Bu tədqiqat üç porşenli radial mexanizmi elektrik mühərriklərindəki üçfazalı iş prinsipinə bənzər şəkildə fazası sürüşdürülmüş sinusoidal hava təzyiqləri ilə idarə edərək fasiləsiz fırlana və bucaq üzrə mövqeləndirilə bilən pnevmatik aktuator hazırlayır. Tədqiqatçılar porşen kinematikasını və fırlanma momentinin yaranmasını analitik şəkildə modelləşdirib, CoppeliaSim mühitində mexaniki davranışı sınaqdan keçirib və standart sənaye silindrləri, üç proporsional təzyiq tənzimləyicisi, PLC və enkoderdən istifadə etməklə fiziki prototip hazırlayıblar. Yüksüz təcrübələrdə sabit sürtünmə feedforward-u tətbiq edilən açıq dövrə idarəetmə təxminən ±3° mövqeləndirmə dəqiqliyi, PD qapalı dövrə idarəetməsi isə ±0,3° dəqiqlik təmin edib. Açıq dövrədə mövqeləndirmə müddəti orta hesabla təxminən 0,2 saniyədən aşağı qaldığı halda PD idarəetməsində orta hesabla təxminən 0,81 saniyəyə yüksəlib. Nəticələr ümidverici olsa da, prototip xarici yük altında sınaqdan keçirilmədiyi üçün verilən mövqeləndirmə dəqiqlikləri real yük daşıyan sənaye tətbiqlərinə birbaşa köçürülə bilməz.

Təklif olunan quruluşun əsas fərqi üç pnevmatik silindri bir-birindən müstəqil xətti aktuatorlar kimi idarə etmək əvəzinə onların təzyiqlərini 120° faza sürüşdürülmüş vahid sistem kimi idarə etməkdir. Hər val bucağı üçün üç silindrə tətbiq olunacaq təzyiqlərin unikal kombinasiyası hesablanır. Beləliklə təzyiq paylanması üçfazalı elektrik mühərrikindəki fırlanan sahənin pnevmatik analoqu kimi davranaraq dirsək valını istənilən bucaq mövqeyinə yönəldir.

Son texniki prototip təxminən 94 mm diametr və 110 mm dərinliyə malik kompakt quruluşdadır. Mənbə modelində orta nəzəri ümumi fırlanma momenti 1,4 N·m, nəzəri fırlanma momenti dalğalanması isə %0,51 kimi hesablanır. Mövqeləndirmənin təkrarlana bilməsi idarəetmə rejimləri üzrə orta hesabla 0,5°-dən aşağı bildirilir. Açıq dövrə istifadədə mövqeləndirici ilə idarəetmə sistemi arasında yalnız üç pnevmatik xətt saxlamağın mümkün olması cihaz tərəfində elektromaqnit komponent olmayan tətbiqlər üçün xüsusi üstünlük kimi müzakirə edilir.

Türkiyə baxımından tədqiqat maşın avtomatlaşdırması, pnevmatik mexatronika, xüsusi robotik qurğular və elektromaqnit sahəsinin istifadəsinin arzuolunmaz olduğu xüsusi iş mühitləri üçün araşdırıla biləcək alternativ aktuator arxitekturası təqdim edir. Bununla belə Türkiyədə hər hansı sənaye tətbiqinə keçməzdən əvvəl dəyişən yük altında mövqe dəqiqliyi, uzunmüddətli mexaniki davamlılıq, real yük-fırlanma momenti əyrisi, hava sərfi, təzyiq itkiləri, dövr ömrü və təhlükəsizlik davranışı ayrıca təsdiqlənməlidir. Mənbədəki yüksüz prototip nəticələri seriyalı istehsala hazır pnevmatik servo mühərrik performansı kimi şərh edilməməlidir.

Tədqiqatın həll etməyə çalışdığı problem nədir?

Pnevmatik sistemlər yüksək güc sıxlığı, struktur sadəliyi və bəzi xüsusi mühitlərdə təhlükəsizlik üstünlüklərinə görə sənaye avtomatlaşdırmasında geniş istifadə olunur. Lakin pnevmatik fırlanan aktuatorların böyük hissəsi fasiləsiz fırlanma üçün hava mühərriki və ya məhdud bucaq hərəkəti üçün rack-and-pinion və qanad tipli yarımfırlanan aktuator şəklində işləyir. Tədqiqatçıların hədəflədiyi boşluq pnevmatik texnologiya ilə tam dövrə və ya çoxdövrəli bucaq mövqeləndirməsi ilə aşağı sürətdə hamar fırlanma momenti istehsalını eyni mexanizmdə birləşdirməkdir.

