obróbka cnc · 2021年12月21日

Użyj stopu pamięci jako sterownika, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie bardzo małych przemieszczeń

Zaproponowano wiele konstrukcji siłowników liniowych z pamięcią kształtu (SMA) wykorzystujących różne technologie do precyzyjnej kontroli położenia, takie jak sprzężenie zwrotne przemieszczenia, sprzężenie zwrotne temperatury, sprzężenie zwrotne siły i sprzężenie zwrotne oporu. Każda technologia ma swoje zalety, a także ograniczenia i ograniczenia.

Dysk SMA z samoczujnikiem jest uważany za ekonomiczny, ponieważ nie wymaga stosowania w systemie czujników zewnętrznych. Jednak jego wydajność w stosunku do innych metod nie była szeroko omawiana.

Zaplecze badawcze i eksperyment

Możliwości wykorzystania stopów z pamięcią kształtu jako siłowników są nieograniczone. Obszary zastosowań obejmują lotnictwo, robotykę, medycynę, elektronikę i budownictwo. SMA jest uważana za atrakcyjną ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy i prostotę, dzięki czemu system jest bardziej skuteczny i niezawodny. Może być stosowany poprzez sterowanie pasywne lub aktywne.

Użyj stopu pamięci jako sterownika, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie bardzo małych przemieszczeń

SMA ma ogromny potencjał w zastosowaniach wymagających precyzyjnej kontroli położenia, takich jak tłoki lub zawórs, manipulatory, anteny wskazujące i inteligentne konstrukcje lotnicze. Aby dostosować się do tych zastosowań, zaproponowano różne techniki wytwarzania precyzyjnych przemieszczeń. SMA nadaje się również jako sterownik rekonfigurowalnych konstrukcji anten parabolicznych, ponieważ może generować duże ugięcie. W innym badaniu, mierząc naprężenie na powierzchni konstrukcji i stosując ulepszony regulator proporcjonalno-pochodnej całkującej (PID) z antykompensatorem do sterowania, sterowanie siłą w celu uzyskania zmiany korony. Stopy z pamięcią kształtu są również szeroko stosowane w badaniach robotyki.

Mechanizm stosowany w aplikacjach robotyki wykorzystuje sprężyny SMA i wykorzystuje kontroler rozmyty do sterowania położeniem i siłą. W układzie tym do sterowania siłą wywieraną przez siłownik i położeniem dodatkowego obciążenia wykorzystywany jest sterownik z logiką rozmytą w pętli zamkniętej. Innym przykładem jest zastosowanie SMA i enkoderów do wysoce precyzyjnej kontroli położenia koniuszków palców mikrorobotów oraz zastosowanie czujników tensometrycznych do pomiaru sztywności i kontroli siły. SMA jest również stosowany w pięciopalcowej protezie ręki z mechanizmem napędowym napędzanym ścięgnami, aby zapewnić wymaganą zręczność, przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej złożoności mechanicznej i kontrolnej urządzenia. Zintegrowany czujnik dotykowy na końcach palców poprawia ogólną zdolność sterowania ręką i przyjmuje nowy rodzaj schematu sterowania pozycją ze sprzężeniem zwrotnym.

W zastosowaniach motoryzacyjnych zaprojektowano i wyprodukowano niedrogi sterownik lusterek, łącząc druty ze stopu z pamięcią kształtu i algorytmy sterowania, aby zapewnić stabilne i dokładne pozycjonowanie zewnętrznych lusterek wstecznych. SMA jest również uwzględniany w systemie mocowania kolumny kierownicy, gdzie element z pamięcią kształtu steruje funkcjami otwierania i zamykania tulei kierownicy.

