آمار
| تعداد نشریات | 36 |
| تعداد شماره‌ها | 1,192 |
| تعداد مقالات | 8,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,988,711 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,032,562 |
کنترل فازی-PID مکانیزم‌هایی با عملگرهای متضاد از جنس آلیاژ حافظه‌دار | ||
| مکانیک هوافضا | ||
| مقاله 7، دوره 18، شماره 2 - شماره پیاپی 68، مرداد 1401، صفحه 97-108 اصل مقاله (1.61 M) | ||
| نوع مقاله: گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل | ||
| نویسندگان | ||
| حسین چهاردولی* 1؛ احسان شفیعی2؛ محمد اقتصاد3 | ||
| 1نویسنده مسئول: استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آیت‌الله بروجردی، لرستان، ایران | ||
| 2کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران | ||
| 3استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 21 آذر 1400، تاریخ بازنگری: 24 دی 1400، تاریخ پذیرش: 09 اسفند 1400 | ||
| چکیده | ||
| آلیاژهای حافظه‌دار دسته‌ای از مواد هوشمند با خاصیت منحصر بفرد حافظه‌شکلی هستند. خاصیت حافظه شکلی این مواد قابلیتی جالب برای کاربرد به‌عنوان عملگر در مکانیزم‌های مختلف ایجاد می‌نماید. این مواد قابلیت بازیابی طول اولیه با اعمال فرآیندهای حرارتی را دارا می‌باشند. در این مقاله، به کنترل فازی-PID یک ساختار متضاد با عملگرهایی از جنس سیم آلیاژ حافظه‌دار پرداخته می‌شود. مدل برینسون به همراه شرایط تبدیل فاز الهی‌نیا برای توصیف معادلات انتقال فاز از مارتنزیت به آستنیت و بالعکس استفاده می‌شود. با ترکیب قانون دوم نیوتن، مدل تبدیل فاز، مدل انتقال حرارت و مدل کرنش سیم، معادلات دیفرانسیلی حاکم بر رفتار مکانیزم مزبور استخراج می‌گردد. به واسطه دینامیک به‌شدت غیرخطی و پدیده هیسترزیس این مواد، کنترلر غیرمدل‌مبنای فازی– PID برای کنترل موقعیت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. قوانین فازی به‌گونه‌ای تعریف می‌گردند که ضرایب تناسبی، مشتق‌گیر و انتگرالی متناسب با خروجی سیستم به‌روزرسانی شوند. نتایج این تحقیق به هر دو صورت تئوری و عملی مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت. نشان داده خواهد شد که تحت کنترلر ارائه شده، خطای تعقیب نسبت به سیگنال مرجع بصورت نمایی به صفر میل خواهد کرد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آلیاژ حافظه‌دار؛ تبدیل فاز؛ ساختار متضاد؛ مدل برینسون؛ کنترل فازی-PID | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Fuzzy-PID Control of Mechanisms with Contrary Shape Memory Alloy Actuators | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Hossein Chehardoli1؛ Ehsan Shafie2؛ Mohammad Eghtesad3 | ||
| 1Corresponding author: Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Ayatollah Boroujerdi University, Lorestan, Iran | ||
| 2MSc, Faculty of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran | ||
| 3Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Shape memory alloys (SMAs) are a special kind of smart materials with an intrinsic shape memory effect. This characteristic brings up SMAs as an actuator in dynamical mechanisms. These materials can recover their initial length under special thermal operations. This paper deals with fuzzy-PID control of contrary mechanisms actuating with a pair of SMA wires. The Brinson model combining with the Elahinia’s conditions are employed to describe the phase transformation models. By combining the Newton second law, transformation models, heat transfer and strain relations, the governing equations of the contrary mechanism is derived. Due to nonlinear behavior of SMA actuators, the non-model-based controllers are preferred compared with the model-based ones. Therefore, the fuzzy-PID control method is employed to control the position of the closed-loop system. The fuzzy rules are defined such that the coefficients of the PID controller are tuned according to the system response. Both numerical and experimental results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach. It will be shown that under the proposed method, the tracking error will converge to zero asymptotically. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Shape memory alloy, Phase transformation models, Contrary mechanisms, Brinson model, Fuzzy-PID controller | ||
| مراجع | ||
|
