طراحی یک کنترلر فازی برای کنترل زاویۀ یک میکرومحرک پیچشیِ دو درجه آزاد در ورای محدودۀ ناپایداری آن

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 8، دوره 27، شماره 2 - شماره پیاپی 14، 1395، صفحه 99-112   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum_mech.v27i2.40523

نویسندگان

علیرضا خورشیدی^* ؛ حمید معین فرد

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

میکرومحرک‌های پیچشی دارای طیف وسیعی از کاربردها در سوئیچهای نوری، نمایشگرها، اینترفرومتری، طیفبینی، تصحیح خطا و تصویربرداریهای پزشکی می‌باشند. به‌منظور بهبود عملکرد این سیستم‌ها، مطلوب است دامنۀ زاویۀ کاری آینه‌ها و فرکانس نوسانات آنها افزایش یابد. برای نیل به این هدف مهم، باید مقدار فراجهش و زمان نشست در هنگام دنبال کردن فرمان داده شده به سیستم کمینه شود. هدفِ این مقاله ارائۀ یک کنترلر فازی بهینه به‌منظور کنترل زاویه‌ای یک میکرومحرک پیچشی در محدودۀ فراتر از ناپایداری کششی آن است. بدین منظور، یک مدل دو درجه آزادی با در نظر گرفتن هر دو حرکت دورانی و خطی میکرومحرک در نظر گرفته شده است. با استفاده از رویکرد انرژی مبتنی بر معادلات لاگرانژ، معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار دینامیکی سیستم استخراج گردیدند. در قدم بعدی پاسخ استاتیکی سیستم به‌صورت مختصر مطالعه شد. هم‌چنین، تأثیر ولتاژ و میرایی مربوط به هر‌کدام از درجات آزادی بر آستانۀ ناپایداری مطالعه گردید. براساس حس و شناخت به‌دست آمده از مطالعات فوق، قوانین کلامی و قوانین اگر-آن‌گاه مرتبط با آنها جمع‌آوری شد. با استفاده از ترکیب معروف فازیساز نقطه‌ای، موتور استنتاج‌ حاصل‌ضرب و نافازیساز مرکز سطح در کنار قوانین اگر-آن‌گاه به‌عنوان قلب سیستم فازی، کنترلر فازی طراحی گردید. کنترلر فازی پیشنهادی برای یک میکرومحرک خاص مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که میکرومحرک به‌کمک کنترلر فازی طراحی شده به‌خوبی قابلیت دنبال کردن فرمان پلۀ مورد نظر را در هر دو حالت قبل و بعد از محدودۀ ناپایداری کششی داراست. این قابلیت در کنار فراجهش و زمان نشست قابل قبول نشاندهندۀ کارایی بالای کنترلر فازی طراحی شده است و انتظار می‌رود بتواند به‌خوبی برای تحلیل و بهینهسازی میکرومحرک‌های پیچشی به‌منظور بهبود عملکرد دینامیکی آنها مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

کنترلر فازی؛ کنترل زاویه؛ میکرومحرک؛ ناپایداری کششی

مراجع