Tədqiqatın təklif etdiyi həll üçsilindrli radial mühərrik həndəsəsini üçfazalı elektrik mühərrikinin faza kommutasiyası ideyası ilə birləşdirir. Silindrlər dirsək oxu ətrafında \(2\pi/3\), yəni 120° bucaq aralıqları ilə yerləşdirilir. Hər silindrdəki təzyiq ayrıca proporsional tənzimləyici tərəfindən idarə olunur və təzyiq əmrləri bir-birindən 120° faza sürüşdürülmüş sinus funksiyaları ilə yaradılır.

Üçfazalı təzyiq sahəsi necə yaradılır?

Tənzimləyicilərin iş diapazonu mənbə prototipində 0–6 bar olduğuna görə sinus dalğasının mənfi təzyiq yaratmaması üçün əvvəlcə orta təzyiq ofseti müəyyən edilir:

\[ P_{of}= \frac{P_{max}-P_{min}}{2} = \frac{6-0}{2} = 3\;\text{bar} \]

İlk nəzəri nümayişdə üç təzyiq 120° faza fərqi ilə belə yaradılır:

\[ \begin{cases} P_1=3(\sin\omega+1)\\ P_2=3\left(\sin\left(\omega+\frac{2\pi}{3}\right)+1\right)\\ P_3=3\left(\sin\left(\omega+\frac{4\pi}{3}\right)+1\right) \end{cases}, \qquad \omega\in[0,2\pi) \]

Burada \(\omega\) hədəf val bucağıdır. Təzyiqlərin hər biri 0 ilə 6 bar arasında dəyişərkən üç əyri bir-birindən 120° sürüşdürülüb. Tədqiqatın Şəkil 3-dəki təzyiq qrafikində bir silindr yüksək təzyiqə yaxınlaşarkən digərlərinin fərqli fazalarda təzyiq yaratdığı və bu nümunənin 360° boyunca fasiləsiz təkrarlandığı görünür.

Fiziki sıfır mövqeyində birinci silindrin üst ölü nöqtədə olması istəndiyinə görə faza sahəsi əlavə olaraq sürüşdürülür:

\[ \phi_1=\omega-\frac{\pi}{2}, \qquad \phi_2=\omega-\frac{7\pi}{6}, \qquad \phi_3=\omega-\frac{11\pi}{6} \]

və silindr təzyiqləri:

\[ P_i=3(\sin\phi_i+1), \qquad i\in[1,3] \]

kimi hesablanır. İdeal fərziyyələr altında hər hədəf bucaq fərqli üçlü təzyiq kombinasiyası yaratdığı üçün tədqiqatçılar bu əlaqəni açıq dövrə mütləq bucaq mövqeləndirməsinin əsası kimi istifadə edirlər.

Təzyiq valda fırlanma momentini necə yaradır?

Porşen təzyiqi porşendə xətti qüvvə yaradır, biyel-dirsək mexanizmi isə bu qüvvəni valda fırlanma momentinə çevirir. Tək porşenin nəzəri fırlanma momenti töhfəsi mənbədə:

\[ T(\phi)=F_p(\phi)\,r\,\sin\theta \]

kimi verilir. Burada \(F_p\) porşen təzyiqindən yaranan qüvvə, \(r\) dirsək radiusu, \(\theta\) isə dirsək ilə biyel arasındakı bucaqdır.

Slider–crank həndəsəsindən istifadə olunaraq:

\[ \sin\theta= \frac{\sin\phi} {\sqrt{1-\left(\frac{r}{l}\cos\phi\right)^2}} \]

əlaqəsi qurulur. Buna görə hər silindrin fırlanma momenti töhfəsi:

\[ T_i(\phi_i) = F_{pi}(\phi_i)\,r \frac{\sin\phi_i} {\sqrt{1-\left(\frac{r}{l}\cos\phi_i\right)^2}} \]

və ümumi val fırlanma momenti:

\[ T_{total}(\omega) = \sum_{i=1}^{3}T_i(\phi_i) \]

kimi hesablanır.

Üç silindrə görə ümumi fırlanma momenti dalğalanması hər tam dövrdə üç dəfə təkrarlanır:

\[ T\left(\omega+\frac{2\pi}{3}\right)=T(\omega) \]

Mənbənin fırlanma momenti dalğalanması ölçütü isə:

\[ T_{pp}=T_{max}-T_{min} \]

\[ T_{ripple} = \frac{T_{pp}}{\overline{T}_{total}}\times100 \]

kimi müəyyən edilir. Mexanizmin həndəsəsi uyğun seçildikdə üç porşenin fırlanma momenti töhfələrinin bir-birini tamamlaması sayəsində val üzərində ümumi fırlanma momentinin demək olar sabit qalması hədəflənir.

