ΜΕΤΑΕΥΡΕΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΓΙΑ ΟΧΗΜΑ ΜΕ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΜΕΤΑΦΕΡΕΙ ΥΓΡΟ

Σχετικά έγγραφα
ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΙΝΟΥΜΕΝΗΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΓΙΑ ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

Θεωρείστε το σύστηµα του ανεστραµµένου εκκρεµούς-οχήµατος του Σχ. 1 το οποίο περιγράφεται από το δυναµικό µοντέλο

ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΥ ΒΡΑΧΙΟΝΑ ΜΕ ΕΞΑΣΦΑΛΙΣΗ ΠΡΟΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΗΣ ΕΠΙΔΟΣΗΣ ΣΤΟ ΣΦΑΛΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΣΤΙΣ ΑΡΘΡΩΣΕΙΣ.

Κεφάλαιο 1: Κινηματική των Ταλαντώσεων

Δυναµική των Ροµποτικών Βραχιόνων. Κ. Κυριακόπουλος

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Η ενέργεια ταλάντωσης ενός κυλιόμενου κυλίνδρου

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ/ΚΩΝ & ΜΗΧ/ΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Ομαλή Κυκλική Κίνηση 1. Γίνεται με σταθερή ακτίνα (Το διάνυσμα θέσης έχει σταθερό μέτρο και περιστρέφεται γύρω από σταθερό σημείο.

υναµ α ι µ κή τ ων Ρ οµ ο π µ ο π τ ο ικών Βραχιόνων

Λύσεις 1ης σειράς ασκήσεων

ΦΥΕ 14 5η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες) Άσκηση 1 : Aσκηση 2 :

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

Βαθμολογία Προβλημάτων ΘΕΜΑ 1 ΘΕΜΑ 2.1 ΘΕΜΑ 2.2 ΘΕΜΑ 2.3 ΘΕΜΑ 3.1 ΘΕΜΑ 3.2 ΘΕΜΑ 4 ΘΕΜΑ 5.1 ΘΕΜΑ 5.2

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Βαθμολογία Προβλημάτων Θέμα (μέγιστος βαθμός) (βαθμός εξέτασης)

M m l B r mglsin mlcos x ml 2 1) Να εισαχθεί το µοντέλο στο simulink ορίζοντας από πριν στο MATLAB τις µεταβλητές Μ,m,br

ΕΛΕΥΘΕΡΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 73

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. 22 Μαΐου 2018 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5)

2. Κατά την ανελαστική κρούση δύο σωμάτων διατηρείται:

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΦΥΕ 14 5η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι βαθµολογικά ισοδύναµες) Άσκηση 1 : Aσκηση 2 :

ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΗΜ: 1/7/14 ΣΤΕΦ - ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Α ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ -ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ.

Σεµινάριο Αυτοµάτου Ελέγχου

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Επαναληπτικός ιαγωνισμός)

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Γκύζη 14-Αθήνα Τηλ :

Επαναληπτικό Διαγώνισμα Φυσικής Προσανατολισμού Γ Λυκείου ~~ Διάρκεια: 3 ώρες ~~

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Πτυχιακή εξέταση στη Μηχανική ΙI 20 Σεπτεμβρίου 2007

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ. Δίνεται ότι η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα Κ είναι Ι= M R

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι

Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Ρομποτικής της Αμερικής

ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΧΕΙ ΑΝΤΛΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Α. 1. Δ 2. Α 3. Β 4. Α 5. Α Β. 1.Λ 2.Λ 3.Λ 4.Σ 5.Λ Ν 1 Ν 2

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1

ΦΥΣ. 211 ΕΡΓΑΣΙΑ # 8 Επιστροφή την Τετάρτη 30/3/2016 στο τέλος της διάλεξης

ΦΥΣ. 211 Τελική Εξέταση 10-Μάη-2014

ΘΕΜΑ A Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΝΩΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΥΠΡΟΥ

ΦΥΣ. 211 Τελική Εξέταση 10-Μάη-2014

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Αυτόματη προσγείωση τετρακόπτερου με χρήση κάμερας

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

υ λ γ. λ δ. λ 0 υ. Μονάδες 5

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΜΕΡΟΣ Α : Αποτελείται από 6 ερωτήσεις των 5 μονάδων η κάθε μια.

