Structural design and experimental verification of a flapper mechanism comprising piezoelectric actuator
Bir piezo eyleyici kiriş mekanizmasının yapısal tasarımı ve test ile doğrulanması
- Tez No: 489463
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Bu tez çalışmasında geleneksel iki kademeli tork motorlu servovalfler araştırıldı. Birince kademe eyleyici sisteminin iyileştirmeye açık olan özellikleri belirlendi. Tork motor eyleyici sistemi yerine geçebilecek yeni bir eyleyici sistemi tasarlanması amaçlanmıştır. Yeni eyleyici sistemi, tork motorunun performans kriterlerini yüksek bant genişliği ve hızlı tepki karakteristiği ile sağlayacaktır. Kiriş kontrol mekanizma tasarımı, mekanik güçlendirilmiş piezo eyleyici (MGPE) ile servovalf birinci kademe gereksinimlerini karşılayacak şekilde yapılmıştır. Sonrasında, yeni kiriş mekanizması sonlu elemanlar analiz programında analiz edilerek geometri ve sertlik isterlerine göre eniyilenmiştir. Piezo eyleyicinin deneysel tabanlı matematiksel modeli geliştirilmiştir. Histerezis hatasını en aza indirgemek için, histerezis kompansatörü ve Orantılı-İntegral kontrolcüsü tasarlanmıştır. Denetleyici katsayıları ve model parametreleri, MATLAB Simulink®'in parametre eniyileme araç kutusu ile eniyilenmiştir. Ayrıca, bir veri toplama sistemi ile birlikte test düzeneği de, eyleyicinin yer değiştirmesini ölçmek için kurulmuştur. Sistemin performansını incelemek için MATLAB Simulink® ortamında bir benzetim gerçekleştirilmiştir. Sistemin alt sistemleri ve sistem bileşenleri ile model parametrelerini de tanımlamak için kiriş mekanizmasının test prototipi üretilmiştir. Test prototipi ile tasarlanan benzetim, açık çevrimli histeresis kompansatörü ile eyleyicinin testleri gerçekleştirerek doğrulanmıştır. Histeresis kompansatör ve kapalı devre testi voltaj amfisi ile de gerçekleştirilmiştir. Tüm sistemin performansını gözlemlemek için, testler, kiriş mekanizması ile de tekrarlanmıştır. 0.1 Hz ile 10 Hz arasındaki sürücü frekanslarında histeresis etkisini azaltmak için Bouc-Wen kompansatör ve Orantılı-İntegral kontrolcü kullanılmıştır. Sistemin 10 Hz ve üzerindeki sürücü frekanslarında davranışını gözlemlemek için açık devre şarj yükselticisi testleri yapılmıştır. Bu eyleyici sistemi ayrıca değişik kontrol metodları kullanılarak, %1 ila %3 deplasman histeresis hatası ile kontrolde edilmiştir. Sonuç olarak bu tez ile, tasarımı ve deneysel doğrulaması yapılmış kiriş mekanizmalı bir piezo eyleyici sisteminin servovalflerin tork motorlarının yerine kullanılabileceği de gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, torque motor of conventional two stage servovalves is investigated. Possible improvements for the first stage actuation system of servovalve are determined. It is aimed to design a new actuation system for replacing torque motor actuation system. The new system is met the performance criteria of torque motor on the high bandwidth and fast response characteristics. Amplified Piezo Actuator (APA) is designed with a new flapper mechanism to satisfy first stage of servovalve requirements. Subsequently, a new flapper mechanism design is optimized in terms of geometry and stiffness requirements by analyzing through the finite element analysis program. A mathematical model of APA is developed based on experiments. In order to minimize the hysteresis error, a hysteresis compensator and Proportional-Integral controller is also designed. Controller coefficients and model parameters are then optimized with the parameter optimization toolbox of MATLAB Simulink®. Moreover, a test structure with data acquisition system is built to measure the displacement of the actuator. In order to investigate the performance of the system, a simulation is performed in MATLAB Simulink® environment. A prototype of the flapper mechanism test bench is manufactured and sub-systems and components of the system are tested to identify the model parameters. With this prototype, the model is verified by conducting tests on the actuator by open loop hysteresis compensator. A closed loop position test is also performed with the hysteresis compensator. Various tests are repeated with the flapper mechanism in order to verify the performance of the whole system. A Bouc-Wen compensator and a Proportional-Integral (PI) controller are used to minimize the hysteresis for driving frequencies between 0.1 Hz and 10 Hz. The open loop charge amplifier test is performed to obtain the behavior of system for the driving frequencies higher than 10 Hz. This actuating system is also controlled using different control methods with 1% to 3% displacement hysteresis error. As a conclusion, this thesis shows that a designed and an experimentally verified actuation system with a flapper mechanism employing a piezo actuator can be used as a torque motor of servovalves.
Benzer Tezler
- Topoloji eniyilemesi ve çubuk benzeşimi yöntemleri kullanılarak betonarme yapı elemanlarında en uygun donatı düzeninin belirlenmesi ve deneysel gerçeklemesi
Design and experimental verification of the optimum reinforcement layout for reinforced concrete members with the aid of topology optimization and strut-and-tie modeling methods
FATİH MEHMET ÖZKAL
Doktora
Türkçe
2012
İnşaat MühendisliğiAtatürk Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HABİB UYSAL
- Design, analysis and experimental verification of a piezoelectric vortex energy harvester
Bir piezoelektrik vorteks enerji hasatçısının tasarımı, analizi ve deneysel doğrulanması
AHMET LEVENT AVŞAR
Doktora
İngilizce
2016
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELİN ŞAHİN
- Design and optimization of shaft bracket of drum brake for heavy duty vehicle
Ağır hizmet araçları için kampanalı fren mil braketi tasarımı ve optimizasyonu
MERT ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM
- Derecelendirilmiş ve dalgalı çok katmanlı fotonik yapılarda ışığın etkin kontrolü
Effective control of light in gradient and wavy multilayered photonic structures
CEREN BABAYİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT
DOÇ. DR. MIRBEK TURDUEV
- Ev tipi buzdolabı soğutucu bölmesinde sıcaklık dağılımının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of temperature distribution in the fridge compartment of domestic static refrigerator
SALİH AVCIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR KIRKKÖPRÜ