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
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Formgedächtnislegierungen
- 2.1.1 Einführung und Geschichte.
- 2.1.2 Formgedächtniseffekt
- 2.1.3 Nickel-Titan-Legierung
- 2.2 Matlab/Simulink
- 2.2.1 Einführung in Matlab und Simulink
- 2.2.2 S-Function
- 2.1 Formgedächtnislegierungen
- 3 Modellbildung
- 3.1 Wärmeaustausch-Modell
- 3.2 Formgedächtniseffekt-Modell
- 3.2.1 Das Tanaka-Modell
- 3.2.2 Das Liang-Modell
- 3.2.3 Das Brinson-Modell.
- 4 Modell-Implementierung und Simulation
- 4.1 FGE-Modellimplementierung.
- 4.1.1 Transformation in der Strecke [d]
- 4.1.2 Transformatioin in der Strecke [t] und [A]
- 4.1.3 Transformation in der Strecke [A] und [M]
- 4.2 Das Formgedächtnis-Aktorsystem
- 4.2.1 Positionsregelung mit P-Regler
- 4.2.2 Positionsregelung mit PI-Regler
- 4.1 FGE-Modellimplementierung.
- 5 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit befasst sich mit der Untersuchung verschiedener Modelle zur Beschreibung von Formgedächtnisaktoren. Ziel ist es, ein geeignetes Modell für einen intelligenten Aktor zu implementieren und dessen Verhalten in Simulationen zu analysieren.
- Modellierung von Formgedächtnislegierungen
- Vergleich verschiedener Modellansätze (Tanaka, Liang, Brinson)
- Implementierung eines ausgewählten Modells in Simulink
- Simulation des Verhaltens eines Formgedächtnisaktors
- Regelung des Aktors mit P- und PI-Reglern
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1: Einleitung - Dieses Kapitel führt in die Thematik der Formgedächtnisaktoren ein und erläutert die Relevanz dieser Technologie. Die Problemstellung wird definiert und die Zielsetzung der Arbeit wird vorgestellt.
Kapitel 2: Grundlagen - Kapitel 2 stellt die grundlegenden Konzepte von Formgedächtnislegierungen vor. Es werden die Geschichte, der Formgedächtniseffekt und die Nickel-Titan-Legierung als typische Vertreter dieser Materialklasse behandelt. Weiterhin wird eine Einführung in die Softwaretools Matlab und Simulink gegeben.
Kapitel 3: Modellbildung - In diesem Kapitel werden verschiedene Modelle zur Beschreibung des Wärmeaustausches und des Formgedächtniseffektes vorgestellt. Es werden die Modelle von Tanaka, Liang und Brinson diskutiert und deren Stärken und Schwächen gegenübergestellt.
Kapitel 4: Modell-Implementierung und Simulation - Kapitel 4 befasst sich mit der Implementierung des gewählten Formgedächtnis-Modells in Simulink. Die Simulation des Aktorsystems wird durchgeführt und die Ergebnisse der Positionsregelung mit P- und PI-Reglern werden analysiert.
Schlüsselwörter
Formgedächtnislegierung, Formgedächtniseffekt, Nickel-Titan-Legierung, Modellbildung, Simulink, Wärmeaustausch, Tanaka-Modell, Liang-Modell, Brinson-Modell, Positionsregelung, P-Regler, PI-Regler
- Arbeit zitieren
- Kil-Nam Lee (Autor:in), 2003, Untersuchung unterschiedlicher Modelle zur Beschreibung von Formgedächtnisaktoren und Implementierung eines geeigneten Modells für einen intelligenten Aktor, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/58490