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 22 ΜΑΪΟΥ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÓÕÃ ÑÏÍÏ

ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΡΑΒΔΟΥ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΞΟΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΡΟΠΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΤΗΣ ΡΑΒΔΟΥ

Προγραμματισμένο διαγώνισμα Φυσικής κατεύθυνσης Γ Λυκείου Κυριακή 6 Απριλίου 2014

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ


Θέμα 1ο Να σημειώσετε τη σωστή απάντηση σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής.

Βαθµολογία Προβληµάτων ΘΕΜΑ 1 ΘΕΜΑ 2.1 ΘΕΜΑ 2.2 ΘΕΜΑ 2.3 ΘΕΜΑ 3.1 ΘΕΜΑ 3.2 ΘΕΜΑ 4 ΘΕΜΑ 5.1 ΘΕΜΑ 5.2. G(s)

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ (ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 23 ΜΑΪOY 2016 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Επαναληπτικός ιαγωνισμός)

ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 7 ΣΕΛΙΔΕΣ

y S xoy το οριζόντιο επίπεδο πάνω στο οποίο κινείται η ράβδος. v και d της ράβδου, κινείται με ταχύτητα u A B A x S x y Sh τότε ισχύουν:

, συγκρούεται μετωπικά και ελαστικά με ακίνητη σφαίρα μάζας m 2. Οι ταχύτητες υ και υ των σφαιρών μετά την κρούση

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: ΡΕΥΣΤΑ -ΣΤΕΡΕΟ 24/02/2019

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών Τζιόλας Χρήστος. και Α 2

Κεφάλαιο 4 ο : Ταλαντώσεις

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΚΑΙ ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Εισαγωγή στην Ρομποτική

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

website:

Προτεινόμενα θέματα για τις εξετάσεις 2011

Κυλιόµενος κύλινδρος πέφτει πάνω σε οριζόντιο στερεωµένο ελατήριο. 3 m/sec. Να εξετάσετε στην περίπτωση αυτή αν, τη

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 6 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Σάββατο 24 Φεβρουαρίου Θέμα 1ο

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 / 04 / 2018

ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ. ΛΥΣΗ (α) Το οδόστρωμα στη στροφή είναι οριζόντιο: N. Οι δυνάμεις που ασκούνται πάνω στο αυτοκίνητο είναι:

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2013 ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

website:

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π. ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 4. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Θέμα Α Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΫ ΡΑΥΛΙΚΩΝ ΣΕΡΒΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΟΣ ΣΤΗ ΥΝΑΜΙΚΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική I 2 Σεπτεμβρίου 2010

1 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ-ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ

Σ 1 γράφεται ως. διάνυσµα στο Σ 2 γράφεται ως. Σ 2 y Σ 1

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΜΟΝΟ ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

Ασκήσεις (διάφορες, στροφορμής και δυναμικής συστήματος σωματιδίων)

β. F = 2ρΑυ 2 γ. F = 1 2 ραυ 2 δ. F = 1 3 ραυ 2

Transcript:

ΜΕΤΑΕΥΡΕΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΓΙΑ ΟΧΗΜΑ ΜΕ ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΠΟΥ ΜΕΤΑΦΕΡΕΙ ΥΓΡΟ Φώτης Ν. Κουμπουλής και Νικόλαος Δ. Κούβακας ΤΕΙ Χαλκίδας, Τμήμα Αυτοματισμού, 344 Ψαχνά Ευβοίας ΠΕΡΙΛΗΨΗ Παρουσιάζεται το μοντέλο ενός αυτοκινούμενου οχήματος με παθητικές αναρτήσεις και ενεργητικές αναρτήσεις με καθυστερημένη ανατροφοδότηση της επιτάχυνσης αντηχείου, που μεταφέρει υγρό. Το υγρό παρουσιάζει κυματισμούς που οφείλεται σε ταλαντώσεις του οχήματος εξαιτίας διαταραχών που ασκούνται στο όχημα λόγω ανωμαλιών στο οδόστρωμα. Προτείνεται ένας στατικός ελεγκτής ανατροφοδότησης μετρήσιμων εξόδων που στοχεύει στην καταστολή του κυματισμού του υγρού. Ο στατικός ελεγκτής προσδιορίζεται με χρήση ενός μεταευρετικού αλγορίθμου που στηρίζεται στη γραμμικοποίηση του συστήματος. Παρά την υψηλή πολυπλοκότητα του μη γραμμικού μαθηματικού μοντέλου του κινητού μηχανισμού ο προτεινόμενος ελεγκτής παρουσιάζει ικανοποιητική συμπεριφορά σε ότι αφορά την καταστολή του κυματισμού του υγρού. Λέξεις κλειδιά: ενεργητικές αναρτήσεις, καταστολή κυματισμού, κινούμενα ρομπότ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η μεταφορά υγρού είναι μια εφαρμογή με ιδιαίτερη σημασία για τα κινητά ρομπότ. Στη χύτευση, το λιωμένο μέταλλο μεταφέρεται από τον φούρνο στα τμήματα χύτευσης χρησιμοποιώντας αυτοκινούμενα οχήματα τα οποία φέρουν δοχεία στα οποία τοποθετείται το υγρό μέταλλο. Ένα σημαντικό πρόβλημα που παρουσιάζεται σε τέτοιου τύπου εφαρμογές το οποίο πρέπει να επιλυθεί είναι η καταστολή του κυματισμού του ρευστού. Αυτός ο κυματισμός είναι επικίνδυνος καθώς μπορεί να οδηγήσει σε υπερχείλιση του υγρού ή ακόμα σε υποβάθμιση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του μετάλλου και υπερβολική ψύξη. Στην βιβλιογραφία (βλ. τις εργασίες Hamaguchi e al., 994; Noda e al., 3; zamzi e al., 6 και 7 και τις αναφορές σε αυτές) έχουν χρησιμοποιηθεί πολλές τεχνικές για την αντιμετώπιση του παραπάνω προβλήματος. Πολλές από τις εργασίες προσεγγίζουν την κίνηση του ρευστού χρησιμοποιώντας μοντέλα τύπου εκκρεμούς. Οι κύριες τεχνικές ελέγχου που εμφανίζονται περιλαμβάνουν τεχνικές βέλτιστου ελέγχου καθώς επίσης και τεχνικές H. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται το πλήρες μαθηματικό μοντέλο της διάταξης σε μορφή μοντέλου κινητού ρομπότ. Το παρόν μοντέλο συνιστά τροποποίηση του μαθηματικού μοντέλο οχήματος με ενεργητικές αναρτήσεις πάνω στο οποίο είναι τοποθετημένο δοχείο που μεταφέρει υγρό που προτάθηκε στις εργασίες (zamzi e al., 6 και 7) στις οποίες χρησιμοποιούνται ενεργητικές αναρτήσεις με καθυστερημένη ανατροφοδότηση θέσης. Η τροποποίηση έγκειται στη χρήση των ενεργητικών αναρτήσεων με καθυστερημένη ανατροφοδότηση επιτάχυνσης βλ. (Renzulli e al., 999). Οι αναρτήσεις αυτές φαίνεται να έχουν κάποια πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις ενεργητικές αναρτήσεις με καθυστερημένη ανατροφοδότησης θέσης που χρησιμοποιούνται στην εργασία (βλ. Olgac e al., 996). Σημειώνεται πως η καθυστερημένη ανατροφοδότηση της θέσης, της ταχύτητας ή της ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9

