Fuzzy logic controller for one-way SMA actuator

Abstract

Fuzzy logic controllers are well known and often used for their ability to control nonlinear objects in an easy and efficient way. In the article fuzzy logic controller was chosen to control displacement of one-way actuator where the movement in one-way was realized by SMA wire while an external load was responsible for the way back. The SMA wire is characterized by one of the highest in technology weight ratios, which describes the ratio of maximum external load to its own weight. It allows for building miniature devices which are extremely efficient. Mostly SMA wires are applied as on-off actuators. Having built a test stand with SMA wire the research on selection of an appropriate method control was launched to control displacement. Eventually a fuzzy controller was implemented into PLC controller made by Omron. On that way in future it will be easier to emigrate from the PLC platform to a dedicated embedded microprocessor. The fuzzy controller was built as a task controller, where the specialized controllers for particular stages of the systems' operation were distinguished. They allowed for accurate and fast SMA wire control. The design controller allows for position control with +/- 0.1 % accuracy with time response below 0.4 s.

Regulatory rozmyte są dobrze znane i często stosowane z powodu ich zdolności do sterowania obiektami nieliniowymi w prosty i skuteczny sposób. W artykule regulator rozmyty został wybrany do sterowania pozycją jednostronnego aktuatora, gdzie za przemieszczenie w jednym kierunku odpowiada cięgno ze stopu z pamięcią kształtu (SMA), a za ruch powrotny odpowiada zewnętrzne obciążenie. Cięgno SMA charakteryzuje się jednym z największych współczynników wagowych, które są zdefiniowane jako stosunek maksymalnego zewnętrznego obciążenia do masy własnej aktuatora. Pozwala to na zbudowanie miniaturowych urządzeń, które są wyjątkowo wydajne. Ogólnie, cięgna SMA są stosowane jako obiekty dwustanowe. Po zbudowaniu stanowiska badawczego przeprowadzono szereg badań w celu znalezienia sposobu regulacji, który w sposób zadowalający będzie sterował położeniem cięgna. Ostatecznie regulator rozmyty został zaimplementowany w sterowniku PLC firmy Omron. Pozwoli to w przyszłości na stosunkowo łatwą i szybką emigrację z platformy PLC do dedykowanego wbudowanego mikroprocesora. Regulator rozmyty został zbudowany jako regulator zadaniowy, gdzie zostały wyróżnione wyspecjalizowane regulatory dla odpowiednich etapów sterowania, czego efektem było dokładne i szybkie sterowanie obiektem. Zaprojektowany regulator rozmyty pozwala na zrealizowanie sterowania pozycyjnego z dokładnością +/- 0,1% dla czasu odpowiedzi poniżej 0,4 s.