کنترل نانو عملگر پیزوالکتریک با استفاده از تئوری فلکسوالکتریک وابسته به اندازه

در این مقاله برای اولین بار از کنترل پسخورد و کنترل فازی به منظور ردگیری مسیر دلخواه انتهای یک نانوتیر طرهای پیزوالکتریک به عنوان یک نانو عملگر استفاده شده است. معادلات حرکت بشکل معادلات دیفرانسیل با مشتقات پاره ایی به کمک تئوری فلکسوالکتریک مرتبه بالا وابسته به اندازه استخراج گردیده است. به منظور دستیابی به معادلات حاکم، فرمولاسیون غیرخطی برای نانوتیر اویلر- برنولی پیزوالکتریک با درنظر گرفتن غیرخطی گری فونکارمن به کارگرفته شده است. معادلات غیر خطی به کمک حساب تغییرات و اصل همیلتون بدست آمده است. برای تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ایی به معادلات دیفرانسیل معمولی روش گسسته سازی گلرکین پیاده سازی شده است. با استفاده از متغیرهای فضای حالت، مدل فضای حالت نانوتیر برای طراحی کنترل کننده مناسب بدست آورده شده است. سپس طراحی کنترل پسخورد حالت بدون انتگرالگیر، کنترل پسخورد حالت با انتگرال گیر و کنترلر فازی برای کنترل انتهای نانوعمل گر به منظور ردگیری مسیر دلخواه صورت پذیرفته است. در پایان اثر ورودی های متفاوت (سینوسی و پله) به همراه اغتشاش (ضربه) برروی کنترلرهای طراحی شده با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری شرح داده شده است. با توجه به یافته های این مقاله می توان بیان نمود که به ترتیب کنترلر فازی، کنترلر پسخورد حالت با انتگرال گیر و کنترلر پسخورد حالت بدون انتگرال گیر بهترین عملکرد را داشته اند.

Control of a Piezoelectric Nano-Actuator based on Flexoelectric Size-Dependent Theory

In this paper, for the first time feedback control algorithms and fuzzy control are implemented for tip tracking control of a piezoelectric sizedependent cantilever nanobeam as a nanoactuator to a desired path. The governing partial differential equation of motion is obtained based on a sizedependent highorder flexoelectric theory. The equations of motion for an isotropic piezoelectric EulerBernoulli nanobeam are derived based on the vonKarman geometric nonlinearity besides employing the Hamilton’s principle and variational approach. In order to reduce the governing partial differential equations into a set of ordinary differential equations the Galerkin projection method is implemented. By introducing a new set of variables, the state space model of nanobeam is derived. The state feedback, integral state feedback and fuzzy control algorithms are employed to achieve a desired output for tip tracking. Regarding to the findings of this paper, it can be concluded that the fuzzy controller, integral state feedback and state feedback controller have the best performance in that order.