scholarly journals Discrete-Time Adaptive Control Design for Ionic Polymer-Metal Composite Actuators

IEEE Access ◽  
2018 ◽  
Vol 6 ◽  
pp. 28114-28121 ◽  
Author(s):  
Xinkai Chen
Keyword(s):  
Adaptive Control ◽  
Discrete Time ◽  
Control Design ◽  
Metal Composite ◽  
Ionic Polymer Metal Composite ◽  
Ionic Polymer ◽  
Polymer Metal

scholarly journals Μελέτη συστήματος μέτρησης και ελέγχου κίνησης μικρομηχανικών στοιχείων από σύνθετα πολυμερή υλικά (IPMC)

2014 ◽  
Author(s):  
Κυριάκος Τσιακμάκης
Keyword(s):  
Adaptive Control ◽  
Model Reference Adaptive Control ◽  
Metal Composite ◽  
Ionic Polymer Metal Composite ◽  
Model Reference ◽  
Ionic Polymer ◽  
Polymer Metal ◽  
Model Reference Adaptive

Η διδακτορική διατριβή αφορά στην ανάπτυξη τεχνικών μέτρησης των χαρακτηριστικών και των δυνατοτήτων του ‘έξυπνου υλικού’ IPMC (Ionic Polymer Metal Composite) όταν λειτουργεί ως ενεργοποιητής (actuator) δηλαδή όταν κινείται (κάμπτεται) κάτω από την επίδραση διαφοράς δυναμικού στα άκρα του. Περιλαμβάνει το σχεδιασμό του συστήματος μέτρησης μικρομετακινήσεων του IPMC με κάμερα, την ανάλυση των εικόνων μέσω βελτιωμένων και γρήγορων αλγόριθμων υπολογισμού των παραμέτρων κίνησης του, και τη βασική μελέτη συστήματος ελέγχου κλειστού βρόγχου πραγματικού χρόνου για αποδοτικό έλεγχο της κίνησης του. Στην διατριβή υλοποιήθηκαν δύο συστήματα ελέγχου, εκ των οποίων εκείνο που χρησιμοποιεί Προσαρμοστικό Έλεγχο με Μοντέλο Αναφοράς (MRAC – Model Reference Adaptive Control) παρουσιάζει καλύτερη απόδοση. Ο έλεγχος σχεδιάστηκε για μικρού μήκους ενεργοποιητές IPMC (της τάξης των 2-3cm) που λειτουργούν μέσα στο νερό, όπου το υλικό παρουσιάζει μεγαλύτερο ενδιαφέρον πιθανών εφαρμογών. Η υλοποίηση ενός συστήματος ελέγχου κλειστού βρόγχου της κίνησης του υλικού απαιτεί τον ακριβή εντοπισμό της θέσης του. Για αυτό το λόγο σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε σύστημα μέτρησης της στιγμιαίας θέσης με κάμερα ικανοποιητικής ανάλυσης και ικανοποιητικού ρυθμού λήψης εικόνων. Για διαστάσεις εικόνας 400x200 pixels η διακριτική ικανότητα του συστήματος βρέθηκε πειραματικά ίση με 0.1mm. Ο εντοπισμός της θέσης του IPMC με ικανοποιητική ακρίβεια από τις εικόνες της κάμερας, οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων και βελτιωμένων αλγορίθμων για την εύρεση της θέσης του κινούμενου μικρομηχανικού στοιχείου. Η βελτίωση του χρόνου εκτέλεσης πραγματοποιήθηκε με χρήση παράλληλης επεξεργασίας και χρήση της τεχνολογίας CUDA. Η τεχνική εύρεσης της θέσης του υλικού, η οποία περιέχει την επεξεργασία κάθε εικόνας, προσδιορισμό οπτικού πεδίου, χαρακτηριστικά της λήψης κάθε εικονοσειράς (μέγεθος, ρυθμό λήψης, κ.α.), πρέπει να υλοποιηθεί και ολοκληρωθεί στον μικρότερο χρόνο και με υψηλή ακρίβεια. Υλοποιήθηκε μια πρωτότυπη μέθοδος εντοπισμού της θέσης με χρήση μικρών περιοχών η οποία παρουσιάζει βελτίωση χρόνου επεξεργασίας από 1.8ms σε 0.1ms, ενώ μια δεύτερη μέθοδος που αναπτύχθηκε με χρήση πλέγματος παρουσιάζει βελτίωση χρόνου από 2.2ms σε 0.15ms για εικόνες με ανάλυση 400x200 pixels. Η ακρίβεια εντοπισμού βρέθηκε πειραματικά με σφάλμα θέσης περίπου 87μm και υψηλό ποσοστό επιτυχημένων ευρέσεων (98%). Οι επιδόσεις αυτές είναι πολύ βελτιωμένες σε σχέση με τη διεθνή βιβλιογραφία, και απολύτως ικανοποιητικές για εφαρμογές πραγματικού χρόνου σε υποβρύχιο περιβάλλον (κάτω από το νερό) όπου είναι και το αναμενόμενο πεδίο εφαρμογής των υλικών αυτών.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document