形状記憶合金（SMA）アクチュエータにおける大きなヒステリシスおよび深刻な非線形性による制御困難に対して、SMAの自己感知特性に基づく逆ヒステリシスフィードフォワード補償とSMC-PIDを用いた閉ループ変位制御法を提案する。まず、SMAの動作原理に基づきアクチュエータの正モデルを構築し、正モデルを用いて各モジュールの逆モデルを得た。次に、SMAの抵抗特性分析により、実験的手法でSMAアクチュエータの抵抗-変位自己感知モデルを獲得し、外部センサなしの変位フィードバックを実現した。さらに、逆モデルフィードフォワードと適応型SMC-PIDフィードバックを組み合わせた複合制御法を設計し、フィードフォワード制御は逆モデルを通じてSMAの非線形性とヒステリシスを補償し、フィードバック制御はオンラインパラメータ調整可能な適応型SMC-PIDコントローラによりスライディングモード等価制御信号を近似し、スライディングモードシステムの安定性を証明した。シミュレーションおよび実験結果は、提案制御法が従来法に比べ、正弦波指令、加熱収縮および自然冷却過程における連続ステップ指令追従において優れた制御性能を持つことを示した。実験により提案法のステップ指令信号追従の調整時間は17秒以内、変位追従誤差は0.2 mm以内であり、SMAアクチュエータの精密変位閉ループ制御を達成し、システムのヒステリシスおよびパラメータ不確実性に対して高いロバスト性を持つことを実証した。

形状記憶合金;ヒステリシス非線形;自己感知;逆補償;適応型スライディングモードPID制御;変位制御