Untersuchung unterschiedlicher Modelle zur Beschreibung von Formgedächtnisaktoren und Implementierung eines geeigneten Modells für einen intelligenten Aktor

Studienarbeit , 2003 , 52 Seiten , Note: 1,3

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Das Erinnerungsvermögen ist eine Fähigkeit, die nicht nur dem Menschen, sondern auch bestimmten Metallen (sog. Formgedächtnislegierung bzw. smart materials), zugeordnet werden kann. Diese intelligenten Werkstoffe verhelfen der Menschheit, aufgrund ihres großen Potentials, zur Entwicklung innovativer Produkte in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen (wie z.B. Medizintechnik, Automobiltechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Mikromechanik bzw. Mikroelektronik-Industrie, Robotik, usw.). In den letzten Jahren wächst das Interesse an dieser Erinnerungsfähigkeit besonders im Forschungsbereich. Der Erinnerungsprozess bezieht sich auf die thermoelastische Phasenumwandlung in der Gitterstruktur des Metalls. Eine deformierte Formgedächtnislegierung kann nach Temperaturänderung, durch Erinnern, ihre Ursprungsform zurückgewinnen.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Grundlagen
  • Formgedächtnislegierungen
    • Einführung und Geschichte
    • Formgedächtniseffekt
    • Nickel-Titan-Legierung
  • Matlab/Simulink
    • Einführung in Matlab und Simulink
    • S-Function
• Modellbildung
  • Wärmeaustausch-Modell
  • Formgedächtniseffekt-Modell
    • Das Tanaka-Modell
    • Das Liang-Modell
    • Das Brinson-Modell
• Modell-Implementierung und Simulation
  • FGE-Modellimplementierung
    • Transformation in der Strecke [d]
    • Transformatioin in der Strecke [t] und [A]
    • Transformation in der Strecke [A] und [M]
  • Das Formgedächtnis-Aktorsystem
    • Positionsregelung mit p-Regler
    • Positionsregelung mit Pl-Regler
• Zusammenfassung
• A Simulinkmodell
• B Materialkennwerte
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Studienarbeit befasst sich mit der Untersuchung verschiedener Modelle zur Beschreibung von Formgedächtnisaktoren und der Implementierung eines geeigneten Modells für einen intelligenten Aktor. Die Arbeit zielt darauf ab, ein tieferes Verständnis für die Funktionsweise von Formgedächtnisaktoren zu gewinnen und ein Modell zu entwickeln, das das Verhalten dieser Aktoren in Simulationsumgebungen realistisch abbildet.

• Formgedächtnislegierungen und deren Eigenschaften
• Mathematische Modellierung des Formgedächtniseffekts
• Implementierung und Simulation eines Formgedächtnisaktor-Modells in Matlab/Simulink
• Positionsregelung von Formgedächtnisaktoren
• Anwendung von Formgedächtnisaktoren in intelligenten Systemen

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung führt in das Thema Formgedächtnislegierungen ein und erläutert deren Bedeutung für die Entwicklung innovativer Produkte in verschiedenen Anwendungsbereichen. Die Arbeit konzentriert sich auf Nickel-Titan-Legierungen, die aufgrund ihrer ausgezeichneten Eigenschaften besonders relevant sind.

Das Kapitel "Grundlagen" behandelt die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen, insbesondere die Phasenumwandlungsphänomene und die damit verbundenen Formgedächtniseffekte. Es werden der thermische Memory-Effekt und der mechanische Memory-Effekt (Superelastizität) sowie die Eigenschaften von Nickel-Titan-Legierungen erläutert. Außerdem wird die Programmierungsumgebung Matlab/Simulink vorgestellt, die für die Modellierung und Simulation des Formgedächtniseffekts verwendet wird.

Im Kapitel "Modellbildung" werden verschiedene mathematische Modelle zur Beschreibung des Formgedächtniseffekts vorgestellt, darunter das Tanaka-Modell, das Liang-Modell und das Brinson-Modell. Jedes Modell hat seine eigenen Stärken und Schwächen und berücksichtigt unterschiedliche Aspekte des Formgedächtniseffekts. Das Brinson-Modell wird als das am besten geeignete Modell für die Implementierung in Matlab/Simulink ausgewählt, da es sowohl das quasiplastische Verhalten bei tiefen Temperaturen als auch das pseudoelastische Verhalten bei hohen Temperaturen beschreibt.

Das Kapitel "Modell-Implementierung und Simulation" beschreibt die Implementierung des Brinson-Modells in Matlab/Simulink. Es werden die verschiedenen Phasentransformationen, die im Brinson-Modell berücksichtigt werden, detailliert erläutert. Die Simulationen zeigen die verschiedenen Formgedächtniseffekte (Einwegeffekt, Zweiwegeffekt und Pseudoelastizität) und illustrieren das Verhalten des Formgedächtnisaktors unter verschiedenen Belastungs- und Temperaturbedingungen.

Im Kapitel "Das Formgedächtnis-Aktorsystem" wird die Positionsregelung des Formgedächtnisaktors mit Hilfe einer PID-Regelung untersucht. Die Simulationen zeigen, dass ein PI-Regler ein besseres Fiihrungsverhalten als ein P-Regler erzielt, obwohl das Aktorsystem stark nichtlinear und hysteresebehaftet ist.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Formgedächtnislegierungen, Formgedächtniseffekt, Nickel-Titan-Legierung, Modellbildung, Simulation, Matlab/Simulink, Brinson-Modell, Positionsregelung, PID-Regelung, intelligente Aktoren.

• Hochschule: Universität Duisburg-Essen (Institutf¨urMechatronikundSystemdynamik)
• Veranstaltung: Steuerung,RegelungundSystemdynamik
• Note: 1,3
• Autor: Kil-Nam Lee (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2003
• Seiten: 52
• Katalognummer: V58490
• ISBN (eBook): 9783638526623
• ISBN (Buch): 9783638752527
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Untersuchung, Modelle, Beschreibung, Formgedächtnisaktoren, Implementierung, Modells, Aktor, Steuerung, RegelungundSystemdynamik