【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于sma致动器控制，涉及一种形状记忆合金致动器的位移控制系统及方法。
技术介绍
1、sma是一种具有特殊功能的材料，其最显著的特性之一是通过可逆的马氏体相变实现形状的恢复，根据这一特性可将其应用于执行器件领域。相比于音圈马达、液压执行器件以及气动执行器件，sma致动器具有体积小、力值大、比功率高等优点，在微机电系统领域有广泛的应用前景。
2、目前大部分sma致动器，如sma阀门、sma解锁器，主要实现开与关的动作(类似于0或1动作的转换)，不要求精确的位移控制。随着摄像头光学防抖、自动聚焦等微机电系统对精确位移控制需求的不断增长，要求sma致动器不仅能够实现开与关的动作，而且要能够实现精确、快速的位移驱动响应。
3、sma致动器在执行过程中，其位移控制的关键在于控制sma材料中的马氏体相和奥氏体相的体积分数。通过对sma进行热传导、辐射或电流等方式加热以改变sma的温度，可以调节材料中的马氏体相和奥氏体相的体积分数，进而引起sma形状(如长度)发生变化并带动负载运动，这也是sma致动器实现位移控制的理论基础。然而在sma位移控制的实际操作过程中，难以原位地测量sma材料中的马氏体相和奥氏体相的体积分数，需要通过其他手段对sma致动器输出的当前位移进行测量以判断sma致动器是否将负载驱动到了预期的位置。因此，有研究人员开发出基于红外位移传感器、激光位移传感器、超声位移传感器等原理的sma位移控制反馈系统(如专利申请cn104678529a)，但这些外部传感器通常会增加系统的复杂性和制造成本，同时
4、sma材料中马氏体、奥氏体相体积分数与材料的电阻具有一定的对应关系，即在马氏体相变区间内，sma中马氏体相的体积分数越高，sma的电阻也越大。根据这一原理，可以通过测量sma的电阻实现驱动位移的实时自反馈。目前大部分sma致动器的位移控制方法(如专利申请us09388799b2、us08446475b2)都是将sma视为一个可变电阻，将sma与三个固定电阻组成惠斯通电桥，通过对惠斯通电桥电位的测量与放大以获得sma实时电阻的信息，再根据实时电阻信息调整施加到sma致动器上的驱动功率大小，但这种方法需要惠斯通电桥电路以及相应的信号放大电路，存在系统复杂的缺点。此外，sma致动器在升降温过程中位移响应存在滞后，为解决这个问题，专利申请us08446475b2公开了一种微型相机镜头致动装置，其中反馈信号为sma的电阻信号，该专利技术通过加热sma致动器控制其位移，同时将相机镜头对焦结果和电阻信号进行匹配，当相机执行对焦操作，sma致动器都从升温这一方向进行位移调控，以至于每次驱动都要将丝材温度降低到电阻最大值以下后重新加热，具有sma致动器响应行程长、速度慢的缺点。
5、针对以上问题，迫切需要改善sma致动器的位移控制系统及其方法，使其具有电路简单、响应迅速的优点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种形状记忆合金致动器的位移控制系统及方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种形状记忆合金致动器的位移控制系统，包括sma致动器、定值电阻、adc、mcu、mosfet、驱动电路板和电源；
4、adc、mcu、mosfet同时安装在驱动电路板上；电源用于输出恒压或恒流的电流，为驱动电路板供电，恒压或恒流的电流可以使反馈信号仅受sma致动器驱动位移的影响，电源输出的电压或电流大小根据实际应用需求调整；
5、mosfet用于输出pwm电流至sma致动器和定值电阻，定值电阻可以是滑动变阻器等类似器件，定值电阻的阻值根据sma致动器的阻值进行适配；
6、adc用于采集电压信号并转换为数字信号后发送至mcu，adc的采集点位于sma致动器和定值电阻中间，电压信号采集速度和adc模数转换的速度可调，可调参数影响电压信号转换为数字信号的效率和精度；
7、mcu用于对数字信号进行滤波处理获得反馈信号后，将反馈信号与预期信号进行实时对比，在反馈信号与预期信号不相等时调整mosfet输出的pwm电流，以使得反馈信号无限逼近于预期信号；预期信号为当sma致动器的位移量为预期值时理论上mcu应当获得的反馈信号，“sma致动器的位移量”与“mcu获得的反馈信号”之间存在对应关系，该对应关系是通过实验获得的，即通过缓慢升高mosfet输出的pwm电流提高sma致动器的温度，同时检测“mcu获得的反馈信号”，并由位移传感器实时采集“sma致动器的位移量”，最终获得对应关系，按此对应关系找到的“sma致动器的位移量预期值”对应的“mcu获得的反馈信号”即为“理论上mcu应当获得的反馈信号”。
