Konstrukce pneumatického svalu



Podobné dokumenty
Frekvenční metody syntézy

21 Diskrétní modely spojitých systémů

11 - Regulátory. Michael Šebek Automatické řízení

přírodovědných a technických oborů. Scientia in educatione, roč. 5 (2014), č. 1, s

Vysokofrekvenční obvody s aktivními prvky

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

VYUŽITÍ MATLABU PŘI NÁVRHU FUZZY LOGICKÉHO REGULÁTORU. Ing. Aleš Hrdlička

11 - Regulátory. Michael Šebek Automatické řízení

ANALÝZA PRŮCHODU PAPRSKOVÝCH SVAZKŮ KOUTOVÝM ODRAŽEČEM

Příloha 1 Zařízení pro sledování rekombinačních procesů v epitaxních vrstvách křemíku.

PŘÍTECH. Smykové tření

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Vzorový protokol pro předmět Zpracování experimentu. Tento protokol by měl sloužit jako vzor pro tvorbu vašich vlastních protokolů.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

Identifikace a řízení nelineárního systému pomocí Hammersteinova modelu

Modelování a simulace Lukáš Otte

IDENTIFIKACE REGULOVANÉ SOUSTAVY APLIKACE PRO PARNÍ KOTEL

s požadovaným výstupem w(t), a podle této informace generuje akční zásah u(t) do

Práce s PID regulátorem regulace výšky hladiny v nádrži

25 Dopravní zpoždění. Michael Šebek Automatické řízení

České vysoké učení technické v Praze Fakulta biomedicínského inženýrství

ZKRATOVÉ PROUDY VÝPOČET ÚČINKŮ ČÁST 2: PŘÍKLADY VÝPOČTŮ

1 Seznamová barevnost úplných bipartitních

Před zahájením vlastních výpočtů je potřeba analyzovat konstrukci a zvolit vhodný návrhový

MĚŘENÍ MOMENTU SETRVAČNOSTI Z DOBY KYVU

7 VYUŽITÍ METOD OPERAČNÍ ANALÝZY V TECHNOLOGII DOPRAVY

OPTIMALIZACE PARAMETRŮ PID REGULÁTORU POMOCÍ GA TOOLBOXU

POUŽITÍ REAL TIME TOOLBOXU PRO REGULACI HLADIN V PROPOJENÝCH VÁLCOVÝCH ZÁSOBNÍCÍCH

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

Fyzikální praktikum č.: 1

Návrh a simulace zkušební stolice olejového čerpadla. Martin Krajíček

Bezpečnost chemických výrob N111001

Lab. skup. Spolupracoval Měřeno dne Odevzdáno dne. Příprava Opravy Učitel Hodnocení

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

3 ČSN EN : Zatížení sněhem

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Magnetická levitace - modelování, simulace a řízení. Bc. Radek Pelikán

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

6. Měření Youngova modulu pružnosti v tahu a ve smyku

Automatizace Úloha č.1. Identifikace regulované soustavy Strejcovou metodou

( s) ( ) ( ) ( ) Stabilizace systému pomocí PID regulátoru. Řešený příklad: Zadání: Uvažujme řízený systém daný přenosovou funkcí

4. Práce, výkon, energie

ÚSTAV PRO VÝZKUM MOTOROVÝCH VOZIDEL s.r.o. TÜV Süddeutschland Holding AG TECHNICKÁ ZPRÁVA

3. V případě dvou na sebe kolmých posunutí o velikostech 3 cm a 4 cm obdržíme výsledné posunutí o velikosti a) 8 cm b) 7 cm c) 6 cm d) 5 cm *

Biotechnologická syntéza antibiotik

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologíı Ústav automatizace a měřicí techniky v Brně

Transformátory. Mění napětí, frekvence zůstává

Vytvoření skriptů pro webové rozhraní předmětu Analýza a simulace technologických procesů

obr. 3.1 Pohled na mící tra

Pavel Seidl 1, Ivan Taufer 2

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

Regulační technika. Prostorové termostaty Ekvitermní regulace

Řada 70 - Měřicí a kontrolní relé, A

Přednáška Omezení rozlišení objektivu difrakcí

Teorie měření a regulace

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (Bl) ( 1 ) о») (51) Int Cl.' G 21 С 19/04. (75) Autor vynálezu

