كنترل امپدانس يك عملگر نيوماتيك با شيرهاي سولنوييدي قطع/ وصل

Impedance control of a pneumatic actuator with solenoid on/off valves

در اين مقاله كنترل امپدانس يك عملگر نيوماتيك با شيرهاي سولنوييدي قطع/ وصل انجام شده است. نخست با توجه به معادلات سيستم، روشي براي دستيابي به رفتار شبيه جرم- فنر- دمپر خطي در عملگر نيوماتيك با ضرايب قابل انتخاب ارايه شده است. طبق اين روش ابتدا نيروي لازم براي اعمال شدن به مجموعه متحرك صلب عملگر براي القاي رفتار ذكر شده به آن، تعيين مي شود. سپس با توجه به اين كه نيروي مورد نياز و سفتي عملگر هر دو تابعي از فشار محفظه ها هستند، دو رابطه براي فشار مطلوب محفظه ها استخراج شده است كه بايد توسط حلقه كنترل فشار تعقيب گردند. براي اين منظور از روش كنترل مد لغزشي استفاده شده و سپس با توجه به قطع/ وصل بودن شيرها، الگوريتمي براي تبديل ورودي كنترلي به نسبت وظيفه شيرها ارايه شده است. آزمايش هاي تجربي نشان مي دهند كه دستيابي به محدوده وسيعي از مقادير براي پارامترهاي امپدانسي به دليل ايجاد ناپايداري ممكن نيست، همچنين تعقيب مسير در فضاي آزاد در سيستم تحت كنترل امپدانس به خوبي انجام مي شود در حالي كه در فرآيند برخورد با مانع صلب، نيروي تعاملي نسبت به سيستم تحت كنترل موقعيت كمتر مي شود. در نهايت با ارايه صورت جديدي از فرمول بندي براي معادلات، عوامل موثر بر كيفيت و محدوده امپدانس قابل ارايه توسط عملگر نيوماتيك بررسي شده است.

Executing the impedance control of a pneumatic actuator with solenoid on/off valves is the subject of this paper. Firstly, based on equations of the system, a method presented to enforce the pneumatic system to behave like a linear mass-damper-spring system with adjustable parameters. Based on this method, the desired force determined that is aimed to act on the movable rigid components. Then, with respect to the fact that both the pneumatic output force and its stiffness are functions of the chambers pressures, the desired pressure profile of the chambers have been derived that must be followed by the pressure control loop. The sliding mode approach used and beside it a new algorithm implemented to convert the control input to duty cycle of the on/off valves. The experimental tests show that the achievable range of impedance parameters is limited due to the possible instability problem. Also the position tracking in free space at the system under impedance control is good, while the contact force is less compare with the position control case. Then taking into consideration the new mathematical model presented in this paper, we discussed on the factors that affect the quality and achievable mechanical impedance range of pneumatic actuator.