Hassas ve katı pnömatik konum kontrolü
Accurate and robuts pneumatic porition control
- Tez No: 75303
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KUZUCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1998
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Pnömatik konum kontrolü havanın sıkıştırılabilirliği ve sürecin temelde termodinamik bir süreç olması nedeniyle karmaşık bir problemdir. Ancak sistemin yüksek mertebeden olması ve darbe yutucu özellikleri, bilgisayarla kontrol durumunda düşük maliyetli donanımla akıllı kontrol algoritmalarının kullanılmasına uygundur. Bu çalışmada bu tür uygulamaların deneysel sınanmasını sağlayacak donanım tanıtılmaktadır. Hız geri beslemeli ikili kontrol, kayan rejimli ikili kontrol, darbe genişliği modülasyonu ve sürekli basınç kontrolü bu donanımla gerçekleştirilmiş, elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı biçimde irdelenmiştir. Bu çalışmada, doğrusal hareket yapan bir pnömatik silindirin, çalışma alanı içinde farklı referans konumları için katı ve hassas konumlamasını yapacak bilgisayar kontrollü, düşük maliyetli, basit donanım yapısına sahip, ancak akıllı hareket algoritmalarının da uygulanabileceği çok amaçlı bir deney tesisatı kurulmuştur. Bu amaçla kurulan deney tesisatında 1adet çubuksuz silindir, 1 adet sayısal ölçüm yapabilen bir cetvel, 2 adet basınç ölçer, kumanda valfi olarak ikili kontrol uygulamaları için 2 adet hızlı(20 Hz.), 3/2 aç-kapa valf, sürekli kontrol için ise 2 adet 3 yollu basınç oransal valfleri kullanılmıştır. Sistem bilgisayara Advantech PCL-PG-812 endüstriyel arayüz kartı ile bağlanmış ve gerekli tüm yazılım Borland C++ dilinde yazılmıştır. Tesisat üzerinde konum kontrolünün istenilen şekilde yapılabilmesi için çeşitli kontrol algoritmaları dener ek, karşılaştırmaları yapılmıştır. Araştırmada“konum kontrolunda ±0,1 mm.'den iyi kesinlik”ve“dış kuvvet değişimlerinde en fazla ±5 mm. sapma”hedef alınmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, hız geri beslemeli ikili kontrolün en hızlı cevap veren yöntem olmasına rağmen aşma meydana geldiği ve sistem mertebesinin yüksek olması sonucu birkaç salınımdan sonra referansa oturduğu, kayan rejimli kontrolde aşma yapmadan referansa oturduğu, ancak oturma zamanının hız geri beslemeli kontrole göre fazla olduğu, sistem parametrelerinin değişimine duyarsız olduğu görülmüştür. Her iki kontrol teknolojisi de referans etrafında aynı katılığa sahiptir. Darbe genişliği modülasyonunda ise valfleri sürekli aç-kapa yapmasından dolayı referans etrafında aynı derecede katı davranmadığı ve bozan etkenlere duyarlı olduğu, oransal basınç kontrolünün ise en hassas ve yumuşak davranışa yol açtığı, sistem katılığının çeşitli yöntemlerle istenilen mertebeye ayarlanabileceği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The purpose of this study is the realisation of accurate and robust pneumatic position control by experimental testing of new methods like Velocity Feedback On-Off Control, Sliding Mode Control, Pulse Width Modulation Control, Continuous Pressure Control. To realise an accurate and robust position control, new algorithms for pneumatic cylinders are investigated and applied to experimental test bench. The objective of this research is the determination of dimensioning, system design and control principles to realise“accuracy better than ±0,1 mm. for position control ”and“max deviation of 5 mm. under external force variations”. Pneumatic Position Control is widely used in food industry and packaging systems because it is a“clean”technology and preferred in mechanical positioning operations where large fo..e/torqi.^s are not necessary, because its components are comparatively cheap with respect to hydraulic and electromechanical components. However, pneumatic position control is more complicated than hydraulic and electrical position control. Air compressibility emerges as an important issue when accurate and robust position control is desired against of external force variations. Technological developments in measurement and control components (accuracy of measurement systems, fast switching directional valves) with advances in Intelligent Motion Control methods and increase of the computational speed prepared the necessary scientific and technological basis to develop performance and low cost solutions to this problem. To observe the effects of the developing algorithms on a real time system, an experimental test bench is constructed (Figure S.l). A sufficiently accurate linear scale (600mm,20um/pulse resolution) are