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Měření indukčností cívek

1.2.4 Racionální čísla II

PROGRAMOVÁ PODPORA SYNTÉZY REGULAČNÍCH OBVODU POMOCÍ PROGRAMU MATLAB - SIMULINK. ing. Roman MIZERA. Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava

DOOSAN Škoda Power s. r. o. a Západočeská univerzita v Plzni ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND

Systém vztahů obecné pružnosti Zobecněný Hookeův zákon

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Příklady k přednášce 20 - Číslicové řízení

1.1.7 Rovnoměrný pohyb II

Prvky betonových konstrukcí BL01 10 přednáška

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela syntéza elektronických obvodů

Nespojité (dvou- a třípolohové ) regulátory

Vzorový test k přijímacím zkouškám do navazujícího magisterského studijního oboru Automatické řízení a informatika (2012)

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT. Institut biostatistiky a analýz

Teorie plasticity PLASTICITA

Regulační technika. Prostorové termostaty Ekvitermní regulace

THERM 17 KD.A, KDZ.A, KDZ5.A, KDZ10.A

( LEVEL 3 Laplaceova transformace jako nástroj řešení lineárních diferenciálních rovnic. )

Celonerezové tlakoměry trubicové

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA MORAVSKÁ OSTRAVA, KRATOCHVÍLOVA 7 Číslo úlohy: 9

Analýza parametrů měřených křivek akomodace a vergence oka v programu MATLAB

THERM 28 KD.A, KDZ.A, KDC.A, KDZ5.A, KDZ10.A

Základní části teplovodních otopných soustav

Využití neuronové sítě pro identifikaci realného systému

iglidur "Clips" pouzdra iglidur

Univerzita obrany. Měření součinitele tření potrubí K-216. Laboratorní cvičení z předmětu HYDROMECHANIKA. Protokol obsahuje 14 listů

Primární etalon pro měření vysokého a velmi vysokého vakua

Řešení úloh 1. kola 48. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autořiúloh:J.Jírů(1,3,4,7),I.Čáp(5),I.Volf(2),J.JírůaP.Šedivý(6)

DIFÚZNÍ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ Z POHLEDU NOVÝCH TEPELNĚ TECHNICKÝCH NOREM. Petr Slanina

f (k) (x 0 ) (x x 0 ) k, x (x 0 r, x 0 + r). k! f(x) = k=1 Řada se nazývá Taylorovou řadou funkce f v bodě x 0. Přehled některých Taylorových řad.

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

þÿ Ú n o s n o s t o c e l o v ý c h o t e vy e n ý c h þÿ u z a vy e n ý c h p r o f i lo z a p o~ á r u

( ) Příklady na otočení. Předpoklady: Př. 1: Je dána kružnice k ( S ;5cm)

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. CW01 - Teorie měření a regulace 10.2 ZS 2010/2011. reg Ing. Václav Rada, CSc.

CW01 - Teorie měření a regulace

Název: Chemická rovnováha II

3. Mocninné a Taylorovy řady

Obr. 1 Činnost omezovače amplitudy

Difuze v procesu hoření

Obr.1 Princip Magnetoelektrické soustavy

Úloha č.1: Stanovení molární tepelné kapacity plynu za konstantního tlaku

Řízení tepelného výkonu horkovodu simulace řízeného systému i řídicího algoritmu

Stanovení typu pomocného regulátoru v rozvětvených regulačních obvodech

Transkript:

