形狀記憶合金驅動結構設計及控制研究.pdf

1、形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡稱SMA)的研究已經(jīng)成為智能材料和結構領域的一項重要研究內容,對SMA驅動器的驅動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、超彈性和溫度記憶效應等特性,在機械、生物醫(yī)療器械、航空、機器人、日常生活等領域中得到廣泛應用?，F(xiàn)有的文獻大多對SMA本構模型仿真和試驗過程中的變形應力不施加控制,容易受到外界載荷和周圍環(huán)境溫度的影響,在應用SMA作為驅動器驅動

2、基體運動過程中,實現(xiàn)的控制精度還有待進一步提升,本文探索一種運用恒力來控制SMA形變過程中產生的應力,同時適當改進SMA驅動器的控制策略及形變方式,建立了兩種不同類型的SMA驅動器系統(tǒng),有效地改善了驅動器的驅動能力。主要內容如下:
　　 第1章,闡述了課題研究的背景和意義,綜述了SMA及其驅動器的研究現(xiàn)狀,介紹了SMA驅動器在各個領域的應用,最后針對課題的實際情況和對課題的研究分析,介紹了本課題的主要研究內容及達到的目的。

3、>　　 第2章,對SMA特性進行了介紹,重點闡述了形狀記憶效應、超彈性、溫度記憶效應和電阻特性,分析比較了幾種典型的SMA本構模型,從中找出適合本課題的研究模型,并得出電阻與應力、應變之間的關系,為理論分析提供了基礎。
　　 第3章,建立了SMA一維本構模型,對加熱和冷卻過程中溫度的變化特性進行了分析,應用工程數(shù)學軟件MATLAB/Simulink對系統(tǒng)進行時域仿真,設計并搭建了試驗臺架,引入了PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對SMA變形過程的

4、恒力控制,通過對實驗結果的分析和評價,驗證模型的可行性。
　　 第4章,對常用控制方法進行介紹,重點介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡控制、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采用的控制形式。分析并研究了兩種類型的SMA驅動器系統(tǒng)。對驅動器系統(tǒng)及其控制算法進行了理論研究,搭建了相應的試驗平臺,通過仿真分析及試驗研究驗證控制算法和SMA驅動器系統(tǒng)的有效性和可行性。首先對偏動式SMA驅動器的結構進行了設計,重點對轉動機構進行闡述,