形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究.pdf

1、形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡稱SMA)的研究已經(jīng)成為智能材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容,對SMA驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)形式和控制過程的分析和研究越來越受到研究者的重視。SMA以其具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性和溫度記憶效應(yīng)等特性,在機(jī)械、生物醫(yī)療器械、航空、機(jī)器人、日常生活等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)大多對SMA本構(gòu)模型仿真和試驗(yàn)過程中的變形應(yīng)力不施加控制,容易受到外界載荷和周圍環(huán)境溫度的影響,在應(yīng)用SMA作為驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)

2、基體運(yùn)動(dòng)過程中,實(shí)現(xiàn)的控制精度還有待進(jìn)一步提升,本文探索一種運(yùn)用恒力來控制SMA形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力,同時(shí)適當(dāng)改進(jìn)SMA驅(qū)動(dòng)器的控制策略及形變方式,建立了兩種不同類型的SMA驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng),有效地改善了驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力。主要內(nèi)容如下:
　　 第1章,闡述了課題研究的背景和意義,綜述了SMA及其驅(qū)動(dòng)器的研究現(xiàn)狀,介紹了SMA驅(qū)動(dòng)器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,最后針對課題的實(shí)際情況和對課題的研究分析,介紹了本課題的主要研究內(nèi)容及達(dá)到的目的。

3、>　　 第2章,對SMA特性進(jìn)行了介紹,重點(diǎn)闡述了形狀記憶效應(yīng)、超彈性、溫度記憶效應(yīng)和電阻特性,分析比較了幾種典型的SMA本構(gòu)模型,從中找出適合本課題的研究模型,并得出電阻與應(yīng)力、應(yīng)變之間的關(guān)系,為理論分析提供了基礎(chǔ)。
　　 第3章,建立了SMA一維本構(gòu)模型,對加熱和冷卻過程中溫度的變化特性進(jìn)行了分析,應(yīng)用工程數(shù)學(xué)軟件MATLAB/Simulink對系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域仿真,設(shè)計(jì)并搭建了試驗(yàn)臺架,引入了PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對SMA變形過程的

4、恒力控制,通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和評價(jià),驗(yàn)證模型的可行性。
　　 第4章,對常用控制方法進(jìn)行介紹,重點(diǎn)介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制和PID控制這三種控制形式,通過分析比較得出本試驗(yàn)采用的控制形式。分析并研究了兩種類型的SMA驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。對驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)及其控制算法進(jìn)行了理論研究,搭建了相應(yīng)的試驗(yàn)平臺,通過仿真分析及試驗(yàn)研究驗(yàn)證控制算法和SMA驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的有效性和可行性。首先對偏動(dòng)式SMA驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),重點(diǎn)對轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行闡述,