[发明专利]使用电阻变化来控制形状记忆合金致动器的方法有效
申请号: | 200980116470.1 | 申请日: | 2009-05-08 |
公开(公告)号: | CN102016308A | 公开(公告)日: | 2011-04-13 |
发明(设计)人: | G·A·埃雷拉;G·P·麦奈特;X·高;N·L·约翰逊;N·曼凯姆;A·L·布朗;N·W·平托 | 申请(专利权)人: | 通用汽车环球科技运作公司 |
主分类号: | F03G7/06 | 分类号: | F03G7/06;F16K31/02 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 董均华 |
地址: | 美国密*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 使用 电阻 变化 控制 形状 记忆 合金 致动器 方法 | ||
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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,本发明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,本发明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。
本发明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,本发明还提供随时间更准确地监测电阻的方法。
提出本发明的各个实施例,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。
本发明通过参考本发明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
本发明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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明优选实施例的图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是根据本发明优选实施例的图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是根据本发明优选实施例的图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是根据本发明优选实施例的图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,且绝不旨在限制本发明、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的益处当然也在本发明的范围内。
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。
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