بهبود بازده انرژي سيستم هاي هيدروليك ديجيتال براي مساله ‏ي كنترل موقعيت با استفاده از شير با سرعت سوئيچ بالا

Energy-Efficient Position Tracking For Digital Hydraulic Systems Using Fast-Switching Valve

عملگرهاي هيدروليكي به طور گسترده‏ اي درصنايع مختلف بويژه در مواقعي كه نيروهاي اعمالي بسيار بزرگ هستند استفاده مي‏ شوند. اما، اين سيستم‏ ها در بسياري از موارد بازده انرژي پاييني دارند. به اين منظور حجم بالايي از مطالعات توسط پژوهشگران اين حوزه براي بهبود بازده سيستم‏ هاي الكتروهيدروليك سروو صورت گرفته‏ است. يكي از جديدترين شيوه‏ هاي پيشنهادي جهت افزايش راندمان عملگرهاي هيدروليكي استفاده از سيستم‏ هاي هيدروليكي ديجيتال است. قيمت پايين و راندمان انرژي بهتر دو مزيت عمده‏ اي هستند كه موجب محبوبيت اين سيستم‏ ها در ميان پژوهشگران شده است. اين مقاله امكان استفاده از يك شير روشن/خاموش با سرعت سوئيچ بالا به شيوه‏ اي نوين به جاي شير هيدروليكي سروو به منظور افزايش بازده را مورد بررسي قرار مي‏ دهد. در اين روش دبي عبوري از شير روشن/خاموش با تنظيم مقدار مناسب براي زمان كاري PWM اعمالي به آن كنترل مي‏ شود. در اينجا دبي اضافي پمپ به جاي عبور از شير اطمينان مستقيما در زمان خاموش بودن شير به تانك تخليه شده و در نتيجه اتلاف انرژي ناشي از تخليه سيال با فشار بالا از طريق شير اطمينان به طور قابل توجهي كاهش مي‏ يابد. در اين مساله براي كنترل زمان كاري شير ، يك كنترلر غيرخطي از روش پسگام طراحي شده است. كارايي اين روش با آزمايش آن روي تجهيزات هيدروليكي و ارائه‏ ي نتايج عملي صحه‏ گذاري شده است.

Hydraulic actuators are widely used where highmagnitude forces are exerted however, they suffer from low energyefficiency in many cases. To address this issue, there has been a surge in the volume of researches devoted to improving the efficiency of electrohydraulic servo systems. Digital Hydraulics is the most recent method, proposed by many researchers to improve the efficiency of hydraulic actuators. Low cost and better energy efficiency are two major advantage of these systems that make them popular among researchers. This paper discusses the possibility of using a fastswitching on/off valve in a novel way, instead of servo valves to improve the efficiency of these systems. For this purpose the flow running through the fastswitching valve controlled, employing proper duty cycle. The excess pump flow is discharged to the tank directly instead of going through the relief valve when the valve is off. Thus the wasted energy, caused by the relief valve, is reduced significantly. A nonlinear backstepping controller is designed to control the duty cycle of the PWM signal of the on/off valve. The effectiveness of this method is tested after conducting experiments on a hydraulic test rig and presenting the experimental results.