Drut ze stopu z pamięcią kształtu może generować siłę napędową, gdy zmienia się temperatura. Można to osiągnąć przez konwencjonalne ogrzewanie i ogrzewanie Joule’a. Stopy z pamięcią kształtu również ulegają przemianom fazowym pod wpływem obciążenia lub zmian temperatury. Stop z pamięcią kształtu po obciążeniu przekształca się w podwójną fazę martenzytu, a po podgrzaniu w austenit. Jeśli stop z pamięcią kształtu zostanie schłodzony, powróci do bliźniaczej fazy martenzytu. Wielu badaczy opracowało dynamiczne modele stopów z pamięcią kształtu.

Chociaż bardziej efektywne jest bezpośrednie sterowanie położeniem systemu, w przypadku SMA możliwe jest również wykorzystanie jego rezystywności do sterowania napędem bez użycia zewnętrznego czujnika, dzięki czemu system jest mniej skomplikowany.

Istnieje wiele czynników, które wpływają na zmianę rezystywności, ale oprócz naprężeń i temperatury, metody sterowania w czasie rzeczywistym są wyzwaniem do pomiaru innych czynników i trudno jest zastosować technologię sterowania ze sprzężeniem zwrotnym. Ponadto na zmiany rezystywności mogą bezpośrednio lub pośrednio wpływać naprężenia i/lub temperatura. Ze względu na możliwość i złożoność wykorzystania sprzężenia zwrotnego rezystancji w napędach SMA, wiele badań koncentrowało się na modelowaniu charakterystyk rezystancji, aby lepiej zrozumieć to zachowanie.

W celu spełnienia wymagań precyzyjnego sterowania położeniem w zakresie 2mm wybrano drut o strumieniu magnetycznym typu 0.012″ o długości 10 cm. W eksperymencie zagięcie 70°C 0.012 i długość B 100 mm ± 1 mm zostały wybrane.Końcówka pętli 13897 jest zaciśnięta.Długość tego drutu SMA wytworzy około 3% skoku, co oznacza przemieszczenie 2-4 mm.Opracowano wyniki eksperymentalne związane z precyzyjną kontrolą położenia SMA , w tym kalibracja siły/pozycji i/lub temperatury lub wewnętrznego oporu/położenia, oraz system sprzężenia zwrotnego sterowania do precyzyjnego sterowania położeniem.

Korzystając z niestandardowego stanowiska testowego opracowanego na potrzeby tych badań, przetestowano działanie dokładnego systemu sprzężenia zwrotnego położenia, który osiąga przesunięcie o 2 mm. Aby dokładnie kontrolować położenie elementu wykonawczego ze stopu z pamięcią kształtu, czujnik przemieszczenia może być użyty do bezpośredniego pomiaru położenia i wykorzystania go jako sygnału wejściowego do systemu sprzężenia zwrotnego.

System sprzężenia zwrotnego przemieszczenia charakteryzuje się dobrą wydajnością i dokładnością odpowiedzi w czasie, a błąd stanu ustalonego wynosi 1% we wszystkich warunkach. Dokładność systemu samodetekcji jest niska, a błąd stanu ustalonego odpowiedzi skokowej wynosi 15%. Eksperymenty wykazały, że w porównaniu z systemem samodetekcji, system sprzężenia zwrotnego przemieszczenia ma wyższą moc początkową i dłuższy czas narastania. Średnia temperatura układu sprzężenia zwrotnego przemieszczenia jest niższa niż temperatura układu samodetekcyjnego, co skutkuje różnicą skoków układu SMA przy niższym skoku układu sprzężenia zwrotnego przemieszczenia.

Wniosek z analizy

Wykorzystując jako przetwornik stop z pamięcią kształtu, opracowano eksperymentalną platformę do precyzyjnego pozycjonowania niezwykle małych przemieszczeń w zakresie 2 mm. Można opracować różne systemy sprzężenia zwrotnego w celu wykorzystania siłowników ze stopu z pamięcią kształtu do sterowania położeniem, takich jak siłowniki ze stopu z pamięcią kształtu do sterowania przemieszczeniem, oporem, siłą lub temperaturą. W pracach badawczych w ramach tych badań zaprojektowano system kontroli przemieszczenia ze sprzężeniem zwrotnym oraz samodetekcyjny system kontroli ze sprzężeniem zwrotnym i porównano ich działanie. Oczekuje się, że system sprzężenia zwrotnego przemieszczenia zapewni lepszą dokładność, ale sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym z samodetekcją może obniżyć koszt systemu, ponieważ nie wykorzystuje on czujników.

