Egy szervo-pneumatikus rendszer direkt modellezése és robusztus szabályozása. Ph.D. tézisfüzet



Hasonló dokumentumok
Ph. D. értekezés tézisei

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-KELET MAGYARORSZÁGI RÉGIÓBAN 2012

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

Mechatronikai berendezések tervezése Dr. Huba, Antal Dr. Aradi, Petra Czmerk, András Dr. Lakatos, Béla Dr. Chován, Tibor Dr.

I. BEVEZETÉS, MOTIVÁCIÓ, PROBLÉMAFELVETÉS

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

REGULARIZÁLT INVERZ KARAKTERISZTIKÁKKAL

GÉPI ÉS EMBERI POZICIONÁLÁSI, ÉRINTÉSI MŰVELETEK DINAMIKÁJA

Tartalom. 1. Számítógéppel irányított rendszerek 2. Az egységugrásra ekvivalens diszkrét állapottér

Hidraulika. 5. előadás

Fizikai alapú közelítő dinamikus modellek

XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 2015 Miskolc, augusztus GUMIKERÉK DINAMIKÁJÁNAK HATÁSA UTÁNFUTÓS JÁRMŰSZERELVÉNY STABILITÁSÁRA

Zárójelentés

Kiegészítés a Párbeszédes Informatikai Rendszerek tantárgyhoz

DOKTORI (PHD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI SZAFNER GÁBOR

XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA MaMeK, 2015 Miskolc, augusztus SZÁN SZABÁLYOZÁSÁNAK HATÁSA AZ ESZTERGÁLÁS REGENERATÍV REZGÉSEIRE

Dinamikus programozás alapú szivattyú üzemvitel optimalizálási technikák (főként) kombinatorikus vízműhálózatokra

Forgásparaboloid antennák fejlesztésének elméleti és gyakorlati problémái a 10 GHz feletti frekvenciatartományban

PILÓTANÉLKÜLI REPÜLŐGÉP REPÜLÉSSZABÁLYOZÓ RENDSZERÉNEK ELŐZETES MÉRETEZÉSE. Bevezetés. 1. Időtartománybeli szabályozótervezési módszerek

A bemeneti feszültség 10 V és 20 V között van. 1. ábra A fuzzy tagsági függvény

Lineáris programozás. Modellalkotás Grafikus megoldás Feladattípusok Szimplex módszer

AKTUÁTOR MODELLEK KIVÁLASZTÁSA ÉS OBJEKTÍV ÖSSZEHASONLÍTÁSA

PNEUMATIKUS RENDSZEREK DINAMIKÁJÁNAK ÉS BEÁLLÁSI PONTOSSÁGÁNAK JAVÍTÁSA

BIZONYTALANSÁG A KOCKÁZATBECSLÉSBEN 1. BEVEZETÉS

Sztochasztikus folyamatok 1. házi feladat

Baranyáné Dr. Ganzler Katalin Osztályvezető

Hydrogen storage in Mg-based alloys

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

A kvantummechanika általános formalizmusa

Bemenet modellezése II.

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Beton-nyomószilárdság értékelésének alulmaradási tényezője

Borsó vetőmagvak aerodinamikai jellemzői

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010

Intelligens Induktív Érzékelők

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

erő/nyomaték további kapcsolások, terhelések első kapcsolás, terhelés oldás, leterhelés deformáció

Tevékenység szemléletű tervezés magyarországi felsőoktatási intézmények pályázataiban

JÓVÁHAGYÁS. szervezet. Név Dr. Szakonyi Lajos KPI Oktatási Minisztérium

Torzított feszültséggel táplált egyfázisú ISZM egyenirányító

MEDDŐHÁNYÓK ÉS ZAGYTÁROZÓK KIHORDÁSI

Rektifikáló oszlop szabályozása a kőolaj alkotó összetevőinek szétválasztására

OTKA nyilvántartási szám: T ZÁRÓJELENTÉS

Digitális szervo hajtások Dr. Korondi, Péter Dr. Fodor, Dénes Décsei-Paróczi, Annamária

Gerhátné Udvary Eszter

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

Load-flow jellegű feladat a villamos rendszerirányításban

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 18. Granuláris anyagok

PARAMÉTERES GÖRBÉK ALKALMAZÁSA VALÓSIDE- JŰ DIGITÁLIS HANGFELDOLGOZÁS SORÁN

A TANTÁRGY ADATLAPJA

Telemanipuláció intelligens térben K62836 Zárójelentés

SZOFTVEREK A SORBANÁLLÁSI ELMÉLET OKTATÁSÁBAN

FOLYADÉKOK ÉS GÁZOK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

86 MAM112M előadásjegyzet, 2008/2009

2. Interpolációs görbetervezés

1.1. Gyökök és hatványozás Hatványozás Gyökök Azonosságok Egyenlőtlenségek... 3

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Emberi ízületek tribológiája

A nagy teljesítõképességû vektorhajtások pontos paraméterszámításokat igényelnek

SZAKMAI CIKKEK, ELŐADÁSOK Adaptivitás és innováció a gazdasági fejlődés lehetőségei Sebestyén Tamás

Doktori Tézisek. dr. Osman Fares

PUBLIKÁCIÓS ÉS ALKOTÁSI TEVÉKENYSÉG ÉRTÉKELÉSE, IDÉZETTSÉG Oktatói, kutatói munkakörök betöltéséhez, magasabb fokozatba történı kinevezéshez.