Mənbədə dirsək–biyel nisbəti ilə bağlı niyə diqqətli olmaq lazımdır?

Tədqiqatda aşağı fırlanma momenti dalğalanması üçün nisbət bir neçə yerdə \(r/l\) kimi yazılır və 7,1 və ya 10 kimi dəyərlərlə ifadə edilir. Lakin eyni tədqiqatda \(r=7\) mm və \(l=50\) mm və ya \(l=70\) mm həndəsələri verildiyinə görə birbaşa hesablanan \(r/l\) müvafiq olaraq 0,14 və 0,10-dur. Buna görə mətndəki nisbət adı ilə istifadə olunan ədədi nisbət arasında görünən tərslik var. Verianla mətni bu ifadəni avtomatik olaraq \(l/r\) formasında düzəltmir; dizayn hesabında istifadə ediləcəksə özgün tədqiqat və müəlliflər vasitəsilə təsdiqlənməlidir.

Mənbənin öz ədədi simulyasiyasında 7,1 kimi adlandırılan uzun biyel konfiqurasiyası təxminən %1 fırlanma momenti dalğalanması yaradır, son prototip həndəsəsi üçün nəzəri dalğalanma isə %0,51 kimi bildirilir.

Sürtünmə niyə açıq dövrə xətasına səbəb olur?

İdeal təzyiq–bucaq uyğunluğu real silindrlərdə quru sürtünmə və hərəkətli hissələrin ətaləti səbəbindən birbaşa reallaşmır. Tədqiqatçılar hər silindr üçün hərəkətli kütləni təxminən 120 g, təxmini ətalət qüvvəsini 1,3 N və eksperimental orta quru porşen sürtünməsini təxminən 7 N kimi qiymətləndirirlər.

Sadələşdirilmiş effektiv porşen qüvvəsi:

\[ F_{eff}(\phi) = F_p(\phi)-(F_f+F_i) \]

kimi yazılır. Burada \(F_f\) quru sürtünmə qüvvəsini, \(F_i\) isə ətalət töhfəsini ifadə edir. Bu müqavimət valın əmr olunan bucaqdan geri qalmasına səbəb olduğuna görə ikinci idarəetmə rejimi sabit feedforward təzyiqi ilə sürtünməni kompensasiya edir.

Feedforward sürtünmə kompensasiyası necə işləyir?

Əvvəlcə hədəf bucaq \(\omega\) ilə cari val bucağı \(\omega_c\) arasından hərəkət istiqaməti müəyyən edilir:

\[ D=\operatorname{sgn}(\omega-\omega_c) \]

Porşenin hərəkət istiqaməti dirsək fazası ilə birlikdə qiymətləndirilərək:

\[ s_t= \operatorname{sgn}(\sin\omega_c)\,D \]

işarəsi yaradılır. Sonra təzyiq:

\[ P_i = 3(\sin\phi_i+1) + s_t P_{ff} \]

\[ P_{ff} = \frac{F_f+F_i} {A_{pist}-A_{rod}} \]

formasında düzəldilir. Beləliklə porşen təzyiqi hərəkət istiqamətinə görə artırılır və ya azaldılır. İstifadə olunan 20 mm porşen diametri və 10 mm porşen çubuğu üçün prototipdə hesablanan sabit feedforward təzyiq fərqi 0,64 bar-dır.

Bu həllin əsas məhdudiyyəti kompensasiyanın sabit müqavimət fərziyyəsinə əsaslanmasıdır. Yük fırlanma momenti dəyişərsə sabit feedforward dəyəri artıq real ümumi müqaviməti tam təmsil etməyə bilər.

Qapalı dövrə PD idarəetməsi nəyi dəyişir?

Üçüncü rejimdə val enkoderi əks əlaqəyə daxil edilir. PD idarəedicisi hədəf bucaq ilə ölçülən bucaq arasındakı ən qısa dairəvi fərqdən istifadə edir. Törəmə termini birbaşa xətanın törəməsindən deyil, ölçülən bucaq hərəkətindən hesablanaraq derivative kick təsirinin azaldılmasına çalışılır.

Mənbədə diskret idarəetmənin əsas quruluşu belə verilir:

\[ e[k]=\omega_{sp}[k]-\omega_m[k] \]

\[ \dot{\omega}_m[k] = \frac{\omega_m[k]-\omega_m[k-1]} {T_s} \]

\[ u[k] = K_p e[k] - K_d\dot{\omega}_m[k] \]

və əmr bucağı sürət həddi tətbiq edilərək mərhələli şəkildə yenilənir. Bütün bucaqlar 0–\(2\pi\) aralığına bükülür; xəta isə ən qısa istiqaməti seçmək məqsədilə \((-\pi,\pi]\) aralığında saxlanılır.

Prototipdə PD əmsalları əl ilə \(K_p=0,1\) və \(K_d=0,01\) seçilib. Nümunələmə müddəti 0,01 s, əmr bucaq sürəti həddi isə \(\pi\) rad/s-dir. İdarəedicidə ±0,3° ölü zona var.

Son prototip niyə üç deyil, altı silindrdən istifadə edir?

Əsas iş prinsipi üç fazaya uyğun üç pnevmatik oxdan ibarətdir; lakin real mexaniki prototipdə hər faza üçün iki qarşılıqlı silindrdən istifadə edilməklə ümumilikdə üç silindr cütü yaradılıb. Bunun səbəbi tək silindrin porşen çubuğuna dirsək həndəsəsindən gələn yan qüvvələrin porşen çubuğunu əyərək silindr qapağında sürtünmə kilidlənməsinə səbəb ola bilməsidir.

Tədqiqatın Şəkil 7-dəki 3B modeli və prototip fotosu silindrlərin mərkəzi val ətrafında qarşılıqlı yerləşməsini aydın göstərir. İkinci silindr dəsti yan qüvvələri tarazlaşdırmaq, biyel birləşməsini iki porşen çubuğu arasına yerləşdirmək və eyni zamanda ümumi qüvvə/fırlanma momenti qabiliyyətini artırmaq üçün istifadə edilib.

İstifadə olunan silindrlərin porşen diametri 20 mm, porşen çubuğu diametri 10 mm və nominal gedişi 15 mm-dir. Mexaniki təhlükəsizlik payına görə 14 mm effektiv gediş istifadə olunur. Son quruluşda dirsək radiusu 7 mm və biyel uzunluğu 70 mm-dir. Mənbə hesabında tək silindr üçün maksimum itələmə qüvvəsi 135 N, ümumi orta nəzəri fırlanma momenti isə 1,4 N·m kimi verilir.

Hansı hissələr 3B printerlə hazırlanıb?

Çıxış valları və podşipniklər istisna olmaqla bir çox prototip mexaniki elementi, o cümlədən dirsək valının birləşmə hissələri 3B çapla hazırlanıb. Mənbədə material ümumi təyinatlı PLA; nozzle diametri 0,4 mm, qat hündürlüyü 0,2 mm, divar sayı 4 və doldurma nisbəti %30 kimi verilir.

Bu istehsal metodu prototipləşdirməni asanlaşdırsa da eksperimental məhdudiyyətin də əsas səbəbidir: tədqiqatçılar yüksək xarici yük tətbiq edildikdə 3B çaplı dirsək valı elementlərinin sökülməsi və ya zədələnməsi riski səbəbindən valı yüksək fırlanma momenti ilə yükləyə bilməyiblər.

Funksional simulyasiya nə göstərdi?

Prototip hazırlanmazdan əvvəl mexanizm CoppeliaSim v4.10 daxilində modelləşdirilib. İstifadəçi simulyasiya interfeysindən hədəf val bucağını və müqavimət sönümləmə momentini dəyişə bilir. Mənbədə 0,1 N·m sabit müqavimət momenti altında açıq dövrə mütləq mövqeləndirmədə təxminən 1,2° val gecikməsi müşahidə edildiyi bildirilir.

Bu simulyasiya nəticəsi real mexanizmdə sürtünməyə qarşı sabit feedforward düzəlişinin istifadəsi fikrini dəstəkləyən dizayn mərhələsi sübutudur; real yük altında eksperimental fırlanma momenti təsdiqi deyil.

Təcrübə qurğusu hansı avadanlıqlardan ibarətdir?

• Silindrlər: SMC CQSB20-15DM.
• Proporsional təzyiq tənzimləyiciləri: FESTO VEAB-L-26-D9-Q4-V1-1R1.
• PLC: Siemens S7-1214C.
• Analoq modullar: Siemens SM1231 və SM1232.
• Enkoder: 400 CPR, 24 V DC, artımlı quadrature enkoder.
• Hava təchizatı: 6 bar filtrlənmiş hava, 110 L/dəq.

Enkoder 4× A/B sayım rejimində istifadə edildiyinə görə bir tam dövrdə 1600 count əldə edilir. Bu dəyər nəzəri olaraq 0,225° val bucağı çözünürlüğünə uyğundur. Təzyiq tənzimləyicilərinin əks əlaqələri PLC-yə daxil edilib və üç tənzimləyicinin 0,06–6 bar aralığında bir-birinə çox oxşar təzyiq izləməsi müşahidə olunub.

