تخمین مقاوم ضریب سختی فنر در عملگر آلیاژ حافظه دارتوسط فیلتر کالمن توسعه یافته

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک ، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

در این مقاله ابتدا یک سیم‌ از جنس آلیاژ حافظه‌دار توسط مدل برینسون مدل‌سازی شده ‌است. با توجه به کارایی بالای مدل برینسون، این مدل به صورت جزئی در تمام نقاط صفحه دما-تنش مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه یک عملگر دارای آلیاژ حافظه‌دار که از ترکیب یک سیم آلیاژ حافظه‌دار با یک فنر خطی تشکیل شده، مدل‌سازی شده ‌است. از آنجا که در بسیاری از موارد، پارامترهای مختلف عملگرهای آلیاژ حافظه‌دار از قبیل ضریب سختی فنر در عملگر معرفی شده، نامشخص هستند و یا با تغییر شرایط تغییر می‌کنند، از یک فیلتر کالمن توسعه‌یافته جهت تخمین این پارامتر استفاده شده‌است. در این فیلتر باید حدس اولیه و کوواریانس خطای آن مشخص شود. اما از آن‌جا که این کوواریانس خطا به درستی قابل تعیین نیست، تاثیر عدم دقت کوواریانس خطای اولیه بر تخمین مورد بررسی قرار گرفته‌ است. همچنین با توجه به اینکه ممکن است در عمل فنر استفاده شده خطی نباشد، یک بار هم شبیه‌سازی با فنر غیر خطی انجام شده و تخمین با همان مدل فنر خطی صورت گرفته است. نتایج این تحلیل‌ها به خوبی نشان می‌دهد فیلتر کالمن توسعه یافته به خوبی قادر است پارمترهای ثابت و متغیر یک عملگر شامل آلیاژ حافظه‌دار را با دقت و سرعت بالا تخمین بزند. همچنین این تخمین‌ها نسبت به خطا در مدل و حدس اولیه به صورت مقاوم عمل می‌کنند.

کلیدواژه‌ها


[1] Duerig T, Melton K, Stockel D, Wayman C (1990) Engineering aspects of shape memory alloys. Butterworth- Heinemann Publishers, London.

[2] Tanaka K (1986) A thermomechanical sketch of shape memory effect: one dimensional tensile behavior. Res Mech18: 251-263.

[3] Liang C, Rogers CA (1990) One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory material. J Intel Mat Syst Str 1: 207-234.

[4] Sayyaadi H, Zakerzadeh MR, Salehi H (2012) A comparative analysis of some one-dimensional shape memory alloy constitutive models based on experimental tests. Sci Iran 19(2): 249-257.

[5] Brinson LC (1993) One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions. J Intel Mat Syst Str 4(2): 229-242.

[6] Honma D, Miwa Y, Lguchi N (1984) Micro robots and micro mechanisms using shape memory alloy. Paper presented at the 3rd Toyota Conf. on Integrated Micro Motion Systems, Micro-machining. Control and Applications.

[7] Gharaybeh MA, Burdea GC (1995) Investigation of a shape memory alloy actuator force-feedback masters. Adv Robotics 9: 317-329.

[8] Hashimoto M, Takeda M, Sagawa H, Chiba I (1985) Application of shape memory alloy to robotic actuators. J Robotic Syst 2: 3-25.

[9] Simon D (2006) Optimal state estimation (Vol. 5). John Wiley & Sons, New Jersey.

[10] Elahinia MH, Ashrafiuon H, Ahmadian M, Hanghao T (2005) A temperature-based controller for a shape memory alloy actuator. J Vib Acoust 127(3): 285-291.

[11] Elahinia MH, Ahmadian M (2006) Application of the extended Kalman filter to control of a shape memory alloy arm. Smart Mater Struct 15(5): 1370-1384.

[12] Elahinia MH, Ahmadian M (2004) Design of a Kalman filter for rotary shape memory alloy actuators. Smart Mater Struct 13(4): 691-697.

[13] Hassanzadeh I, Nikdel N, Motlagh NT, Badamchizadeh MA (2010) Design of augmented EKF for shape memory alloy actuated manipulator. Int J Eng Sci Technol 2(7): 3188-3198.

[14] Parhald H, Chapora I (2001) Comparative evaluation of shape memory alloy constitutive models with experimental data. J Intel Mat Syst Str 12: 383-395.

[15] Sayyaadi H, Zakerzadeh MR (2012) Nonlinear analysis of a flexible beam actuated by a couple of active SMA wire actuators. Int J Eng 25(3): 249-264.

[16] Chung J, Heo J, LeeJ (2007) Implementation strategy for the dual transformation region in the Brinson SMA constitutive model. Smart Mater Struct 16(1): N1-N5.

[17] Brinson LC (1996) Simplifications and comparisons of shape memory alloy constitutive models. J Intel Mat Syst Str 7(1): 108-114.

[18] Ansari M, Golzar M, Behravesh AH (2013) Experimental studies of training stress effect on NiTi SMA performance in higher and lower stress than training stress. Scientific Research Monthly Journal of Modares Mechanical Engineering 13(10): 14-24.

[19] Zakerzadeh MR (2012) Modeling and position control of a beam by large deflection behavior activated by active shape memory alloy wires. PhD. Thesis, Sharif University of Technology, Tehran.

[20] Hugo YV (2012) Essays in applied macroeconomic theory: volatility, spreads, and unconventional monetary policy tools. London School of Economics, London.

 [21] Hassanzadeh I, Fallah MA (2008) Design of Augmented Extended and Unsented Kalman Filter for Differential-Drive Mobile Robots. J Appl Sci 8(16): 2901-2906.