1. Katona János publikációs jegyzéke

Gyakorló feladatok a Közönséges dierenciálegyenletek kurzushoz

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR RENDSZERELEMZÉS I.

Elektro-pneumatikus tengelykapcsoló rendszerek megfigyelő alapú előrecsatolt/visszacsatolt irányítása. Szimandl Barna

Gerhátné Udvary Eszter

TECHNIKAI RENDSZEREK ÁLLAPOTLEÍRÁSÁNAK KÉRDÉSEI QUESTIONS REGARDING THE DESCRIPTION OF THE STATE OF TECHNICAL SYSTEMS

VALÓS HULLÁMFRONT ELŐÁLLÍTÁSA A SZÁMÍTÓGÉPES ÉS A DIGITÁLIS HOLOGRÁFIÁBAN PhD tézisfüzet

Mechanikai érzékelő nélküli kalickás indukciós motor kettős mező-orientációs szabályozásának implementációja

A MÉRETEZÉS ALAPJAI ÉPÜLETEK TARTÓSZERKEZETI RENDSZEREI ÉS ELEMEI ÉPÜLETEK TERHEINEK SZÁMÍTÁSA AZ MSZ SZERINT

PRÓBAMÉRÉSEK TEREPI KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT KÖNNYŰ EJTŐSÚLYOS DINAMIKUS TERHELŐTÁRCSÁVAL

Marcsa Dániel. M.Sc. szakos mechatronikus hallgató. Konzulens: Dr. Kuczmann Miklós, Ph.D. egyetemi docens. Elektromágneses Terek Laboratórium

Kalman-féle rendszer definíció

Matematikai alapú lokalizációs keretrendszer

ALUMÍNIUM SZÉNSZÁL KOMPOZITHUZAL MIKROSZERKEZETÉNEK VIZSGÁLATA MICROSTRUCTURAL CHARACTERIZATION OF AL C COMPOSITE WIRE

3. számú mérés Szélessávú transzformátor vizsgálata

Számítógépvezérelt rendszerek mérnöki tervezése

Varlogic NR6/NR12. teljesítménytényezô szabályozó automatika. Kezelési és üzembe helyezési útmutató

A munkaközeg melegítési igényének kielégítése kazán alkalmazásával.

Önéletrajz Dr. Bányai Orsolya.

KAKAÓVAJ-EGYENÉRTÉKŰ NÖVÉNYI ZSÍROK ÉS A TÁROLÁSI KÖRÜLMÉNYEK HATÁSA CSOKOLÁDÉ MODELLRENDSZEREK REOLÓGIAI ÉS ÉRZÉKSZERVI JELLEMZŐIRE

AKADÉMIAI LEVELEZŐ TAGSÁGRA TÖRTÉNŐ AJÁNLÁS

Lemezgrafitos vasöntvények visszamaradó öntési feszültségének mérése és véges elemes szimulációja

Integrált áramkörök termikus szimulációja

K=1, tiszta anyagokról van szó. Példa: víz, széndioxid. Jelöljük a komponenst A-val.

A KLASSZIKUS NELDER-MEAD ÉS EGY ÚJONNAN KIFEJLESZTETT OPTIMUMKERESİ ELJÁRÁS TELJESÍTMÉNYÉNEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Nemlineáris optimalizálás

Környezetvédelmi analitika - Rezgési spektroszkópia Billes, Ferenc

MATEMATIKA FELADATGYŰJTEMÉNY

SZILIKÁTTECHNIKA O 3. Néhány nagy tisztaságú Al 2. mûszaki kerámia hajlítószilárdsági vizsgálata

Rendszertan. Visszacsatolás és típusai, PID

CSÁPOSKÚT PERMANENS ÁRAMLÁSTANI FOLYAMATAINAK MODELLEZÉSE

Feszített vasbeton gerendatartó tervezése költségoptimumra

Hazánkban jelentõs múlttal rendelkeznek a klasszikus tesztelméleti módszerekkel

Lineáris Algebra gyakorlatok

Adatfolyam alapú RACER tömbprocesszor és algoritmus implementációs módszerek valamint azok alkalmazásai parallel, heterogén számítási architektúrákra

Fizika I, Villamosságtan Vizsga fé, jan. 12. Név:. EHA Kód:

ÖSSZEFÜGGÉSEK A LINEÁRIS REGRESSZIÓS MODELLBEN

Átírás:

Bdaesti Műszaki és Gazdaságtdományi Egyetem Mechatronika, Otika és Géészeti Informatika Tanszék Egy szervo-nematiks rendszer direkt modellezése és robszts szabályozása Ph.D. tézisfüzet Széll Károly Témavezető: Korondi Péter MTA doktora Bdaest, 2015.