επιτάχυνσης στις ενεργητικές αναρτήσεις μπορεί να έχει παρόμοιες ιδιότητες καταστολής των ταλαντώσεων. Η επιλογή της μεταβλητής κατάστασης που θα ανατροφοδοτηθεί καθορίζεται από τον τύπο του αισθητήρα που χρησιμοποιείται και από την φύση της διαταραχής. Στην παρούσα εργασία σχεδιάζεται επιπλέον ένας στατικός ελεγκτής ανατροφοδότησης εξόδου που ρυθμίζει την περιστροφική κίνηση του δοχείου με στόχο την καταστολή του κυματισμού του ρευστού. Η επιλογή των παραμέτρων του ελεγκτή γίνεται χρησιμοποιώντας έναν μεταευρετικό αλγόριθμο που βασίζεται στη γραμμικοποιημένη προσέγγιση του μαθηματικού μοντέλου. Η απόδοση του ελεγκτή διερευνάται μέσω προσομοιώσεων. Είναι σημαντικό να σημειωθεί πως το μη γραμμικό και γραμμικοποιημένο μοντέλο της διεργασίας ανήκουν στις κατηγορίες των μη γραμμικών και γραμμικοποιημένων γενικευμένων αδρανών συστημάτων με πολλαπλές χρονικές καθυστερήσεις. ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΥΓΡΟΥ Έστω ένα αυτοκινούμενο όχημα με παθητικές και ενεργητικές αναρτήσεις καθυστερημένης ανατροφοδότησης επιτάχυνσης, πάνω στο οποίο είναι τοποθετημένο ένα δοχείο με υγρό (βλέπε Σχήμα ). Υποθέτοντας ότι το όχημα κινείται σε μία ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα, ότι το δοχείο δύναται να περιστρέφεται σε σχέση με το όχημα και ότι η κίνηση του υγρού μέσα στο δοχείο περιγράφεται από ένα μοντέλο τύπου εκκρεμούς, η μαθηματική περιγραφή του συστήματος είναι της μορφής éd () éc (, ) ég (, ) 4 I + C (, ) + G (, ) ê 4 ú ê ú ê ú = é ê ú u ( ) + é l cos( ) + () () d -l cos( ) ê ú 3 όπου = é x x ê 3 a b ú είναι το διάνυσμα των γενικευμένων συντεταγμένων στου συστήματος, είναι η κάθετη Σχήμα : Σκαρίφημα οχήματος μεταφοράς υγρού απόκλιση της πλατφόρμας του οχήματος σε σχέση με αυτή του ελεύθερου μήκους των ελατηρίων των παθητικών αναρτήσεων, είναι η γωνία στροφής της πλατφόρμας του οχήματος σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο, είναι η 3 γωνία στροφής της δεξαμενής σε σχέση με το όχημα, είναι η γωνία του εκκρεμούς σε σχέση με την δεξαμενή, x και x είναι οι αποκλίσεις των ελατηρίων των ενεργητικών a b αναρτήσεων από το ελεύθερο μήκος τους, u () είναι εξωτερικά ασκούμενη εξωτερική ροπή στο δοχείο του υγρού από έναν ενεργοποιητή, () = éf () F() d ê f ú είναι το διάνυσμα των διαταραχών και F και F είναι οι δυνάμεις διαταραχές που ασκούνται στον εμπρός και f πίσω τροχό αντίστοιχα, κατά μήκος των διευθύνσεων των ελατηρίων των παθητικών αναρτήσεων λόγω ανωμαλιών στο οδόστρωμα. Επιπλέον ισχύει ότι D () = éd () ê ij ú ij=,,,4, C (, ) = éc(, ) ê ij ú, i =,, 4, j =,, 6, C (, ) = é c (, ) ê, ij ú, i =,, ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9