[1] Lecce L. Shape memory alloy engineering: for aerospace, structural and biomedical applications: Elsevier; 2014.## [2] Sun Q, Matsui R, Takeda K, Pieczyska EA. Advances in shape memory materials2017.## [3] Cismasiu C. Shape memory alloys: BoD–Books on Demand; 2010.## [4] Lee S-H, Kim S-W. Improved position control of shape memory alloy actuator using the self-sensing model. Sensors and Actuators A: Physical. 2019;297:184-93.## [5] de Sousa VC, Junior CDM, Elahinia M. Aeroelastic behavior of a typical section with shape memory alloy springs: Modeling nonhomogeneous distribution of state variables. Applied Mathematical Modelling. 2017;52:404-16.## [6] Kumari S, Abhishek K. Study of machinability aspects of shape memory alloys: A critical review. Materials Today: Proceedings. 2020;44(1):1336-43.## [7] Hamilton RF, Bimber BA, Andani MT, Elahinia M. Multi-scale shape memory effect recovery in NiTi alloys additive manufactured by selective laser melting and laser directed energy deposition. Journal of Materials Processing Technology. 2017;250(3):55-64.## [8] Nematollahi M, Safaei K, Bayati P, Elahinia M. Functionally graded NiTi shape memory alloy: Selective laser melting fabrication and multi-scale characterization. Materials Letters. 2021;292(4):263-71.## [9] Shirani M, Andani MT, Kadkhodaei M, Elahinia M. Effect of loading history on phase transition and martensitic detwinning in shape memory alloys: limitations of current approaches and development of a 1D constitutive model. Journal of Alloys and Compounds. 2017;729:390-406.## [10] Cortez-Vega R, Chairez I, Luviano-Juarez A, Lozada-Castillo N, Feliu-Batlle V. Multi-link endoscopic manipulator robot actuated by shape memory alloys spring actuators controlled by a sliding mode. ISA transactions. 2020.## [11] Hu R, Gao F, Zhang Y, Deng H, editors. Force tracking Fuzzy Control of a shape memory alloy actuator. 2016 IEEE Advanced Information Management, Communicates, Electronic and Automation Control Conference (IMCEC); 2016: IEEE.## [12] Williams EA, Shaw G, Elahinia M. Control of an automotive shape memory alloy mirror actuator. Mechatronics. 2010;20(5):527-34.## [13] Gómez-Cortés J, Fuster V, Pérez-Cerrato M, Lorenzo P, Ruiz-Larrea I, Breczewski T, et al. Superelastic damping at nanoscale in ternary and quaternary Cu-based shape memory alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2021;883:714-22.## [14] Elahinia MH. Shape memory alloy actuators: design, fabrication, and experimental evaluation: John Wiley & Sons; 2016.## [15] Abuzied H, Abbas A, Awad M, Senbel H. Usage of shape memory alloy actuators for large force active disassembly applications. Heliyon. 2020;6(8):388-96.## [16] Lipscomb IP, Nokes LD. The application of shape memory alloys in medicine: Wiley-Blackwell; 1996.## [17] Malik V, Srivastava S, Gupta S, Sharma V, Vishnoi M, Mamatha T. A novel review on shape memory alloy and their applications in extraterrestrial roving missions. Materials Today: Proceedings. 2021;44(6):4961-5.## [18] Abdullah E, Gaikwad P, Azid N, Majid DA, Rafie AM. Temperature and strain feedback control for shape memory alloy actuated composite plate. Sensors and Actuators A: Physical. 2018;283:134-40.## [19] Liu M, Zhao Z, Hao L. Prescribed performance model-free adaptive sliding mode control of a shape memory alloy actuated system. ISA transactions. 2021.## [20] Yu Y, Zhang C, Wang Y, Zhou M. Neural network-based iterative learning control for hysteresis in magnetic shape memory alloy actuator. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2021.## [21] Wiest JH, Buckner GD. Path optimization and control of a shape memory alloy actuated catheter for endocardial radiofrequency ablation. Robotics and autonomous systems. 2015;65:88-97.## [22] Sunjai NS, Josephine SRD, Dhanalakshmi K. Design and experimental evaluation of higher order sliding mode control for vibration suppression of shape memory alloy actuated structure. IFAC Proceedings Volumes. 2014;47(1):1061-6.## [23] Son NN, Anh HPH. Adaptive displacement online control of shape memory alloys actuator based on neural networks and hybrid differential evolution algorithm. Neurocomputing. 2015;166:464-74.## [24] Brinson L, Huang M. Simplifications and comparisons of shape memory alloy constitutive models. Journal of intelligent material systems and structures. 1996;7(1):108-14.## | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 142 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 178 |
||