成企业委托项目50余项。其中多项课题成果已产业化，具有良好的经济效益和社会效益。发表学术论文90余篇，其中收录于SCI/EI 50余篇。主编、合著图书5部。获省部级科技进步奖二、三等奖及市级科技成果奖励多项。