Upravljanje gibanjem redundantnog mehanizma temeljenog na savijanju korištenjem piezoelektričnih aktuatora

Abstract

U radu se projektira sustav mikro-pozicioniranja redundantnog mehanizma baziranog na savijanju TRR konfiguracije zglobova u x-y ravnini. Zadatak upravljanja je eliminirati nepredvidivo gibanje, koje je posljedica pogreške proizvodnje i montaže, korištenjem kliznog režima i obzervera poremećaja te matematičkih modela piezoelektričnih aktuatora. Sustav je projektiran redundantno kako bi se povećale upravljačke mogućnosti. Kako bi se ispitalo ponašanje sustava bez redundancije, najprije je proveden eksperiment upravljanja s uključena dva piezoelektrična aktuatora i fiksiran treći aktuator. Potom je implementirano upravljanje pozicijom uz uključena sva tri aktuatora. Pokazano je da redundancija u sustavu upravljanja rezultira boljim ponašanjem zadane putanje i većim radnim prostorom. Na posljetku smo predloženi sustav upravljanja pozicijom usporedili s PID regulatorom pozicije. Regulator baziran na kliznom režimu rada s uključenim poremećanjnim obzerverom je postigao bolje ponašanje regulacijskog kruga. Ostvareno je upravljanje pozicijom eksperimentalnog postava koje ima nepredvidive pogreške pozicioniranja zbog odstupanja nastalih prilikom proizvodnje i montaže, utjecaja histereze piezoelektri čnog aktuatora itd. Projektirani mehanizam TRR konfiguracije može se upotrijebiti za mikro-pozicioniranje korištenjem mjerenja dostupnih u laboratoriju.A 3-PRR flexure based mechanism which is used as a redundant mechanism providing only x-y micro positioning is designed and controlled in this paper. The aim of this work is to eliminate the unpredictable motions due to manufacturing and assembling errors by implementing sliding mode control (SMC) with disturbance observer (DOB) using piezoelectric actuator models. The system is designed to be redundant to enhance the position control. In order to see the effects of the redundant system firstly the closed loop control is implemented for 2 piezoelectric actuators and the remainder piezoelectric actuator is treated as a fixture. Then the position control is implemented for 3 piezoelectric actuators. As a result, our redundant mechanism tracks the desired trajectory accurately and its workspace is bigger. Finally we have compared the proposed position control with the conventional PID control. It is seen that SMC with DOB gives better results. We have achieved to make the position control of our mechanism, which has unpredictable position errors due to rough manufacturing, assembly, piezoelectric actuator hysteresis etc. The designed 3-PRR flexure mechanism can be used as a micro positioner with the available measurement in the laboratory.