j =,, 6, G (, ) = ég (, ) ê i ú, i =,, 4 και G (, ) = é g (, ) ê, i ú, i =,. Τα στοιχεία των πινάκων αυτών είναι μη γραμμικές συναρτήσεις των γενικευμένων συντεταγμένων του συστήματος και των αντίστοιχων ταχυτήτων καθώς και των παραμέτρων του συστήματος, δηλαδή τη μάζα του εκκρεμούς m, τη μάζα του δοχείου m, τη μάζα του οχήματος m, τη μάζα των αντηχείων m, το ύψος του οχήματος h, το μήκος του οχήματος l, την απόσταση του κέντρου μάζας του οχήματος από το κέντρο περιστροφής του δοχείου l, την απόσταση μεταξύ του κέντρου περιστροφής και της ελεύθερης επιφάνειας c, του υγρού l, την απόσταση μεταξύ του κέντρου μάζας του δοχείου και της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού l, το μήκος του εκκρεμούς l c,, το ελεύθερο μήκος, τη σταθερά και το συντελεστής απόσβεσης των ελατηρίων των ενεργητικών αναρτήσεων y, k και c αντίστοιχα, τη σταθερά και τον συντελεστής απόσβεσης των παθητικών αναρτήσεων k και e c αντίστοιχα, τον συντελεστής ιξώδους του υγρού c, τις ροπές αδρανείας της δεξαμενής και e του οχήματος I και I αντίστοιχα, το κέρδος και την καθυστέρηση της ανατροφοδότησης της επιτάχυνσης στις ενεργητικές αναρτήσεις g και αντίστοιχα, και την επιτάχυνση της βαρύτητας g. Τα στοιχεία των πινάκων D (), C (, ) και C (, ) είναι όπως ορίζονται στην εργασία (zamzi e al., 6). Τα στοιχεία των πινάκων G (, ) και G (, ) τροποποιούνται ως ακολούθως g (, ) = g ( m + m + m ) + ( k + k ) c - k x + x c - g x + x ( ) ( ) e a b a b g (, ) = g él m - h ( m + m + m )s + g él m - l ( m + m )s + gl m l ê c, ú c + ê ú 3 ( k + k )s -.5k l x - x gm éy x x s.5g l x x e + + a b ê + + a b ú - - a b 3 g (, ) = g él m l ( m m )s gl m s 3 ê - + c ú + g + 3 + + 3, (, ) = gl m s 4 + + 3 g (, ) = ( g / m ) x + g c + ( k / m ) é.5 l x, a ê- - + a ú g (, ) = ( g / m ) x + gc + ( k / m ) é.5 l x, b ê- + + b ú όπου ( ) ( ) ( ) l = l -, c = cos( x ), s = sin( x) και = an( x). Είναι σημαντικό να x x x σημειωθεί πως το μη γραμμικό μοντέλο της διεργασίας () ανήκει στην κατηγορία των μη γραμμικών ουδετέρων συστημάτων με χρονικές καθυστερήσεις (nonlinea neual ime delay sysems) σε αντίθεση με το αντίστοιχο μοντέλο που παρουσιάστηκε στην εργασία (zamzi e al., 6) και ανήκει στην κατηγορία των μη γραμμικών καθυστερημένων συστημάτων (nonlinea eaded ime delay sysems). Εκτελώντας απλούς υπολογισμούς μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί ότι η γραμμικοποιημένη προσέγγιση του μη γραμμικού μοντέλου () είναι της μορφής () + ( - ) = () + () + x() x Ex Ax B ; EA, Î, B Î, όπου x = éd d ê ú, = du x = é êx x = df df é ú ê f ú και όπου d y = y - y είναι η απόκλιση της μεταβλητής y από το αντίστοιχο σημείο ισορροπίας y. Οι πίνακες του Î ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9 3