coupled to a double acting rodless XIpneumatic cylinder (500mm) with high precision guide to measure the piston displacement. The cylinder is suitable to be used in robotic applications. To drive the pneumatic cylinder, for application of on-off control theory, two 3/2 on-off valves and for application of continuous time control theory, two 3 way pressure proportional valves are added to pneumatic position control system. Two pressure sensors are used to observe the changes in the pressure at the two chambers in the cylinder. The system has been controlled in“real time”by a computer (486 DX-25) using necesssary interface cards. The control program is written in the C language and the control law is implemented with a sampling period of 7,5 ms. The velocity signals are obtained by differentiating and digitally filtering the position measurements. Pb Pb Figure S. 1 General structure of pneumatic position control system Effects of technological parameters (friction, valve delays, digital measurement resolution, sampling period, external force magnitudes, dynamical behavior parameters of the system) on system performance are investigated and solution methods are developed. Results obtained from this work can be applied and generalized to Pneumatic Velocity and Force Control Systems. In the recent years, pneumatic position systems is especially used in robotic applications. This applications have caused the development of pneumatic position control systems. At the beginning although proportional valves are very expensive, Xllmanufacturers have used pneumatic proportional valves. Instead of using very expensive proportional valves to reach a high accuracy, on-off valves, cheaper than proportional valves, can be used in pneumatic position control. On the other hand, to achieve precision position control by using on-off valves, it is necessary to investigate in detail the dynamical behaviour of the system. To achieve accurate pneumatic position control, a mathematical model is derived for a symmetrical linear actuator which drives a mass with viscous and coulomb friction. By selecting, xi=y X2= V X3=Pl X4=P2 system equations may be written in state-space form as; xi =x0 ~B A / N FS X2 = x_ + - -(x, -x.) *- x3 yıo + xı -x2.x3 + R.T q A VT.a x4 = y20 ' Xl x2.x4 + RT \_ A Vf a.Y" Control technologies applied to system can be considered in three parts. These are; 1- On-off control a- Velocity feedback on-off control b- Sliding mode control 2- Pulse width modulation control 3- Continuous pressure control xiiiThe first control algorithm applied to the pneumatic system is on-off control. In this control, valve is completely on or off. Control signal is; u=sign(yref-y) This control technology causes oscillations around reference position. If dead-zone is large, load stops around the reference point. This is not accurate and robust position control. Another control algorithm is basically same with the on-off control but in addition to on-off control, velocity feedback control is added to on-off control algorithm. Control signal is; u=sign[(yref-y)-Kv.y] This type of control is applicable for position control. The behaviour of the system strongly depends on Kv. If Kv is increased, control signal changes very frequently and that will cause increasing of the settling time. Adding dead zone around the reference point is essential for stopping oscillations. The width of the dead zone must be smaller than the d
Benzer Tezler
- Pnömatik konum kontrolü
Pneumatic position control
MERT TURGUT ŞENOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERDİL
- Elektrohidrolik sir servo sistemin PD, bulanık mantık ve kayan resimli konum kontrolü
PD, fuzzy logic and sliding mode control of a electrohydraulic servo system
MURAT BÜYÜKSAVCI
- Elektrohidrolik kontrollü mobil hidrolik yön denetim valfi tasarımı
The design of electrohydraulic control mobile hydraulic control valve
BURAK YERLİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- Finite element analysis of cornering characteristics of rotating tires
Otomobil lastiklerinin yanal kuvvet karakteristiklerinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
MEHMET AKİF ERŞAHİN
Doktora
İngilizce
2003
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ SAMİM ÜNLÜSOY
- Yumuşak robotik peristaltik pompa tasarımı, analizi ve geliştirilmesi
Design, analysis, and development of a soft robotic peristaltic pump
ONAT HALİS TOTUK
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK MISTIKOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALİ GÜVENÇ