使用电阻变化来控制形状记忆合金致动器的方法技术

控制形状记忆合金致动器的方法使用在激活循环内由致动器展现的电阻的变化，更优选地使用其导数，来识别至少一个事件，以及基于所述事件产生响应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于控制SMA致动器的方法，且更具体地涉及使用电阻变化 (即，在激活循环内致动器内在的电阻变化)来控制SMA致动器的方法。
技术介绍
形状记忆合金(SMA)致动器通过将SMA材料加热到高于预定值的温度来激 活。这使得材料经受从马氏体到奥氏体状态的相变，其中，该材料收缩且在该过程中用 于做功。例如，SMA金属丝借助于通过该金属丝施加电流来电阻加热。该方法的问题 包括过热(即，施加高于激活所述金属丝所需的过量热能)和过载(即，例如通过阻止 功而施加大于SMA金属丝的推荐抗拉负载的应力负载)。更具体地，应当理解的是，过 热和过载可能引起较长的冷却时间，减少的系统响应带宽，在一些情况下损坏所述金属 丝。因而，期望具有控制金属丝激活以防止过热和过载的有效和稳固手段，且在致动器 的寿命内提供一致的输出和流线型激活。通常，各种外部传感器和/或机械装置(如，温度传感器)已经用于消除关于过 热、过载和/或输出变化/降级的问题。然而，这些设置增加了常规致动器的复杂性、 成本和包装要求。已经开发了监测绝对致动器电阻作为反馈的闭环控制，然而，由于易 受噪音和环境条件变化的影响，这些方法通常具有不准确问题。
技术实现思路
本专利技术通过提供基于在热激活循环内由致动器展现的电阻的内在变化来控制形 状记忆合金致动器的新式方法来解决这些问题。除了其它之外，本专利技术用于在循环期间 防止过热和过载，用于提供准确的反馈以更好地控制循环，用于在多个循环内提供一致 的输出。因而，本专利技术用于在致动器的寿命内保护SMA致动器以及由其驱动的装置或机 器的整体性。本专利技术总体上涉及自主控制形状记忆合金致动器的方法。所述方法包括将 激活信号施加到所述致动器；随时间监测致动器的电阻率，从而基于电阻变化产生返回 信号；基于预定事件定义来确定返回信号中的第一事件；以及在确定所述事件时产生响 应。因而，本专利技术还提供随时间更准确地监测电阻的方法。提出本专利技术的各个实施例，包括使用电阻信号的一阶导数和多阶导数来在识别 事件时改进准确性和可靠性；考虑外部输入或传感反馈来修改算法和/或补充信号；以 及使用事件识别来输入记录、启动或寻找另一事件、开始预定周期、或调整信号，从而 保持致动器位置或应变。本专利技术通过参考本专利技术的各个特征的以下详细说明和本文包括的示例更容易理解。 附图说明本专利技术的优选实施例在下文参考示例性比例的附图详细描述，在附图中图1是根据本专利技术优选实施例的控制系统的简图，所述控制系统形成电路且包 括电功率源；驱动地联接到负载的形状记忆合金致动器金属丝；控制器，所述控制 器在所述源和致动器之间且操作性地联接到致动器；以及连通地联接到控制器的监测装 置，从而给控制器提供反馈；以及图2是根据本专利技术优选实施例的控制形状记忆合金致动器的激活循环的方法的 流程图；图3是电阻变化信号及其一阶导数的曲线图，具体地示出了在正常激活期间的 波峰和波谷事件；图3a是电阻变化信号及其一阶导数的曲线图，具体地示出了在过载期间的波峰 和波谷事件；图4是根据本专利技术优选实施例的图1所示的系统的简图，其中，所述装置具有惠 斯通电桥设置；图4a是根据本专利技术优选实施例的图4所示的系统的简图，其中，热敏电阻功能 地设置在电桥的一个臂内；图4b是根据本专利技术优选实施例的图4所示的系统的简图，其中，SMA部段设置 在电桥的一个臂内；以及图5是根据本专利技术优选实施例的图1所示的系统的简图，其中，所述装置具有电 阻-电容电路。具体实施例方式优选实施例的以下说明本质上仅仅是示例性的，且绝不旨在限制本专利技术、其应 用或使用。如本文所述和所示，新式控制系统10适合用于形状记忆合金(SMA)致动器 (例如，金属丝)12;然而，借助于在激活期间产生电阻变化的其它热或电激活活性材料 使用系统10的益处当然也在本专利技术的范围内。在图1所示的示例性设置中，系统10包括驱动地联接到负载14的致动器金属 丝12，从而做有用机械功；能操作将激活信号选择性地传输给金属丝12的功率源16、操 作点连接到源16和致动器金属丝12的控制器18 ；以及通信地联接到控制器18的监测装 置20。在下文进一步描述且在图1-5中示出系统10的各个实施例，包括用于更准确地测 量金属丝12内的电阻变化的差分装置20、和由控制器18执行的算法。如本文使用的， 术语“金属丝”不是限制性的，而应当包括具有抗拉负载强度/应变能力的其它类似几 何配置，例如缆线、束、编织物、绳索、条、链和其它元件。形状记忆合金(SMA)通常指的是一组金属材料，其在经受合适的热激励时能够 恢复某些之前限定的形状或尺寸。形状记忆合金能经受相变，其中它们的屈服强度、硬 度、尺寸和/或形状随温度而改变。术语“屈服强度”指的是材料展现距应力和应变比 发生特定偏离时的应力。一般来说，在低温或在马氏体相时，形状记忆合金能够发生伪 塑性变形，且在暴露给一定高温时将改变成奥氏体相或母相，从而回到它们变形前的形 状。