γραμμικοποιημένου μοντέλου, αυτοί μπορούν εύκολα να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας τις σχέσεις A =, m o = o E =-, m o= o = {,, m, m }, o { u,, m,} o u d é I 6 6 4 6 4 6 D ( ) 6 4 I ê ú - d, B =, u o = o = όπου m = é ê ú, d o= o = και όπου f = ì é I 6 é 6 6 6 6 l ü é é 8 6 c 4 é í ï 4 6 -C (, ) - G (, ) + u d( ) + ý ï êú l 6 4 6 C (, ) (, ) c G - ï ê ú ê - ú ê ú ê 3 ï î ú ï þ Με βάση τους παραπάνω υπολογισμούς προκύπτει ότι οι πίνακες μπορούν να γραφούν στην ακόλουθη μορφή é é 6 6 E I 6 6 6 = E, A = ê 6,ú A A ê, B = é B ê 7, ú, = é,, ú ê 6, ú 6 όπου 6 6 Î, A, A 3 Î, 4 Î και Î. Πρέπει να σημειωθεί πως E,,, B, όπως και στην περίπτωση του μη γραμμικού μοντέλου του συστήματος, η γραμμικοποιημένη προσέγγιση ανήκει στην κατηγορία των γραμμικών ουδετέρων συστημάτων με χρονικές καθυστερήσεις (linea neual ime delay sysems). 3 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΛΕΓΚΤΗ Σχεδιαστικός στόχος στην παρούσα εργασία είναι καταστολή των ταλαντώσεων του εκκρεμούς. Ο μικρός αριθμός των μετρήσιμων μεταβλητών καθώς επίσης και η πολυπλοκότητα του συστήματος θέτει σημαντικά εμπόδια στον έλεγχο. Έστω ο γραμμικός στατικός ελεγκτής ανατροφοδότησης μετρήσιμων εξόδων της μορφής = é é ê 3 úê 3 3 ú,, όπου f i ( i =,, 3 ) είναι οι βαθμοί ελευθερίας του () f f f () () () ελεγκτή. Η απλότητα της δομής του ελεγκτή τον καθιστά κατάλληλο για τον προσδιορισμό των παραμέτρων του με χρήση μεταευρετικού αλγορίθμου παρόμοιο με αυτούς που παρουσιάστηκε στις εργασίες (zamzi e al., 6) και (Koumboulis and zamzi, 7) στο γραμμικοποιημένο μοντέλο. Ο αλγόριθμος βασίζεται στην τυχαία επιλογή των παραμέτρων του ελεγκτή, μέσα σε ένα εύρος τιμών το οποίο τελικά συγκλίνει στην υποβέλτιστη επιλογή παραμέτρων. Ειδικότερα, επιλέγεται η αρχική περιοχή αναζήτησης τον παραμέτρων του ελεγκτή ορίζοντας τις ελάχιστες και τις μέγιστες τιμές του κάθε βαθμού ελευθερίας, έστω f,,min,max f, f, f, f και f αντίστοιχα. Μέσα σε αυτά τα εύρη των,min,max 3,min 3,max παραμέτρων, πραγματοποιείται n αριθμός προσομοιώσεων της γραμμικοποιημένης loo προσέγγισης του μοντέλου επιλέγοντας κάθε φορά τυχαίες τιμές για τους βαθμούς ελευθερίας. Από όλες τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν αποθηκεύεται αυτή της οποίας οι παράμετροι του ελεγκτή κατά την προσομοίωση παράγουν την μικρότερη Ευκλείδεια νόρμα της απόκρισης της γωνίας του εκκρεμούς, έχοντας συλλέξει N δείγματα με περίοδο δειγματοληψίας. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται n φορές. e Από τo σύνολο των αποθηκευμένων παραμέτρων του ελεγκτή, επιλέγονται δύο ομάδες παραμέτρων, αυτή που δίνει την μικρότερη Ευκλείδεια νόρμα, έστω ( f ), ( f min ) και min ( f 3) και αυτή που δίνει την μεγαλύτερη, έστω ( f min ), ( f max ) και ( f max 3). Έχοντας max πραγματοποιήσει αυτές τις επιλογές, το αρχικό εύρος επιλογής παραμέτρων ανανεώνεται ως ακολούθως ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9 4

f,min = ( f) - ( f min ) min ), f max,min = ( f) - ( f min ) min ) max f3,min = ( f3) - ( f min 3) min 3), f max,max = ( f) + ( f min ) min ) max f,max = ( f) + ( f min ) min ), f max 3,max = ( f3) + ( f min 3) min 3) max και η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι οι ελάχιστες και μέγιστες τιμές να συγκλίνουν. Αν δεν συγκλίνουν οι τιμές των παραμέτρων μέσα σε έναν προκαθορισμένο αριθμό προσομοιώσεων τον οποίο ορίζει ο χειριστής, τότε η διαδικασία διακόπτεται με ανεπιτυχές αποτέλεσμα. Στην παρούσα εργασία η αρχική περιοχή αναζήτησης των παραμέτρων του ελεγκτή επιλέγεται f =- 6, f = 6, f =-, f =, f =-.5 και,min,max,min,max 3,min f =.5. Επιπλέον επιλέγεται n =, n = και N = 5, =. ésec 3,max loo e ê ú. Οι διαταραχές, που θεωρεί ο μεταευρετικός αλγόριθμος ότι ασκούνται στο όχημα, επιλέγονται να είναι F ( ) = 8 én f ê úγια.[sec], F () = N é f ê ú για >.[sec] και F () = N é ê ú. Σε ότι αφορά της παραμέτρους του μοντέλου θα υποθέσουμε ότι είναι αυτές που χρησιμοποιούνται στην εργασία (zamzi e al., 6) εκτός από τις παραμέτρους των ενεργητικών αναρτήσεων που επιλέγονται σύμφωνα με την εργασία (Renzulli e al., 999) m =.77 ékg ê ú, 6 k = 3.49 én/m ê ú, c = 8.8 ékg/sec ê ú, g =.833 και =.95 ésec ê ú. Οι ονομαστικές τιμές της εισόδου και των διαταραχών επιλέγονται μηδέν. Ύστερα από εφαρμογή του αλγορίθμου προκύπτουν οι ακόλουθες τιμές των παραμέτρων του στατικού ελεγκτή f =- 56.8, f =- 9.539 και f 3 =-.38. 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Για ελεγχθεί η απόδοση του ελεγκτή, θεωρήστε το μη γραμμικό μοντέλο () της εφαρμογής, και τα δεδομένα του μοντέλου που παρουσιάστηκαν στην Ενότητα 3. Στα πλαίσια της προσομοίωσης θα υποθέσουμε ότι το όχημα κινείται με σταθερή ταχύτητα [m/sec]. Επιπλέον, υποθέτουμε ότι ένα εμπόδιο ασκεί δύναμη και στους δύο τροχούς, κατάλληλα καθυστερημένη η μία σε σχέση με την άλλη, δηλαδή F ( ) = én f ê ú για.5[sec], F () = N é f ê ú για >.5[sec] και F () = F f ( - ). Επειδή το όχημα κινείται με σταθερή ταχύτητα μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί πως =.5 ésec ê ú. Η επιλογή αυτή των διαταραχών είναι αποτελεί χαρακτηριστική επιλογή για την προσομοίωση διαταραχών που προέρχονται από ανωμαλίες στο οδόστρωμα, βλ. (zamzi e al., 7/8) και (zamzi e al., 6). Σε ότι αφορά τους αισθητήρες, υποθέτουμε ότι σε κάθε μια από τις μετρήσεις που χρησιμοποιεί ο ελεγκτής εμφανίζεται τυχαίο σφάλμα πλάτους %, ενώ η ασκούμενη ροπή (ενεργοποιήσιμη είσοδος) θεωρούμε ότι υλοποιείται τέλεια μέσω ενώ βαρέως ηλεκτρικού κινητήρα. Στα Σχήματα και 3 παρουσιάζεται η γωνία του εκκρεμούς και η εξωτερικά ασκούμενη ροπή στο δοχείο από τον ενεργοποιητή. Από το Σχήμα μπορούμε να παρατηρήσουμε πως η μέγιστη γωνιακή μετατόπιση του εκκρεμούς στην περίπτωση του συστήματος κλειστού βρόχου είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη του συστήματος ανοιχτού βρόχου. Επιπλέον, οι ταλαντώσεις του εκκρεμούς αποσβένονται γρηγορότερα το οποίο σημαίνει γρήγορη καταστολή των κυματισμών του υγρού. Από το Σχήμα 3 μπορεί να παρατηρηθεί ότι η απαιτούμενη ροπή βρίσκεται μέσα σε αποδεκτά όρια, συνεπώς είναι εύκολα υλοποιήσιμη. Οι λοιπές μεταβλητές του μοντέλου παραμένουν σε αποδεκτά όρια. ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9 5

.5 [degees] - u [Nm].5 -.5 - - 4 6 8 [sec] Σχήμα : Γωνία του εκκρεμούς (διακεκομμένη ανοιχτό, συνεχής κλειστό) -.5 4 6 8 [sec] Σχήμα 3: Ενεργοποιήσιμη είσοδος u (Ροπή) 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία προτάθηκε ένας μεταευρετικός ελεγκτής για την καταστολή του κυματισμού ενός υγρού που μεταφέρεται μέσα σε ένα δοχείο το οποίο είναι τοποθετημένο πάνω σε αυτοκινούμενο όχημα με παθητικές και ενεργητικές αναρτήσεις. Η προτεινόμενη τεχνική είχε ως στόχο την καταστολή των κυματισμών που προκύπτουν από τις ταλαντώσεις του οχήματος που προκαλούνται από εξωτερικές δυνάμεις (διαταραχές) που προκύπτουν από ανωμαλίες στο οδόστρωμα. Σημειώνεται ότι, λόγω της ύπαρξης των ενεργητικών αναρτήσεων που ανατροφοδοτούν την επιτάχυνση της μάζας των αντηχείων, το μαθηματικό μοντέλο του συστήματος ανήκει στην κατηγορά των γενικευμένων αδρανών συστημάτων με πολλαπλές καθυστερήσεις 6 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Hamaguchi, M., eashima, K. and Nomua, H. (994) Oimal conol of liuid conaine ansfe fo seeal efomance secificaions, ounal of Adanced Auomaion echnology, ol. 6,. 353-36 Koumboulis, F.N. and zamzi, M.P. (7) A meaheuisic aoach fo conolle design of muliaiable ocesses, h IEEE Confeence on Emeging echnologies and Facoy Auomaion, Paas, Geece Noda, Y., Yano, K. and eashima, K. (3) acking o moing objec and sloshing susion conol using ime aying file gain in liuid conaine ansfe, 3 SICE Annual Confeence, Fukui, aan Olgac, N., Elmali, H. and Vijayan, S. (996) Inoducion o he dual feuency delayed onao, ounal of Sound and Vibaion, ol. 89, no. 3,. 355-367 Renzulli, M.E., Ghosh-Roy, R. and Olgac, N. (999) Robus Conol of he Delayed Resonao Vibaion Absobe, IEEE ansacions on Conol Sysems echnology, ol.7, no. 6,. 683-69 zamzi, M.P., Koumboulis, F.N., Kouakas, N.D. and Panagioakis, G.E. (6) A simulaed annealing conolle fo sloshing susion in liuid ansfe wih delayed onaos, 4 h IEEE Medieanean Confeence on Conol and Auomaion, Ancona, Ialy zamzi, M.P., Koumboulis, F.N., Kouakas, N.D. and Skaeis, M.G. (7/8) Robusness of a Robo Conol Scheme fo Liuid ansfe, 6 h WSEAS Inenaional Confeence Cicuis, Sysems, Eleconics, Conol and Signal Pocessing (CSECS'7), Caio, Egy,. 33-38/ WSEAS ansacions on Sysems, ol. 7, no.,. 359-37 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ρομποτικής, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-4 Φεβρουαρίου, 9 6