Təcrübə qurğusunun Şəkil 9-dakı sxemi kompüterdən gələn set nöqtəsinin PLC-yə ötürülməsini, PLC-nin üç analoq çıxış vasitəsilə üç tənzimləyicini idarə etməsini, təzyiq xətlərinin silindr cütlərinə qoşulmasını və enkoderin val bucağını PLC-yə geri bildirməsini göstərir.

Mövqeləndirmə sınaqları necə aparıldı?

Val üçün 120°, 90°, 60°, 30° və 10° aralıqlı hədəf bucaq ardıcıllıqları yaradıldı. Hər bucaq dəsti həm saat istiqamətində (CW), həm də saat istiqamətinin əksinə (CCW) tətbiq edildi. Hədəf bucaq əmrləri Python 3.12 skriptindən PLC Modbus registrlərinə göndərildi; ölçülən enkoder bucağı başqa Python skripti ilə 100 Hz sürətində qeyd edildi.

Üç idarəetmə rejimi müqayisə edildi:

1. Birbaşa açıq dövrə: yalnız nəzəri sinusoidal təzyiqlər.
2. Sabit feedforward-lu açıq dövrə: nəzəri təzyiqlərə istiqamətdən asılı 0,64 bar sürtünmə kompensasiyası.
3. PD qapalı dövrə: enkoder əks əlaqəli bucaq idarəetməsi.

Birbaşa və feedforward açıq dövrə təcrübələrində hər bucaq dəsti üçün üç sınaq, PD rejimində isə nəticələrin yüksək uyğunluğuna görə iki sınaq qeydə alınıb və qrafiklərdə onların ortalamalarından istifadə olunub.

Birbaşa açıq dövrə niyə nəzərəçarpan xəta yaratdı?

Birbaşa təzyiq tətbiqində xüsusilə saat istiqamətində təxminən 17° səviyyəsində sistematik gecikmə müşahidə edildi. Cədvəl 1-in bütün bucaq dəstlərindən əldə olunan orta dəyərlərində CW bucaq xətası −16,84°, CCW xətası isə +3,22° kimi bildirildi.

Mənbə birbaşa təzyiq əmrində görünən bu fərqi mexaniki montaj, porşen sürtünməsi və müqavimət qüvvələri ilə əlaqələndirir. Bundan əlavə birbaşa açıq dövrədə mexaniki təklik səbəbindən 180° nisbi sıçrayışın ardıcıl şəkildə həyata keçirilə bilmədiyi və sınaqlarda ən böyük tək addımın 120° ilə məhdudlaşdırıldığı qeyd olunur.

Sabit feedforward nə qədər yaxşılaşma təmin etdi?

Sürtünməni təmsil edən 0,64 bar istiqamətdən asılı sabit təzyiq kompensasiyası açıq dövrə mövqeləndirmə xətasını ciddi şəkildə azaltdı. Bütün sınaq dəstlərinin ortalamasında CW xətası −2,03°, CCW xətası isə −1,69° oldu. Tədqiqatçılar sabit feedforward ilə yüksüz prototipin təxminən ±3° mövqeləndirmə diapazonunda saxlanıla bildiyini bildirirlər.

Bununla belə bu uğur sabit və ya məlum müqavimət şərtlərindən asılıdır. Dəyişən val yük momenti sürtünmə kompensasiyasında istifadə olunan sabit ofsetdən kənar yeni xəta mənbəyi yarada bilər.

PD əks əlaqəsi hansı dəqiqliyə çatdı?

PD idarəetməsi bucaq xətası baxımından ən yaxşı nəticəni verdi. Cədvəl 1 orta göstəricilərində saat istiqaməti xətası −0,21°, saat istiqamətinin əksi xətası isə +0,22°-dir. Bu dəyərlər idarəedicidə istifadə olunan ±0,3° ölü zona ilə uyğundur.

Dəqiqlikdəki yaxşılaşmanın əvəzi sürətdir. Birbaşa açıq dövrədə orta mövqeləndirmə müddəti CW üçün 0,15 s və CCW üçün 0,16 s olduğu halda PD idarəetməsində müvafiq olaraq 0,79 s və 0,81 s ölçülüb. Tədqiqatçılar sürət həddinin xüsusilə vibrasiya və overshoot-u azaltmaq üçün konservativ seçildiyini bildirirlər.

