بررسي رفتار پسماند عملگر آلياژ حافظه دار مغناطيسي با استفاده از مدل پرنتل-ايشلينسكي تعميم يافته و اعتبارسنجي تجربي آن

Hysteresis behavior investigation of magnetic shape memory alloy actuator using Generalized Prandtl-Ishlinskii Model and its experimental validation

امروزه نياز روز افزون به اعمال تغييرات و جابه جايي هاي سريع، دقيق و حركات كوچك در بسياري از زمينه هاي مهندسي، اهميت و كارايي مواد هوشمند را بيشتر نشان مي دهد. آلياژ حافظه دار مغناطيسي، يكي از جديدترين مواد هوشمند است كه اثر حافظه دار بودن و خاصيت مغناطيسي را به طور همزمان دارا مي باشد. اين ماده، در دماي اتاق توسط القاي ميدان مغناطيسي، كرنشي بسيار بزرگتر از مگنتواستركتيو، پيزوسراميك يا ماده الكترواستركتيو دارد و فركانس پاسخگويي آن بالاتر از آلياژ حافظه دار گرمايي است ولي پسماند نامتقارن خصيصه اي محدودكننده براي عملكرد آن به شمار مي آيد. مدل پرنتل-ايشلينسكي يكي از مدل هاي پديده شناسانه قدرتمند براي شبيه سازي پسماند نامتقارن و غيرخطي است كه به منظور شبيه سازي رفتار مواد هوشمند از آن استفاده مي شود. در اين مقاله با نگرشي جديد با استفاده از مدل پرنتل-ايشلينسكي تعميم يافته، به مساله شبيه سازي رفتار پسماندي عملگر آلياژ حافظه دار مغناطيسي پرداخته شده است. پس از شناسايي پارامترهاي مدل، خروجي پيش بيني شده با نتايج تجربي مقايسه شده است. براي تعيين اعتبار، با استفاده از داده هاي متفاوت، صحت مدل بررسي گرديده و خطاي پيش بيني نشان داده شده است. نتايج تجربي بر توانايي مدل در پيش بيني رفتار عملگر آلياژ حافظه دار مغناطيسي صحه مي گذارد. به دليل قابليت معكوس پذيري و سادگي مدل پرنتل-ايشلينسكي تعميم يافته، از اين معكوس مي توان به عنوان كنترل كننده پيشرو براي جبران رفتار پسماند غيرخطي آلياژ حافظه دار مغناطيسي استفاده كرد. تمامي نتايج به صورت تجربي با استفاده از دستگاه تست تجربي ساخته شده براساس عملگر آلياژ حافظه دار مغناطيسي به دست آمده است.

Today, due to ever-increasing demand for fast and precise movements and changes, along with small-scale actuations in many engineering fields, the use and efficiency of smart materials has increased in importance. Magnetic Shape Memory Alloy (MSMA) is one of the latest smart materials having both shape memory and magnetic properties. As a matter of fact, in normal room temperatures it has magnetic field-induced strains far more than any other smart materials such as magnetostrictive, piezoelectric or electrostrictive materials and its frequency response is greater than thermal shape memory alloy. However, on the downside, asymmetric hysteresis is a property that constrains its widespread applications. Prandtl-Ishlinskii model is one of the powerful phenomenological models for simulating asymmetric, non-linear hysteresis used to simulate smart material behavior. In the present study, MSMA hysteresis behavior simulation has been investigated through a new approach using generalized Prandtl-Ishlinskii model. After identifying the model parameters, the study compares the predicted output with the experimental results. To validate the model, using different data, model accuracy has been checked and prediction error has been shown. The experimental results have proved the capability of the model in predicting the hysteresis behavior. Thanks to invertible and simplistic potential of the generalized Prandtl-Ishlinskii model, the inverse of the model can be applied as a feedforward controller for compensating the hysteresis behavior. It should also be noted that all the experimental results have been yielded through using experimental set-up.