کنترل تطبیقی برای فعال کننده های ترکیب های پلیمری - فلزی یونی بر اساس روش زمان پیوسته
چکیده
این مقاله به بررسی مسئله کنترل تطبیقی مدل مرجع برای فعال کننده های ترکیبی فلزی – پلیمری (IPMC) میپردازد. نخست، یک مدل ریاضی از فعال کننده های IPMC به عنوان یک سیستم دینامیک مرتبه دوم پایدار ساخته میشود که مقدمه آن یک نمایش هیسترزیس میباشد. سپس، یک کنترل کننده تطبیقی برای فعال کننده IPMC ترکیب و ساخته میشود. قانون کنترلی پیشنهاد شده تضمین کننده پایداری سراسری سیستم IPMC کنترل شده میباشد و خطای جایگاه فعال کننده یIPMC را میتوان با انتخاب کردن پارامتر های طراحی مناسب، کنترل کرد. نتایج آزمایشی تایید کننده تاثیر روش پیشنهاد شده میباشد.
1. مقدمه
ترکیب های فلزی – پلیمری (IPMC ها) دسته مهمی از پلیمر های فعال الکتریکی را ایجاد کرده اند و ظرفیت های فعالیتی را ایجاد کرده اند که با نام عضله های مصنوعی شناخته میشود. یک نمونه IPMC معمولا شامل یک غشای نازک تبادل یون میباشد که به صورت شیمیایی با یک فلز نجیب به عنوان الکترود، روی دو طرف قرار گرفته است. انتقال کاتیون های آبی و مولکول های آب در یک IPMC تحت ولتاژ اعمال شده و تعامل های الکترواستاتیک مرتبط با آن منجر به حرکات خمشی در IPMC ها میشود و ازین رو نوعی تاثیر فعال سازی را ایجاد میکند. شکل 1 نشان دهنده مکانیزم فعال سازی IPMC میباشد. به دلیل نرمی، انعطاف پذیری، سازگاری زیستی و ظرفیت ایجاد تغییر شکل های بزرگ و نیرو های بزرگ تحت ولتاژ های فعالیت کم، IPMC ها برای کاربرد های گسترده در زمینه دستگاه های زیستی و روبات های زیست تقلیدی، بسیار مناسب میباشد. تولید IPMC ها در اندازه های بسیار کوچک نیز در دامنه های میکرو یا نانو نیز گسترش یافته است. اما ، مهم ترین مشکل در این نمونه ها، پدیده هیسترزیس بین ولتاژ الکتریکی اعمال شده و جابجایی میباشد ( شکل 2). به دلیل مشخصه غیر قابل تمایز و غیر بی حافظه در هیسترزیس، منجر به خطای جایگاه میشود که موجب محدود شدن سرعت عملیاتی و دقت IPMC میشود. توسعه تکنیک های کنترل برای کاهش تاثیر هیسترزیس دهه ها مورد بررسی قرار گرفته است و اخیرا نیز توجه زیادی را به خودش جلب کرده است. علاقه ها در رابطه با بررسی سیستم های دینامیک با هیسترزیس های فعال کننده ، با این انگیزه انجام میشود که این سیستم ها ، نسبت به شرایط غیر خطی ناهموار ، حالت غیر خطی دارند که موجب میشود روش های کنترل سنتی برای این سیستم ها کافی نباشد و ازین رو نیازمند روش های جایگزین موثر میباشند.
Abstract
This paper discusses the model reference adaptive control problem for ionic polymer-metal composite (IPMC) actuators. Firstly, a mathematical model of the IPMC actuator is constructed as a stable second order dynamical system preceded by a hysteresis representation. Then, an adaptive controller is synthesized for the IPMC actuator. The proposed control law ensures the global stability of the controlled IPMC system, and the position error of IPMC actuator can be controlled by choosing the design parameters. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed method.
1. INTRODUCTION
Ionic polymer-metal composites (IPMCs) form an important category of electroactive polymers and have actuation capability known as artificial muscles (Nemat-Nasser and Li, 2000; Shahinpoor and Kim, 2001; Bar-Cohen, 2004). An IPMC sample typically consists of a thinion-exchange membrane, chemically plated on both surfaces with a noble metal as electrode. Transport of hydrated cations and water molecules within an IPMC under an applied voltage and the associted electrostatic interactions lead to bending motions of the IPMC, and hence the actuation effect. Fig. 1 illustrates the mechanism of the IPMC actuation. Because of the softness, resilience, biocompatibility, and the capbility of producing large deformation and large force under a low action voltage, IPMCs are very attractive for many applications in the fields of biomedical devices and biomimetic robots (Chen and Tan, 2008; Chen and Tan, 2010). Microfabrication of IPMC has also been extends to micro- and nanomanipulation domains. However, the main disadvantage is the hysteresis phenomenon between the applied electric voltage and the displacement (Fig. 2). Due to the undifferentiable and nonmemoryless character of the hysteresis, it causes position errors which limit the operating speed and precision of IPMCs. The development of control techniques to mitigate the effects of hysteresis has been studied for decades and has recently re-attracted significant attention. Interest in studying dynamic systems with actuator hysteresis is motivated by the fact that they are nonlinear system with nonsmooth nonlinearities for which traditional control methods are insufficient and thus require development of alternate effective approaches.
چکیده
1- مقدمه
2- بیان مسئله
2-1 مدل Prandtl-Ishlinskii
2-2 مدل فعال ساز IPMA و هدف کنترل
3 طراحی کنترل کننده تطبیقی
3-1 بعضی از مقدمات
3-2 الگوریتم کنترل تطبیقی
4 نتایج آزمایشی
5 جمع بندی
Abstract
1. INTRODUCTION
2. PROBLEM STATEMENT
2.1 Prandtl-Ishlinskii Model
2.2 Model of IPMC Actuator and Control Purpose
3. ADAPTIVE CONTROL DESIGN
3.1 Some Preliminaries
3.2 Adaptive Control Algorithm
4. EXPERIMENTAL RESULTS
5. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه