Ushbu tadqiqot shakl xotirali qotishma (Shape Memory Alloy, SMA) prujinalaridan tashkil topgan ikki yo‘nalishli sun’iy mushaklar bilan harakatlantiriladigan kichik o‘lchamli son bo‘g‘imi ekzoskeleti prototipini termo-mexanik tavsiflash, haroratni baholash, tizimni identifikatsiyalash va adaptiv PID boshqaruv nuqtayi nazaridan o‘rganadi. Oltitadan SMA prujinadan iborat ikkita qarama-qarshi prujina guruhi fleksion va ekstensiya yo‘nalishlarini hosil qilgan, prototip tavsiflash tajribalarida −20° bilan 200° oralig‘ida harakatlantirilgan. Ingichka SMA prujinalarining haroratini bevosita o‘lchash qiyinligi sababli tadqiqotchilar termopara o‘lchovlarini elektr kuchlanish va tok ma’lumotlari bilan birlashtiradigan issiqlik uzatishga asoslangan haroratni baholash usulini ishlab chiqqan. Tizimni identifikatsiyalash boshqaruvchi sozlamalari uchun transfer funksiyalarini taqdim etgan; adaptiv boshqaruvning sinusoidal trayektoriya tajribasida son bo‘g‘imi burchagini kuzatish xatosi 0,94° RMSE deb xabar qilingan. Biroq tadqiqot kichik o‘lchamli eksperimental prototipga asoslangan; insonda kiyiladigan ekzoskelet samaradorligi, uzoq muddatli chidamlilik yoki klinik reabilitatsiya muvaffaqiyatini ko‘rsatmaydi.

Prototipning sun’iy mushagi inson mushaklaridagi qarama-qarshi harakat tamoyilidan ilhomlangan ikkita SMA prujina guruhiga tayangan. Har bir guruhda oltita prujina bor. Ishlatilgan prujinaning sim diametri 0,5 mm, tashqi diametri 3,5 mm va o‘ramlar soni 25 ta. SMA qizdirilganda martensit fazadan austenit fazaga o‘tib, oldindan o‘rgatilgan qisqaroq shakliga tomon qisqaradi; tizim bu chiziqli siljishni transmissiya simi va shkiv orqali aylanish harakatiga aylantiradi. Qarama-qarshi prujina guruhini energiyalash harakat yo‘nalishini teskari qiladi.

Boshqaruv tizimi ikkita asosiy qayta aloqaga tayangan: SMA harorati va son bo‘g‘imi burchagi. To‘rtta termopara ishlatilgan; ikkita termopara fleksion guruhini, ikkita termopara ekstensiya guruhini kuzatgan. Burchak tezligi inertial o‘lchov birligi (Inertial Measurement Unit, IMU) tomonidan o‘lchangan, burchak Kalman filtri bilan baholangan. Boshqaruv siklining namuna olish vaqti 50 ms, chastotasi 20 Hz. Ikki PID haroratni, boshqa ikki adaptiv PID esa harakat yo‘nalishiga qarab son bo‘g‘imi burchagini boshqaradi.

Tadqiqotning eng muhim muhandislik cheklovi SMA ning termal xatti-harakatidir. Joule qizdirishi qisqarishni ta’minlasa, sovish tabiiy atrof-muhit sharoitiga qoldirilgan. Tadqiqotchilar avvalgi tajribalar bilan solishtirganda ayni harakat masofasiga erishish uchun vaqt o‘tishi bilan ko‘proq qizdirish talab etilganini kuzatgan va SMA ning termal degradatsiya xavfini kamaytirish uchun keyingi adaptiv boshqaruv tajribalarida harakat oralig‘ini 20° gacha qisqartirgan. Demak, tadqiqot katta harakat diapazonining o‘zi yetarli emasligini; harorat, sovish vaqti, boshqaruv aniqligi va material umri birgalikda baholanishi kerakligini ko‘rsatadi.

