形狀記憶合金（SMA）作為驅動材料時具有結構簡單、功率密度大、工作可靠等優(yōu)點,在工程中已經(jīng)廣泛使用。其中應用較多的是NiTi細絲,它在加熱時可以產(chǎn)生收縮運動。但NiTi細絲有一個明顯的缺點,即它的可恢復應變只有4%左右,這使得它的行程有限。另一種驅動形式是形狀記憶材料制成的彈簧,NiTi彈簧應變較大,但是相比相同絲徑的驅動型NiTi細絲驅動器,力輸出能力下降明顯。為了解決NiTi細絲應變小的問題,本課題設計了一種新的驅動器,該驅動器由NiTi絲在特定的夾具上繞制并熱處理而成,變形原理為NiTi絲在彎曲和直線之間變形而產(chǎn)生的長度方向尺寸的變化。該驅動器應變較驅動型NiTi絲的可恢復應變有明顯的提升,同時力輸出能力與其幾乎相同。本課題利用材料力學知識對驅動器進行了準靜態(tài)數(shù)學模型的建立,構造了位移與力之間的函數(shù)關系,獲得了驅動器的剛度曲線,該模型可以為設計過程提供參考依據(jù)。SMA的控制具有很大的挑戰(zhàn)性,本文以單關節(jié)為實驗平臺對驅動器進行了控制方法研究。實驗發(fā)現(xiàn)本課題設計的驅動器在進行位置階躍響應時,使用PI控制具有良好的效果。但是PI控制適應性較差,當位移曲線在初始階段變化較小時,例如斜坡曲... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 SMA的應用現(xiàn)狀與分析
        1.2.1 SMA的應用現(xiàn)狀
        1.2.2 SMA應用中的局限性分析
    1.3 SMA的控制方法研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 SMA驅動器的設計與制作
    2.1 引言
    2.2 大應變SMA驅動器的設計
        2.2.1 SMA的基本原理
        2.2.2 大應變SMA驅動器的原理
    2.3 SMA驅動器的制作流程
    2.4 本章小結
第3章 SMA驅動器準靜態(tài)數(shù)學模型
    3.1 引言
    3.2 驅動器的行程
    3.3 驅動器的力-位移關系
    3.4 驅動器數(shù)學模型實驗驗證
    3.5 本章小結
第4章 SMA驅動器控制方法
    4.1 引言
    4.2 控制實驗平臺的設計
        4.2.1 單關節(jié)實驗平臺的機構設計
        4.2.2 控制系統(tǒng)硬件設計
        4.2.3 控制系統(tǒng)軟件設計
    4.3 控制器的設計
        4.3.1 驅動器的PI控制
        4.3.2 電阻反饋模塊的設計
    4.4 SMA-SMA構型的設計
    4.5 本章小結
第5章 SMA驅動器的溫度控制
    5.1 引言
    5.2 基于電阻反饋的溫度控制
        5.2.1 SMA相變與驅動過程
        5.2.2 SMA驅動器的電阻
        5.2.3 溫度控制邏輯
    5.3 SMA驅動器溫度控制仿真
        5.3.1 熱力學平衡方程
        5.3.2 SMA的相變動力學模型
    5.4 仿真結果
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
博士論文
[1]SMA人工肌肉軟體機器人的變形控制與運動機理研究[D]. 劉春山.中國科學技術大學 2018
[2]SMA驅動仿生機器魚的尾鰭和噴射推進性能及其實驗研究[D]. 高飛.哈爾濱工業(yè)大學 2015



本文編號：3164929