Actuatori pe bază de aliaje cu memoria formei

1. Notiuni generale

Principalii parametri de intrare, de iesire si care caracterizeaza starea unui actuator pe baza de aliaje cu memoria formei sunt prezentatiin figura 1, in care:

- sunt caracteristicile de material ale elementelor active din aliaj cu memoria formei (cum ar fi compozitia chimica, caracteristicile mecanice si electrice, marimea efectului de memorare);

- sunt caracteristicile lor geometrice (forma, lungimea, sectiunea);

- sunt parametri specifici structurii mecanice asociate actuatorului;

- sunt parametrii specifici procesului de incalzire;

- sunt parametrii specifici procesului de racire.

In functie de acesti parametri de intrare, elementele active sunt in una din starile caracterizate prin anumite valori ale parametrilor de stare (de exemplu starea de tensiuni, rezistivitatea electrica, temperatura instantanee). Prin am notat parametrii de iesire ai actuatorului (cursa liniara sau unghiulara, forta sau cuplul dezvoltate si frecventa ciclurilor de lucru).

Fig. 1

Pentru aplicatii in domeniul mecatronicii prezinta interes actuatorii electrici pe baza de aliaje cu memoria formei. Proiectarea lor reprezinta un proces complex ce presupune proiectarea componentelor din structura unui sistem de actionare de acest fel, prezentate in Figura 2.

Fig. 2

1.1 Sistemul de comanda si control

Prima functie a sistemului de comanda si control consta in dirijarea fluxului de energie de la sistemul de alimentare catre elementele active din AMF, regland cand si cum actioneaza acestea. Aceasta functie poate fi materializata de circuite ca si cele din Figura 3:

- a) - circuit pentru controlul manual;

- b) - circuit de control in bucla deschisa cu activare / dezactivare controlate automat;

- c) - circuit de control in bucla inchisa.

Atat in cazul controlului in bucla deschisa cat si celui cu feedback, controlul actuatorilor pe baza de aliaje cu memoria formei este mult mai simplu decat controlul elementelor de executie conventionale deoarece elementele active combina functia de actionare cu cea de transmisie si cu cea de traductor. Pentru aplicatiile mai pretentioase, buclele de reactie bazate pe variatia unor variabile de stare sunt completate cu feedback-ul dat de traductorii de pozitie si / sau de forta.

Cea de-a doua functie a sistemului de comanda si control consta in limitarea puterii transmise elementelor active din aliaje cu memoria formei, protejandu-le astfel la supraincalzire, fenomen ce ar putea determina pierderea partiala sau totala a efectului de memorare a formei. Aceasta functie poate fi materializata de circuite ca cele din Figura 4:

- a) - circuit cu reglare pasiva a intensitatii I a curentului ce strabate elementul activ prin rezistenta R fixa sau prin alt component ce disipa puterea in exces;

- b) - circuit cu reglare activa a curentului, care asigura constanta intensitatea curentului indiferent de lungimea (si deci de rezistenta) elementului activ;

- c) - circuit cu impulsuri modulare in latime (PWM), ce asigura utilizarea cea mai eficienta a energiei de alimentare.