Turkiya nuqtayi nazaridan: Tadqiqot Turkiyada inson foydalanuvchilari bilan o‘tkazilgan ekzoskelet tajribasi emas va natijalarni bevosita klinik reabilitatsiyaga ko‘chirib bo‘lmaydi. Shunga qaramay, SMA asosidagi ixcham aktuator, haroratni baholash va adaptiv boshqaruv yondashuvi universitetlarda yumshoq robototexnika, reabilitatsiya robotlari va kiyiladigan tizim prototiplari ustida ishlaydigan tadqiqot guruhlari uchun o‘rganishga arzigulik muhandislik yondashuvini taklif etadi. Turkiyada haqiqiy foydalanuvchiga mo‘ljallangan qo‘llashga o‘tish uchun to‘liq o‘lchamli prototip, foydalanuvchi xavfsizligi, teri bilan termal kontakt, faol sovitish, turli yuklar ostida boshqaruv, sikl umri va uzoq muddatli material charchog‘i kabi masalalar alohida tasdiqlanishi kerak.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Shakl xotirali qotishmalar ixcham o‘lchamda yuqori kuch hosil qila olishi, jim ishlashi va an’anaviy motorlarga nisbatan yumshoq hamda moslashuvchan mexanizmlar yaratishi mumkinligi sababli kiyiladigan robotlarda qiziqarli aktuatorlardir. Biroq ularning harakati bevosita haroratga bog‘liq. Qizish paytida qisqaradigan SMA ning sovishi nisbatan sekin; material gisterezis ko‘rsatadi va haddan tashqari qizdirish shakl xotirasi xususiyatini buzishi mumkin.

Shu sababli tadqiqot faqat “SMA prujinasi son bo‘g‘imini harakatlantira oladimi?” savoliga qaratilmagan. Asosiy muhandislik muammosi SMA prujinasining haroratini ishonchli kuzatish, harakat dinamikasini modellashtirish va tizim xatti-harakati o‘zgarishiga qaramay maqsadli son bo‘g‘imi burchagini boshqara olishdir.

Ikki yo‘nalishli SMA sun’iy mushagi qanday ishlaydi?

Tizim ikkita qarama-qarshi SMA prujina guruhidan iborat. Tadqiqotdagi 2-rasm kichik o‘lchamli prototipning mexanik tuzilishini batafsil ko‘rsatadi. A guruhida oltita SMA prujina, B guruhida esa ularga qarshi ishlaydigan oltita SMA prujina bor. Prujinalarning chiziqli harakati po‘lat transmissiya simi orqali aylanuvchi bog‘lamaga uzatiladi. Bir guruhni qizdirish bog‘lamani bir yo‘nalishda, ikkinchi guruhni qizdirish esa qarama-qarshi yo‘nalishda harakatlantiradi.

Tadqiqotning 1-rasmi SMA ning martensit va austenit fazalari orasidagi termo-mexanik xatti-harakatini tasvirlaydi. Sovuq holatda martensit fazasi ustun. Qizdirish materialni austenit fazaga o‘tkazadi va prujina o‘rgatilgan shakliga tomon qaytadi. Tadqiqotchilar ushbu fizik faza o‘zgarishini biologik mushakdagi qisqarishga o‘xshash aktuatsiya mexanizmi sifatida ishlatgan.

Prujina geometriyasi manbada quyidagicha berilgan:

Prototipning harakat diapazoni qancha?

Termo-mexanik tavsiflash tajribalarida kichik o‘lchamli prototip −20° bilan 200° oralig‘ida harakatlantirilgan. Biroq tadqiqotning 2a-rasmida inson son bo‘g‘imining referens sifatida berilgan normal fleksion-ekstensiya harakati taxminan −15° ekstensiya bilan 120° fleksion oralig‘ida ko‘rsatilgan. Shu sababli prototipning eksperimental mexanik harakat diapazoni inson son bo‘g‘imining fiziologik harakat chegarasi sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Tadqiqotning keyingi adaptiv boshqaruv tajribalarida esa termal degradatsiya xavfini kamaytirish uchun foydalaniladigan harakat masofasi ataylab 20° gacha qisqartirilgan. Bu o‘zgarish dastlabki tavsiflash tajribasidagi maksimal mexanik diapazon bilan barqaror boshqaruv tajribasidagi xavfsiz ish oralig‘i bir xil tushuncha emasligini ko‘rsatadi.

Ingichka SMA prujinasining haroratini o‘lchash nega qiyin?

SMA aktuatorining faza o‘zgarishi haroratga bog‘liq bo‘lgani uchun harorat tizim xavfsizligi va boshqaruvi uchun kritik o‘zgaruvchidir. Ammo 0,5 mm diametrli ingichka simga termopara uchini ishonchli mahkamlash oson emas. Sensor ham yaxshi termal kontaktni ta’minlashi, ham elektr jihatdan izolyatsiyalangan bo‘lishi kerak.