ZÁKADÍ IDETIFIKAE A ŘÍZEÍ EUMATIKÝH SVAŮ etr Vaňou VUT Brno, FEKT, ÚAMT ABSTRAKT rincip pneumaticého valu je znám poměrně dlouho. V polední době vša vrůtá zájem o tento netradiční ační člen. To je způobeno jeho výbornými vlatnotmi (zejména hmotnot u vyvozené íle) a podobnotí biologicým valem. Mezi nevýhody, teré omezují uplatnění tohoto ačního členu jao pneumaticého ervomechanimu, patři nelineární charateritiy záladních parametrů valu a obtížné pojité řízení pneumaticých ovládacích prvů. ři identifiaci a řízení pneumaticého valu byla použita měřicí arta MF-6 a nadtavba programu Matlab Real-Time toolbox. Dále byly použity a rovnávány dva typy pneumaticých ventilů (dva způoby řízení) - pínací a proporcionální. KEYWORS MA (pneumatic mucle actuator), identification, mathematical model, actuator, pneumatic drive, valve, Matlab, RealTime Toolbox. ÚVOD neumaticý val (MA-pneumatic mucle actuator) (Obr., Obr. ) je dopoud málo známý ační člen poháněný tlačeným vzduchem, terý je chopný vyonávat mechanicou práci. Ve rovnání jinými ačními členy e MA vyznačuje zejména malou veliotí, lehotí a ontruční jednoduchotí. Komerční apliace jou zatím známy zejména díy firmě Feto a pouze logicým ovládacím ačním záahem (nejedná e o laicé zpětnovazební řízení). Mnohá univeritní pracoviště e poouší použít MA jao pneumaticý ervomechanimu, terý by nahradil běžné eletromechanicé ervomechanimy v něterých pecificých případech (napřílad v mobilních nebo rehabilitačních zařízeních). ro řízení jou většinou použity pevně natavené laicé D regulátory. neumaticý val e ládá z pružné hadice vložené do houževnaté ítě vymezující expanzi v ouviloti e zvyšováním tlau - MA e roztahuje do tran a zároveň zracuje. Jeli pneumaticý val upnut prvům, teré mu brání ve zrácení, vyvíjí tento val při nafounutí značnou tahovou ílu. Obr. : Kontruce pneumaticého valu. MATEMATIKO-FYZIKAÍ OIS SYSTÉMU Ke právnému experimentálnímu určení parametrů pneumaticého valu by byla nezbytná znalot dynamicých vlatnotí ytému napájejícího pneumaticý val vzduchem (Obr. ). Úplný ytém je tvořen těmito prvy: ompreor, tlaová nádoba (záobní tlačeného vzduchu), reduční ventil, řídící ventil, rozvodné hadice a další pojovací prvy. Jeliož jme měli dipozici nímače tlau ve valu, před a za ventilem, nemueli jme pro určení tou vzduchu uvažovat vlatnoti všech zmiňovaných prvů. řetože pneumaticý val je jednoduché zařízení, není nadné etavit jeho přený matematicý model. Materiály, z nichž je pneumaticý val ložen, e vyznačují nelineárními vlatnotmi, teré nelze jednoduše popat. Z tohoto důvodu platí, že matematicé popiy MA jou vytvářeny pro jednotlivé valy a jedná e píše o matematicý přepi naměřených závilotí. Setavit obecný model pneumaticého valu podle vlatnotí použitých materiálů e v roce 999 pouil Glenn K. Klute (Wahington), terý vyjádřil ílu generovaná valem F rovnicí:

F * dv d val V b dw d de: * tla v pneumaticém valu V val objem vzduchu v pneumaticém valu déla pneumaticého valu V b objem gumové čáti pneumaticého valu W hutota mechanicé energie v gumě ( úměrná napnutí gumy ) ( ) Blíže definovat druhý výraz pravé trany rovnice ( ) je obtížné vzhledem nelineárním vlatnotem gumy. oud jej zanedbáme, a poud budeme předpoládat, že pneumaticý val je ruhový válec, lze pát (Gaylord 958): F gaylord * ( ) B i π ( ) de: F gaylord je íla generovaná valem podle rovnice ( ) počet obráte jednoho vlána ítě olem valu (vlána tvoří pirály) B déla jednoho vlána (B i lze určit z geometricých rozměrů vlána dle Obr., de R je poloměr valu v lidu) lidová déla pneumaticého valu i poměr oamžité a lidové dély Obr. : Geometricé rozměry MA Graf : Výtoový oučinitel dýzy ro přenější modelování pneumaticého valu je nutné nezanedbávat druhý výraz rovnice ( ). Řešení tohoto výrazu vyžaduje podrobnější popání nelineárních vlatnotí gumy, což lze provét podle teorie Mooney a Rivlin ( Treloar 958 ). Odvozený a zjednodušený vztah ( ) je vzhledem tepelné záviloti materiálových ontant jen těžo použitelný.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 6 R R R V B F b mr π π π π ( ) a jou materiálové ontanty. Tla uvnitř pneumaticého valu je ovládán rychlým třícetným ventilem. Výpočet průtou e provádí jao pro výto otvorem, reprezentovaným nejužším průřezem regulačního orgánu, za předpoladu ontantního tlau před orgánem a za ním. Kontruční zvláštnoti orgánu a vlatnoti protéajícího média, teré ovlivňují průto, e repetují vhodnými oučiniteli, jejichž hodnota e prověřuje měřením. V provozu nebývá předpolad ontantních tlaů plněn. Objemový průto regulačním ventilem je vyjádřen vztahem: ) ( ρ ϕ β ρ ε β S S Q v v V ( ) de Q V je objemový průto m. -, abolutní tla teutiny před ventilem a, abolutní tla za ventilem a, ρ hutota teutiny při tlau a teplotě υ před ventilem g. m -, S v průtočný průřez ventilu m β průtoový oučinitel tlačitelné teutiny e oionova ontanta, (pro vzduch platí.) ε expanzní oučinitel tlačitelné teutiny ϕ výtoový oučinitel ε ϕ ( 5 ) pro případ -> platí ϕ ->. Vzorce ( 5 ) platí pro podriticé proudění, tj. taové proudění, de tla v nejužším průtočném průřezu je větší než tla riticý. S leajícím tlaem za ventilem průto podle vztahu ( ) toupá, poud tla v nejužším průřezu nedoáhne riticé hodnoty. ři dalším poleu tlau e tla v tomto riticém průřezu již nemění, nemění e proto ani průto. To platí ovšem jen pro výtoové otvory e zaobleným vtupem (tvar dýzy) Graf. Kriticá hodnota poměru / pro vzduch je,5.. OVĚŘĚÍ MATEMATIKÉHO MODEU neumaticý val byl měřen na pracovišti vybaveném počítačem e peciální artou fi Humuoft MF-6, terá umožňuje zpracovávat analogové ignály ze nímačů tlau a zároveň vyhodnocovat IR ignály z inrementálních nímačů polohy měřící zrácení MA (Obr. ). Další výhodou této arty, romě jednoduchého použití v protředí Matlab Extended Real Time Toolbox (ver.., WinX ro), je implementace čaovačů WM a FM.

Obr. : Schéma zapojení pneumaticé čáti outavy a pneumaticý val můžeme pohlížet jao na zdroj íly, terý je úměrný vnitřnímu tlau vzduchu ( ). Tento tla je měněn otevřením napouštěcího nebo vypouštěcího ventilu. Dvojice ventilů / rep. ventil typu / předtavuje ační člen, terým ovládá pneumaticý ytém. Žádanou hodnotou je zrácení valu a pomocnou regulovanou veličinou může být tla uvnitř MA. ro řízení MA jme měli dipozici tři odlišné ovládací prvy: Eletropneumaticý regulátor tlau SM IVT 5 Eletropneumaticý proporcionální ventil Feto MYE-5-M5 Eletropneumaticý pínací ventil Matrix MK-75 Jedná e o zařízení lišící e ja funčnotí, ta pořizovacími nálady. Vzhledem charateru řízené outavy bylo možné použít velmi rychlý regulátor tlau. V podtatě e jedná o rychlý proporcionální ventil eletropneumaticým řízením a regulátorem tlau. ožadovaná hodnota tlau je natavována pomocí napěťového ignálů (-V -.9Ma). O něco horší dynamicé vlatnoti (Graf ) jou nahrazeny nadným použitím, nenáročným na řídicí algoritmu. ejlepší vlatnoti dle očeávání proázal proporcionální ventil Feto MYE-5-M5. a grafu (Graf ) je ze změny tlau za ventilem dobře patrná vyoá přetavovací rychlot (-V -Q Max,Vyp - Q Max,ap ). Dynamia celé outavy je zpomalena tlaovou hadicí pojující ventil a MA. aproti tomu nejrychlejší ační člen (pínací ventil Matrix MK-75) není vzhledem malému průřezu (nízému nominálnímu průtou) téměř omezován použitým rozvodem (Graf ). Způob řízení (WM,FM) a nelineární závilot průtou na délce budícího impulu (Graf 5) zvyšuje náročnot jeho použití.