1 BEVEZETÉS A disszertációban bemtatott eredmények alajál gyakorlati megfigyelések szolgáltak, melyek kacsán felmerült roblémák megoldása magasabb matematikai elméleti háttér alkalmazását is szükségessé tették. A dolgozatban bemtatott eredmények célja olyan új módszerek bevezetése, melyek lehetővé teszik az elméletek gyakorlati alkalmazhatóságát nematiks rendszerek esetén. Alavető cél volt, hogy az értekezés hidat kéezzen a matematikai eszközök és a mérnöki alkalmazások között. A nematiks rendszerek alkalmazása az iarban igen elterjedt számos előnyüknek köszönhetően, melyek közt alacsony beszerzési költségük, megbízhatóságk, kiemelkedő teljesítmény-súly arányk említhető. Mindazonáltal modellezésük és szabályozásk komoly kihívás nemlineáris működési sajátosságaik miatt: levegő összenyomhatósága, hőátadás, súrlódás stb. A nematiks rendszerek a változó araméterű rendszerek csoortjába tartoznak. A szabályozástechnika területén az egyik legaktálisabb kérdés a változó araméterű rendszerek robszts szabályozása. A dolgozat egy ilyen megoldás alkalmazását mtatja be a nematika területén. A tézisek a nematika sajátosságaiból indlnak ki, és ezekhez a sajátosságokhoz keresnek szabályozáselméleti megoldásokat mind elméleti, mind gyakorlati téren. Így a disszertáció egyértelműen a mechatronika tdományterületéhez tartozik. Az első tézis témája egy súrlódási trajektória mérési eredményeinek közvetlen átalakítása olyan formára, hogy az a szabályozástechnikában alkalmazható legyen. A súrlódás állandó roblémát jelent a mérnöki alkalmazások esetén. Mind modellezése, mind szabályozása komoly kihívás. Az első tézis egy olyan módszert mtat be, mely leegyszerűsíti a súrlódási jelenség identifikációjának folyamatát. A második tézis a súrlódás hiszterézisét írja le olyan formában, hogy az szabályozástechnikai szemontból közvetlenül alkalmazható legyen. A harmadik tézis egy szabályozási módszer kiterjesztése egy olyan gyakorlati éldára, amelyre a módszer elvileg nem alkalmazható közvetlen módon. Egy szervonematiks mnkahenger teljességében kezelve nem tesz eleget azoknak a feltételeknek, amelyek szükségesek a csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció alkalmazhatóságához. A tézis a rendszer egy olyan felbontására tesz javaslatot, ahol az alrendszerekre külön-külön a csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció alkalmazható. A negyedik tézis egy mérésadat-kiértékelési eljárást mtat be egy nematiks rendszer nyomásváltozásának leírására, mely a szabályozó-tervezés szemontjából fontos eredmény. 1

2 JELÖLÉSJEGYZÉK 2.1.1 Római betűk A i [m 2 ] dgattyú felülete A vi [m 2 ] szele átömlési keresztmetszete F fr [N] súrlódási erő l [m] mnkahenger lökethossza i [Pa] kamranyomás [Pa] beléő oldali nyomás d [Pa] kiléő oldali nyomás krit [-] kritiks nyomásviszony q m [kg/s] tömegáram R [J/(mol*K)] secifiks gázállandó T [K] abszolút hőmérséklet v [m/s] dgattyú sebessége V 0 [m 3 ] hengertér holttérfogata x [m] dgattyú ozíciója 2.1.2 Görög betűk [-] korrekciós tényező [-] adiabatiks kitevő [-] átömlési tényező 2.1.3 Pozíciószabályozás x [µm] dgattyú ozíciója v [µm/s] dgattyú sebessége x ref [µm] referencia ozíció idm [Pa] ideális szabályozó-nyomás [Pa] valós bemeneti nyomás ˆ [Pa] megfigyelő bemeneti nyomása ˆv [µm/s] megfigyelő sebessége [-] kacsolási felület [Pa] becsült zavarójel,eq [Pa] szűrt becsült zavarójel 2

2.1.4 Nyomásszabályozás [Pa] valós bemeneti nyomás ref [Pa] referencia szabályozó-nyomás idm [V] ideális szabályozó-feszültség [V] valós bemeneti feszültség û [V] megfigyelő bemeneti feszültsége ˆ [Pa] megfigyelő nyomása [-] kacsolási felület [V] becsült zavarójel,eq [V] szűrt becsült zavarójel 3

3 SZERVO-PNEUMATIKA A szervo-nematiks rendszer leírásához tekintsük a 3.1 ábrát. Az ábrán egy mnkahenger látható, ahol a dgattyú mozgását két egymástól független roorcionális szele szabályozza az útadó valamint a két nyomásszenzor jelei alaján. U P A 1 A 2 V2 V 1 U P 1 2 M M Referencia ozíció Szabályozás 3.1 ábra: Szervo-nematiks rendszer Az 3.1 ábra alaján a következő állaottér modellel írható le a rendszer: ahol 0 1 0 0 x x 0 0 A A v 0 a v 0 0 A ( ), (3.1) 1 2 22 v1 1 m m 1 1 b31 0 Av 2( 2) 0 a32 0 0 2 2 0 b41 0 a42 0 0 a a a F () v vm Fr 22() v A11 ( x, ) V A x 32 1 42 2 0 2 0 1 A22 ( x, ) V A ( l x) RT d 2 b31 ( x, 1 ) V0 A1 x RT RT d 2 b41( x, 2) V0 A2 ( l x) R T 4 (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6)

4 TENZOR SZORZÁS MODELL TRANSZFORMÁCIÓ Tekintsük az alábbi araméter változós dinamiks rendszert [1]: x( t) A( ( t)) x( t) B( ( t)) ( t) y( t) C( ( t)) x( t) D( ( t)) ( t), (4.1) q n amelynek bemenete () t, kimenete y () t és az állaotvektor x () t. A rendszermátrix egy araméter változós objektm, ahol t dimenziós aramétervektor, és a, b a, b... a, b időben változó N- N 1 1 2 2 N N zárt hierkocka. (t) tartalmazhatja x(t) elemeit. Ebben az esetben (4.1)-et kvázi LPV (qlpv) modellnek nevezzük. Tehát ez a tísú modell a nemlineáris modellek osztályába tartozik. A (4.1)-ben megadott rendszer leírása átalakítható: A( ( t)) B( ( t)) S ( ( t)) C( ( t)) D( ( t)) ( n ) ( nq) (4.2) így: x( t) x( t) S ( ( t)) y( t) ( t) (4.3) (4.2) megadható bármilyen (t) araméterre R darab LTI rendszermátrix segítségével (S r, r=1,..., R). Ezeket az S r mátrixokat LTI vertex rendszereknek nevezzük. A konvex kombinációt a r 0,1 w t súlyfüggvények segítségével definiálhatjk, ha az S r rendszerek által kézett konvex brok magában foglalja S((t))-t: S((t)) = co{s 1,S 2,..., S R } w((t)). Így a tenzor szorzás (TP) exlicit alakja: x(t) x(t) 1 2 IN I I N... wn, i ( ( )) n n t Si 1, i2,..., i N y(t) i11 i22 i 1 1 (t) N n (4.4) 5

5 CSÚSZÓMÓD ALAPÚ MODELLREFERENCIÁS ADAPTÍV KOMPENZÁCIÓ Tekintsük az alábbi modellt, mely külső zavarásokkal terhelt és bizonytalan araméterekkel rendelkezik, gyanakkor eleget tesz az úgynevezett Drazenovicfeltételnek [2]: x1 A11 A 22 x1 0 0 f t x2 A21 A21 A22 A22 x2 B2 B2 E2, (5.1) nm m m ahol x1, x2,, A ij ( i, j1,2) és B 2 edig a névleges (ideális) rendszermátrixokat jelölik. A felülvonás a referenciaértéket jelöli. A ( 1,2) 2 j és B 2 a bizonytalan ertrbációk, f(t) edig ismeretlen, de korlátos zavarás korlátos idő szerinti első deriválttal. Legyen a rendszer minden bizonytalansága és zavarása: A x A x B E f t. (5.2) 21 1 22 2 2 2 (5.1) második sora behelyettesítésével újraírva: x2 A21x1 A22x2 B2. (5.3) [3] alaján, x2 -t egy nem folytonos megfigyelővel modellezzük: ˆ2 21 1 ˆ 22 2 2 x A x A x B, (5.4) ahol a nem folytonos visszacsatolás. A tervezés célja, hogy találjnk egy olyan visszacsatoló jelet, mely az (5.1) rendszer mozgását az S felületre kényszeríti: 2 2 2 m S x x x ˆ 0, ahol. (5.5) Csúszómódban ( x ˆ 2x 2 0) a rendszer aramétereinek bizonytalanságáról és a külső zavarásokról tartalmaz információt, mely a visszacsatolás komenzációjához alkalmazható (vessük össze az (5.3) és az (5.4) egyenleteket). Ebben az esetben is igaz, hogy a csúszófelületet leíró differenciálegyenlet rendszáma alacsonyabb, mint a rendszert leíró eredeti differenciálegyenlet rendszáma. j 6

