Dynamic modeling and control of an electromechanical control actuation system
Kontrol tahrik sisteminin dinamik modellenmesi ve kontrolü
- Tez No: 442087
- Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 155
Özet
Elektromekanik eyleyiciler uçak ve füzelerde olmak üzere birçok uygulamada sıklıkla kullanılmaktadır. Bu eyleyiciler anlık aşırı sürme kapasitesine, uzun vadeli depolanabilme özelliğine, pasif durumda düşük güç tüketebilme ve az bakım gerektirme karakteristiğine sahiptirler. Bu yüzden elektromekanik eyleyiciler havacılıktaki çoğu sistem için uygulanabilir bir seçenektir. Aynı şekilde bunlar füzelerin kontrol bölümlerinde uçuş kontrol yüzeylerini döndürmek için kullanılabilmektedir. En çok kullanılan kontrol tahrik sistemleri elektromekanik, elektrohidrolik ve elektrohidrostatik alternatifleridir. Bu tez kapsamında, fırçasız doğru akım motoru, bilyeli vida ve kaldıraç mekanizmasından oluşan bir elektromekanik kontrol tahrik sistemi ele alınmıştır. Bu tip kontrol tahrik sistemlerinde, kaldıraç mekanizmasının kendisinden, limitlerden, Coulomb sürtünmelerinden, boşluklardan ve kaldıracın ilk montaj konumlanmasından kaynaklanan bazı doğrusal olmayan durumlar ve simetri bozuklukları mevcuttur. Kontrolcü tasarımı ve kontrolcü parametrelerinin en iyilenmesi için tüm hareket denklemleri türetilmiş, sistemin ayrıntılı doğrusal ve doğrusal olmayan matematiksel modelleri elde edilmiştir. Servomotor sürücüsü akım modunda kullanılmaktadır. Sisteme fazladan sönüm katmak ve oluşabilecek gereksiz salınımları engellemek için konum ve akım döngüsü arasına eklenen hız iç döngüsü ile üç kontrol döngüsü kullanılmaktadır. Doğrusal model kullanılarak, başarım gereksinimlerine göre konum ve hız kontrolcüsü olarak sırasıyla PI ve P kontrolcülerin kullanılmasının yeterli olduğuna karar verilmiştir. İntegral kazancı olan kontrolcü çıkışlarına uygulanan sınırlar hataların artmasına sebep olmaktadır. Gerçekleşen değerin referans komutuna varmasına rağmen, bu hatalar hemen giderilememektedir. Bu durumu ortadan kaldırmak için“anti-windup”yöntemi uygulanmıştır. Sonrasında, belli olmayan kontrolcü parametreleri ve“anti-windup”katsayısı, doğrusal olmayan model kullanılarak performans gereksinimine göre MATLAB Response Optimization Tools (cevap en iyileme araçları) yardımıyla bulunmuştur. En iyileme sırasında, doğrusal olmayan ilişkiler ve kontrolcü çıkışlarına uygulanan sınırlamalar göz önünde bulundurulmuştur. Kaldıraç mekanizmalı ve bilyeli vidalı elektromekanik kontrol tahrik sisteminin prototipi üretilmiştir. Bileşenlerin boyutları, kütleleri, atalet momentleri ve sistemin viskoz/Coulomb sürtünmeleri ve boşluk gibi bilinmeyen parametreler belirlenmiştir. Belirlenen Coulomb sürtünme değerleri gerçek zamanlı uygulamada sürtünme telafisi olarak kullanılmıştır. Gerçek zamanlı testler, en iyilenen kontrolcü parametreleri ve“anti-windup”katsayısı kullanılarak xPC Target (MATLAB-Simulink) ortamında yapılmıştır. Son olarak, üretilen prototip üzerinde harici yük olmadan ve harici yük altında gerçek zamanlı testler yapılarak, doğrusal olmayan benzetim modeli doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Electromechanical simulators, actuators are widely used in miscellaneous applications in engineering such as aircrafts, missiles, etc. These actuators have momentary overdrive capability, long-term storability and low quiescent power/low maintenance characteristics. Thus, electromechanical actuators are applicable option for any system in aerospace industry, instead of using hydraulic actuators. In the same way, they can be used in control actuation section of missiles to deflect flight control surfaces. Mostly used alternatives of control actuation system (CAS) are electromechanical, electrohydraulic and electrohydrostatic CASs. In this thesis, electromechanical control actuation systems that are composed of brushless direct current motor, ball screw and lever mechanism are studied. In this type of control actuation system, there are both nonlinearity and asymmetry which are caused by lever mechanism itself, saturation limits, Coulomb friction, backlash and initial mounting position of lever mechanism. In order to design controller and optimize controller parameters, all equations of motion are derived and so the detailed nonlinear and linear mathematical models of this system are obtained. The servo drive amplifier of motor is used in current mode. Between position and current loops, inner velocity loop is used to provide extra damping to the system and avoid unnecessary oscillations. Therefore, three control loops are used. By using linear model of electromechanical CAS, according to performance requirements, it is decided that PI and P-controller are sufficient for position and velocity control, respectively. The limitations that are imposed to controllers which have integral gain cause a residual error, so the controllers tend to overshoot target value in order to eliminate it. In order to solve this problem, an anti-windup method is applied. Then, the unknown controller parameters and anti-windup coefficients are found according to the performance requirements by using MATLAB Response Optimization Tools on the nonlinear model. During the optimization, the nonlinear relations and limitations on controller outputs are considered. A prototype of electromechanical CAS with ball screw and lever mechanism is manufactured. All unknown parameters such as dimensions, masses, inertias of components, viscous and Coulomb frictions and backlash of the system are identified. Identified Coulomb friction values are used for friction compensation in real-time application. Real-time tests are performed with optimized controller parameters and anti-windup coefficient by using xPC Target (MATLAB-Simulink). Finally, the nonlinear model of electromechanical control actuation system is verified by making real-time tests on the manufactured prototype with and without external load.
Benzer Tezler
- Electromechanical ballscrew force excitation system: Dynamic modeling and control
Elektromekanik bilyavida kuvvet uygulama sistemi: Dinamik modelleme ve denetim
BURAK DENİZHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YİĞİT YAZICIOĞLU
- Reconfigurable modular snake robot locomotion via learning based hybrid motion control system architecture
Öğrenme temelli melez hareket kontrol sistem mimarisi ile yeniden yapılandırılabilir modüler yılan robot hareket kabiliyeti
İLYAS KOCAER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Robust data-driven fixed-order H∞ controller synthesis using convex optimization
Konveks optimizasyon kullanarak veriye dayalı sabit dereceli gürbüz H∞ kontrolcü sentezi
ERSİN DAŞ
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- Ağır hizmet araçları için elektromekanik disk fren tasarımı
Electromechanical disc brake design for heavy-duty vehicles
İBRAHİM CAN GÜLERYÜZ
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN BAŞER
- Design and analysis of robust electromechanical active suspension systems
Gürbüz elektromekanik aktif süspansiyon sistemleri tasarımı ve analizi
ORHAN KORAY ÇALIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM SİNA KUSEYRİ