A SMA actuator fabricated in this paper generates the large force and it's structure is very simple. The SMA actuator was fabricated by small size with diameter of 4mm and length of 38mm and also it's actuations toward all the directions can be acquired because of three SMA springs which was fabricated with diameter of 1.2mm and 30 turns. We showed into applicability to smart catheter by analyzing accurately the dynamic characteristics such as heading angle, bending angle, force, displacement. For verifying control capacity of the fuzzy controller, we compared Fuzzy controller with PID controller by simulation.
Sunjai Nakshatharan, S.;Dhanalakshmi, K.;Josephine Selvarani Ruth, D.
Smart Structures and Systems
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제14권4호
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pp.643-658
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2014
This paper presents the design, modelling and, simulation and experimental results of a shape memory alloy (SMA) actuator based critical motion control application. Dynamic performance of SMA and its ability in replacing servo motor is studied for which the famous open loop unstable balancing ball and beam system direct driven by antagonistic SMA is designed and developed. Simulation uses the mathematical model of ball and beam structure derived from the first principles and model estimated for the SMA actuator by system identification. A PID based cascade control system consisting of two loops is designed and control of ball trajectory for various target positions with settling time as control parameter is verified experimentally. The results demonstrate the performance of SMA for a complicated i.e., under actuated, highly nonlinear unstable system, and thereby it's dynamic behaviour. Control strategies bring out the effectiveness of the actuator and its possible application to much more complex applications such as in aerospace control and robotics.
In this paper, the thermomechanical responses of shape memory alloy (SMA) actuators and their applications as the shape adaptive structures combining SMA actuators produced in the form of strip with composite structures are investigated. The numerical algorithm of the 3-D SMA thermomechanical constitutive equations based on Lagoudas model is implemented to analyze the unique characteristics of SMA strip. Also, the incremental SMA constitutive equations are implemented in the user subroutine UMAT by using ABAQUS finite element program. The shape change of structure is caused by initially strained SMA strip bonded on the surface of the composite structure when thermally activated. Numerical results show that SMA strip actuator can generate enough recovery force to deform the composite structure and sustain the deformed shape subjected to large external load, simultaneously.
In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research on dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring are fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity. The force, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA is analyzed. Also, bidirectional actuator was fabricated and experimented for its performance.
The research and development of an actuator are accelerating in the robotics industry. The electricity polymer and SMA actuator are designed simply and are produced a lot of forces per unit volume. Their motions are similar to human's motion, But the repeatability of the electricity polymer actuator is lower. The reaction velocity of the SMA actuator is slow and the travel is short. In this paper, the dynamic characteristic of the segmented SMA is studied. The SMA wire is divided by using the Thermo-electric module(TEM) to control each of segments independently. The MOSFET circuit is used to supply constant currents fer the Thermo-electric module(TEM). The hysteresis and displacement of the SMA wire according to load are measured.
In the recent years, as the research and the development of micro and precision machinery become active, the interest of micro actuators using SMA(Shape Memory Alloy) has been increased. The dynamic characteristic analysis of SMA is necessary for actuator application and many common researches report the material characteristics of SMA sufficiently. However, the research of dynamic characteristics is very deficient. In this paper, the helical spring is fabricated with NiTi SMA wire of high resistivity The force, response speed, temperature, and displacement are measured by digital force gauge, infrared thermometer, and laser displacement sensor so that the dynamic characteristics of this SMA actuator is analyzed.
This paper presents a robust force tracking control of a small-sized SMA gripper with two fingers using shape memory alloy(SMA) actuators. The mathematical governing equation of the proposed system is derived by Hamilton's principle and Lagrangian equation and then, the control system model is integrated with the first-order actuator dynamics. Uncertain system parameters such as time constant of the actuators are also included in the control model. A robust two degree of freedom(TDF) controller using H$_{\infty}$ control theory, which has inherent robustness to model uncertainties and external disturbances, is adopted to achieve end-point force tracking control of the two-finger gripper. Force tracking control performances for desired trajectories represented by sinusoidal and step functions are evaluated by undertaking both simulation and experimental works.
형상기억합금은 지능형 재료와 구조물에 널리 쓰인다. 큰 힘과 변위를 발생시키는 것이 특징이며 작동기, 소음 및 진동감쇠, 동역학적 튜닝, 형상의 변형 제어 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다. 본 논문에 서는 형상기억합금튜브와 초탄성 스프링으로 구성된 형상기억합금 비틀림 작동기를 제안하였고 각각의 거동 특성을 알아보았다. 열전달 해석을 통해 저항열과 히터의 열을 동시에 형상기억합금튜브에 가하면 작동기의 성능을 더 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 접촉 해석으로는 실제 작동기의 거동을 시뮬레이션하였고 정상적으로 작동함을 알 수 있었다. 3 차원 형상기억합금의 거동을 표현하기 위해 비선형 구성방정식을 유한요소 법으로 풀고 ABAQUS 의 U-MAT 기능을 이용하여 비선형 해석을 수행하였다.
We deal with the sliding mode control using the time delay estimation. The time delay estimation is able to weaken the need for obtaining a quantitative plant model analogous to the real plant so the sliding mode control with a time delay estimation (SMCTE) is very suitable for plant such as SMA actuators whose quantitative model is difficult to obtain. We have already studied the application of the time delay control (TDC) to SMA actuators in other literature. Based on the previous study on the TDC, we developed the gain tuning method for the SMCTE, which results were nearly the same as the TDC. With respect to the step response, the SMCTE proved its predominance in a comparison with other control schemes such as the PID control and the relay control. As well as the contribution of the above control methodology, the model identification for SMA actuators has also been studied. The dynamics for an SMA actuator was newly derived using the modified Liang's model. The derived dynamics showed a continuity at the change of the phase transformation process but the original Liang's model could not.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권1호
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pp.91-98
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2006
The thermomechanical behaviors of SMA thin film actuator and their application are investigated. The numerical algorithm of the 2-D SMA thermomechanical constitutive equation is developed and implemented into the ABAQUS finite element program by using the user defined material (UMAT) subroutine. To verify the numerical algorithm of SMAs, the results are compared with experimental data. For the application of SMA thin film actuator, the methodology to maintain the precise configuration of inflatable membrane structure is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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