8、本专利技术还提供采用如上所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，包括以下步骤：
9、(1)mcu调整mosfet输出的pwm电流至临界值，pwm电流小于临界值时，pwm电流施加到sma致动器后sma致动器不因相变产生位移，pwm电流大于临界值时，pwm电流施加到sma致动器后sma致动器因相变产生位移，只有当pwm电流等于临界值时，在此基础上继续升高mosfet输出的pwm电流，sma致动器才会升温相变收缩并产生位移；
10、(2)adc采集电压信号并转换为数字信号后发送至mcu；
11、(3)mcu对数字信号进行滤波处理获得反馈信号，滤波处理的目的是去除误差值以及pwm电流上下沿(即pwm方波电流的上升、下降边沿)过程中的非有效数据以获取可靠且有效的反馈信号；
12、(4)mcu判断反馈信号是否小于预期信号，如果是，则调整mosfet输出的pwm电流，返回步骤(2)；反之，则进入下一步；
13、当pwm电流从sma致动器流向定值电阻时，调整mosfet输出的pwm电流即升高mosfet输出的pwm电流；当pwm电流从定值电阻流向sma致动器时，调整mosfet输出的pwm电流即降低mosfet输出的pwm电流；
14、(5)mcu判断反馈信号是否等于预期信号，如果是，则不调整mosfet输出的pwm电流，返回步骤(2)；反之，则调整mosfet输出的pwm电流，返回步骤(2)；
15、当pwm电流从sma致动器流向定值电阻时，调整mosfet输出的pwm电流即降低mosfet输出的pwm电流；当pwm电流从定值电阻流向sma致动器时，调整mosfet输出的pwm电流即升高mosfet输出的pwm电流。
16、作为优选的技术方案：
17、如上所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，步骤(1)的过程即mcu控制mosfet在固定频率(例如1500hz)下在一定时间内逐渐升高占空比(例如在20s内控制占空比从0％升至100％)，实现电流逐渐增大，提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种形状记忆合金致动器的位移控制系统，其特征在于，包括SMA致动器、定值电阻、ADC、MCU、MOSFET、驱动电路板和电源；
2.采用如权利要求1所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：
4.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(3)中，滤波处理为限幅滤波、滑动平均滤波、中值滤波、加权平均滤波或算数平均滤波处理。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(3)具体如下：
6.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(4)和步骤(5)中，调整MOSFET输出的PWM电流时，PWM电流的频率保持不变，仅改变PWM电流的占空比。
7.采用如权利要求1所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于
8.采用如权利要求1所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.采用如权利要求1所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种形状记忆合金致动器的位移控制系统，其特征在于，包括sma致动器、定值电阻、adc、mcu、mosfet、驱动电路板和电源；
2.采用如权利要求1所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制系统的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：
4.根据权利要求2所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步骤(3)中，滤波处理为限幅滤波、滑动平均滤波、中值滤波、加权平均滤波或算数平均滤波处理。
5.根据权利要求4所述的一种形状记忆合金致动器的位移控制方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：左舜贵，孙国庆，彭乐朝，肖飞，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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