کنترل یک سیستم عملگر سروونیوماتیک توسط شیرهای سولونوئیدی قطع/وصل با استفاده از کنترل کننده مود لغزشی و الگوریتم مدولاسیون پهنای پالس

سیستم¬های نیوماتیکی به دلیل داشتن مزایای بسیاری از جمله ساختار ساده، هزینه¬های پایین، تمیزی سیال عامل، امنیت در حین کار، نسبت توان به وزن بالا و تعمیر و نگهداری کم هزینه به وفور مورد توجه صنعت امروزه قرار گرفته است. در میان عملگرهای موجود در صنعت، عملگرهای نیوماتیکی نسبت به نمونه¬های مشابه هیدرولیکی و الکتریکی، به علت دارا بودن مزایای ذکر شده، با رشد روز افزون در صنعت استفاده می¬شوند. این مزیت¬ها باعث می¬شود که از این عملگرها در جاهایی استفاده شود که یا نیاز به تجهیزات سبک و کم هزینه باشد و یا به علت تعامل مستقیم با انسان، امنیت نقش اصلی را ایفا کند. یکی از این فضاهای کاری، زمینه توان¬بخشی است. توانبخشی، فعالیتی است که هدف آن توانمند سازی افراد از کار افتاده به¬منظور رسیدن به حداقل سطح فعالیت فیزیکی باشد. مشکلی که در راستای استفاده از سیستم¬های نیوماتیکی در زمینه توان¬بخشی وجود دارد، نیاز به دقت بالای کنترل این سیستم¬هاست. از آن¬جایی که این سیستم¬ها مستقیماً با بیمار (انسان) در تعامل هستند، دقت بالای مسیر ایده¬آل حرکتی این سیستم¬ها، ایجاب می¬کند که فرآیند کنترل موقعیت و نیرو در کمال دقت انجام شود. اما به علت غیر خطی بودن این سیستم¬ها به دلیل استفاده از هوا به عنوان سیال عامل، فرآیند کنترل مشکل تر از نمونه¬های مشابه هیدرولیکی و الکتریکی است. از این رو در این پژوهش به دنبال کنترل موقعیت و کنترل فشار با بیشترین دقت ممکن می¬باشیم. در راستای کنترل هرچه بهتر سیستم¬های نیوماتیکی و بهبود عملکرد آن در این پایان¬نامه از کنترلر غیرخطی استفاده شده و سعی شده است که با استفاده از بهینه سازی این سیستم¬ توسط الگوریتم¬های بهینه¬سازی تکاملی به جای روش¬های سعی و خطا، دقت تعقیب مسیر مطلوب برای موقعیت و نیرو افزایش یابد. در همین راستا در این پژوهش ابتدا به تشریح اجزای مختلف سیستم نیوماتیکی پرداخته و بر اساس فرضیات حاکم بر معادلات، به ارائه یک مدل کامل برای عملگر نیوماتیکی و سایر اجزای سیستم می¬پردازیم. در ادامه برای کنترل موقعیت پیستون به طراحی یک کنترلر مود لغزشی و مقایسه آن با کنترلر pid پرداخته شده است. مشاهده می¬شود که سیستم با اعمال کنترلر مود لغزشی تقریباً بدون فراجهش بالا و خطای ماندگار به ورودی پله پاسخ می¬دهد و با دقت بسیار قابل قبولی ورودی سینوسی را تعقیب می¬نماید. در ادامه برای کنترل فشار هرکدام از محفظه¬ها، از یک کنترلر مود لغزشی دیگر استفاده شده است. نتایج بدست¬آمده برای هر دو حالت کنترل موقعیت و امپدانس،با استفاده از آزمایش¬های انجام شده برسیستم نیوماتیکی ساخته شده در آزمایشگاه تایید و نتایج آن ارائه شده¬است. این نتایج صحت مدل و کنترلر طراحی شده در محیط نرم افزاری را نشان داده و مقایسه نتایج تست¬های آزمایشگاهی با شبیه¬سازی کامپیوتری، نشان از دقت بالا و عملکرد صحیح کنترلر طراحی شده دارند.