Tadqiqotchilar termopara uchini SMA ga ulash uchun poliimid tasma bilan elektr izolyatsiyasi va neylon ip bilan mexanik mahkamlashdan foydalangan. Shunga qaramay, kichik kontakt nuqtasi o‘lchash vaqtida ishlamay qolishi mumkin deb hisoblanib, har bir SMA guruhiga ikkita termopara o‘rnatilgan. Natijada jami to‘rtta termopara ishlatilgan.

Ushbu apparat redundansiga qo‘shimcha ravishda, tadqiqotchilar sensor nosozligi holatida ishlatilishi mumkin bo‘lgan hisoblashga asoslangan haroratni baholash usulini ishlab chiqqan. Model berilgan kuchlanish, tok, atrof-muhit harorati va tajribaviy kalibrlangan termal parametrlar yordamida SMA haroratini hisoblaydi.

SMA ning issiqlik uzatish modeli qanday qurilgan?

Tadqiqotchilar harorat o‘zgarish tezligini elektr kirish quvvati bilan atrof-muhitga beriladigan issiqlik o‘rtasidagi energiya balansi orqali ifodalagan:

\[ \dot{T}= \frac{I V-h_cA_{sp}(T-T_{amb})} {m_{sp}C_p} \]

Bu yerda \(V\) berilgan kuchlanishni, \(I\) tokni, \(m_{sp}\) SMA prujinasining massasini, \(C_p\) solishtirma issiqlik sig‘imini, \(T_{amb}\) atrof-muhit haroratini va \(A_{sp}\) atrof-muhit bilan issiqlik almashadigan prujina sirt maydonini ifodalaydi.

Konveksiya koeffitsiyenti doimiy deb olinmagan va quyidagi munosabat bilan modellashtirilgan:

\[ h_c=h_0+h_2T^n \]

Prujinaning issiqlik uzatish sirt maydoni esa manbada:

\[ A_{sp}=\pi dL \]

deb berilgan. Bu yerda \(d\) sim diametri va \(L\) SMA prujina simining umumiy uzunligi.

Haroratni baholash modeli tajriba ma’lumotidan qanday aniqlangan?

Atrof-muhit harorati chiqarilib:

\[ T_e=T-T_{amb} \]

ta’riflangan va harorat dinamikasi:

\[ \dot{T}_e=a_1VI+a_2T_e^n \]

ko‘rinishiga keltirilgan. Birinchi darajali farazda \(n=1\) olinib, \(Z=\dot{T}_e\), \(X=VI\) va \(Y=T_e\) deb belgilangan:

\[ [Z]=[X\;\;Y] \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} \]

va koeffitsiyentlar tajriba namunalaridan pseudo-inverse yordamida hisoblangan:

\[ \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} = [X\;\;Y]^{-1}[Z] \]

Ayni jarayon \(n=2\) va \(n=3\) uchun ham takrorlangan. Har bir model ikki boshlang‘ich sharoitda baholangan: boshlang‘ich harorat o‘lchanib ma’lum bo‘lgan holat va boshlang‘ich harorat noma’lum bo‘lib atrof-muhit haroratiga teng deb qabul qilingan holat.

Haroratni baholashda qaysi RMSE qiymatlari olindi?

T1 uchun boshlang‘ich harorat o‘lchangan holatda birinchi darajali model 0,40 °C RMSE bilan jadvaldagi eng past xatoni beradi. Boshlang‘ich harorat o‘lchanmaganida T1 uchun uchala modelda ham 1,53 °C xabar qilingan.

T2 natijalarida manba ichki talqin muammosi bor. Matnda ikkinchi darajali model T2 uchun eng past RMSE ni bergani aytiladi; ammo boshlang‘ich harorat o‘lchangan holatda uchinchi darajali modelning 2,31 °C qiymati ikkinchi darajali modelning 3,78 °C qiymatidan past. Boshlang‘ich harorat noma’lum holatda esa ikkinchi darajali model 3,51 °C bilan boshqa ikki T2 bahosiga qaraganda pastroq xato beradi. Shu sababli qaysi model “eng yaxshi” ekani boshlang‘ich sharoitga bog‘liq.

Ayni bo‘limda tadqiqotchilar baholash xatosi ±2 °C ichida qolganini aytadi. Biroq yuqoridagi jadvalda 2 °C dan yuqori ko‘plab RMSE qiymatlari mavjud bo‘lgani uchun bu bayonotni barcha model va boshlang‘ich sharoitlarga umumlashtirib bo‘lmaydi.

Son bo‘g‘imi burchagi qanday o‘lchanadi va boshqariladi?

Prototipda bitta IMU burchak harakatini o‘lchaydi. Tadqiqotchilar IMU dan olingan burchak tezligi ma’lumotini Kalman filtridan o‘tkazib son bo‘g‘imi burchagini baholaydi.

Jami to‘rtta PID boshqaruvchi ishlatilgan. Dastlabki ikki PID boshqaruvchi ikki SMA guruhining haroratini tartibga soladi. Qolgan ikki boshqaruvchi esa istalgan va o‘lchangan son bo‘g‘imi burchaklari orasidagi xato yo‘nalishiga qarab fleksion yoki ekstensiya SMA guruhini ishga tushiradi.

Harorat xatosi:

\[ e_T=T_m-T_d \]

deb ta’riflangan. Harorat PID boshqaruv signali:

\[ C_{T1,T2} = K_{pT}e_T+ K_{iT}\int e_Tdt+ K_{dT}\frac{de_T}{dt} \]

ko‘rinishida. Ushbu boshqaruvchilar faqat qizdirish vaqtida faol ekani alohida ta’kidlangan. SMA ni sovitish faol tizim bilan emas, atrof-muhit havosi orqali tabiiy sovish bilan sodir bo‘ladi.

Burchak boshqaruvida kuzatish xatosi:

\[ e_x=\theta_{hip}-\theta_{Des} \]

va adaptiv PID boshqaruv signali:

\[ C_{x1,x2}(t) = K_Pe(t)+K_I\int_0^t e(t)dt+K_D\frac{d}{dt}e(t) \]

deb ta’riflangan.

Adaptiv PID nimani o‘zgartiradi?

Doimiy PID dan farqli ravishda adaptiv tuzilma \(K_P\), \(K_I\) va \(K_D\) koeffitsiyentlarini ish paytida yangilaydi:

\[ K_P(n+1)=K_P(n)+\gamma_1e_x(t) \]

\[ K_I(n+1)=K_I(n)+\gamma_2K_I\int_0^t e_x(t)dt \]

\[ K_D(n+1)=K_D(n)+\gamma_3K_D\frac{d}{dt}e_x(t) \]

\(\gamma_1\), \(\gamma_2\) va \(\gamma_3\) musbat o‘rganish tezliklaridir. Tadqiqotchilar boshlang‘ich PID koeffitsiyentlari va o‘rganish tezliklarini tajribaviy iterativ sozlash bilan belgilaganini, mos bo‘lmagan parametrlar tizimni istalmagan xatti-harakatga olib borishi mumkinligini ochiq aytadi.

Tizimni identifikatsiyalash nega bajarildi?

SMA tizimi harorat, faza o‘zgarishi, mexanik yuk va tabiiy sovish sababli oddiy chiziqli aktuator kabi ishlamaydi. Tadqiqotchilar boshqaruvchini sozlashni faqat sinab ko‘rish va xatoga qoldirmasdan, MATLAB R2021a System Identification Toolbox yordamida tajribaviy kirish-chiqish ma’lumotlaridan transfer funksiyalarini chiqargan.

Fleksion va ekstensiya yo‘nalishlari alohida identifikatsiya qilingan. Buning sababi qarama-qarshi SMA guruhlarining ikki yo‘nalishdagi tizim dinamikasi bir xil emasligidir.

Fleksion tomonida jadvaldagi eng yuqori fitness %96,51 bilan kechikishli kam so‘nuvchi qutblar juftiga tegishli. Shunga qaramay, tadqiqotchilar keyingi PID sozlash uchun %95,15 fitness ga ega kechikishli ikki qutbli modelni tanlagan. Manba nima sababdan yuqoriroq fitness li model o‘rniga shu model tanlanganini ochiq tushuntirmaydi.

Ekstensiya tomonida esa kechikishli kam so‘nuvchi qutblar jufti %88,1 bilan jadvaldagi eng yuqori fitness qiymatiga ega va tadqiqotchilar tomonidan boshqaruvchi dizaynida ham tanlangan.