Cədvəl 1 və Şəkil 10–24 birlikdə qiymətləndiriləndə əsas meyl aydındır: nəzəri təzyiq kommutasiyası mexanizmi hərəkət etdirə bilir, sabit sürtünmə feedforward-u sistematik açıq dövrə xətasını böyük ölçüdə azaldır və enkoder əks əlaqəli PD idarəetməsi son mövqeləndirmə xətasını təxminən ±0,3° səviyyəsinə endirir.

Təkrarlana bilmə necə dəyişir?

Saat istiqamətində orta təkrarlana bilmə birbaşa açıq dövrədə 0,41°, sabit feedforward-da 0,39° və PD idarəetməsində 0,18°-dir. Saat istiqamətinin əksində müvafiq olaraq 0,39°, 0,58° və 0,15° bildirilib.

Bu nəticə açıq dövrədə mütləq dəqiqlik pisləşsə belə eyni təzyiq üçlüyünün oxşar mexaniki mövqeyə təkrar çata bildiyini göstərir. Lakin təkrarlana bilmə ilə dəqiqlik eyni şey deyil: sistem eyni yanlış mövqeyə yüksək təkrarlana bilmə ilə gedə bilər. Bu tədqiqat xüsusilə birbaşa açıq dövrə rejimində bu fərqi görünən edir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Üç fazası sürüşdürülmüş sinusoidal təzyiq kommutasiyası üçfazalı radial pnevmatik mexanizmdə tam dövrə boyunca bucaq mövqeyi yaratmaq üçün istifadə oluna bilər.
• Yüksüz prototipdə sabit sürtünmə feedforward-u açıq dövrə mövqeləndirmə xətasını birbaşa təzyiq idarəsinə nisbətən nəzərəçarpacaq dərəcədə azaldıb.
• Enkoder əks əlaqəli PD idarəetməsi yüksüz prototipdə təxminən ±0,3° mövqeləndirmə dəqiqliyi təmin edib.
• Prototipdə bütün idarəetmə rejimlərində yüksək təkrarlana bilmə əldə edilib və orta dəyər ümumilikdə 0,5°-dən aşağı qalıb.
• Son mexaniki həndəsə üçün nəzəri ümumi fırlanma momenti təxminən 1,4 N·m və nəzəri fırlanma momenti dalğalanması %0,51 kimi hesablanıb.
• Standart silindrlər, kommersiya proporsional təzyiq tənzimləyiciləri və standart PLC ilə işləyən fiziki prototip hazırlanıb.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi və ya sınaqdan keçirmədiyi nəticələr

• ±3° və ±0,3° dəqiqlik dəyərləri xarici yük altında təsdiqlənməyib.
• Tədqiqat dəyişən yük momenti altında açıq dövrə feedforward dəqiqliyinin qorunacağını sübut etmir.
• 1,4 N·m dəyəri eksperimental yük hüceyrəsi ilə ölçülmüş fasiləsiz çıxış momenti deyil, nəzəri orta fırlanma momenti hesabıdır.
• %0,51 fırlanma momenti dalğalanması nəzəri həndəsi hesablamaya əsaslanır.
• Uzunmüddətli dövr ömrü, yorulma, hava sərfinin optimallaşdırılması və sənaye davamlılığı sınaqları aparılmayıb.
• Elektromaqnit komponentlərdən azad açıq dövrə mexaniki quruluş potensial tətbiq kimi müzakirə edilir; tədqiqat MRI uyğunluğu ilə bağlı rəsmi sertifikatlaşdırma və ya sistem səviyyəli təsdiq təqdim etmir.
• Prototip mövcud vəziyyətdə kommersiya elektrik servo mühərriklərinin bütün performans xüsusiyyətlərini birbaşa əvəz etdiyini göstərmir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Mexaniki və pnevmatik prototip parametrləri

İdarəetmə və ölçmə parametrləri

Üç idarəetmə rejiminin eksperimental orta performansı

Aşağıdakı cədvəl tədqiqatın Cədvəl 1-dəki orta sətirlərini qoruyur. Bucaq xətasının işarə mənası hərəkət istiqamətinə görə fərqləndiyi üçün işarələr mənbədə verildiyi kimi saxlanılıb.

Bu müqayisə prototipdə nəzərəçarpan dəqiqlik–sürət mübadiləsi olduğunu göstərir. Açıq dövrə rejimləri təxminən 0,15–0,16 saniyədə mövqelənərkən PD rejimi təxminən 0,8 saniyə tələb edir; bunun əvəzində PD idarəetməsi son bucaq xətasını təxminən onda bir dərəcə səviyyəsinə endirir.