A legegyszerűbb csúszómódhoz vezető szabályozási törvény a relé:, i Misign i. (5.6) Ha a B 2 tartományában van ( range( B 2)), akkor ideális csúszómód alakl ki [4]. A gyakorlatban nem lehetséges, eq ekvivalens szabályozójel ontos kiszámítása, de megbecsülhető alaján egy alláteresztő szűrővel (LPF), ahogy azt az 5.1 ábra is szemlélteti. x Ref x Szabályozás idm Valós rendszer x 1 x 2 û Megfigyelő ˆx 2 LPF, eq 5.1 ábra: Csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció Két kör látható az 5.1 ábrán. A megfigyelő-csúszómód szabályozási körnek a lehetőség szerinti leggyorsabbnak kell lennie, hogy ideális csúszómód alaklhasson ki. A valós rendszer-komenzáció (mely a csúszómód szabályozóból () és az alláteresztő szűrőből áll) körnek edig gyorsabbnak kell lennie, mint a zavarás változása. Ugyanakkor a valós rendszer legkisebb nem modellezett rezonancia frekvenciájának kívül kell esnie ezen kör sávszélességén, hogy a csattogást elkerülhessük. 7

DIREKT MÓDSZER ANALITIKUS MODELL ALAPÚ MÓDSZER 6 TÉZISEK 6.1 1. tézis: [P4] A nemlineáris Stribeck-súrlódás az aktális mérési adatok közvetlen felhasználásával (direkt módszer, lásd 6.1 ábrán) TP modell transzformációt alkalmazva nem modell alaúan egyértelműen leírható, mely egy szisztematiks módszert nyújt a szektor csúszómód szabályozás szektorának algoritmizált kijelöléséhez. Mérési adatok Magas dimenziójú arametriks nemlineáris analitiks modell (információvesztés) Identifikáció Diszkretizáció Dimenzió csökkentése Csökkentett dimenziójú arametriks modell 6.1 ábra: TP modell transzformáció Eredményül a konvencionális analitiks modell alaú módszerhez hasonló csökkentett dimenziójú araméteres modellt kank, azonban információvesztés nélkül. A olitoiks modellalaknak köszönhetően a lineáris mátrix egyenlőtlenség (LMI) eszköztára azonnal alkalmazható a megkaott modellre, mellyel garantált minőségű szabályozók tervezhetőek. A tézis gyakorlati alkalmazhatóságát a DSNU-20-100-PPV-A Festo nematiks mnkahenger kísérleti eredményei igazolják. A nematiks mnkahenger súrlódása a következőkéen modellezhető a sebesség függvényében: F ( v) a ( v) v m (6.1) Fr a 22 Fr 22() v F () v, (6.2) vm 8

ahol a 22 a nematiks mnkahenger állaottér modelljének súrlódási eleme. A Stribeck-súrlódás trajektóriája analitiks TP modell esetén a 6.2, direkt TP modell esetén a 6.3 ábrán látható. 6.2 ábra: Stribeck-súrlódás trajektóriája analitiks TP modell esetén 6.3 ábra: Stribeck-súrlódás trajektóriája direkt TP modell esetén A fenti súrlódási trajektóriák a következő lineáris kombinációkkal modellezhetőek: a w a w a (6.3) Str Str1 Str1 Str 2 Str 2 22, an an 22, an an 22, an Str1 4 a22, an 1.1 10 (6.4) a (6.5) Str 2 22, an 359 a w a w a (6.6) Str Str1 Str1 Str 2 Str 2 22, dir dir 22, dir dir 22, dir Str1 4 a22, dir 4.52 10 (6.7) a, (6.8) Str 2 22, dir 383 ahol a súlyozási együtthatók a sebesség függvényében a 6.4 és a 6.5 ábrákon láthatóak. 6.4 ábra: Súlyozási együtthatók Stribeck-súrlódás analitiks TP modellje esetén 6.5 ábra: Súlyozási együtthatók Stribecksúrlódás direkt TP modellje esetén 9

A súrlódás modellezése a TP modell transzformáció direkt módszerének alkalmazásával leegyszerűsíthető, mely közvetlenül a mérésadatot használja fel, szükségtelenné téve a súrlódási araméterek meghatározását. A olitoiks modellalaknak köszönhetően ez a módszer előkészíti a nemlineáris súrlódást a szisztematiks szabályozótervezéshez. Ha az m tömegű dgattyút egy roorcionális szele segítségével mozgatjk, és ozíciószabályozás a célnk, akkor a rendszer mozgását egy másodrendű differenciál egyenlettel írhatjk le. Az ehhez tartozó klassziks csúszóegyenes egyenlete a következő alakú: σ = x 2 + λx 1 = 0, (6.9) ahol x 1 a dgattyú ozíciójának a hibája és x 2 a x 1 idő szerinti deriváltja, valamint λ a csúszómódban lévő rendszernek a másodrendűről elsőrendűre csökkentett dinamikáját meghatározó aramétere. Értékét úgy választjk meg, hogy a mért Stribecksúrlódás adatok dimenziószám csökkentés tán megmaradó két araméteréhez (az analitiks TP modell esetén (6.4) és (6.5), a direkt TP modell esetén (6.7) és (6.8)) azonos ekvivalens szabályozó jel tartozzon, ezzel két csúszóegyenest határoznk meg (lásd 6.6 ábrán). σ 1 = x 2 + λ 1 x 1 = 0 (6.10) σ 2 = x 2 + λ 2 x 1 = 0 (6.11) 6.6 ábra: A csúszószektor Paraméterként a szektor ζ < 1 szélességét választhatjk meg, a következő módon: akkor ζ = λ 2 λ 1, (6.12) λ 1 = a 22 Str2 Str1 a 22 1 ζ λ 2 = ζλ 1. (6.13) 10

6.2 2. tézis: [P4] A hiszterézises nemlineáris súrlódás egy Stribeck- és egy Colombviszkózs-súrlódás összevonásaként hiszterézises TP modell transzformációt alkalmazva mind a direkt (mérésből közvetlen), mind az analitiks modell alaú módszerrel (lásd 6.1 ábrán) leírható. Eredményül mind a két módszerrel hasonló, csökkentett dimenziójú araméteres modellt kank. A tézis gyakorlati alkalmazhatóságát a DSNU-20-100-PPV-A Festo nematiks mnkahenger kísérleti eredményei igazolják. A nematiks mnkahenger súrlódása a következőkéen modellezhető a sebesség függvényében: F ( v) a ( v) v m (6.14) Fr a 22 Fr 22() v F () v, (6.15) vm ahol a 22 a nematiks mnkahenger állaottér modelljének súrlódási eleme. A súrlódás trajektóriája analitiks hiszterézises TP modell esetén a 6.7, direkt hiszterézises TP modell esetén a 6.8 ábrán látható. 6.7 ábra: Súrlódás trajektóriája analitiks hiszterézises TP modell esetén 6.8 ábra: Súrlódás trajektóriája direkt hiszterézises TP modell esetén A súrlódás gyorsló dgattyú esetén Stribeck-jelleget követ, míg a lassló dgattyú átvált Colomb-viszkózs-jellegűre. Gyorsló dgattyú Stribeck-súrlódás trajektóriája analitiks TP modell esetén a 6.9, direkt TP modell esetén a 6.10 ábrán látható. 11

6.9 ábra: Stribeck-súrlódás trajektóriája analitiks hiszterézises TP modell esetén 6.10 ábra: Stribeck-súrlódás trajektóriája direkt hiszterézises TP modell esetén A Stribeck-súrlódási trajektóriák gyorsló dgattyú esetén a következő lineáris kombinációkkal modellezhetőek: a w a w a (6.16) Str Str1 Str1 Str 2 Str 2 22, an an 22, an an 22, an Str1 4 a22, an 1.1 10 (6.17) a (6.18) Str 2 22, an 359 a w a w a (6.19) Str Str1 Str1 Str 2 Str 2 22, dir dir 22, dir dir 22, dir Str1 4 a22, dir 4.52 10 (6.20) a, (6.21) Str 2 22, dir 383 ahol a súlyozási együtthatók a sebesség függvényében a 6.4 és a 6.5 ábrákon láthatóak. 6.11 ábra: Súlyozási együtthatók Stribecksúrlódás analitiks hiszterézises TP modellje esetén 6.12 ábra: Súlyozási együtthatók Stribecksúrlódás direkt hiszterézises TP modellje esetén 12

Lassló dgattyú Colomb-viszkózs-súrlódás trajektóriája analitiks TP modell esetén a 6.13, direkt TP modell esetén a 6.14 ábrán látható. 6.13 ábra: Colomb-viszkózs-súrlódás trajektóriája analitiks hiszterézises TP modell esetén 6.14 ábra: Colomb-viszkózs-súrlódás trajektóriája direkt hiszterézises TP modell esetén A Colomb-viszkózs-súrlódási trajektóriák lassló dgattyú esetén a következő lineáris kombinációkkal modellezhetőek: a w a w a (6.22) Vis Vis1 Vis1 Vis2 Vis2 22, an an 22, an an 22, an Vis1 3 a22, an 7.28 10 (6.23) a (6.24) Vis2 22, an 376 a w a w a (6.25) Vis Vis1 Vis1 Vis2 Vis 2 22, dir dir 22, dir dir 22, dir Vis1 4 a22, dir 2.8 10 (6.26) a, (6.27) Vis2 22, dir 383 ahol a súlyozási együtthatók a sebesség függvényében a 6.15 és a 6.16 ábrákon láthatóak. 6.15 ábra: Súlyozási együtthatók Colombviszkózs-súrlódás analitiks hiszterézises TP modellje esetén 6.16 ábra: Súlyozási együtthatók Colombviszkózs-súrlódás direkt hiszterézises TP modellje esetén 13

A két modell közti váltást meghatározó feltétel: F Fr Str a22, ha sign( v) sign( v) () v Vis a22, ha sign( v) sign( v) (6.28) 6.3 3. tézis: [P2, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11] Egy szervo-nematiks mnkahenger felbontható olyan alrendszerekre, amelyekre külön-külön alkalmazható a csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció. Ennek feltétele, hogy a kialakított alrendszerekre érvényes legyen az úgynevezett Drazenovic-feltétel, amely egyébként a rendszer egészére egybe felírt állaottér egyenletre nem teljesül. Az alrendszerek statiks részének nemlinearitása inverz függvények segítségével kezelhető, míg dinamiks részükre a csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció alkalmazható. A szabályozótervezést a 6.17 ábrán látható szervo-nematiks rendszer szabályozásának hatásvázlata mtatja be. x Ref PID szabályozás idm Ref Dgattyú x v Z -1 ˆ Megfigyelő vˆ LPF, eq Ref PID szabályozás idm ˆ 1 W V idm Szele 1 s Z -1 û WˆV ˆ 1 s ˆ LPF, eq 6.17 ábra: A szervo-nematiks rendszer szabályozásának hatásvázlata 14

A 6.17 ábrán bemtatott szabályozási algoritms lehetővé teszi, hogy a külső zavarásokból és a rendszer aramétereinek bizonytalanságából adódó ertrbációk hatását csökkentsük. A csúszómód alaú modellreferenciás adatív komenzáció lehetővé teszi, hogy az alavetően nemlineáris nematiks rendszerek esetén lineáris szabályozásokat is alkalmazhassnk, vagy a rendszer dinamiks tlajdonságait megváltoztathassk. 6.4 4. tézis: [P1, P3, P5, P6, P11] A nematiks mnkahengerek sűrítettlevegő-ellátását biztosító roorcionális szeleek egy csoortjának átömlési karakterisztikájának közelítő meghatározására levezethető egy gyakorlatban használható egyszerűsített mérésadat-kiértékelési eljárás. Az egyszerűsített közelítő kiértékelési eljárás feltételei: a mnkahenger kamrájában a nyomás nem eshet a leszellőztetéshez tartozó kritiks nyomásviszonyhoz tartozó nyomás alá izentró áramlás (adiabatiks, reverzibilis) ideális fúvókának megfelelő átömlési keresztmetszet nincs technikai mnka (w t = 0) a otenciális energia hatása elhanyagolható a tányomás állandónak tekinthető a légköri nyomás állandónak tekinthető a szele résvesztesége elhanyagolható Ezen feltételek teljesülése esetén a következő összefüggés alkalmazható egy kamra és a hozzátartozó roorcionális szele alkotta rendszer (továbbiakban a vizsgált rendszer) nyomásváltozásának meghatározására: RT d 2 Av V0 A x R T (6.29) Ha a roorcionális szeleet konstans feszültséggel gerjesztjük a dgattyú egy adott ozíciójában, akkor a fenti feltételek teljesülése mellett (6.29) összefüggésben d egyedül a és a tag változik. Így a szele átömlési karakterisztikája a vizsgált rendszer konstans feszültség melletti feltöltési, illetve leszellőztetési nyomásgradiense alaján meghatározható. Ha a bemeneti feszültség állandó a kamra feltöltése esetén, akkor (6.29) összefüggés tagja az állandó tányomás lesz, így a nyomásgradiens csak a 15 d

tagtól függ, tehát a vizsgált rendszer nyomás-nyomásgradiens függvénye az átömlési tényezőt leíró egyenletekkel jól közelíthető: 2 d krit d d Ψ Ψ 0 1 ha krit 0,528 (6.30) 1 krit 0, 484 if 0,528 d d Ψ Ψ 0 krit (6.31) A kritiks nyomásviszony alatt szóniks áramlás alakl ki, ahol az átömlési tényező állandó értéket vesz fel (lásd 6.19 ábrán). E tartományon a fenti megállaítás alaján a nyomásváltozás állandó, mely a 6.18 ábrán bemtatott mérési eredményen is látható. A kritiks nyomásviszony alatt e szakasz meredekségével határozható meg a nyomás-nyomásgradiens függvény. A kritiks nyomásviszony értéke és az átömlési tényező kritiks nyomásviszony feletti leftási karakterisztikája ismert, ezért az előbb meghatározott meredekség elegendő a teljes nyomástartományra vonatkozó nyomásnyomásgradiens függvény meghatározásához. 6.18 ábra: Feltöltés tiiks nyomásdiagramja 6.19 ábra: Nyomásgradiens összefüggés Ha a bemeneti feszültség állandó a kamra leszellőztetése esetén, akkor (6.29) d tagja a kritiks nyomásviszonyhoz tartozó nyomás feletti kamranyomás esetén állandó értéket vesz fel, így a nyomásgradiens csak a tagtól függ, mely leszellőztetés esetén a kamra nyomása. Tehát ezen a tartományon a nyomás és a nyomásgradiens közötti összefüggés lineáris. E lineáris összefüggés meredeksége az 6.20 ábrán bemtatott mérési eredményen is látható exonenciális leftás időállandója alaján számítható (lásd 6.21 ábrán). 16

