形状记忆合金驱动结构设计及控制的研究论文

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)的研究已经成为智能材料和结构领域的～项重要研究内容，对SMA驱动器的驱动形式和控制过程的分析和研究越来越受到研究者的重视。SMA以其具有形状记忆效应、超弹性和温度记忆效应等特性，在机械、生物医疗器械、航空、机器人、日常生活等领域中得到广泛应用。现有的文献大多对SMA本构模型仿真和试验过程中的变形应力不施加控制，容易受到外界载荷和周围环境温度的影响，在应用SMA作为驱动器驱动基体运动过程中，实现的控制精度还有待进一步提升，本文探索一种运用恒力来控制SMA形变过程中产生的应力，同时适当改进SMA

2、驱动器的控制策略及形变方式，建立了两种不同类型的SMA驱动器系统，有效地改善了驱动器的驱动能力。主要内容如下：第l章，阐述了课题研究的背景和意义，综述了SMA及其驱动器的研究现状，介绍了SMA驱动器在各个领域的应用，最后针对课题的实际情况和对课题的研究分析，介绍了本课题的主要研究内容及达到的目的。第2章，对SMA特性进行了介绍，重点阐述了形状记忆效应、超弹性、温度记忆效应和电阻特性，分析比较了几种典型的SMA本构模型，从中找出适合本课题的研究模型，并得出电阻与应力、应变之间的关系，为理论分析提供了基础。第3章，建立了SMA一维本构模型，对加热和冷却过程中温度的变化特性进行了分析，应

3、用工程数学软件MATLAB／Simulink对系统进行时域仿真，设计并搭建了试验台架，引入了PLC系统实现对SMA变形过程的恒力控制，通过对实验结果的分析和评价，验证模型的可行性。第4章，对常用控制方法进行介绍，重点介绍了神经网络控制、模糊控制和PID控制这三种控制形式，通过分析比较得出本试验采用的控制形式。分析并研究了两种类型的SMA驱动器系统。对驱动器系统及其控制算法进行了理论研究，搭建了相应的试验平台，通过仿真分析及试验研究验证控制算法和SMA驱动器系统的有效性和可行性。首先对偏动式SMA驱动器的结构进行了设计，重点对转动机构进行阐述，将角位移传感器安装与转动机构中，实现同步

4、转动，接着对偏动式SMA驱动器的驱动控制性能进行研究，通过理论仿真和实验对比，得出驱动模型的可靠性，然后对表面附着SMA丝的简支梁结构进行说明和简支梁相关物理理论给予阐述，并在阶跃电流和正弦电流作用下对梁的位移和时间关系进行仿真。第5章，总结了本课题的主要工作、结论，并结合SMA驱动器控制策略的研究，对后续工作做出了展望。关键词：形状记忆合金，本构模型，驱动器，控制算法杭州电子科技大学硕士学位论文AbstractAstheresearchonshapememoDralloy(SMA)hasbecomeanimportantcontentofintelligentmaterial，a

5、nalysisandresearchthedrivingformandcontrollingprocessofSMAactuatorarepaidmoreandmoreattention．SMAshavebeenwidelyappliedtomechanicalengineering，medicalequipment，aerospace，robotics，etc．Mostcurrentresearchesdon’tconsidertOcontrolthedeformationstressofSMA'sconstitutivemodel，SOthestressarevulnerabl

6、etObeinfluencedbytheextemalloadsandthesurroundingenvironment．IntheapplicationofSMAactuatorasadrive，thecontrolprecisionremainstobefurtherpromoted．ThisthesisexplorestoapplyaconstantforcetocontrolthedeformationprocessofSMAphasetransition，appropriatelyimprovethecontrolstrategyanddeformationmodeofS

7、MAactuator,andtwokindsofSMAactuatorsystemareestablishedtoimprovethedrivingability．Themaincontentsareasfollows：Inchapterr，thebackgroundandsignificanceofthisprojectarepresented，thedevelopmentstatusofSMAandSMAactuatoraresummarized，theappli