Bucaq addımının ölçüsünə görə eksperimental nəticələrin şərhi

Şəkil 10–14 birbaşa açıq dövrə, Şəkil 15–19 sabit feedforward və Şəkil 20–24 PD rejimlərinin 120°, 90°, 60°, 30° və 10° əmr dəstlərindəki zaman cavablarını göstərir. Böyük addımlarda təzyiq və mexaniki hərəkət keçidləri daha görünən olduğu halda 10° addımlarda əyri daha fasiləsiz fırlanma profilinə yaxınlaşır.

Birbaşa rejimdə ölçülən bucaq xüsusən CW istiqamətində hədəf pillələrinin nəzərəçarpacaq dərəcədə gerisində qalır. Feedforward tətbiq edildikdə ölçülən əyrilər hədəf pillələrinə xeyli yaxın irəliləyir. PD rejimində isə ölçülən bucaq əks əlaqə sayəsində set nöqtəsini tutur; lakin tədqiqatçıların seçdiyi sürət məhdudiyyətinə görə keçid müddətləri uzanır.

Fırlanma momenti nəticəsi eksperimentaldır, yoxsa nəzəri?

1,4 N·m orta fırlanma momenti və %0,51 fırlanma momenti dalğalanması nəzəri mexaniki hesablamalardır. Təcrübələrdə yüksək xarici yük tətbiq edilmədiyi üçün tədqiqat bu dəyərləri dinamometr və ya yük sensoru ilə təsdiqlənmiş yük-fırlanma momenti xarakteristikası kimi təqdim etmir.

Bu fərq xüsusilə tətbiq qiymətləndirməsində vacibdir. Mövqeləndirmə dəqiqliyi real fiziki prototipdən ölçüldüyü halda son fırlanma momentinin hamarlığı mənbə modelinin mexaniki və təzyiq əlaqələrindən hesablanıb.

Eksperimental güclü tərəflər

• Analitik model, mexaniki simulyasiya və fiziki prototip eyni tədqiqatda birləşdirilib.
• Üç fərqli idarəetmə yanaşması eyni mexanizm üzərində müqayisə edilib.
• Həm CW, həm də CCW istiqamətlərində beş fərqli bucaq addımı sınaqdan keçirilib.
• Açıq dövrə təcrübələri təkrarlı icra edilib və təkrarlana bilmə ayrıca bildirilib.
• Sənayedə mövcud standart silindr, tənzimləyici və PLC komponentlərindən istifadə edilib.
• PLC idarəetmə alqoritminin ətraflı psevdokodu Əlavə A-da verilərək təkrar istehsal oluna bilmə dəstəklənib.

Əsas metodoloji məhdudiyyətlər

• Mövqeləndirmə sınaqları valda xarici yük olmadan aparılıb.
• 3B çaplı dirsək valı hissələri yüksək yük sınaqlarını məhdudlaşdırıb.
• PD əmsalları optimallaşdırma alqoritmi ilə deyil, əl ilə tənzimlənib.
• Feedforward kompensasiyası sabit sürtünmə/müqavimət yanaşmasına əsaslanır.
• Dəyişən yük, uzunmüddətli aşınma və dövr ömrü təcrübələri aparılmayıb.
• Hava sərfi və enerji səmərəliliyi əsas performans ölçütü kimi kəmiyyətcə müqayisə edilməyib.
• Mənbədə dirsək–biyel uzunluq nisbətinin göstərilməsində görünən tərs-nisbət/notasiya uyğunsuzluğu var.

Gələcək tədqiqat istiqamətləri

Tədqiqatçılar daha möhkəm dirsək mexanizmi ilə dəyişən yük sınaqları aparmağı, feedforward kompensasiyasının yük hədlərini müəyyən etməyi və qapalı dövrə idarəetməni optimallaşdırmağı planlaşdırırlar. Həmçinin eyni mexanizmin çoxdövrəli mütləq və ya artımlı mövqeləndirmə, sürət idarəetməsi, fırlanma momenti idarəetməsi və dayanma əyləclənməsi kimi servo mühərrikə bənzər funksiyalara genişləndirilə biləcəyi müzakirə olunur.

Tədqiqatda həmçinin elektrik və ya maqnit elementlərindən istifadə etmədən mövqe əks əlaqəsi təmin edə biləcək sensor/enkoder metodunun araşdırılması gələcək hədəflərdən biri kimi qeyd olunur.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün tədqiqat adı:A Novel Type of Pneumatic Rotary Positioner Using Three-Phase Pressure Commutation.

Müəlliflər, mənbədəki sıra ilə: Valentin Ciupe; Robert Kristof; Ghadeer Ismael.

