形状记忆合金柔性驱动器的特性分析与控制研究

发布时间：2023-11-18 11:47

　　作为一类新型智能材料,形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)能通过材料温度的变化引起相变,产生形变和恢复张力,从而实现热能与机械能的转换。SMA的特殊驱动特性使得SMA驱动器具有高功率密度比、恢复力大等优良特性,在仿生机器人及航空航天等领域逐步得到应用。但也由于材料内部的特殊属性,SMA驱动器的输入输出之间存在着强饱和迟滞等非线性特性,造成驱动输出精度下降、振荡甚至不稳定,限制驱动性能的提升。本论文以SMA丝实现仿人关节单自由度的弯曲运动为目标,设计了对抗型SMA柔性驱动平台。考虑SMA丝内部的迟滞效应,采用前馈控制加反馈控制的复合控制方案,在前馈环节基于Duhem模型构建迟滞逆模型进行补偿,在反馈环节设计自适应动态面控制方法保证系统闭环稳定性,最终实现SMA柔性驱动部件输出的精确跟踪。本论文完成的主要工作如下:1)为了实现人工肌肉柔性驱动输出性能,本论文中设计了对抗型SMA驱动平台。该平台通过双组SMA丝的交替加热冷却来实现双向的互补驱动力,并通过扭转弹簧实现双向驱动力的快速恢复,具有行程大、恢复快、驱动定位精度高的优点,有效克服了传统SMA丝驱动结构设计中的...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 研究意义
        1.1.2 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 智能材料驱动器性能分析和比较
        1.2.2 研究现状
    1.3 本文主要内容及结构
    1.4 本章小结
第二章 形状记忆合金特性及迟滞模型
    2.1 形状记忆合金介绍
    2.2 形状记忆效应
    2.3 电阻特性和超弹性
    2.4 力学特性
    2.5 SMA本构模型
        2.5.1 Tanaka模型
        2.5.2 Liang-Rogers模型
        2.5.3 Brinson模型
    2.6 迟滞模型简介
        2.6.1 J-A模型
        2.6.2 Backlash-like模型
        2.6.3 Duhem模型
    2.7 本章小结
第三章 形状记忆合金柔性驱动器设计
    3.1 SMA驱动器的触发方式
    3.2 SMA驱动器的分类
    3.3 对抗型SMA驱动器设计
    3.4 实验平台介绍
    3.5 SMA驱动器输入输出特性
    3.6 本章小结
第四章 SMA柔性驱动器特性分析与控制研究
    4.1 基于Duhem模型的迟滞现象分析
    4.2 基于遗传算法的参数辨识
    4.3 SMA驱动器前馈控制方案设计
    4.4 本章小结
第五章 自适应动态面控制器设计
    5.1 SMA驱动器数学模型的建立
    5.2 自适应动态面控制器设计
    5.3 控制方案设计
    5.4 仿真结果分析
    5.5 实验结果分析
    5.6 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3865224