Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.284-287
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2001
This paper presents the robust control simulation of a composite beam using self-sensing actuators(SSA). The self-sensing actuator is a new concept for intelligent material, where a single piezoelectric element simultaneously functions as both a sensor and an actuator. In a practical implementation of the self-sensing actuator an electrical bridge circuit is used to measure strain. The circuit could provide significant information about strain in the element if it were well-balanced. Our aim is design a robust controller which guarantees that the performance of a self-sensing actuator is robust against perturbation of the bridge balance and to confirm the advantages of this technique. Simulation results show that the self-sensing actuator driven by the designed controller exhibits excellent performance in suppressing the vibration of a composite beam.
Soft fluidic actuators (SFAs) are widely utilized in various areas such as wearable systems due to the inherent compliance which allows safe and flexible interaction. However, SFA-driven systems generally require a large pump, multiple valves and tubes, which hinders to develop a miniaturized system with small range of motion. Thus, a highly integrated soft actuator needs to be developed for implementing a compact SFA-driven system. In this study, we propose an electro-hydraulic soft zipping actuator that can be used as a miniature pump. This actuator exerts tactile force as a dielectric liquid contained inside the actuator pressurized its deformable part. In addition, the proposed actuator can estimate the internal dielectric liquid thickness by using its self-sensing function. Besides, the electrical characteristics and driving performance of the proposed system were verified through experiments.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.4
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pp.203-208
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2001
In this paper, a novel dual-type positioning mechanism using a voice coil motor(VCM) and a piezoelectric actuator is proposed for optical disk drive or near-field recording type drive. The VCM is used for a coarse motion actuator and the piezoelectric actuator, "S" configuration deflection motion when voltage applied, is used for a fine motion actuator with self-sensing technique, which allows it to sense and actuate simultaneously in a closed loop frame work. When the VCM rotates and stops, a position feedback control algorithm is adopted to further control residu vibration. The performance of the control scheme is confirmed through simulations and experiments.
An adaptronic strut for machine tools with parallel kinematics for compensation of the influence of geometric errors is introduced. Implemented within the strut is a piezoelectric sensor-actuator unit separated in function. In the first part of this contribution, the functional principle of the strut is presented. For use of one piezoelectric transducer as both, sensor and actuator as so-called self-sensing actuator, the acquisition of the sensing signal while actuating simultaneously using electrical bridge circuits as well as filter properties are examined. In the second part the control concept developed for the adaptronic strut is presented. A co-simulation model of the strut for simulating the controlled multi-body behavior of the strut is set-up. The control design for the strut as a stand-alone system is tested under various external loads. Finally, the strut is implemented into a model of the complete machine tool and the influence of the controlled strut onto the behavior of the machine tool is examined.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.375-378
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2002
In this paper, the frequency response separation scheme is proposed for high scanning speed and simple structure of non-contact type of AFM. A self-sensing cantilever is attached on the actuator for detect the atomic force between tip and the media surface. VCM or PZT are used for actuator. This paper presents the method to simplify the actuator structure and the performance of each actuator for non-contact type AFM. Based on the frequency response separation scheme, the only one actuator plays roles 1311owing low frequency surface and modulating self-sensing cantilever tip in contrast with convention non-contact type AFM. 10 ${\mu}{\textrm}{m}$ standard grid sample imaged to verify proposed scheme. This result shows the possibility simplifying the actuator structure and reducing cost of non-contact type AFM.
As a functional material, shape memory alloy (SMA) has attracted much attention and research effort to explore its unique properties and its applications in the past few decades. Some of its properties, in particular the electrical resistance (ER) based self-sensing property of SMA, have not been fully studied. Electrical resistance of an SMA wire varies during its phase transformation. This variation is an inherent property of the SMA wire, although it is highly nonlinear with hysteresis. The relationship between the displacement and the electrical resistance of an SMA wire is deterministic and repeatable to some degree, therefore enabling the self-sensing ability of the SMA. The potential of this self-sensing ability has not received sufficient exploration so far, and even the previous studies in literature lack generality. This paper concerns the utilization of the self-sensing property of a spring-biased Nickel-Titanium (Nitinol) SMA actuator for two applications: ER feedback position control of an SMA actuator without a position sensor, and estimation of the opening of a SMA actuated valve. The use of the self-sensing property eliminates the need for a position sensor, therefore reducing the cost and size of an SMA actuator assembly. Two experimental apparatuses are fabricated to facilitate the two proposed applications, respectively. Based on open-loop testing results, the curve fitting technique is used to represent the nonlinear relationships between the displacement and the electrical resistance of the two SMA wire actuators. Using the mathematical models of the two SMA actuators, respectively, a proportional plus derivative controller is designed for control of the SMA wire actuator using only electrical resistance feedback. Consequently, the opening of the SMA actuated valve can be estimated without using an extra sensor.
A new positioning mechanism with Parallel type actuator using piezoelectric material and with dual type actuators using voice coil motor (VCM) and piezoactuator is proposed for optical disk drive or near-field recording type drive, and high speed position and vibration control are investigated. Parallel type bimorph piezoactuator is used as a fine motion actuator with self-sensing technique, which allows a piezoelectric material to concurrently sense and actuate in a closed loop frame work, and positive position feedback control algorithm is adopted to further control residual vibration. For positioning control of VCM, PID control algorithm is adopted.
The development of a digital signal processor based prototype is described in relation to continuing efforts for realizing a fully self-contained active sensor system utilizing impedance-based structural health monitoring. The impedance method utilizes a piezoelectric material bonded to the structure under observation to act as both an actuator and sensor. By monitoring the electrical impedance of the piezoelectric material, insights into the health of the structured can be inferred. The active sensing system detailed in this paper interrogates a structure utilizing a self-sensing actuator and a low cost impedance method. Here, all the data processing, storage, and analysis is performed at the sensor location. A wireless transmitter is used to communicate the current status of the structure. With this new low cost, field deployable impedance analyzer, reliance on traditional expensive, bulky, and power consuming impedance analyzers is no longer necessary. A complete power analysis of the prototype is performed to determine the validity of power harvesting being utilized for self-containment of the hardware. Experimental validation of the prototype on a representative structure is also performed and compared to traditional methods of damage detection.
Interfacial durability and electrical properties of CNT or ITO coated PVDF nanocomposites were investigated for self-sensor and micro actuator applications. Electrical resistivity of nanocomposites for the durability on interfacial adhesion was measured using four points method via fatigue test under cyclic loading. CNT/PVDF nanocomposite exhibited lower electrical resistivity and good self-sensing performance due to inherent electrical property. Durability on the interfacial adhesion was good for both CNT and ITO/PVDF nanocomposites. With static contact angle measurement, surface energy, work of adhesion, and spreading coefficient between either CNT or ITO and PVDF were obtained to verify the correlation with interfacial adhesion durability. The optimum actuation performance of CNT or ITO coated PVDF specimen was measured by the displacement change using laser displacement sensor with changing frequency and voltage. The displacement of actuated nanocomposites decreased with increasing frequency, whereas the displacement increased with voltage increment. Due to nanostructure and inherent electrical properties, CNT/PVDF nanocomposite exhibited better performance as self-sensor and micro actuator than ITO/PVDF case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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