Bərabər töhfə/bərabər birinci müəllif: Mənbədə bərabər töhfə və ya bərabər birinci müəllif bəyanatı yoxdur.

Məsul müəllif: Robert Kristof.

Qurum: Department of Mechatronics, Faculty of Mechanical Engineering, Politehnica University Timisoara, 1 Bvd. Mihai Viteazul, 300222 Timisoara, Romania.

Mənbə növü və resenziya statusu: Resenziyadan keçmiş özgün tədqiqat məqaləsidir.

Jurnal:Actuators.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Nəşr kimliyi: Actuators 2026, Volume 15, Article 192.

DOI: 10.3390/act15040192.

Nəşr prosesi: Alınma 31 Yanvar 2026; reviziya 26 Mart 2026; qəbul 29 Mart 2026; nəşr 31 Mart 2026.

Rəsmi keçid:https://doi.org/10.3390/act15040192.

Lisenziya: Creative Commons Attribution, CC BY. Məqalə © 2026 müəlliflər tərəfindən yayımlanmış açıq girişli tədqiqatdır.

Maliyyələşdirmə: Tədqiqat xarici maliyyə dəstəyi almadığını bildirir.

Məlumatların əlçatanlığı: Məlumatların sorğu əsasında əlçatan olduğu qeyd edilir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bildirirlər.

Patent statusu: Müəlliflər tədqiqatda təqdim olunan pnevmatik fırlanan mövqeləndirmə cihazı ilə bağlı nəticələrin patent müraciəti üçün istifadə olunacağını bildirirlər.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma Valentin Ciupe; metodologiya Valentin Ciupe; proqram təminatı Valentin Ciupe və Robert Kristof; təsdiqləmə Valentin Ciupe, Robert Kristof və Ghadeer Ismael; formal analiz və tədqiqat Valentin Ciupe; resurslar Valentin Ciupe və Robert Kristof; məlumatların idarə edilməsi Valentin Ciupe və Ghadeer Ismael; ilk layihə Valentin Ciupe; nəzərdən keçirmə və redaktə Valentin Ciupe və Robert Kristof; vizuallaşdırma Valentin Ciupe və Ghadeer Ismael; rəhbərlik, layihə idarəçiliyi və maliyyələşdirmənin əldə edilməsi Valentin Ciupe kimi bəyan olunub.

Süni intellektdən istifadə bəyanatı: Müəlliflər məqalənin hazırlanması zamanı ChatGPT v5.1-dən biblioqrafiyanın nəzərdən keçirilməsi, proqramların bəzi hissələrinin yaradılması və qeydə alınmış dəyər fayllarının formatlaşdırılması məqsədləri ilə istifadə etdiklərini; çıxışları nəzərdən keçirib redaktə etdiklərini və nəşr məzmununa görə məsuliyyət daşıdıqlarını açıq şəkildə bildiriblər.

Mənbədaxili notasiya xəbərdarlığı: Dirsək uzunluğu \(r\) və biyel uzunluğu \(l\) üçün mətndə istifadə olunan `r/l` nisbəti ilə verilən həndəsi dəyərlərdən hesablanan nisbət arasında görünən tərslik var. Tədqiqat bəzi yerlərdə 7,1 və 10 nisbətlərini `r/l` kimi ifadə edir, halbuki \(r=7\) mm və \(l=50\) və ya 70 mm dəyərləri birbaşa bu nisbətləri vermir. Bu Verianla mətni mənbə ifadəsini səssizcə düzəltməyib.

Əsas elmi sərhəd: Fiziki prototip və bucaq mövqeləndirmə təcrübələri real olsa da bütün mövqeləndirmə sınaqları xarici yük tətbiq edilmədən aparılıb. Bunun əsas səbəbi prototipdəki 3B çaplı dirsək valı hissələrinin yüksək yük altında zədələnə bilməsi riskidir. Buna görə ±3° açıq dövrə və ±0,3° PD mövqeləndirmə dəyərləri yük daşıyan real sənaye iş şəraitində hələ təsdiqlənməyib. Orta 1,4 N·m fırlanma momenti ilə %0,51 fırlanma momenti dalğalanması da eksperimental yük sınağı deyil, nəzəri hesab nəticələridir.

Elmi məzmunun mənbəyi: Bu Verianla məqaləsindəki mexanizm izahı, tənliklər, prototip xüsusiyyətləri, simulyasiya şərtləri, idarəetmə parametrləri, ədədi nəticələr, cədvəllər və məhdudiyyətlər yalnız araşdırılan tədqiqata əsaslanır; mənbədən kənar yeni eksperimental və ya texniki nəticə əlavə edilməyib.