形狀記憶合金驅(qū)動器控制方法的研究.pdf

1、在智能變形飛行器的研究和應(yīng)用中，體積小、重量輕而驅(qū)動效率高、控制精度好的驅(qū)動器扮演關(guān)鍵的角色。傳統(tǒng)的驅(qū)動器功率重量比低，且需要配合變速裝置使用，致使傳動系統(tǒng)復(fù)雜，難以直接移植到飛行器。因?yàn)樾螤钣洃浐辖鹁哂泄χ乇却?、集傳動和傳感于一身、變形大等?yōu)點(diǎn)，使得它在智能材料應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用前景。但是，它在控制上也存在驅(qū)動頻率和控制精度低的不足。設(shè)計(jì)一個(gè)能應(yīng)用于飛行器截面變形機(jī)構(gòu)的SMA 驅(qū)動器，并在此基礎(chǔ)上對其運(yùn)動規(guī)律和控制方法的研究，建立

2、SMA 驅(qū)動控制系統(tǒng)，能夠幫助更深刻地了解其特性，更全面地推廣其應(yīng)用。
　　 首先介紹了智能材料作為驅(qū)動元件的特點(diǎn)和一些實(shí)際應(yīng)用，著重介紹了形狀記憶合金的材料特性和機(jī)械特性，并選擇Ti-Ni 合金絲作為驅(qū)動元件。對SMA 扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器的工作原理進(jìn)行了闡述，并根據(jù)智能飛行器截面變形結(jié)構(gòu)對驅(qū)動器的要求，設(shè)計(jì)了體積較小，重量較輕，具有較大輸出角度和輸出扭矩的基于柔順機(jī)構(gòu)SMA 絲扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器。其次，對SMA 絲扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器的加熱方法和冷卻方

3、法進(jìn)行了分析和計(jì)算。頻率是衡量驅(qū)動器的重要標(biāo)準(zhǔn)，溫度是驅(qū)動SMA的重要指標(biāo)。對多種加熱和冷卻方法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：采用SMA 絲直接通電加熱的方法能夠快速加熱SMA 絲，且電流越大，加熱速度越快；采用冷風(fēng)制冷的方法能夠較快地冷卻SMA 絲，風(fēng)的速度越大、溫度越低，冷卻速度越快。最后對SMA 絲扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。依據(jù)SMA 絲電阻與應(yīng)變呈現(xiàn)階段線性關(guān)系，提出以SMA 電阻測量反饋?zhàn)鳛轵?qū)動器控制手段。針對普通驅(qū)動電路無法同時(shí)提供大電

4、流和快速開關(guān)切換的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于SMA 電阻測量的大功率驅(qū)動控制電路用于SMA 絲驅(qū)動，完成了基于AVR 單片機(jī)的驅(qū)動器控制電路的設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器快速準(zhǔn)確的驅(qū)動控制，根據(jù)SMA的變形特性，設(shè)計(jì)了積分分離型PI控制器調(diào)節(jié)SMA 絲的加熱速度。在SMA 絲扭轉(zhuǎn)驅(qū)動器上對控制系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)能夠在精確測量SMA 絲電阻的同時(shí)提供足夠大的加熱電流，在PI控制器的作用下實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，并且在制冷裝置的配合下提高了驅(qū)動的