Regulacni tlaovy ventil SM 6 5 a la T Tla p a - vyrovnavaci nadoba Tla p a - za ventilem Tla p a - v MA Ovladaci ignal ventilu * 675 - Abolutni raceni valu mm.5.5.5 5 ca Graf Odezva regulátoru tlau SM na změnu žádané hodnoty výtupního tlau 7 roporcionalni ventil Feto 6 5 Tla p a - vyrovnavaci nadoba Tla p a - za ventilem Tla p a - v MA Ovladaci ignal ventilu * 675 - Abolutni raceni valu mm a la T 7.5 8 8.5 9 9.5 ca Graf Odezva proporcionálního ventilu Feto na změnu otevření (maximální napouštění a vypouštění)

Spinaci ventil Matrix 6 5 Tla p a - vyrovnavaci nadoba Tla p a - za ventilem Tla p a - v MA Ovladaci ignal ventilu * 6 - Abolutni raceni valu mm a la T Graf.5.5.5 5 5.5 6 6.5 7 ca Odezva pínacího ventilu Matrix MK-75 ři napouštění tlaové nádoby tlačeným vzduchem z ompreoru byly bez přímého měření průtou učeny záladní charateritiy pínacího (on/off) ventilu. Z náledujícího grafu (Graf 5) je patrná nelinearita typu pámová necitlivoti daná dynamicými ději při otevírání. eymetrie je způobena rozdílnými poměry tlaů před a za ventilem při vypouštění (záporná déla impulu) a napouštění. Další graf (Graf 6) popiuje změřenou závilot mezi průtoem a poměrem tlaů. a záladě zíaných dat byla provedena linearizace a výpočet průtou z atuálního poměru tlaů na ventilu. Vlatnoti pneumaticého valu byly proměřovány e závažím definované hmotnoti (Obr. ). Aproximace taticé charateritiy je uázána v grafu (Graf 7). Model pneumaticého valu bez hytereze byl aproximován touto funcí: F A l p B * ( ) ( ),, a, l A B ( ( 6 ) 7,, 6,,5 ),,5, / a, mm ( 6 ), mm Dynamicá charateritia MA, terá je zejména popiována třením a aumulovanou energií v gumě ( ) byla zíána při rychlém napouštění rep. vypouštění a náledném utalování (Graf 8). ro záladní aproximaci tohoto jevu byla použita obdoba vioního tření e aturací, terá dávala dotatečné přiblížení: d d 5 pro > > F tlum dt d l F tlum 5 pro > dt dt (.7 )

... n M í. ž tv o n m-. é č e n -. te ro p -. -. - - - - déla budícího pulu Tp m Graf 5 Závilot průtou ventilem Q n na délce budícího impulu ventilu / a b o d á n o t ů r p -. -. -. -. -.5 -.6 -.7 -.8 -.9 -. poměr tlaů....5.6.7.8.9 Graf 6 Závilot průtou Q n napouštěcím ventilem na poměru tlaů na ventilu.5..5 A /a 5-5..5. B 5 6 Zrácení Dl - -5 - -5 Graf 7 Závilot A a B na zrácení valu. matematicá aproximace-čárovaně.

6 5 harateritia utalováním MA m m l D harateritia bez utalováním MA 5 6 a Graf 8 Závilot zrácení valu na tlau při zatížení ilou 65.. ZÁVĚR V článu jou prezentovány obecné vztahy používané pro popi pneumaticého valu a ventilu. a záladě změřených dat e uázalo, že ne vždy tyto rovnice odpovídají utečnoti. V dalším tudiu použití MA e předpoládá rozšíření matematicého modelu na zbývající pneumaticé prvy a pou o odtranění nímačů tlau v oolí ventilu, případně využití doplňové informace ze nímače íly. 5. OUŽITÁ ITERATURA HAUŠ, Bořivoj; OEHA, Mirolav; MODRÁK, Ovald: Čílicová regulace technologicých proceů.. vyd. Brno: VUTIUM,. ISB 8--6-X. Glenn K. Klute Joeph M. zernieci Blae Hannaford: McKibben Artificial Mucle: neumatic Actuator with Biomechanical Intelligence. IEEE/ASME 999 oděování: Tento přípěve vznil za podpory grantu GAČR //78 Výzum chování a řízení netradičních ačních členů pro robotiu Kontat: etr Vaňou, ÚAMT FEKT VUT, Božetěchova, 6 66 Brno email: vanou@feec.vutbr.cz, url: http://we.feec.vutbr.cz/uamt/robotic/