Modeling, Control and Simulation of Cascade Control Servo System for One Axis Gimbal Mechanism

به منظور تامين پايداري يك جسم قرار داده شده بر روي طوقه، از سيستم مكانيزم پايدارسازي طوقه استفاده مي شود. اين مكانيزم بر مبناي ايزوله كردن جسم از حركت زاويه اي و لرزش مبنا عمل مي نمايد. در اين مقاله، يك مدل كنترل سيستم سروو براي مكانيسم طوقه يك درجه آزادي با استفاده از كنترل كننده هاي تناسبي-مشتقي- انتگرالي آبشاري (Cascade PID)ارايه شده است. روابط گشتاور طوقهبا در نظر گرفتن حركت زاويه اي مبنا استخراج شده و ساختار كنترل كننده PID معمول و سه ساختار متفاوت كنترل كننده PID آبشاري مورد بررسي قرار گرفته است. حلقه كنترلي سروو با استفاده از كنترل كننده هاي فوق در محيط نرم افزار MATLAB/Simulink مدلسازي شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي مقايسه وكارايي سيستم سروو با اندازه گيري معيارهاي عملكرد سيستم در هر يك از اين حالات مورد بررسي قرار گرفته است. مقايسه اين نتايج نشان مي دهد كه بيشترين كارايي بهبود داده شده با استفاده از كنترل كننده I-PD حاصل شده است. نوآوري اين مقاله در طراحي يك سيستم كنترل سروو با استفاده از كنترل كننده اصلاح شده مي باشدكه شامل دو كنترل كننده I-PD موازي است. اين كنترل كننده ها با استفاده از يك سوييچ داراي مقدار آستانه فرمان مي گيرند. نتايج حاصل از شبيه سازي اين ساختار، نشان مي دهد كه كنترل-كننده پيشنهادي الزامات يك سيستم سروو مطاوب را برآورده كرده است. .

The gimbal stabilization mechanism is used to provide the stability to an object mounted on the gimbal by isolating it from the base angular motion and vibration. The purpose of this paper is to present a model of control servo system for one axis gimbal mechanism using a cascade PID controller. The gimbal torque relationships are derived by taking into consideration the base angular motion. The conventional PID controller and three cascade controller structures are investigated. The servo control loop is built and modelled in MATLAB/Simulink using these controllers. The simulation results are compared and the servo system performance is analysed for each controller in terms of performance criteria. The comparison results prove that a further improved system performance is achieved using I-PD controller as compared to the system performance obtained when the other controllers are utilized. The paper’s value lies in designing the servo control system using a modified controller composed of two parallel I-PD controllers related with a switch depending on the base angular rate as a threshold. The results show that the modified system satisfies the desired servo system requirements.