Sterowanie rozmyte elementami wykonawczymi ze stopów z pamięcią kształtu

25.00 zł

Wraz ze zwiększającą się produkcją i zmniejszaniem się kosztów wytwarzania, materiały inteligentne wzbudzają coraz większe zainteresowanie w ośrodkach naukowych na całym świecie. Intensywnie poszukiwane są nowe dziedziny ich zastosowań.

 

Opis produktu

Współczesna technika stawia coraz większe wymagania materiałom konstrukcyjnym   a dotyczą one m.in.: niezawodności, większej wytrzymałości czy też poszukiwania nowych, nieznanych własności, które mogą poprawić parametry istniejących rozwiązań. Wychodząc naprzeciw tym wymaganiom stworzono grupę tzw. materiałów inteligentnych. Występujące w nich słowo „inteligencja” pochodzi od tego, że są one w stanie wykrywać zmiany parametrów środowiska i samoistnie adaptować się do niego przez wykonanie określonej pracy. Potrafią funkcjonować zarówno jako czujnik wykrywający zmianę, jak również być elementem wykonawczym. Jeżeli do tego dodamy możliwość zewnętrznego sterowania ich zachowaniem to uzyskamy w jednym prostym elemencie wiele funkcji realizowanych dotychczas jako pojedyncze funkcje przy użyciu kilku materiałów. Wymiernym efektem użycia inteligentnych materiałów jest znaczne uproszczenie dotychczasowych konstrukcji, co pociąga za sobą oczywiste korzyści ekonomiczne.

Wraz ze zwiększającą się produkcją i zmniejszaniem się kosztów wytwarzania, materiały inteligentne wzbudzają coraz większe zainteresowanie w ośrodkach naukowych na całym świecie. Intensywnie poszukiwane są nowe dziedziny ich zastosowań.

Celem niniejszej publikacji jest praktyczne wykorzystanie drutów (cięgien; ang. SMA wires) ze stopu z pamięcią kształtu (ang. Shape Memory Alloys – SMA) do zaprojektowania, zbudowania i sterownia liniowego napędu. Najczęściej pracują one w tzw. trybie pozycyjnym i noszą nazwę napędów pozycyjnych realizując precyzyjne przemieszczenie obiektu od punktu do punktu.

Druty SMA są stosowane w sterowaniu najczęściej, jako element dwustanowy. Autor niniejszej pracy podjął się zrealizowania sterowania przemieszczeniem pozycyjnym takiego drutu, czyli zbudowania liniowego napędu pozycyjnego. Będzie się on składał z kilku drutów przystosowanych do pracy w dwóch kierunkach oraz regulatora.

Termin napęd liniowy jest w rozprawie używany zamiennie z nazwą siłownik lub aktuator. Polska Norma PN-92/M42011 definiuje siłownik elektryczny liniowy, jako element wykonawczy w układzie sterowania, napędzany silnikiem elektrycznym, przetwarzający energię elektryczną na mechaniczną, wykonujący ruch prostoliniowy. Obecnie nie tylko silnik elektryczny potrafi przetwarzać energie elektryczną w mechaniczną, ale także grupa materiałów inteligentnych, do których należą materiały z pamięcią kształtu. Siłownik zbudowany w oparciu o druty SMA charakteryzuje się jednym z największych w technice tzw. wskaźników wagowych (ang. weight ratio), który określa stosunek masy roboczej do własnej, co przekłada się na możliwość budowy miniaturowych urządzeń o bardzo dużej wydajności. Innymi cechami, które predysponują druty SMA do wykorzystania w budowie elementów wykonawczych jest stała siła generowana w całym zakresie pracy, brak hałasu, prostota konstrukcji, niezawodność oraz niskie koszty produkcji i eksploatacji.

Największą intensyfikację badań nad wykorzystaniem miniaturowych siłowników SMA można zauważyć w ośrodkach naukowych związanych z przemysłem lotniczym i kosmicznym. Wystarczy wspomnieć o badaniach w NASA, European Space Agency ESA lub firmie Boeing, gdzie szczególnie ważnie jest użycie niezawodnych siłowników o jak najmniejszej masie, rozmiarze i znaczącej mocy wyjściowej. Drugim obszarem, który jest szczególnie zainteresowany użyciem siłowników SMA jest medycyna oraz biotechnologia, nazywana także w języku angielskim Life Science, gdzie konstruktorom zależy na zamianie ciężkich, nieruchomych zestawów aparatury medycznej na lekkie i mobilne (niektóre modele siłowników SMA mają certyfikat pozwalający na współpracę z urządzeniami do obrazowania rezonansu magnetycznego MRI).

Książka zawiera dziewięć rozdziałów, które chronologicznie odzwierciedlają postępowania w pracach badawczych nad tego typu materiałami. Pierwszym etapem badań było zbudowanie stanowiska pomiarowego i przeprowadzenie badań wstępnych drutów SMA. Przebadano różne średnice drutów i ich zachowanie dla różnych sygnałów wymuszających przy różnych obciążeniach.

Badania podstawowe pozwoliły na zapoznanie się z możliwościami drutów SMA, co wraz z danymi z literatury pozwoliło na stworzenie kilku koncepcji rozwiązań siłowników SMA. Zaowocowało to ostatecznie zbudowaniem trzech różnych rodzajów prototypów liniowych napędów.

Mając zbudowane prototypy rozpoczęto badania nad doborem odpowiedniego regulatora sterującego przemieszczeniem. Spośród rozważanych propozycji wybrany został regulator rozmyty, który został zaimplementowany do sterownika PLC firmy Omron. Umożliwi to w przyszłości na szybką i łatwą emigrację z platformy PLC do  wbudowanego, dedykowanego mikroprocesora, jako miniaturowego elementu sterującego napędem liniowym, czyli układu mechatronicznego.

Książka powstała na bazie rozprawy doktorskiej dr inż. Ireneusza Dominika, zawarta w niej treść została wielokrotnie przedstawiona na konferencjach międzynarodowych, a przedstawione rozwiązania konstrukcyjne zostały opatentowane. Książka przeznaczona jest dla studentów uczelni technicznych o profilach: automatyka, mechanika, mechatronika i elektronika oraz dla wszystkich entuzjastów zastosowań nowych materiałów w technice.

Dodatkowe informacje

Tytuł Oryginalny

Sterowanie rozmyte elementami wykonawczymi ze stopów z pamięcią kształtu

Tytuł Ang.

Fuzzy logic control of shape memory alloy actuators

Autor

Ireneusz Dominik

Wydano

Kraków : DELTA J. A. JAGŁA cop. 2011

Stron

139

ISBN

978-83-62139-35-4