Termo-mexanik tavsiflash nimani ko‘rsatdi?

Tavsiflash tajribalarida avval B guruhi orqali fleksion harakat hosil qilingan. SMA prujinalariga 10 V DC berilgan va PWM bilan boshqarilgan tok sekin-asta oshirilgan. Joule qizishi bilan harorat oshganida bog‘lama burchagi ham o‘zgargan. B guruhi uchun qizdirish harorat 120 °C ga, son bo‘g‘imi burchagi 200° ga yoki tajriba davomiyligi 400 soniyaga yetishidan oldin tegishli limitlarga ko‘ra to‘xtatilgan.

Keyin tabiiy sovish kutilgan va A guruhi orqali teskari yo‘nalishda harakat hosil qilingan. A guruhi tajribasida harorat chegarasi yana 120 °C, burchak chegarasi −20° va vaqt chegarasi 800 soniya deb berilgan. Tajribalar izchillikni baholash uchun besh marta takrorlangan.

13-rasmdagi besh takror bo‘g‘im burchagi 200° atrofidagi yuqori holatga ko‘tarilib, keyin qarama-qarshi prujina guruhi ishga tushirilganda −20° atrofidagi holatga qayta olishini ko‘rsatadi. Ayni rasmning harorat grafigi har bir prujina guruhi Joule qizdirishi vaqtida tez qizishini va energiya uzilganda atrof-muhit sharoitida bosqichma-bosqich sovishini ko‘rsatadi.

Nega keyinchalik harakat oralig‘i 20° gacha qisqartirildi?

Tadqiqotchilar mavjud tajribalarni taxminan 10 oy avvalgi PID boshqaruv tajribalari bilan solishtirganda o‘xshash burchak harakatini hosil qilish uchun yuqoriroq harorat talab qilinayotganini xabar qiladi. Mualliflar buni SMA ning haddan tashqari qizdirilishi va shakl xotirasi xususiyatlarining degradatsiya xavfi bilan bog‘laydi.

Shuning uchun adaptiv PID bilan keyingi boshqaruv tajribalarida harakat diapazoni 20° bilan cheklangan. Maqsad kattaroq harakat hosil qilish emas, balki SMA ni yuqori haroratdan himoya qilgan holda boshqaruv xatti-harakatini o‘rganishdir.

Adaptiv boshqaruv tajribalarida natija qanday bo‘ldi?

20 V kirish ostida bajarilgan pog‘onali trayektoriya tajribasida adaptiv boshqaruv uchun RMSE 2,98° deb berilgan. Tadqiqotning natijalar bo‘limida ayni pog‘onali tajribalar uchun kechikish vaqti 2,09 s, ko‘tarilish vaqti 2,51 s va oshib ketish %10,5 deb xabar qilingan.

Sinusoidal referens trayektoriyada esa istalgan va haqiqiy burchak egri chiziqlari katta darajada bir-birini kuzatgan. 17-rasmda burchak o‘lchoviga keskin buzilishlar qo‘shilganiga qaramay adaptiv boshqaruv trayektoriyani qayta kuzatgani ko‘rsatiladi. Ushbu tajribada:

RMSE = 0,94°

deb xabar qilingan. Bu natija tadqiqotning tajriba qurilmasidagi burchak kuzatish samaradorligini ifodalaydi; haqiqiy foydalanuvchining yurishi yoki reabilitatsiya amaliyotida olingan klinik aniqlik qiymati emas.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Oltitadan SMA prujinadan iborat ikkita qarama-qarshi prujina guruhi kichik o‘lchamli prototipda ikki yo‘nalishli bo‘g‘im harakatini hosil qila olgan.
• Termo-mexanik tavsiflash tajribalarida prototip −20° bilan 200° oralig‘idagi mexanik harakat diapazonini ko‘rsatgan.
• Kuchlanish va tok o‘lchovlarini issiqlik uzatish modeli bilan birlashtiradigan haroratni baholash yondashuvi tajribaviy termopara ma’lumotlari bilan taqqoslangan.
• T1 haroratida birinchi darajali model va o‘lchangan boshlang‘ich harorat uchun 0,40 °C RMSE xabar qilingan.
• Tizimni identifikatsiyalash fleksion va ekstensiya yo‘nalishlari uchun bir-biridan farqli dinamik xatti-harakatlarni ko‘rsatgan.
• Adaptiv PID boshqaruv sinusoidal tajribada 0,94° burchak kuzatish RMSE siga erishgan.
• Termal yuk SMA harakat diapazoni va uzoq muddatli foydalanish imkoniyati uchun asosiy cheklovchi omillardan biri ekani tajribaviy tarzda ko‘rinadigan bo‘lgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan yoki sinamagan natijalar

