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基于DSP的SMA直线驱动器控制系统的研究

作　者: 于建明
导　师: 沈星
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 形状记忆合金 数字信号处理器 驱动器 PID算法 脉冲宽度调制
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要


随着科学技术的发展，在智能材料结构领域应用最广泛的驱动元件为形状记忆合金，因其大功重比、集驱动传动和传感于一身、变形大等优点，特别是在越来越重视空间、重量、成本和噪音等重要因素的今天，使得它在智能材料应用领域具有独特的应用前景[1]。目前，SMA驱动器通常采用位移和角度等外部传感器进行测量研究，虽然能够满足基础研究要求，但在实际工程应用中，因结构中存在外部传感器，占用空间较大，导致其应用受到一定的限制。本文针对形状记忆合金智能材料的传感和驱动性能，利用SMA丝在高温相变过程中能输出较大的驱动力，设计了差动式SMA双程直线驱动器控制机构；搭建了给SMA丝加热控制电路和使用恒流源电桥方法的电阻信号采集电路；同时结合分段控制和PID控制方法来完善控制效果。具体内容如下：1.基础理论研究：研究形状记忆合金基本概念和特性，并进行了基本性能参数测试，获得SMA的准静态实验特性参数值，为下一步工作奠定基础；2.针对SMA的驱动特性，设计了带有滚珠直线导轨结构的差动式SMA驱动器，并制作完成本文的智能材料直线驱动器，以及进行相应的驱动性能理论分析，为实验做好准备；3.控制系统硬件电路的设计和实现，主要是包括DSP的ADC模块外围的反馈信号处理电路和EV模块外围的大电流驱动控制电路，使用ORCAD软件并制作PCB板电路实物图；4.控制系统的软件设计，基于CCS3.3软件，用C语言编写和调试程序。本文采用分段控制和PID控制算法相结合，验证该驱动器和控制系统的可行性，可控性；5.编写相应的控制界面，实现在线监测和控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-20
  1.1 引言  13-14
  1.2 课题研究背景  14-15
  1.3 国内外进展和研究现状  15-19
  1.4 本文主要工作  19-20
第二章 基本理论  20-33
  2.1 形状记忆合金的基本概念和特性  20-22
    2.1.1 形状记忆效应  20-21
    2.1.2 相变超弹性和伪弹性  21
    2.1.3 高阻尼特性  21-22
    2.1.4 电阻特性  22
  2.2 SMA 驱动器工作机理  22-26
  2.3 SMA 驱动机构的介绍  26-27
  2.4 形状记忆合金本构关系模型  27-31
    2.4.1 基本模型介绍  27-29
    2.4.2 数值计算  29-31
  2.5 形状记忆合金的触发方式  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 基本性能测试  33-41
  3.1 热处理方法  33-34
  3.2 性能测试  34-40
    3.2.1 相变临界温度测试  34-36
    3.2.2 最大可回复应变测试  36
    3.2.3 弹性模量测试  36-37
    3.2.4 负热应变测试  37-38
    3.2.5 不同温度下拉伸力和回复力测试  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章 测控系统的硬件电路设计  41-53
  4.1 测控硬件系统构架的组成和工作原理  41
  4.2 加热控制电路  41-44
  4.3 反馈信号采集处理电路  44-47
  4.4 滤波处理电路  47-48
  4.5 DSP 嵌位保护电路  48
  4.6 位移传感器  48-49
  4.7 DSP TMS320F2812  49-52
  4.8 本章小结  52-53
第五章 测控系统的软件设计  53-65
  5.1 测控系统软件设计  53-55
  5.2 ADC 校正程序  55-57
  5.3 控制方法的研究  57-62
    5.3.1 分段控制  58
    5.3.2 PID 控制原理  58-60
    5.3.3 反馈控制变量选择  60-62
  5.4 控制界面的设计  62-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 驱动器控制实验研究  65-71
  6.1 实验平台系统  65-66
  6.2 实验测试与分析  66-70
    6.2.1 驱动电流的调整  66
    6.2.2 无载荷控制实验  66-69
    6.2.3 有载荷控制实验  69-70
  6.3 本章小结  70-71
第七章 总结与展望  71-73
  7.1 总结  71-72
  7.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
在硕士期间发表的学术论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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