仅在加热时展现这种形状记忆效应的材料称为具有单向形状记忆。在再次冷却时也 展现形状记忆的材料称为具有双向形状记忆性能。形状记忆合金存在几个与温度相关的不同相。这些相中最常用到的就是前面提到的所谓马氏体相和奥氏体相。在以下的描述中，马氏体相一般指的是更易发生变形的 低温相，而奥氏体相一般指的是更刚硬的高温相。当形状记忆合金处于马氏体相并被加 热时，其开始改变成奥氏体相。这种现象开始发生时的温度通常称为奥氏体起始温度 (As)，这种现象结束时的温度则称为奥氏体完成温度(Af)。当形状记忆合金处于奥氏体相并被冷却时，其开始改变成马氏体相，这种现象 开始发生时的温度通常称为马氏体起始温度(Ms)。奥氏体完成转变成马氏体时的温度 则称为马氏体完成温度(Mf)。一般来说，形状记忆合金在马氏体相较软、较容易发生变 形，而在奥氏体相较硬、更刚性且更刚硬。由上可知，适合用于形状记忆合金的激活信 号是具有在马氏体和奥氏体相之间引起转变的大小的热激活信号。取决于合金成分和工艺过程，形状记忆合金可以具有单向形状记忆效应、内在 的双向效应、或外在的双向形状记忆效应。退火处理的形状记忆合金一般只具有单向的 形状记忆效应。对低温变形之后的形状记忆材料进行充分加热将导致马氏体向奥氏体的 转变类型，而材料将恢复到初始的退火后的形状。然而，单向的形状记忆效应只能在加 热时看到。包括具有单向记忆效应的形状记忆合金成分的活性材料无法自动重新成形， 可能需要外部的机械力来使其重新形成形状。内在的双向形状记忆材料和外在的双向形状记忆材料的特征在于，既可以在从 马氏体相加热为奥氏体相时发生形状改变，同时也可以在从奥氏体相冷却回到马氏体相 时发生附加形状改变。具有内在的形状记忆效应的活性材料是由会使活性材料由于上述 提及的相变而自动重新成形的形状记忆合金成分制成。内在的双向形状记忆特性必须通 过工艺过程引入形状记忆材料。这些工艺过程包括在马氏体相时的材料极限变形，在约 束或载荷条件下的加热冷却处理，诸如激光退火、抛光或喷丸加工的表面改性。一旦材 料被训练具有了双向形状记忆效应，那么这种高低温状态之间的形状变化通常是可逆的 并且在经过很多个热循环后仍然能保持有效。相比而言，具有外在的双向形状记忆效应 的活性材料是将具有单向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主控制具有致动器长度的形状记忆合金致动器的方法，所述方法包括：　　ａ．将激活信号施加到所述致动器；　　ｂ．随时间监测致动器的电阻率，从而基于电阻变化产生返回信号；　　ｃ．基于预定事件定义来确定返回信号中的第一事件；以及　　ｄ．在确定所述事件时产生响应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-5-8 61/0513511.一种自主控制具有致动器长度的形状记忆合金致动器的方法，所述方法包括a.将激活信号施加到所述致动器；b.随时间监测致动器的电阻率，从而基于电阻变化产生返回信号；c.基于预定事件定义来确定返回信号中的第一事件；以及d.在确定所述事件时产生响应。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)和C)还包括以下步骤确定返回信号 的一阶导数；以及基于该导数确定事件。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤b)和C)还包括以下步骤确定返回信号 的多阶导数；以及基于该多阶导数确定事件。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤C)还包括以下步骤将返回信号与历史 信号进行比较以确定事件。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)还包括以下步骤使用具有多个臂的 惠斯通电桥设置来监测电阻，从而检测非空值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，具有小于致动器长度的部段长度的形状记忆合 金部段设置在至少一个臂中，且步骤b)还包括以下步骤搜索查询表以提供温度补偿。7.根据权利要求5所述的方法，其中，至少一个热敏电阻、热线或电致伸缩元件功能 地设置在至少一个臂中，从而分别提供温度或负载补偿。8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)还包括以下步骤将致动器连接到RC 电路且通过寻找电路的截止频率并搜索查询表来监测电阻，从而提供温度补偿。9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)还包括以下步骤将致动器连接到RC 电路，所述RC电路包括并联连接到致动器的电容；以及通过建立预定电压并测量电容的 充电/放电时间来监测电阻。10.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：GA埃雷拉，GP麦奈特，X高，NL约翰逊，N曼凯姆，AL布朗，NW平托，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US