• Tadqiqot haqiqiy insonda kiyiladigan son bo‘g‘imi ekzoskeleti tajribasi emas.
• 0,94° RMSE klinik reabilitatsiya muvaffaqiyati yoki bemor natijasi emas.
• −20° bilan 200° oralig‘idagi prototip harakati inson son bo‘g‘imi uchun tavsiya etilgan ish oralig‘i emas.
• SMA tizimining uzoq muddatli sikl umri tajribaviy ravishda ko‘rsatilmagan.
• Faol sovitish tizimi ushbu tadqiqotda qo‘llanmagan.
• Teri bilan kontaktda bo‘ladigan to‘liq o‘lchamli ekzoskeletda termal xavfsizlik tasdiqlanmagan.
• Haroratni baholash usuli har bir SMA geometriyasida yoki turli atrof-muhit sharoitida ayni aniqlikni berishi ko‘rsatilmagan.
• Uzoq muddat foydalanishdagi material charchog‘i va samaradorlik yo‘qotilishi keng qamrovli sinovdan o‘tkazilmagan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Eksperimental tizim xulosasi

SMA ning termo-mexanik munosabati

Manbada SMA prujinasi uchun kuchlanish, harorat, kesish deformatsiyasi va martensit ulushini bog‘laydigan fenomenologik model quyidagicha berilgan:

\[ \dot{\tau} = G\dot{\gamma} + \Omega\dot{\xi} + \Theta\dot{T} \]

Bu yerda \(G\) kesish moduli, \(\Omega\) transformatsiya tenzori, \(\Theta\) termoelastik tenzor, \(\gamma\) kesish deformatsiyasi, \(T\) harorat va \(\xi\) martensit faza ulushidir. Manbada \(\xi=1\) to‘liq martensit, ya’ni sovuq holat; \(\xi=0\) esa to‘liq austenit, ya’ni issiq holat deb ta’riflangan.

Chiziqli harakatdan aylanish harakatiga o‘tish

SMA prujina guruhi hosil qilgan chiziqli siljish shkiv orqali son bo‘g‘imi bog‘lamasining aylanishiga aylantiriladi:

\[ \theta_x= \frac{\Delta L}{r_{pulley}} \]

\(\Delta L\) SMA prujinalari hosil qilgan chiziqli harakatni, \(r_{pulley}\) shkiv radiusini va \(\theta_x\) bog‘lamaning aylanish burchagini ifodalaydi.

Fleksion tizimini identifikatsiyalash

Tadqiqotchilar PID sozlash uchun %95,15 fitness qiymatiga ega kechikishli ikki qutbli modelni tanlagan:

\[ G_{flex}(s) = \frac{648.2} {348.8s^2+37.35s+1} e^{-6.46s} \]

Ushbu model uchun belgilangan PID koeffitsiyentlari:

• \(K_p = 0.00518\)
• \(K_i = 0.00001\)
• \(K_d = 0.05697\)

Simulyatsiyada ko‘tarilish vaqti 8,7 s, joylashish vaqti 56,8 s va oshib ketish %6,9 deb xabar qilingan.

Ekstensiya tizimini identifikatsiyalash

Ekstensiya uchun tanlangan transfer funksiyasi:

\[ G_{ext}(s) = \frac{0.003174} {281.2s^2+15.33s+1} e^{-22.4s} \]

PID parametrlari:

• \(K_p = 120.3254\)
• \(K_i = 5.7343\)
• \(K_d = 631.2162\)

Simulyatsiyada ko‘tarilish vaqti 39,3 s, joylashish vaqti 290 s va oshib ketish %8,15 deb xabar qilingan. Fleksion va ekstensiya dinamikalari orasidagi bu katta farq ikki yo‘nalish bitta aynan bir dinamik model bilan ifodalanmaganini ko‘rsatadi.

