Pneumaattisen digitaaliventtiilijärjestelmän mallinnusmenetelmien vertailu
Tuppurainen, Antti (2011)
2011
Konetekniikan koulutusohjelma
Automaatio-, kone- ja materiaalitekniikan tiedekunta - Faculty of Automation, Mechanical and Materials Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2011-11-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011111814888
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011111814888
Tiivistelmä
Perinteisesti pneumaattisen järjestelmän asemasäätö on toteutettu proportionaali- ja servoventtiileillä. Uutena vaihtoehtona perinteisille säätötavoille on nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä, joka sisältää neljä digitaalista tilavuusvirransäätöyksikköä. Nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä on monipuolisesti ohjelmoitavissa, joten sillä voidaan vaikuttaa huomattavasti koko järjestelmän toimintaan. Jotta digitaaliventtiilijärjestelmän kaikkia ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää, voidaan digitaaliventtiilijärjestelmän toimivimpana säätötapana pitää mallipohjaista säätöä, joka sisältää järjestelmän simulointimallin.
Tässä työssä tarkastellaan erilaisia mallinnusmenetelmiä pneumaattiselle järjestelmälle, joka sisältää nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmän. Tavoitteena oli selvittää kuinka tarkasti järjestelmän toimintaa on mahdollista mallintaa. Kyseinen järjestelmä sisältää 20 itsenäisesti ohjattua venttiiliä, joten simulointimallista muodostuu melko raskas. Tämän takia tarkastelussa on mukana myös simulointimallin yksinkertaistusten vaikutus tarkkuuteen ja simuloinnin suoritusaikaan.
Työssä tarkasteltavaan järjestelmään sisältyy testipenkki ja tässä liikkuva kuorma, kuormaa liikuttava pneumaattinen sylinteri sekä sylinteriin yhteydessä olevan nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä. Simulointimallissa on alimalleina mukana nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä, kuristusmallit, putkimallit, sylinterimalli sekä sylinterimalliin liittyvät kitkamalli ja päätymalli. Todellisella järjestelmällä suoritettiin mittauksia, joita käytettiin simulointimallin arvioinnissa. Näihin mittauksiin kuuluivat nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmän käyttäminen suoraan ilman säädintä sekä säätimen avulla toteutetut askel- ja siniaaltovasteet. Säätimenä järjestelmässä käytettiin tilasäädintä nopeusmyötäkytkennällä varustettuna. Simulointiajoja ajettiin erilaisilla alimallien yhdistelmillä ja näistä etsittiin tarkin sekä optimaalisin mallien yhdistelmä.
Tarkimman mallin tulokset olivat hyvin yhteneväisiä mittausten kanssa. Optimaalisimman mallin tarkkuus ei tästä eronnut juurikaan, mutta simuloinnin suoritusaika väheni huomattavasti. Suurin vaikutus simuloinnin suoritusaikaan, nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmää simuloitaessa, oli venttiili- ja kuristusmalleilla. Simulointien avulla selvisi myös, että yksinkertaistukset simulointimallissa eivät välttämättä heikennä merkittävästi tarkkuutta. Tässä työssä käsiteltyä simulointimallia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa testauksen lisäksi myös mallipohjaisessa säädössä. /Kir11
Tässä työssä tarkastellaan erilaisia mallinnusmenetelmiä pneumaattiselle järjestelmälle, joka sisältää nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmän. Tavoitteena oli selvittää kuinka tarkasti järjestelmän toimintaa on mahdollista mallintaa. Kyseinen järjestelmä sisältää 20 itsenäisesti ohjattua venttiiliä, joten simulointimallista muodostuu melko raskas. Tämän takia tarkastelussa on mukana myös simulointimallin yksinkertaistusten vaikutus tarkkuuteen ja simuloinnin suoritusaikaan.
Työssä tarkasteltavaan järjestelmään sisältyy testipenkki ja tässä liikkuva kuorma, kuormaa liikuttava pneumaattinen sylinteri sekä sylinteriin yhteydessä olevan nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä. Simulointimallissa on alimalleina mukana nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmä, kuristusmallit, putkimallit, sylinterimalli sekä sylinterimalliin liittyvät kitkamalli ja päätymalli. Todellisella järjestelmällä suoritettiin mittauksia, joita käytettiin simulointimallin arvioinnissa. Näihin mittauksiin kuuluivat nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmän käyttäminen suoraan ilman säädintä sekä säätimen avulla toteutetut askel- ja siniaaltovasteet. Säätimenä järjestelmässä käytettiin tilasäädintä nopeusmyötäkytkennällä varustettuna. Simulointiajoja ajettiin erilaisilla alimallien yhdistelmillä ja näistä etsittiin tarkin sekä optimaalisin mallien yhdistelmä.
Tarkimman mallin tulokset olivat hyvin yhteneväisiä mittausten kanssa. Optimaalisimman mallin tarkkuus ei tästä eronnut juurikaan, mutta simuloinnin suoritusaika väheni huomattavasti. Suurin vaikutus simuloinnin suoritusaikaan, nelitie-digitaaliventtiilijärjestelmää simuloitaessa, oli venttiili- ja kuristusmalleilla. Simulointien avulla selvisi myös, että yksinkertaistukset simulointimallissa eivät välttämättä heikennä merkittävästi tarkkuutta. Tässä työssä käsiteltyä simulointimallia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa testauksen lisäksi myös mallipohjaisessa säädössä. /Kir11