基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法技术

一种基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法，属于软体驱动控制领域，基于形状记忆合金变刚度控制系统和关节运动控制系统实现。首先，通过Bang‑Bang控制器，计算形状记忆合金的输入电流。其次，在形状记忆合金的相变过程中，以马氏体体分数ξ描述形状记忆合金相变程度，由Brinsion本构模型计算形状以及合金的应力σ。再次，利用输出方程和应力σ计算整个变刚度系统的输出力F

【技术实现步骤摘要】
基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法
本专利技术属于软体驱动控制领域，涉及一种基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法。
技术介绍
随着现代战争、医疗对增强、恢复受试群体运动能力的需求不断提升，变刚度关节逐渐成为研究热点。基于形状记忆合金(简称SMA)的变刚度关节可以有效减轻外骨骼重量，提高关节的机动性。所以构建基于SMA的变刚度关节控制系统具备极大的现实意义。基于经典控制理论的SMA控制方法，其特点主要是简单。但是SMA相变特性是非线性和时变的，其相变参数也很难获取，导致当SMA的外界条件发生改变时，经典线性控制理论的控制方法控制性能急剧下降。本文提出以精确建模的方式进行形状记忆合金变刚度控制，更加适合SMA这种非线性时变模型系统。并结合传统电机，控制整体变刚度关节。
技术实现思路
为了克服SMA相变过程中的非线性与迟滞性，本专利技术要解决的技术问题是提供一种形状记忆合金控制方法，降低控制系统对环境的高敏感性，提高系统的动态性能。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种基于形状记忆合金的变刚度关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法，其特征在于，所述变刚度关节控制方法基于形状记忆合金变刚度控制系统和关节运动控制系统实现；包括以下步骤：/n第一步，根据形状记忆合金变刚度主动元的实际输出力与形状记忆合金变刚度主动元的设置输入力的差值，通过Bang-Bang控制器，计算形状记忆合金的输入电流；上述表述力的差值与输入的实际电流的关系为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金的变刚度关节控制方法，其特征在于，所述变刚度关节控制方法基于形状记忆合金变刚度控制系统和关节运动控制系统实现；包括以下步骤：
第一步，根据形状记忆合金变刚度主动元的实际输出力与形状记忆合金变刚度主动元的设置输入力的差值，通过Bang-Bang控制器，计算形状记忆合金的输入电流；上述表述力的差值与输入的实际电流的关系为：



其中，Fc为力误差，是实际输出力与形状记忆合金变刚度主动元的设置输入力的差值；I为输入的等效电流；Imax为系统的最大电流；
第二步，在形状记忆合金的相变过程中，以马氏体体分数ξ描述形状记忆合金相变程度；所述马氏体体分数ξ由温度引起的马氏体体积分数ξT和由应力引起的马氏体体积分数ξs求和所得，既ξ＝ξs+ξT；系统通过构建相变动力学模型，求解温度引起的马氏体体积分数ξT和由应力引起的马氏体体积分数ξs；系统的相变动力学模型在不同温度、应力下不尽相同：
当温度高于As低于Af时，系统向奥氏体开始转化，由温度引起的马氏体体积分数为由应力引起的马氏体体积分数为：式中，为有温度引起的马氏体体积分数的初始值，为有应力引起的马氏体体积分数的初始值，CA为奥氏体相变斜率；aA为中间参数；σ为形状记忆合金的应力；定义系统的温度范围为：Af为向奥氏体相变结束温度；As为向奥氏体相变开始温度；
当温度低于Ms大于Mf时，系统开始向马氏体转化，由应力引起的马氏体体积分数为由温度引起的马氏体体积分数为式中，σs为形状记忆合金向马氏体转化的最小临界压力；σf为形状记忆合金向马氏体转化的最大临界压力；为了计算简便此处定义CM马氏体相变斜率；T为形状记忆合金温度，系统的温度范围为：Ms为向马氏体相变开始温度，Mf表示向马氏体相变结...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬，杜宇，丛明，张佳琦，杨劲松，
申请(专利权)人：大连理工大学，大连大华中天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21