6.20 ábra: Leszellőztetés tiiks nyomásdiagramja 6.21 ábra: Nyomás-nyomásgradiens függvény leszellőztetés esetén Ha a bemtatott mérést és annak kiértékelését a roorcionális szele releváns bemeneti feszültségértékeinél elvégezzük, akkor a vizsgált rendszer nyomásnyomásgradiens függvényét kahatjk meg a szele bemeneti feszültségének függvényében. Az így kaható eredményt szemlélteti a 6.22 ábra, ahol a vizsgált rendszer egy HOERBIGER ORIGA SERVOTEC tísú roorcionális szeleből és egy Mecman 166-55 0416-1 tísú nematiks mnkahengerből áll. A mérésadatkiértékelést a dgattyú közéső ozíciójában elvégezve (vizsgált rendszer térfogata 98 ml) a következő nyomás-nyomásgradiens függvényt kajk a bemeneti feszültség függvényében. 17

6.22 ábra: A nematiks rendszer nyomásgradiensét leíró felület Ez a nyomás-nyomásgradiens függvény a vizsgált rendszer térfogatával fordított arányban változik, így a kiértékelés eredménye a dgattyú többi ozíciójában is alkalmazható. A javasolt eljárás segítségével a karakterisztika közelítő megállaításához kevesebb mérésadatra van szükségünk, így a feltöltési és leszellőztetési folyamat seciális tlajdonságait kihasználva a roorcionális szele célorientált identifikációja jelentősen egyszerűbbé válik. 18

TÉZISEKHEZ KAPCSOLÓDÓ PUBLIKÁCIÓK [P1] [P2] [P3] [P4] [P5] [P6] [P7] [P8] [P9] [P10] [P11] K. Széll and A. Czmerk, "Linear identification of a servo-nematic system," RECENT INNOVATIONS IN MECHATRONICS,. 1-7, (elfogadva, várható megjelenés 2015.) K. Széll and P. Korondi, "Mathematical Basis of Sliding Mode Control of an Uninterrtible Power Sly," ACTA POLYTECHNICA HUNGARICA, vol. 11, no. 3,. 87-106, 2014. Z. Péntek, K. Széll and A. Czmerk, "Szervonematiks rendszer lineáris modellidentifikációja," in Proceedings of ARES'14, Bdaest, BUTE, 2014,. 71-75. K. Széll, A. Czmerk and P. Korondi, "Friction with Hysteresis Loo Modeled by Tensor Prodct," AUTOMATIKA, vol. 55, no. 4,. 463-473, 2014. K. Széll, A. Czmerk and Z. Péntek, "Egy szervonematiks rendszer identifikációja és szabályozása távoktatáshoz," DEBRECENI MŰSZAKI KÖZLEMÉNYEK, vol. 13, no. 2,. 44-51, 2014. A. Czmerk, K. Széll and P. Korondi, "Develoment of a servo-nematic system in distant learning," in Proceedings of CERiS'13 - Worksho on Cognitive and Eto-Robotics in isace, Bdaest, BUTE Deartment of Mechatronics, Otics and Mechanical Engineering Informatics, 2013,. 50-54. K. Széll and P. Korondi, "Friction Comensation based on Sliding Mode Control," in OWD 2012, XIV International PhD Worksho. Wisla, Lengyelország, Gliwice, Gliwice, Organizing Committee of the Symosim PPEE & Seminar BSE, 2012,. 105-110. K. Széll, H. Hashimoto and P. Korondi, "Sliding Mode Control of a Master Device," in Géészet 2012, Bdaest, Bdaest University of Technology and Economics Faclty of Mechanical Engineering, 2012,. 526-540. K. Széll, H. Hashimoto and P. Korondi, "Sliding Mode Control of a Telemanilation System," in International Engineering Symosim at Bánki (IESB 2011), Bdaest, Óbdai Egyetem, 2011,. 1-19. K. Széll and P. Korondi, "Sliding Mode Control Based on the Theory of Differential Eqations with Discontinos Right-Hand Sides," in OWD 2011, Gliwice, Organizing Committee of the Symosim PPEE & Seminar BSE, 2011,. 15-20. K. Széll and G. Sziebig, "Egy egyenáramú hajtás animációja, szimlációja és Internet alaú mérése a távoktatásban," ACTA AGRARIA KAPOSVÁRIENSIS, vol. 11, no. 2,. 115-124, 2007. 19

IRODALOMJEGYZÉK [1] Y. Knii, B. Solvang, G. Sziebig and P. Korondi, "Tensor rodct transformation based friction model," in INES 2007: 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ENGINEERING SYSTEMS, PROCEEDINGS, 345 E 47TH ST, NEW YORK, NY 10017 USA, 2007. [2] P. Korondi, Csúszómódszabályozás a teljesítményelektronikában és mechatronikában, MTA Doktori Értekezés, Magyar Tdományos Akadémia, Bdaest, 2007. [3] J. S. Thomas H.Massie, "The Phantom Hatic Interface: A Device for Probing Virtal Objects," in Proceedings of the 1994 ASME International Mechanical EngineeringCongress and Exhibition, Chicago, 1994. [4] P. Korondi, P. Szemes and H. Hasimoto, "Sliding mode friction comensation for a 20 DOF sensor glove," JOURNAL OF DYNAMIC SYSTEMS MEASUREMENT AND CONTROL-TRANSACTIONS OF THE ASME, vol. 122, no. 4,. 611-615, DEC 2000. 20