[发明专利]机敏结构振动主动控制的SMA交替驱动装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机敏结构主动控制的形状记忆合金（SMA）驱动装置和方法，尤其是对一种复合SMA驱动单元的机敏结构主动控制的驱动装置和方法。

背景技术

   随着航天技术的发展，大型柔性结构在航天器的构成与应用越来越多，如太阳能帆板、大型卫星天线、空间机械臂等，由于上述空间柔性结构需要在长期运行期间保证很高的运行精度，通常对振动环境有着极为严格的要求，而这类结构一般具有低刚度小阻尼，固有频率较低和模态密集的特征，同时太空环境又无外阻，因此极易受到扰动影响而发生振动，且使得绝大数常规振动控制方法难以达到控制要求。针对航空航天系统的性能要求和空间结构的振动特点，当前以智能材料结构概念实现振动主动控制，由于技术的高难度和重要的应用价值，获得了国内外相关领域科研人员的广泛重视，尤其以基于智能材料结构思想构建主动减振智能结构，实现结构的振动响应与噪声辐射的主动控制，形成振动控制领域的研究热点和最为活跃的一个方向，当前研究范围已涉及到军事与民用的诸多领域。

由智能材料构成的智能器件（如阻尼器、驱动器等）构造简单，调节驱动容易，耗能小，反应迅速，在结构振动控制中有广阔的应用前景。当前智能结构研究中广泛采用了形状记忆合金（shape memory alloy,简称SMA）、压电材料和磁致伸缩材料等机敏材料；其中，形状记忆合金以其特有的形状记忆、超弹性、大变位、高耗能、良好耐腐蚀及耐疲劳性能等独特优势，被认为是结构控制中最有前途的感知和驱动材料之一。

基于SMA的弹性模量随温度变化而改变的特性，可以实现对结构振动的主动控制；当前研究过程的基本思路，是将SMA机敏致动材料复合到结构中去，通过针对SMA的电流驱动和致热，并利用SMA机敏材料的形状记忆效应，以改变复合材料的力学特此和刚度，从而实现结构振动主动控制，由此SMA驱动源特性的优劣程度，很大程度上决定了振动控制的可行性和效率性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机敏结构主动控制的形状记忆合金（SMA）驱动装置和方法，对SMA驱动单元进行控制，实现其形状记忆、超弹性、大变位、高耗能、良好耐腐蚀及耐疲劳性能等独特优势，抑制热滞现象，提高SMA动态响应速度，达到抑振的效果。

一种机敏结构主动控制的SMA驱动装置，主要由固定支撑架构、安装有多路SMA驱动单元的实验模型结构、一块A/D数据采集卡、一台任意函数信号发生器、一台信号功率放大器、两台多路交替驱动恒流源、一套多组PZT传感器网络、一台激振器、多路电荷放大器、一台高性能计算机、一台数字示波器等组成。其特征在于所述计算机通过两台多路交替驱动恒流源连接多路形状记忆合金驱动单元，计算机带有采集卡并连接数字示波器，A/D数据采集卡通过多路电荷放大器连接多组PZT传感器网络，多组PZT传感网络粘贴在实验模型结构上，所述任意函数信号发生器经信号功率放大器和激振器连接，通过连杆与实验模型结构连接；通过两台多路交替驱动恒流源实现对多路形状记忆合金驱动单元不同控制策略的驱动；使用橡皮绳将安装有多路形状记忆合金驱动单元的实验模型吊装在固定支撑架构上；任意函数发生器发出的信号经功率放大器放大后输入激振器，激振器对模型结构施加激励；粘贴在模型结构上的多路PZT传感器网络检测到结构振动信号，经过多路电荷放大器调理，输出到以PIC接口连接到计算机的高速A/D采集卡，其后依照相应的控制策略控制多路交替驱动恒流源驱动多路形状记忆合金驱动单元工作，从而对实验模型产生控制作用力，实现对其结构振动响应的实时抵消，以达到主动消除或降低实验模型结构振动响应的目的。

为达到上述目的，实现多路交替驱动SMA的恒流源装置，本发明采用如下技术方案：