Adaptiv boshqaruv tajribasining boshlang‘ich parametrlari

Harakat oralig‘i termal xavf sababli 20° gacha qisqartirilgandan so‘ng adaptiv boshqaruv tajribalaridagi boshlang‘ich PID parametrlari manbada quyidagicha berilgan:

• \(k_p = 0.621732 \times 255\)
• \(k_i = 0.007068 \times 255\)
• \(k_d = 0.0341826 \times 255\)

Adaptatsiya o‘rganish tezliklari:

• \(\gamma_1 = 6.0 \times 10^{-6}\)
• \(\gamma_2 = 10^{-7}\)
• \(\gamma_3 = 5 \times 10^{-9}\)

Eksperimental boshqaruv natijalari

Tadqiqotning asosiy muhandislik cheklovlari

• SMA ning tabiiy sovish vaqti tizim javobini cheklaydi.
• Haddan tashqari harorat shakl xotirasi xatti-harakatining buzilishi va aktuator umrining kamayishi xavfini tug‘diradi.
• Avvalgi tajribalarga qaraganda ayni harakat uchun ko‘proq issiqlik talab qilinayotgani kuzatilgan.
• Shu sababli keyingi tajribalarda harakat masofasi 20° gacha qisqartirilgan.
• To‘liq o‘lchamli inson kiyadigan ekzoskelet ushbu tadqiqot doirasida sinovdan o‘tkazilmagan.
• Uzoq muddatli sikl va chidamlilik sinovlari bajarilmagan.
• Faol sovitish qo‘llanmagan; tadqiqotchilar buni kelajakdagi ish mavzusi sifatida ko‘rsatgan.

Manba va Usul Haqida Izoh

To‘liq asl tadqiqot nomi: Temperature Estimation of Thin Shape Memory Alloy Springs in a Small-Scale Hip Exoskeleton with System Identification and Adaptive Control

Mualliflar: Hussein F. M. Ali, Youngshik Kim, Ejaz Ahmad, Shuaiby Mohamed.

Mualliflar tartibi: Manbada berilgan tartib aynan saqlangan.

Teng birinchi / teng hissa: Manbada teng birinchi yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Mas’ul mualliflar: Hussein F. M. Ali va Youngshik Kim.

Muassasalar:

• Department of Mechanical Engineering, Benha University, Benha, Egypt.
• Department of Smart Computing, Kyungdong University Global, Goseong, Republic of Korea.
• Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University, Daejeon, Republic of Korea.
• Department of Mechatronics Engineering, Assiut University, Assiut, Egypt.

Manba turi: Taqrizli eksperimental tadqiqot maqolasi; SMA aktuator, tizimni identifikatsiyalash, haroratni baholash va adaptiv boshqaruv tadqiqoti.

Jurnal: Actuators.

Nashriyot: MDPI.

Bibliografik ma’lumot: Actuators 2026, 15(1), 26.

Maqola raqami: 26.

DOI: 10.3390/act15010026.

Rasmiy nashr havolasi:https://doi.org/10.3390/act15010026

Yuborilgan sana: 23 August 2025.

Qayta ko‘rib chiqilgan sana: 23 November 2025.

Qabul qilingan sana: 16 December 2025.

Nashr sanasi: 3 January 2026.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Moliyalashtirish: Tadqiqot Koreya Milliy Tadqiqot Jamg‘armasi (NRF) orqali Koreya hukumati MSIT tomonidan qo‘llab-quvvatlangan 2017R1A2B4008056, 2021R1H1A2093798 va 2022R1A2C1011462 raqamli grantlardan moliyalashtirilgan. Bundan tashqari, Ministry of Education tomonidan moliyalashtiriladigan Regional Innovation Strategy doirasida 2021RIS-004 ko‘magi va birinchi muallif uchun NRF Brain Pool dasturi doirasida 2019H1D3A1A01071124 raqamli ko‘mak xabar qilingan.

Ma’lumotlar mavjudligi: Tadqiqot ma’lumotlari so‘rov asosida taqdim etilishi mumkinligi aytilgan.

Institutsional etika kengashi: Manbada “Not applicable” deb ko‘rsatilgan.

