形狀記憶合金驅動器控制方法的研究.pdf

1、在智能變形飛行器的研究和應用中，體積小、重量輕而驅動效率高、控制精度好的驅動器扮演關鍵的角色。傳統(tǒng)的驅動器功率重量比低，且需要配合變速裝置使用，致使傳動系統(tǒng)復雜，難以直接移植到飛行器。因為形狀記憶合金具有功重比大、集傳動和傳感于一身、變形大等優(yōu)點，使得它在智能材料應用領域具有獨特的應用前景。但是，它在控制上也存在驅動頻率和控制精度低的不足。設計一個能應用于飛行器截面變形機構的SMA 驅動器，并在此基礎上對其運動規(guī)律和控制方法的研究，建立

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

3、法進行了分析和計算。頻率是衡量驅動器的重要標準，溫度是驅動SMA的重要指標。對多種加熱和冷卻方法進行比較發(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；采用冷風制冷的方法能夠較快地冷卻SMA 絲，風的速度越大、溫度越低，冷卻速度越快。最后對SMA 絲扭轉驅動器的控制系統(tǒng)進行研究。依據(jù)SMA 絲電阻與應變呈現(xiàn)階段線性關系，提出以SMA 電阻測量反饋作為驅動器控制手段。針對普通驅動電路無法同時提供大電

4、流和快速開關切換的特點，設計了基于SMA 電阻測量的大功率驅動控制電路用于SMA 絲驅動，完成了基于AVR 單片機的驅動器控制電路的設計。為實現(xiàn)驅動器快速準確的驅動控制，根據(jù)SMA的變形特性，設計了積分分離型PI控制器調節(jié)SMA 絲的加熱速度。在SMA 絲扭轉驅動器上對控制系統(tǒng)進行了驗證和實驗分析，實驗表明：該系統(tǒng)能夠在精確測量SMA 絲電阻的同時提供足夠大的加熱電流，在PI控制器的作用下實現(xiàn)閉環(huán)控制，并且在制冷裝置的配合下提高了驅動的