Controller Design Of Harvester Head Rotator
Andrejeff, Taru (2023)
Andrejeff, Taru
2023
Automaatiotekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Automation Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-19
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303273217
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303273217
Tiivistelmä
In the Master’s thesis, a feedback control algorithm is developed for controlling the rotation of the harvester head of a forest machine. The purpose of the work is to study the behavior of the current rotation system and develop a suitable control algorithm for it. In order to develop the control algorithm, a dynamic model of the system is formed based on the static and dynamic properties of the current rotation system. The model is validated to correspond to the behavior of the actual system. At the same time, the control algorithm is developed using the model-based design. The implementation is tested and the control parameters are adjusted.
The study investigates the functionality of three different derivatives of a standard P-controller in a feedback control algorithm using step and trajectory reference signals. The performance and control results of the controllers are examined based on simulations. Finally, the control algorithm is implemented in a real machine control unit and its functionality is tested on an actual system.
Based on the measurement results of the experiments, it can be concluded that a regular feedback control P-controller with hysteresis and valve inverse model gives good control results. Other controller options do not significantly improve the result, as the damping of the actual system is very high, which makes the benefits of more complex controller types meaningless. The results showed that with a P-controller is possible to achieve an overshoot of less than 1 degree and a settling error of 0,03 degrees. However, there still remain challenges regarding the slow velocities of tracking control, which require further investigation. Diplomityössä kehitetään takaisinkytketty ohjausalgoritmi metsäkoneen harvesteripään rotaattorin ohjaamiseksi. Työn tarkoituksena on tutkia nykyisen rotaattorijärjestelmän käyttäytymistä ja kehittää siihen soveltuva ohjausalgoritmi. Jotta ohjausalgoritmi voidaan kehittää, muodostetaan järjestelmän dynaaminen malli, joka perustuu nykyisen rotaattorijärjestelmän staattisiin ja dynaamisiin ominaisuuksiin. Malli validoidaan vastaamaan todellisen järjestelmän käyttäytymistä. Samanaikaisesti kehitetään ohjausalgoritmia mallipohjaista suunnittelua hyödyntäen. Toteutus testataan ja ohjausparametrit viritetään.
Työssä tutkitaan tavallisen P -säätimen lisäksi kolmen eri P -säätimen johdannaisen toiminnallisuutta takaisinkytketyssä ohjausalgotrimissa askelmaisen ja jatkuvan referenssisignaalin avulla. Säätimien toiminnallisuutta ja ennakoitua säätötuloksia tarkastellaan simuloinneista saatujen tulosten perusteella. Lopuksi ohjausalgoritmi toteutetaan oikeaan koneohjausyksikköön ja sen toimivuutta testataan todellisella järjestelmällä.
Kokeiden mittaustulosten perusteella voidaan todeta, että tavallinen takaisinkytketty P-säädin hystereesin ja venttiilin inverssimallin kanssa antaa hyvän säätötuloksen. Muut säädinvaihtoehdot eivät juurikaan paranna tulosta, sillä todellisen järjestelmän vaimennus on hyvin suuri, mikä tekee monimutkaisemmista säädintyypeistä saatavista hyödyistä merkityksettömiä. Tulokset osoittivat, että P -säätimellä voidaan saavuttaa alle 1 asteen ylitys sekä 0,03 asteen paikoitusvirhe. Radanseurannan hitaisiin nopeuksiin liittyy kuitenkin vielä haasteita, jotka vaativat lisätutkimuksia.
The study investigates the functionality of three different derivatives of a standard P-controller in a feedback control algorithm using step and trajectory reference signals. The performance and control results of the controllers are examined based on simulations. Finally, the control algorithm is implemented in a real machine control unit and its functionality is tested on an actual system.
Based on the measurement results of the experiments, it can be concluded that a regular feedback control P-controller with hysteresis and valve inverse model gives good control results. Other controller options do not significantly improve the result, as the damping of the actual system is very high, which makes the benefits of more complex controller types meaningless. The results showed that with a P-controller is possible to achieve an overshoot of less than 1 degree and a settling error of 0,03 degrees. However, there still remain challenges regarding the slow velocities of tracking control, which require further investigation.
Työssä tutkitaan tavallisen P -säätimen lisäksi kolmen eri P -säätimen johdannaisen toiminnallisuutta takaisinkytketyssä ohjausalgotrimissa askelmaisen ja jatkuvan referenssisignaalin avulla. Säätimien toiminnallisuutta ja ennakoitua säätötuloksia tarkastellaan simuloinneista saatujen tulosten perusteella. Lopuksi ohjausalgoritmi toteutetaan oikeaan koneohjausyksikköön ja sen toimivuutta testataan todellisella järjestelmällä.
Kokeiden mittaustulosten perusteella voidaan todeta, että tavallinen takaisinkytketty P-säädin hystereesin ja venttiilin inverssimallin kanssa antaa hyvän säätötuloksen. Muut säädinvaihtoehdot eivät juurikaan paranna tulosta, sillä todellisen järjestelmän vaimennus on hyvin suuri, mikä tekee monimutkaisemmista säädintyypeistä saatavista hyödyistä merkityksettömiä. Tulokset osoittivat, että P -säätimellä voidaan saavuttaa alle 1 asteen ylitys sekä 0,03 asteen paikoitusvirhe. Radanseurannan hitaisiin nopeuksiin liittyy kuitenkin vielä haasteita, jotka vaativat lisätutkimuksia.