改进型平面弯曲内嵌式形状记忆合金电机的设计与优化

现有平面弯曲ESMAA内嵌单丝,冷却过程不可控,响应速度慢;由于SMA电阻与温度的非线性关系,基于SMA丝电阻反馈实施电机位置控制时,控制精度较低。因此,文中改进了电机结构。将两根SMA丝平行弹性棒轴线嵌入,其中回复丝与棒轴线重合,记忆为“U”形,恢复丝偏心嵌入,记忆为直线态;在电机弯曲方向的适宜位置配置互补应变片,直接检测位置信息。同时,通过连续、共初始及共极限约束实时调整马氏体份数系数,研究电机的主、次迟滞现象,构建用于电机优化和控制设计的分析模型。对长度为60mm电机的结构参数进行了设计,得到棒半径、丝半径、丝可回复曲率与偏心矩的优化值。对优化后的样机进行了实验研究,验证了改进型结构的优良性能。

平面弯曲内嵌式形状记忆合金电机的位置控制系统研究

SMA电阻与温度存在严重的非线性,导致平面弯曲型ESMAA位置控制精度较低。采用两片应变片互补对称的配置方式设计了曲率传感器;结合电机形变分析模型对具体操作进行了规划,形成可达空间上的系列操作点,计算弯曲曲率,进而得到加热电流脉宽;采用B样条算法,完成了电机的路径规划,形成电机的连续运行路径。在分析比较P+、PI+控制算法基础上,充分考虑电机的非线性因素,选取了分段多模式PI控制策略,实现电机的精密位置控制。阶跃实验表明,ε=2m-1,KP=0.05,KI=0.006,Umax=0.8,T=15.4ms,目标曲率18m-1时,上升时间约0.55s,超调量小于2.0%,稳态误差小于0.5m-1,满足控制精度要求。

内嵌式形状记忆合金电机的控制研究

提出了一种新型结构形式的形状记忆合金电机(SMAA)-内嵌式SMAA(ESMAA)。该电机将U形回复SMA丝嵌入弹性硅胶棒内,通过温控方式实现电机的往复可逆弯曲运动,对外稳定输出力和位移。文中研究了电机的运行机理,实现了基于SMA电阻反馈的P+和PI+控制策略探讨、仿真和实验研究。

基于内嵌式SMA电机的多指手驱动控制系统

提出了嵌入式方法,室温时将多根形状记忆合金丝嵌入液态橡胶中固化成弹性棒,由此构成内嵌式形状记忆合金电机.以结构小巧紧凑、功能完备稳定的人手为模型与目标,直接将内嵌式形状记忆合金电机作为指节,构造多指拟人机械手.阐述了记忆合金机械手的驱动控制系统的构成与实现.对DSP最小系统、加热模块、检测模块进行了设计.进行了软件系统的规划和实现,构建了完整的记忆合金机械手驱动控制系统.对单机阶跃响应以及多机协调运行等内容进行了实验研究.实验表明,单指节响应上升时间约为0.55 s,机械手基本能够按预定轨迹运行.

新型内嵌式SMA电机的非线性模型

新型内嵌式形状记忆合金电机具有结构简单、控制灵活、功率密度大等优点,在轻型机器人及小型化系统中具有独特的技术优势。然而,因为形状记忆效应的本质特性,内嵌式SMA电机为非线性装置,其动态过程中的严重迟滞效应给精确建模带来困难。因此,该文构建了能够描述次级迟滞环的数学模型,奠定仿真与控制基础。该模型通过两个指数方程分别计算加热和冷却条件下SMA的马氏体份数,进而通过连续、共初始与共极限约束实时调整马氏体份数系数,研究电机的迟滞现象。PI控制的阶跃响应实验与仿真结果验证了模型的有效性和准确性。