Dlatego te badania mają na celu zbadanie dokładności systemu samodetekcji w porównaniu z systemem sprzężenia zwrotnego przemieszczenia. Użyj laserowego czujnika przemieszczenia, aby zmierzyć położenie i dostarczyć dane wejściowe do systemu sprzężenia zwrotnego przemieszczenia. W przypadku systemów samodetekcyjnych spadek napięcia na SMA jest używany jako pomiar wejściowy systemu. System sprzężenia zwrotnego przemieszczenia charakteryzuje się dobrą wydajnością i dokładnością odpowiedzi przejściowej, a błąd stanu ustalonego wynosi 1% we wszystkich warunkach pracy. Dokładność samodetekcji informacji zwrotnej jest słaba, a czas odpowiedzi długi. Jednak wstępne ładowanie sterownika SMA poprawia dokładność systemu samodetekcji. Gdy napięcie wstępne zostanie zwiększone z 500 g do 700 g, błąd stanu ustalonego zostanie zmniejszony z 15 g do 11%. Na stanowisku testowym wydajność systemu sprzężenia zwrotnego przemieszczenia do kontroli położenia stopu 2 ​​mm z pamięcią kształtu jest lepsza niż systemu samodetekcji. Jednak system sprzężenia zwrotnego systemu samodetekcji można ulepszyć, a przewody zapewniające napięcie są sprawdzone w badaniach eksperymentalnych.

Wyniki badań dowodzą możliwości zastąpienia systemu sprzężenia zwrotnego przemieszczenia bardziej opłacalnym systemem samoczujnikowym. W zaproponowanym w niniejszych badaniach układzie doświadczalnym precyzyjnego sterowania położeniem można pominąć zastosowanie laserowych czujników przemieszczeń. Ta technologia wymaga mniejszej liczby komponentów, co zmniejsza początkowy koszt systemu i koszt całego systemu w dłuższej perspektywie. Systemy czujnikowe można uznać za bardziej opłacalne w porównaniu z innymi systemami napędowymi, wymagającymi zewnętrznych urządzeń do pomiaru położenia, takich jak liniowe, zmienne transformatory różnicowe (liniowe), czujniki podczerwieni, czujniki laserowe i tensometry oraz związane z nimi koszty zakupu i konserwacji, Zużycie energii i systemy pomiarowe do produktów elektronicznych i rozwoju oprogramowania.

Link do tego artykułu: Użyj stopu pamięci jako sterownika, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie bardzo małych przemieszczeń

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/,thanks!


Użyj stopu pamięci jako sterownika, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie bardzo małych przemieszczeńPTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi. Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100. Producent obróbki na dużą skalę toreb medycznych, świadcząc usługi projektowania 3D, prototypów i dostaw globalnych. Oferujemy również twarde etui, półtwarde pianki EVA, miękkie szyte etui, woreczki i wiele innych dla producentów OEM. Wszystkie etui są wykonane na zamówienie zgodnie ze specyfikacją z nieskończoną liczbą kombinacji materiały, formy, kieszenie, szlufki, zamki, uchwyty, logotypy i akcesoria. Odporne na wstrząsy, wodoodporne i przyjazne dla środowiska opcje. Części medyczne, reagowanie w sytuacjach awaryjnych, Części elektroniczne, korporacyjnym, edukacyjnym, wojskowym, ochroniarskim, sportowym, outdoorowym i budowlanym. Usługi obejmują konsultacje koncepcji przypadku, projektowanie 3D, prototypowanie, rototypowanie,Wiercenie CNC Usługi i produkcja.Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel. Zapraszamy do bezpośredniego kontaktu z nami ( [email protected] ).