Development and control of a single rod electro hydrostatic actuator
Tek milli elektro hidrostatik eyleyici geliştirilmesi ve denetimi
- Tez No: 961093
- Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 304
Özet
Bu tez çalışmasında tek milli eyleyiciler için, değişken devirli pompa denetimli elektro hidrostatik bir sürücü sistemi geliştirilmiştir. Tek milli eyleyicilerin hidrostatik sistemlerde kullanımında karşılaşılan sorun, piston mil bütününün asimetrik yapısı nedeni ile oluşan fark debisidir. Mevcut durumda fark debisinin giderilmesi için önerilen hidrolik devre çözümlerinde sistem kararsızlığı olarak adlandırılan istenmeyen basınç salınımları oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında, pompa denetimli asimetrik hidrolik eyleyicilerin kararsızlık sorunu konu edilmekte, bu soruna fiziksel çözüm önerilmekte ve yüksek dinamik başarım gösteren yeni bir tek milli elektro hidrostatik eyleyici tanıtılmaktadır. Çalışmaya konu olan sistemde fark debisinin giderilmesi için mekik valfi kullanılmıştır. İlk aşamada, kararsızlık analizi yük basıncı ve eyleyici hızı durumlarından oluşan basitleştirilmiş doğrusal model kullanılarak yapılmıştır. Hidrolik eyleyicinin geri çekilmesi sırasında, valf makarasının kısmi açık konumda olmasını gerektiren bir denge noktasının kararsız olduğu bir kritik yük basıncı bölgesinin varlığı gösterilmiştir. Kısmi orifisi açıklıklarına sahip bir valf kullanıldığında kararlı bir çalışma bölgesi elde edilebileceği önerilmiştir. Teorik bulgular, numerik benzetim ve deneysel testler ile doğrulanmıştır. Önerilen çözümde, valf makarasının ön açıklıkları üzerinden oluşan valf sızıntı debisi sorunu incelenmiştir. Sızıntı kayıplarının etkilerini gidermek için sistemin ters kinematik modeli oluşturulmuş ve numerik benzetimlerle doğrulanmıştır. Valf sızıntı kayıplarını fiziksel olarak gidermek için, asimetrik orifisi açıklıkları olan, yeni bir mekik valfi makara yapısı önerilmiştir. Teorik kararsızlık analizi geliştirilmiş ve bütün olası makara yapılarını incelemeye uygun bir numerik program oluşturulmuştur. Mekik valfi parametrelerinin sistem kararlılığına olan etkileri incelenmiş ve ikinci valf çözümü önerilmiştir, bu çözümde simetrik orifis ön açıklığı sağlanmakta, yayın ön yüklemesi kaldırılmakta ve sertliği arttırmaktadır. Elektro hidrostatik eyleyici (EHA) üzerinde asimetrik orifisi ön açıklığına sahip olan ilk valf çözümü üretilerek uygulanmıştır. Servo motor ve hidrolik eyleyici dinamiğini yansıtan doğrusallaştırılmış bir model kullanılarak, birleşik yapıda ileri ve geri besleme bir konum denetleyicisi tasarlanmıştır. Geliştirilen tek milli EHA önceden tasarlanmış olan bir kuvvet simülatörü test düzeneğinde test edilmiş ve başarımı konumlama, istek sinyali takip ve bozucu etkileri giderme açılarından değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis a variable speed pump controlled electro hydrostatic drive system for a single rod actuator is developed. The problem of the single rod actuator in hydrostatic applications is the differential flow rate which is formed due to the asymmetric structure of the piston rod assembly. The hydraulic circuit solutions proposed in the literature commonly suffer from undesired pressure oscillations, which are named as system internal instability. This thesis, addresses the stability problem of the pump controlled asymmetric hydraulic actuators, proposes a physical to solution to this problem and introduces a novel single rod electro hydrostatic actuator (EHA) which demonstrates a high dynamic performance and efficiency. The system under consideration utilizes a shuttle valve to compensate for the differential flow rate. For the stability analysis a simple linear model of the system, which constitutes of load pressure and actuator velocity states, is derived. It is shown that there exists a critical load pressure region in which any equilibrium point requiring a partially opened spool position is unstable during the retraction of the actuator. It is proposed that an underlapped shuttle valve provides a stable operation region up to certain retraction speed. Theoretical findings are validated by both numerical simulations and experimental tests. The deficiency of the underlapped shuttle valve solution, which is the circulating leakage flow over the spool pre-openings, is investigated. An inverse kinematic model of the system is developed to compensate the effects of flow losses and verified with numerical simulations. The circulating leakage losses are physically eliminated by a novel shuttle valve spool structure, which provides asymmetric orifice pre-opening. The theoretical stability analysis is extended and a numerical program is developed, which is suitable to investigate all possible spool structures. The effects of several valve parameters on system stability are investigated and second novel valve solution is proposed, which provides symmetric pre-opening, removes the spring pre-loading and increases its stiffness. The first valve solution, with asymmetric orifice pre-opening, is manufactured and implemented on the electro hydrostatic actuator (EHA). A combined feedback and feedforward position control system is designed, based on a linearized model that includes the servo motor and hydraulic actuator dynamics. The developed single rod EHA is tested experimentally on a previously developed load simulator test set up and its performance is evaluated in terms of positioning, set point tracking and disturbance rejection.
Benzer Tezler
- Plastik malzemelerin ekstrüzyon kalıpları ve ekstrüderin teknolojik incelenmesi
Extrustion dies of the plastic materials and technological investigation of extruder
AYHAN MUTLU
- Yıldız kesitli katı yakıcı-yakıtlı bir roket motorunun performansının incelenmesi
A study of performance of a star-shaped solid propellant rocket motor
HALİT YAŞAR
- İTÜ TRIGA Mark II araştırma reaktörü için genetik algoritma kullanarak kalp konfigürasyon optimizasyonu
Core configuration optimization for ITU TRIGA Mark II research reactor using genetic algorithm
SEFA SAYIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM ŞENTÜRK LÜLE
- Tek silindirli içten yanmalı bir motorda sıkıştırma ve yanma periyodlarının bilgisayarla modellenmesi
Başlık çevirisi yok
MURAT EMİROĞLU
- İçten yanmalı dizel motor konsept tasarımında parametrik tasarım yönteminin kullanımı
Parametric design method in concept design of diesel internal combustion engines
AHMET YAYLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN