A fuzzy PID-controlled SMA actuator for a two-DOF joint

Shape memory alloy(SMA) actuator is a potential advanced component for servosystems of aerospace vehicles and aircraft. This paper presents a joint with two degrees of freedom(DOF) and a mobility range close to ±60 when driven by SMA triple wires. The fuzzy proportional-integral-derivative(PID)-controlled actuator drive was designed using antagonistic SMA triple wires, and the resistance feedback signal made a closed loop. Experiments showed that, with the driving responding frequency increasing, the overstress became harder to be avoided at the position under the maximum friction force. Furthermore, the hysteresis gap between the heating and cooling paths of the strain-to-resistance curve expanded under this condition. A fuzzy logic control was considered as a solution, and the curves of the wires were then modeled by fitting polynomials so that the measured resistance was used directly to determine the control signal. Accurate control was demonstrated through the step response, and the experimental results showed that under the fuzzy PID-control program, the mean absolute error(MAE) of the rotation angle was about 3.147. In addition, the investigation of the external interference to the system proved the controllable maximum output.     

基于GaN-HEMT并联的航空电机驱动系统设计研究

在深入了解宽禁带电力电子器件的发展现状和开关特性基础上,提出了一种基于GaN-HEMT并联的航空电机驱动系统,开展了GaN-HEMT并联的驱动电路及数字控制器平台设计与实践。搭建了试验系统,进行了相关测试。试验结果验证了设计的正确性。     

用于推动压电驱动器的PP4—100型高压功率放大器

压电驱动器在未来航空、航天结构上广泛应用的主要障碍之一是推动压电驱动器工作的低效率驱动设备和发热问题。因此，基于现阶段振动与结构声主动控制研究工作的需求和用作驱动器的压电材料PZT的逆压电效应特性，对“PP4－100型高电压功率放大器的研制工作进行了简要总结，给出了研制思路，P4-100型高电压功率放大器的性能参数和使用说明书（参见附录）。     

基于双CAN总线的数字伺服通信协议

分析了目前国外先进数控系统现场总线的通信特性,提出和定义了一种基于双CAN(Controller Area Network)总线的数控系统位置控制通信协议——CANsmc(CAN for Synchronous Motion Control).CANsmc采用主从式的双通道网络,由一个主站和最多61个从站组成,实现了带有广播同步电报的轮询式通信.协议以通用的CAN总线芯片为硬件基础,利用CAN芯片通信报文的描述符定义出CANsmc的通信报头.CANsmc共定义了3种电报类型:主站同步电报MST,主站数据电报MDT和伺服电报DT.主站通过主通道向从站发送MST和MDT,从站在收到MDT后通过从通道向主站反馈DT.最后,建立了一个CANsmc实验验证系统,用软件的方式实现了CANsmc协议,主站基于PC机ISA总线,从站是一个位控卡,可以实现位置、速度、回参考点等多种控制.实验证明,CANsmc总线可以满足先进工业机器人和数控机床控制系统的应用要求.      

利用压电驱动器改善飞机的横滚性能

利用分布粘贴在矩形机翼上下两面的压电驱动器 ,验证了使用该类结构提高飞行器横滚能力的可能性。针对常规的副翼操纵面与虚拟操纵面 (FictitiousControlSurface)两种方案 ,比较了在不同速压或不同刚度下两类方案的表现。分析结果表明二者有本质的差别 :对于常规的副翼操纵方案 ,气动弹性效应是不利的 ,必须保证机翼具有足够的结构刚度以防止副翼反效问题 ;但对于虚拟操纵面方案 ,气动弹性效应是有利的 ,可以使用较小的能量控制较为柔软的机翼达到要求的横滚性能。计算结果显示 ,利用压电驱动器的方案可以大大减少结构重量     

偏置弹簧对SMA驱动器输出性能影响规律

偏置弹簧参数对形状记忆合金(SMA,Shape Memory Alloy)驱动器的输出性能有着非常大的影响.为获得其影响规律,通过试验研究了不同偏置弹簧刚度以及不同弹簧预压缩载荷下,SMA驱动器的作动位移、响应速度的变化规律以及循环次数对驱动器性能的影响规律.试验结果表明,驱动器最大作动位移及响应速度随弹簧刚度或预载的增大而降低;驱动器性能在前几次循环中衰减较大,随着循环进行性能逐渐趋于稳定;弹簧预载的增大使驱动器性能稳定所需的循环次数减少,而弹簧刚度对驱动器输出性能的循环变化规律影响不大.      

空间大载荷石蜡驱动器研制

石蜡驱动器是当前空间非火工驱动器技术领域的研究热点,现有的空间石蜡驱动器主要采用弹性鞘挤压原理,具有摩擦力大、驱动力小等问题。本文针对这些问题,发展了活塞式空间大载荷石蜡驱动器,该驱动器通过活塞结构有效增大了石蜡液压对驱动杆的作用面积,大幅提高了驱动力;通过双层密封设计和复位弹簧设计,确保了驱动器的密封及复位性能。为了验证该方案,完成了原理样机的制造,开展了摩擦力测试、功能测试、寿命测试等试验。结果表明,采用载荷范围为85~165 N的复位弹簧能推动活塞克服系统摩擦力进行复位,保证了驱动器的自动复位功能;在额定功率40 W(额定电压12 V)下,驱动器的输出位移为6.9 mm,响应时间为20 min,驱动力超过300 N。寿命试验表明,该驱动器寿命超过100次,多次输出位移稳定性好(7 mm左右波动);驱动器密封性能优秀,经历100次作动后,未发现石蜡泄漏。     

基于递阶遗传算法的结构非接触形状控制

以PLZT光致伸缩层合梁非接触形状控制问题为研究对象,提出了一种结合结构拓扑优化与递阶遗传算法的控制方法.该方法以PLZT光致伸缩驱动器的拓扑分布和照射的光强值为设计变量,以PLZT光致伸缩层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为适应度函数,应用结构拓扑优化、递阶遗传算法和有限元法,优化了PLZT光致伸缩驱动器的分布和所照射的光强值.与基于传统遗传算法的形状控制方法的计算结果进行了对比分析,该方法的进化速度提高了91%以上,所控制的结构形状与期望形状的误差较传统遗传算法降低了76%以上.      

压电式微型合成射流多域耦合数值模拟

合成射流器的设计与仿真是优化其性能参数的关键。针对目前合成射流器的计算模型在建立物理模型时存在简化误差而导致仿真精度降低的问题,提出了一种基于多域耦合分析的全流场计算模型。该模型采用通用有限元分析软件ANSYS中的压电耦合单元实现电场 结构场的直接耦合分析,并通过ANSYS与流体仿真软件CFX间的耦合接口完成流场 结构场的同步双向耦合,最终实现了压电式合成射流器真实物理过程的数值模拟。基于此模型对合成射流器的工作过程进行了模拟,并研究了驱动电压和腔体结构参数对喷口速度的影响。结果表明：多域耦合模型能准确模拟合成射流的形成过程,数值模拟与实验结果的变化趋势一致,且相对误差不超过8%,为合成射流器的优化设计及控制提供了理论依据。     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A CANTILEVER BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSORS AND ACTUATORS

讨论了利用压电片作为传感器和驱动器对悬臂梁进行主动振动控制问题，针对模态频率差距较大的系统，提出了分组建模和控制的方法。使用滤波器消除观测溢出。文中还讨论了传感器／驱动器配置问题。实验结果验证了所述方法的有效性。