SMA关节的模糊PID控制：+/-60度移动与自感应驱动器性能

本文探讨了一种应用于航空航天飞机和飞机伺服系统的两自由度（DOF）关节，该关节利用形状记忆合金（SMA）三线驱动，具有显著的运动范围，接近±60度。作者设计了一种基于模糊比例积分微分（Fuzzy PID）控制的SMA执行器驱动系统，这种设计利用了SMA的抗性特性，通过电阻反馈实现了闭环控制。在实验过程中，研究者发现随着驱动响应频率的提升，关节在最大摩擦力作用下，特别是在特定位置上，过应力问题变得更加明显。此外，他们观察到在高温和低温循环中，SMA的应变-电阻曲线出现了明显的磁滞效应，即加热路径和冷却路径间的电阻差异增大。 为了克服这些挑战，作者引入了模糊逻辑控制策略，通过拟合多项式模型来准确地将测量到的电阻值转化为控制信号。这种方法有助于减少因温度变化导致的控制误差，并在实际应用中展示了精确的控制性能。实验结果显示，在模糊PID控制下，旋转角的平均绝对误差（MAE）仅为3.147度，表明了控制系统的高精度。 此外，作者还研究了系统对外部干扰的响应，证实了该控制方案能够有效地管理最大输出，确保系统的稳定性。这一工作不仅展示了智能结构的优势，如自我感知和自适应控制，而且为SMA在复杂伺服系统中的应用提供了新的可能，对于提高航空航天飞行器的灵活性和可靠性具有重要意义。未来的研究可以进一步优化控制算法，减小误差，并探索更高效的磁滞效应管理方法。