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式滑动模式控制 机械系统驱动 通过对不同形状记忆合金 Ashrafiuon侯赛因全身心地投入 雷迪经营Jala印度 机械工程、外事 Unidersity官, 官、PA 19085 本文提出一种基于滑模控制律为机械系统, 使用形状记忆合金(SMAs)作为执行机构。该系统在考虑中 被认为是完全驱动的,并且为代表的无约束的运动微分方程。 一个系统模型计算模型相结合的运动微分方程SMA的热量 对流、本构关系、相变方程,占总数的滞后性。 介绍了使用的控制规律是渐近稳定的二阶滑动 表面。保证鲁棒性是通过加入建模中不确定性 控制器的发展。开发的控制规律是假设只有职位提供 为测量。获得州,其中包括速度和SMA的温度 估计和重音,使用扩展卡尔曼滤波器 非线性系统模型。控制律法是应用于three-link平面机器人 位置控制问题。模拟结果与试验结果有较好的一致性 验证了控制律具有较强的鲁棒性,尽管显著非线性建模不确定。 1介绍 　　形状记忆合金SMAs由一组金属 材料。演示返回一些原本能力 当遇到明确的形状或大小适当的热 程序。形状记忆效应的发生,是因为一个温度 和应力依赖的转变,在材料的晶体结构 在两个不同阶段称为马氏体及奥氏体。 马氏体、低温阶段,合金质软而 奥氏体、高温阶段,是相对僵硬。这 改变这种情况会发生在你SMA的水晶的结构,在 形状记忆效应,而不是一thermodynamically可逆过程。 此外,能量耗散由于内部的摩擦 结果在温度滞后性。 　　形状记忆合金是能干的大位移决策提供了科学依据 他们适合机械执行机构1—2次。有两 类别的SMA致动器。偏置式单向执行机构 由一个SMA元素和一种偏见的春天。在双向 微分型执行机构是由两个SMA的元素。这 微分型执行机构的优势更加容易和快速地 偏置式执行机构控制;而需要更少的电力,使 他们更可取的内部动力装置。偏置式 执行机构会很慢要是有一种超调因此需要 冷却和工作的偏见的泉水反向驱动。 　　对形状记忆合金的力学行为与微观是密切相关的 马氏体及奥氏体相变之间 不同的发展阶段。本构关系不仅是应力-应变为基础的 并且必须包括相变传热特性 3 - 5。此外,滞环是一个主要障碍 闭环稳定性和性能。这导致了具有很重要的意义 在宏模型不确定性对形状记忆合金执行器和坚持不懈 缺乏浩浩荡荡地适用、健壮、精确的运动 控制。 　在对照组中地区,研究人员探究了线性控制器 以及脉冲宽度调制;最佳控制、模糊逻辑推理, 和变结构滑模控制方法(6 - 18。 在这些人之中,滑模控制11-18已显示出良好的 结果由于显著非线性、参数不确定性和传感器故障 在SMA模型。但是,大部分这类方法 应用程序的详细和/或缺乏严谨的稳定性证明。 　在这部作品中,我们提出一个渐近稳定的滑动模式 对于一般multidegree-of-freedom控制律自由度机械 系统,它可以表示为无约束方程 18岁的运动。控制律是基于系统模型, 其中包括耦合运动方程为每个自由度的吗 机械系统和本构关系、对流换热系数,和 相变方程为每个SMA致动器。控制 由于引进了律法推导出了系统渐近稳定的线性 二阶滑模平面的角度为每个自由度的位置 跟踪误差和证明标准的滑模控制方法 19岁。由于大多数SMA致动器是由导线或 弹簧在订的100米直径、温度和压力造成的 测量并不总是随叫随到。一个扩展卡尔曼 介绍了过滤FKH SMA的温度和估计 应力以及系统的速度,假设唯一的测量 州的位置变量20。其次,控制律 应用于three-link平面机器人手臂的组合所驱动的 SMA致动器和一个两种伺服电机驱动的。模拟进行 来表明该控制器能够准确地定位 双方机器人在加热和冷却过程,因此 能处理SMA的滞后性。设计了一个实验装置提出了展望 那里的控制器性能测试。实验 与仿真结果进行了对比,并有较好的一致性。 2　SMA驱动系统建模 　我们的模型一SMA驱动机械系统包含它 动力学、SMA本构关系,SMA相变 模型,SMA的对流传热,由于电加热 和自然冷却。美国模型中使用的位置, SMA应力、流速、温度和SMA丝。 　2.1系统动力学。的运动方程的一种n自由度 写在机械系统可以按照它的位置 q =
q1 . . . qnT 当是质量矩阵,就是原力向量, 致动器的力量,并且是SMA应力矢量。 011010-2 /卷,2009年1月131　　　　　　　　　　　交易的ASME 2011年3月11日,6下载。 经许可或再分配;看到ASME /terms/Terms_Use.cfm版权 第2.2条本构法。SMA本构模型的 3 - 5个州中应力变化的速率取决于˙明确 不仅对应变率˙而且相变 速度和马氏体分数˙率很小的程度 T˙温度变化时: 哪里是D,TRnn对角线的正定矩阵的 杨氏模和热膨胀因素,Rn