طراحي و پياده سازي كنترلگر مقاوم دو درجه آزادي بر روي ميز سروهيدروليك

Design and Implementation of a 2DOF Robust controller for Servo-Hydraulic Table

سيستم‌هاي سروهيدروليك به علت دقت بالا و نسبت پايين وزن به نيرو كاربرد گسترده‌اي در شاخه‌هاي مختلف صنعت دارند. بهبود همزمان دقت و پاسخ زماني از نيازهاي روز افزون اين سيستم‌ها مي‌باشد. فرمان‌هاي حركت سريع عملگر سروهيدروليك، باعث تحريك اجزاي مكانيكي متصل به آن و ايجاد ارتعاشات نامطلوب مي‌گردد. راه حل توصيه شده براي رفع اين مشكل، استفاده از كنترلگر پيشرفته با در نظر گرفتن عدم قطعيت‌هاي فركانس بالاي سيستم مي‌باشد. در اين پژوهش، كنترلگر مقاوم دو درجه آزادي موقعيت با هدف جلوگيري از ارتعاشات نامطلوب و تامين كارايي مقاوم براي ميز سروهيدروليك طراحي و پياده‌سازي شده است. در اين راستا اجزاي مختلف اين سيستم مدل‌سازي شده و سيستم نامي و عدم قطعيت ميز سروهيدروليك با استفاده از روش جعبه خاكستري شناسايي شده است. كنترلگر مقاوم دو درجه آزادي با روش عمومي نرم بي‌نهايت (?H) و استفاده از تحليل ? طراحي شده است. اين كنترلگر داراي بلوك پس‌خور جهت كاهش اثرات عدم قطعيت و نويز و دفع اغتشاش بوده، در حالي كه بلوك كنترلگر پيشرو با اصلاح سيگنال فرمان، كارايي را بهبود مي‌بخشد. سيستم كنترلي طراحي شده جهت رديابي سيگنال‌هاي موقعيت سينوسي و ذوزنقه‌اي بر بستر آزمايش سروهيدروليك پياده‌سازي شده است. مشاهده شد كه اين سيستم در مقايسه با كنترلگر مقاوم رايج كه فقط داراي بلوك پسخور مي‌باشد، عملكرد دقيق‌تر و پاسخ سريع‌تري داشته است. نتايج آزمون‌هاي گسترده نشان دهنده پاسخ مناسب به اغتشاش، كاهش اثرات نويز و عملكرد مقاوم كنترل‌گر توسعه يافته در محدوده عدم قطعيت تعريف شده، مي‌باشد.

Because of high accuracy and low weight-to-force ratio, servo hydraulic systems are widely used in various branches of industry. Simultaneous improvement of accuracy and time response are among the ever increasing needs for these systems. Rapid movement commands to hydraulic actuator excite attached mechanical components and consequently produce undesired vibrations. The recommended solution to overcome the above mentioned problem is to design and implement an advanced controller which takes into consideration the high frequency uncertainties. In this research a two-degree-of–freedom (2DOF) position controller has been designed and implemented for undesirable vibration regulation and robust performance achievement on a servo hydraulic table. In this regard various elements of the system are modeled and then the servo hydraulic table nominal system and uncertainty are identified using grey-box method. The 2DOF robust controller is designed using general H? framework and analyzed by structured singular value, Mu. The feedback block of controller is used to reduce the effect of uncertainty, measurement noises and reject disturbances, whereas the forward controller shapes the command signals to improve the performance. The designed controller has been implemented on the servo hydraulic test rig in order to track sine and trapezoid position command signals. It has been observed that the controller has a more accurate performance and faster time response than the common robust controller with just one feedback block. Extensive experimental results of the developed controller indicate robust performance and acceptable response to disturbance and measurement noise rejection in the defined uncertainty range.