路灯车出租，三水路灯车出租，肇庆路灯车出租   SMA基驱动阀芯样机阶跃目标位移输出控制研究

     路灯车出租，三水路灯车出租，肇庆路灯车出租   SMA基驱动阀芯样机阶跃目标位移输出控制研究   为达到期望的阀芯动态驱动效果，即对于所设计SMA基驱动阀芯在实际气流速度变化时驱动阀芯开口位置进行相应动态调整，需要研究样机在随机阶跃目标位移控制时的输出响应。已对不同定点目标位移输出控制下的样机静态驱动特性进行研究，在不同定点目标位移控制实验的基础上进行随机阶跃目标位移输出控制实验，研究阀芯样机实时动态变化特性。实验过程中动态调节阀芯SMA丝目标位移，调节范围包括：3.25mm-3.75mm-3.25mm，3.75mm-4mm-3.75mm3.25mm-3.75mm-4mm-3.25mm。

    由样机动态阶跃目标位移输出控制实验曲线可知，在第一组进行位移调节范围为3.25mm-3.75mm-3.25mm的动态特性实验响应曲线中，设置初始目标值3.25mm，样机中SMA丝在接入电路8.9s后控制系统控制SMA驱动位移至3.262mm，阀芯旋转至指定角度目标位移值转换角度处。在此目标位移保持过程中，阀芯样机中SMA丝有向正向驱动增加位移趋势，最大误差值达到0.195mm，随后控制系统动态调节SMA丝向着趋向于目标位移值处驱动。在本组实验两次目标位移值从3.25mm阶跃至3.75mm的过程中，第一次接收反向阶跃信号7.2s后样机中SMA丝反向驱动至3.255mm处，随后逐渐增加驱动位移至最大误差值0.370mm，而后系统控制减少位移响应于20.1s处达3.240mm处，此过程存在幅值较大的震荡。第二次接收反向阶跃信号16.7s后达3.243mm处，此后相对于第一次反向响应时跟踪特性更好，但在之后跟踪过程中仍存在短时震荡。 在第二组阶跃目标位移范围为3.75mm-4mm-3.75mm的动态特性实验响应曲线中，初始目标阶段样机接入控制系统13.1s后位移响应至3.756mm处，此后产生震荡，此目标位移阶段产生最大0.223mm误差值。研究本组阶跃控制曲线以及绝对误差值曲线可知，两次正向阶跃过程（3.75mm-4mm）中产生的最大误差值小于反向阶跃变化过程（4mm-3.75mm）中的最大误差值，且在正向阶跃响应过程中样机中SMA丝的震荡远少于反向阶跃响应过程。两次正向阶跃响应过程中达到目标位移值响应时间分别为5.6s与9.1s，而两次反向阶跃响应过称中达到目标位移值响应时间分别为21.1s与10.2s，正向响应灵敏度明显优于反向响应灵敏度。 

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     在第三组实验中进行随机双阶跃实验研究在多次连续阶跃时被控系统响应特性，样机初始目标位移设置为3.25mm时，阀芯中SMA丝在9.7s时越过目标位移后产生围绕目标位移的小幅震荡。目标位移阶跃至3.75mm时，样机中SMA丝在阶跃信号发生3.6s后达到目标位移，而后做小误差情况下的跟随。当目标位移变化为4mm后，样机中SMA丝在4.8s后越过目标位移产生最大误差量为0.174mm的响应位移，此时阀芯旋转角度至最大限位处。而当目标位移值从4mm减少至3.25mm时，被控系统反向驱动达到目标位移值花费8.8s，且在样机中SMA丝跟踪至目标位移处12s后，系统响应向着正向迅速增加至最大误差量0.456mm处，观察实验曲线整体可知，反向响应曲线误差值大于正向最大误差值。 对比三组实验中样机SMA丝的动态特性，反向阶跃变化后样机中SMA丝明显有正向位移响应趋势，且反向阶跃响应后被控系统响应震荡明显增加，而在正向阶跃变化后系统响应误差值明显低于反向阶跃响应过程，正向阶跃速率明显快于同阶跃段反向阶跃速率，这与单根直线状SMA丝阶跃控制响应趋势一致。

    综合对比直线状SMA丝与包含直线状、螺旋状SMA丝的样机控制实验效果，分析产生对应现象的原因及解决方案。在直线状SMA丝控制实验中，经过整定后的PID控制器对3.25mm（应变率2.167%）以上目标位移具有较好的跟踪特性，而对于3.25mm以下目标位移跟踪效果较差，这是由于SMA丝本身非线性较强，自身位移与受激励后金属丝内部相变的非线性，在PID控制器对SMA丝通电激励初始瞬间，SMA丝内部马氏体与奥氏体相变过程不可控导致产生大响应位移，而PID控制器在控制过程中并不考虑合金丝微观相变过程，通过调节跟踪过程中施加的电流量驱使输出量趋近目标值。这也是导致在连续阶跃控制实验中SMA丝响应过程常出现震荡、响应误差与响应曲线非线性的原因之一。

    经过控制实验可知，控制器调节过程在混合相向高温奥氏体时控制效果较好，而在混合相向低温马氏体相控制效果较差，反向驱动连续控制时常出现正向驱动趋势。虽然在3.25mm下范围内跟踪效果较差，但PID控制器在应变率2.167%至合金丝最大应变率（一般为6%-8%）间呈现较好跟踪效果，可应用范围较大。而解决3.25mm以下范围跟踪效果差的方法包括采用基于SMA本构模型的控制方法实现小应变率处响应精确控制。

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