磁控形状记忆合金(Magnetically Controlled Shape Memory Alloy简称MSMA)是近年来出现的一种新型功能材料,该材料在磁场作用下可获得较大的磁感生应变,具有输出应变大、响应速度快、电磁-机械转换效率高和易于控制等优良特性。MSMA的磁控形状记忆功能具有可逆性,不仅在磁场作用下MSMA元件可输出位移和力,而且在外力作用下通过磁性能的变化可输出较大的感应电压。本文研究内容是国家自然科学基金项目“基于磁控形状记忆可逆效应的自传感执行器研究”(编号50777043)的部分内容,主要进行MSMA材料在传感器和自感知执行器中的应用基础研究。本文的主要工作如下:阐述了MSMA的变形机理、相变温度和形状恢复等磁控形状记忆特性,分析了MSMA外部特性的几个关键参数及其相互关系,研制了可同时测量变形、压力、温度和磁场等参数的MSMA综合测试平台。通过对这些参数的测量,可深入了解力、磁场、温度对材料变形的影响规律。根据作用于MSMA材料力的不同,论述了MSMA机械-电磁转换静动态特性的测试方法。利用研制的综合特性测试平台,测量了MSMA材料的电磁-机械特性。由热力学模型和磁感生应力计算方法,确定了MSMA执行器工作模式下输出位移和输出力解析表达式,该模型可以定量描述执行器在外加磁场、温度和应力作用下输出位移和输出力。在MSMA直线执行器和差动控制策略的基础上,研制了通过超越离合器将MSMA元件产生的直线运动变为旋转运动的双驱动及差动式MSMA旋转执行器,样机试验结果验证了MSMA旋转执行器机理和设计方法的可行性。测量了MSMA材料的机械-电磁特性,该特性反映MSMA材料在静动态力作用下的变化规律。由应力应变关系和磁路模型确定了MSMA作为传感器使用时磁通密度与外力之间的关系。基于MSMA机械-电磁特性,研制了MSMA振动传感器,分析了传感器在正弦激励力作用下输出电压与驱动力(幅值与频率)及偏置条件(预压力和偏置磁场)的关系,并进行了实验研究。实验结果验证了MSMA作为传感器使用时感应电压模型的正确性。基于执行器和传感器的工作机理,研制了可实现振动主动控制的MSMA自感知执行器原理样机。对执行信号和传感信号分离采用双线圈空分复用解耦方法,通过施加偏置磁场、信号屏蔽的方法有效地解决了信号转换和干扰引起的误动作。实验结果表明,MSMA自感知执行器对周期振动和非周期振动具有较好的消振效果。