Elektrohidrolik bir servo sistemin pd, bulanık mantık ve kayan rejimli konum kontrolü

Abstract

Hidrolik sistemler, küçük hacimlerde büyük kuvvet ve moment verdiğinden, hız kuvvet ve moment büyüklüklerinin kademesiz olarak kontrol edilebilirliğinden, hidrolik akışkanın neredeyse sıkıştınlamaz olduğundan ve modülerliğinden, çelik sanayi, madencilik, plastik endüstrisiden, ve uzay teknolojisi gibi yüksek teknoloji uygulamalarına kadar yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada bir hidrolik silindirin, çalışma alanında belirlenmiş bir referans konumunda, hassas bir şekilde konumlamayı sağlayacak, değişik kontrol teloıikleriaraştırılmıştır.Bu amaçla önceden kurulmuş hidrolik deney tesisatında 1 adet asimetrik hidrolik silindir, 1 adet asimetrik pnömatik silindir, 1 adet 4/3 elektrohidrolik oransal yön kontrol valfî, 2 adet 3/2 pnömatik hızlı ikili valf, 1 adet sayısal cetvel bulunmaktadır. Hidrolik ve pnömatik silindirler doğrusal olarak yataklanmış bir arabayı tahrik etmektedirler. Sistem bilgisayara ADVANTECH-PCL-726 endüstriyel arayüz kartı ile bağlanmış ve gerekli tüm yazılım C programlama dili ile yapılmıştır. Deney tesisatının genel yapısı Şekil Ö. 1 'de verilmiştir. KONUM CETVELİ HİDROLİK SİLİNDİR PNÖMATİK SİLİNDİR ARABA İT H ORANSAL VALF HİDROLİK GÜÇ ÜNİTESİNE GİDEN HAT HAVA HATTI PNÖMATİK p- 1 IKILI VALFLER BİLGİSAYAR1 ARAYUZ KARTLARI Şekil Ö. 1 Deney tesisatının genel yapısı.Tesisat üzerinde denenen kontrol teknolojileri, PD kontrol, bulanık mantık kontrol ve kayan rejimli kontroldür. Yapılan bu araştırmada amaç oransal veya servo valilerle uygulanabilecek tipte bir bulanık mantık kontrolör ile, ikili valflerle uygulanabilecek kayan rejimli kontrol tekniklerinin, farklı koşullar ( kütle ve karşı kuvvet açısından) altında bir klasik kontrol tekniği olan PD kontrolöre göre mukayesesidir. Sistemin matematik modelinin elde edilmesinde 1988 yılında K.KUTLU tarafından yapılmış olan doktora çalışmasından faydalanılmıştır ([4]).Matematik modelde kullanılan değişkenlerden, y Pı,P2 Ps,Pt P Bv 5 Konum, Silindirin haznelerinin basınçları, Besleme ve tank basınçları, Eşdeğer esneklik modülü, Sürtünme katsayısı, Valf açıklığıdır. Durum değişkenleri X!=y, X2=dy/dt, X3=Pj, X4=P2 şeklinde seçilirek sistemin matematik modeli dX!/dt = X2 (Ö.l) dX2 / dt = -Bv/(m.X2) + Al/(m.(X3-a.X4))-F/m (Ö.2) dX3/dt = p/X1(-X2 + Q1(X3,U)/A1) (Ö.3) dXt / dt = 0/(L*-X,)(X2-Q2(X4,U)/A2) (Ö.4) şeklinde elde edilmiştir. Sistemin debi denklemleri ise u>5 Qı(X3,U) = kx.(U+5). sign (Ps-X3) V(PS-X3) sign (Ps-X3) (Ö.5) Q2(X4,u) = k2.(U+8). sign (X4-P^ V(X4-Pt) sign (X4-PO (Ö.6) -8 < U < 5 için Qı(X3,U) = ki( U + 8 ). sign(Ps-X3) V(P8-X3) sign (P8-X3) (Ö.7) + k4( U - 8 ). sign(X3-Pt) V(X3-Pt) sign (X3-Pt) XIQ2(X4,U) = k2( U + 8 ). sign(X4-Pt) V(X4-Pt) sign (X4-PO (Ö.8) + k3( U - 5 ). sign(Ps-X4) V(P8-X4) sign (P8-X4> U< -8 için Qı(X3,U) - k4.(U-8). sign (X3-Pt) V(X3-Pt)sign(X3-Pt) (Ö.9) Q2(X4,U) = k3.(U-8). sign OVX*) V(PS-X4) sign (P.-X^ (Ö. 10) şeklindedir. Yukandaki matematik model kullanılarak MATLAB paket programı vasıtasiyle sistemin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sisteme uygulanan kontrol tiplerinden PD kotrolün matematiksel ifadesi u = Kp.e + Kd. e (Ö.ll) şeklindedir. Sisteme uygulanan kontrol tiplerinden Kayan rejimli kotrolün matematiksel ifadesi u = sign(e + Kv. e) (Ö.12) şeklindedir.Bulanık mantık kontrolörün tasannu "MATLAB fuzzy logic toolbox" paket programı kullanılarak gerçekleşrilmiştir. Elde edilen kontrol yüzeyi bir 8*8'lik bir matris aktarılmış ve bu sayede bir bak-oku tablosu oluşturulmuştur. Bu tablo kullanılarak örnekleme anındaki hata ve hatanın türevi değerlerine göre kumanda sinyali üretilmiştir. Simulasyon sonuçlarının deney sonuçlarına benzerlik gösterdiği gözlenmiştir. Yani matematik model ve sistem parametreleri gerçek değerlerde olmasa bile gerçeğe yakın değerlerde seçilmiştir. Deney tesisatına uygulanan deneyler sonucunda Bulanık mantık ve Kayan rejimli kontrol tekniklerinin kalsik PD kontrolöre göre daha katı davrandıkları gözlenmiştir. Özellikle Bulanık mantık kontrolörün doğrusal olmayan kontrol eğrisi yapısı, sistemdeki kuvvet ve kütle değişimlerine karşı duyarsızlığı artırmaktadır. Şekil Ö.2'de PD kontrol, Bulanık mantık kontrol ve Kayan rejimli kontrol telaıiMerinin kütle ve karşı kuvvet altoda yapılmış deney sonuçlan aynı grafik üzerinde verilmiştir. XII.PD KRK -BMK u> CM zaman(sn) Şekil Ö.2 PD kontrol, Bulanık mantık kontrol ve Kayan rejimli kontrol deneyleri, konum zaman grafikleri.

Fluid power systems are used in a wide variety of applications ranging from precision control stystems such as robotics and aerospace,to heavy industrial systems, such as steel rolling mils,power machines and plastic industry. In this study,different control strategies for high precision position control of a hydraulic cylinder is searched. The hydraulic system that is used on the experiments, includes 1 asimetric hydraulic cylindir, 1 asimetric pnomatic cylinder, 1 4/3 electrohydraulic proportional direction control valve, 2 3/2 pneumatic fast on-off direction control valve, 1 lineer encoder with 20um resolition. Hydraulic and pneumatic cylinders are connected to a plate that could make a perfect linear motion. System is connected to a computer via an industrial interface card ADVANTECH- PCL-726. All the software is developed in C programing language Figure S.l represents the general structure of system. HYDRAULIC CYLINDER ENCODER PNEUMATIC CYLINDER M & PROPORTIONAL VALVE TO HYDRAULIC POWER UNIT TO AIR COMPRESSOR TT PNEUMATIC ON-OFF VAL\ E fete PC INTERFACE CARDS Figure S.l General system structure. XIVPD control, Fuzzy Logic control and sliding mode control techniques are applied to the hydraulic system. Aim of this subject is to discuss the performance of fuzzy logic controler (which is applied with a proportional valve) and sliding mode control (which is applied with an on-off valve) according to a classical control technique PD control, under different mass and force conditions. For determinining the mathematical model, Phd. Study of mr. K.KUTLU (ref[4] )is used.Parameters that are used in the model are y : Position, Pi,P2 : Pressures at the both sides of the hydraulic cylinder Ps,Pt : Supply and tank pressures P : Bulk module Bv : Friction coefficient. 8 : Valve spool underlapped distance. State variables are determined as Xr=y, X2=dy/dt, X3=Pi, X4-P2 dXı/dt = X2 (S.l) dX2 / dt = -Bv/(m.X2) + Al/(m.(X3-a.X4))-F/m (S.2) dX3 / dt = p/Xi( -X2 + QKX3, U)/A0 (S.3) dX4 / dt = p/(L*-X,)(X2-Q2(X4,U)/A2) (S.4) Flowrate equations are determined as given below. For u > 8 QX(X3,U) - ki.(U+S). sign (Ps-X3) V(P9-X3) sign (P8-X3) (S.5) Q2(X4,u) = k2.(U+8). sign (X4-PO V(X4-Pt) sign (X4-Pt) (S.6) For -8<u<="" -8="" qi(x3,u)="k4.(U-8)." (x3-pt)="" v(x3-pt)="" (s.9)="" xvq2(x4,u)="k3.(U-8)." (p8-x4="" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(34, 34, 34); font-family: Verdana, Arial, sans-serif; font-size: 10px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-thickness: initial; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> V(PS-X4) sign (P^U) (S.10) By using this model, system is simulated with MATLAB program. Equation of PD controler, applied to the system is defined as u = Kp.e + Ka. e Equation of sliding mode is defined as u = sign (e + Kv. e) (S.ll) (S.12) Fuzzy logic controller is developed at "MATLAB fuzzy logic toolbox" program. By using control surface of designed fuzzy logic controller, a lookup table is formed. This lookup table is used as a fuzzy function by C program and corresponding output value is calculated according to measured error and differantial of error. Simulation results are similiar to experimetal results. This shows that system model and system parameters are not the real system parameters but similiar to the real system parameters. As a result of experimental study it is observed that, Fuzzy Logic controller and Sliding mode controller is more robust than clasicall PD controller. Especially Fuzzy Logic controler is very less sensitive for force and mass variation, as a benefit of non-lineer control surface. On Figure S.2'de PD control, Fuzzy Logic control ve Sliding mode control position-time graphics are given below(under force and mass conditions). ?PD SMC ?FLC 90.5 zaman(sn) Figure S.2 PD control, Fuzzy Logic control and Sliding mode control position-time results under force and mass conditions.</u