Sensorlose Regelung von Formgedächtnisaktuatoren

Sogenannte „aktive“ Materialien können in Verbindung mit geeigneten Regelungs- und Signalverarbeitungsstrategien als getriebe- und sensorlose, sehr kompakte und geräuschfreie Antriebe verwendet werden. Dies liegt daran, dass aktive Materialien aktuatorische und sensorische Eigenschaften vereinen.

Ein Beispiel für aktive Materialien sind thermisch aktivierte Formgedächtnislegierungen (FGL), wie zum Beispiel NiTi. Werden diese erhitzt, so ändert sich die Struktur des Kristallgitters. Dies führt äußerlich zu einer Kontraktion des Aktuators. Beim anschließenden Abkühlen elongiert der Aktuator wieder. Daher werden FGL-Drähte auch „metallene Muskeln“ genannt. Es können Längenänderungen von ca. 5% bei mehreren hunderttausend Lastzyklen realisiert werden.

In mechatronischen Anwendungen werden FGL-Aktuatoren durch Einprägen eines elektrischen Stroms angesteuert. Infolge der Gestalt-, Gitter- und Temperaturänderung ändert sich der elektrische Widerstand des Aktuators, wodurch Rückschlüsse auf dessen Auslenkung möglich sind.

Am Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik werden in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme modellbasierte Verfahren zur robusten Trajektorienfolgeregelung von FGL-Aktuatoren auf der Grundlage thermodynamisch motivierter Materialmodelle entwickelt und praktisch erprobt. Um einen sensorlosen Betrieb zu ermöglichen, werden darüber hinaus echtzeitfähige Algorithmen zur Rekonstruktion der Aktuatorposition aus dem elektrischen Widerstand erarbeitet.

(im Zusammenhang mit Formgedächtnisaktuatoren siehe auch bionische Roboter)