Axborotli rozilik: Manbada “Not applicable” deb ko‘rsatilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Muallif hissalari: Konseptualizatsiya H.F.M.A. va Y.K.; metodologiya H.F.M.A.; dasturiy ta’minot H.F.M.A. va S.M.; tasdiqlash H.F.M.A. va S.M.; formal tahlil va tadqiqot H.F.M.A.; resurslar Y.K.; ma’lumotlarni tartibga solish H.F.M.A. va S.M.; birinchi qoralama H.F.M.A., E.A. va S.M.; ko‘rib chiqish va tahrirlash H.F.M.A.; vizualizatsiya H.F.M.A. va S.M.; rahbarlik, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirishni olish Y.K. deb xabar qilingan.

Sun’iy intellektdan foydalanish bayonoti: Mualliflar maqolani tayyorlash vaqtida adabiyotlarni ko‘rib chiqishga ko‘mak, matnni tahrirlash, tilni yaxshilash va LaTeX formatlash bo‘yicha texnik yordam uchun ChatGPT, GPT-5 modelidan foydalanganini ochiq bildirgan. Mualliflar barcha chiqishlarni ko‘rib chiqib, tahrirlaganini va nashr mazmuni uchun javobgarlikni o‘z zimmasiga olganini bildiradi.

Ilmiy mazmun chegarasi: Ushbu Verianla maqolasidagi tajriba qurilmasi, formulalar, harorat qiymatlari, RMSE natijalari, transfer funksiyalari, boshqaruv parametrlari va ilmiy talqinlar ko‘rib chiqilgan asosiy tadqiqotga tayangan. Bibliografik tasdiqlashdan tashqari tashqi manbalardan yangi eksperimental topilma qo‘shilmagan.

Manba ichidagi muhim nomuvofiqliklar

• Haroratni baholash bo‘limidagi bir jumlada T1 ham, T2 ham “SMA springs group A” deb ta’riflangan. Tadqiqotning boshqa bo‘limlaridagi boshqaruv arxitekturasida T1 va T2 ikki xil qarama-qarshi SMA guruhiga tegishli. Bu holat manba ichki yorliqlash nomuvofiqligi sifatida saqlangan.
• Fleksion tizimini identifikatsiyalashda 1-jadvalning eng yuqori fitness qiymati %96,51 bilan “underdamped pair with delay” modeliga tegishli. Shunga qaramay, mualliflar boshqaruvchi dizayni uchun %95,15 fitness ga ega “two poles with delay” modelini tanlagan. Manba bu tanlov sababini ochiq ko‘rsatmaydi.
• Haroratni baholashda mualliflar T2 uchun ikkinchi darajali model eng past RMSE ni berganini aytadi. Ammo boshlang‘ich harorat o‘lchangan holatda uchinchi darajali model 2,31 °C, ikkinchi darajali model esa 3,78 °C RMSE beradi. Boshlang‘ich harorat o‘lchanmagan holatda ikkinchi darajali modelning 3,51 °C natijasi eng past qiymatdir.
• Manbada haroratni baholash xatosi ±2 °C ichida qolgani aytilishiga qaramay, 10–12-rasmlarda 2,31, 2,64, 3,51, 3,78, 4,15, 4,44, 7,65 va 13,75 °C kabi 2 °C dan yuqori RMSE natijalari mavjud. Shu sababli ±2 °C bayonoti barcha sinov sharoitlari uchun amal qiladigan umumiy natija sifatida taqdim etilmagan.
• Termo-mexanik tavsiflashning izoh matnida 13b-rasm harorat, 13c-rasm burchak deb ta’riflangan; ko‘rinadigan rasm va rasm osti yozuvida esa 13b bo‘g‘im burchagi, 13c haroratdir.

Ilmiy talqin chegarasi: Tadqiqot kichik o‘lchamli eksperimental prototipni o‘rganadi. Prototipning −20° bilan 200° oralig‘ida mexanik harakat ko‘rsatishi bu oralig‘ inson son bo‘g‘imida xavfsiz yoki fiziologik ekanini anglatmaydi. Adaptiv boshqaruv tajribasidagi 0,94° RMSE ham haqiqiy bemor reabilitatsiyasidagi samaradorlikni ifodalamaydi. SMA harorati inson bilan kontakt nuqtayi nazaridan muhim xavfsizlik muammosidir va tadqiqotchilar kelajakda faol sovitish hamda uzoq muddatli chidamlilik tadqiqotlariga ehtiyoj borligini ochiq aytadi.