مدل سازی و شناسایی پارامترهای یک عملگر نیوماتیک

نیوماتیک از دیرباز نقش قابل توجهی به عنوان یک تکنولوژی در اجرای کارهای مکانیکی به عهده داشته است. اما به طور معمول اولین گزینه برای کاربردهای سروو نبوده است. عوامل غیرخطی کننده مثل اصطکاک و تراکم پذیری هوا سیستم نیوماتیک را در کاربردهای کنترلی با مشکل مواجه می سازد. با این وجود مزایایی مانند هزینه پایین، نگهداری ساده، پاسخ سریع عملگر با شتاب بالا، چگالی توان خوب ( نسبت نیرو به وزن بالا)، انعطاف پذیری و نرمی ذاتی سیستم و وجود هوای فشرده در اکثر محیط های صنعتی باعث کاربرد گسترده عملگرهای نیوماتیکی شده است. با دست یافتن به توانایی موقعیت دهی این عملگرها با دقت کافی می توانیم آن ها را در توسعه فرآیندهای اتوماسیون، رباتیک، مهندسی پزشکی و واسط های لامسه ای به کار بگیریم. هدف این پژوهش تخمین پارامترهای مجهول یک سیلندر نیوماتیک دو طرفه برای مقاصد کنترلی مثل کنترل موقعیت، کنترل نیرو و کنترل امپدانس می باشد. در بسیاری از کاربردهای رایج، برای رسیدن به هدف مورد نظر از شیرهای سروو یا تناسبی استفاه می کنند که منجر به افزایش هزینه های سیستم نیوماتیک می شود. اما در برخی موارد کاهش وزن و هزینه ضروری است. بنابراین به جای شیرهای گران قیمت تناسبی، شیرهای سولنوئیدی قطع/ وصل با هزینه و وزن کم به کار گرفته شده است. روش مدولاسیون پهنای باند بهترین روشی است که توانایی کاربردهای سروو را برای این سیستم ها فراهم می کند. در اولین قدم معادلات حاکم بر سیستم جهت معرفی رفتار دینامیکی سیستم نیوماتیک استخراج شده اند. در مدل ریاضی برخی پارامترها همچون اصطکاک مجهول هستند. این پارامترها با استفاده از داده های تجربی و به کارگیری الگوریتم های شناسایی مناسب شامل حداقل مربعات خطای بازگشتی و فیلتر کالمن تعیین شده اند. سپس برای صحه گذاری مدل به دست آمده آزمایش های حلقه باز انجام شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی و داده های تجربی نشان دهنده دقت بالای مدل است. نتایج آزمایش های تجربی سیستم حلقه بسته در پاسخ به ورودی شیب و سیسنوسی با فرکانس های مختلف نشان دهنده توانایی و دقت بالای کنترل کننده حالت است.