Бул изилдөө үч поршендүү радиалдык механизмди электр кыймылдаткычтарындагы үч фазалуу иштөө принцибине окшош кылып, фазасы жылдырылган синусоидалдык аба басымдары менен айдап, үзгүлтүксүз айлана турган жана бурч боюнча позициялана турган пневматикалык актуаторду иштеп чыгат. Изилдөөчүлөр поршендин кинематикасын жана момент түзүлүшүн аналитикалык моделдеп, CoppeliaSim чөйрөсүндө механикалык жүрүм-турумду сынап, стандарттык өнөр жай цилиндрлерин, үч пропорционалдык басым жөнгө салгычты, PLC жана энкодерди колдонуу менен физикалык прототип жасашкан. Жүксүз эксперименттерде туруктуу сүрүлүү feedforward-у колдонулган ачык контур башкаруу болжол менен ±3° позициялоо тактыгын, ал эми PD жабык контур башкаруу ±0,3° тактыкты камсыз кылган. Ачык контурда позициялоо убактысы орточо болжол менен 0,2 секунддан төмөн калган, ал эми PD башкарууда орточо болжол менен 0,81 секундга чейин көбөйгөн. Натыйжалар үмүт жараткан менен, прототип тышкы жүк астында сыналбагандыктан берилген позициялоо тактыктарын чыныгы жүк көтөргөн өнөр жай колдонмолоруна түздөн-түз жайылтууга болбойт.

Сунушталган түзүлүштүн негизги айырмасы үч пневматикалык цилиндрди бири-биринен көз карандысыз сызыктуу актуаторлор катары башкарбастан, алардын басымдарын 120° фаза жылышы бар бир бүтүн система катары башкарууда. Ар бир вал бурчу үчүн үч цилиндрге берилүүчү басымдардын уникалдуу айкалышы эсептелет. Ошентип басымдын бөлүштүрүлүшү үч фазалуу электр кыймылдаткычындагы айлануучу талаанын пневматикалык аналогу сыяктуу иштеп, муунак валды керектүү бурчтук абалга багыттайт.

Акыркы техникалык прототип болжол менен 94 mm диаметри жана 110 mm тереңдиги бар компакт түзүлүшкө ээ. Булак моделинде орточо теориялык жалпы момент 1,4 N·m, теориялык моменттин термелүүсү болсо %0,51 деп эсептелет. Позициялоонун кайталануучулугу башкаруу режимдеринин жалпысы боюнча орточо 0,5°ден төмөн деп билдирилет. Ачык контур колдонууда позициялоочу түзмөк менен башкаруу системасынын ортосунда үч гана пневматикалык линия калтырууга мүмкүн болушу түзмөк тарабында электромагниттик компонент жок колдонмолор үчүн өзгөчө артыкчылык катары талкууланат.

Түркия жагынан изилдөө машина автоматташтыруусу, пневматикалык мехатроника, атайын роботтук түзүлүштөр жана электромагниттик талааны колдонуу каалабаган атайын иш чөйрөлөрү үчүн изилдөөгө боло турган альтернативдүү актуатор архитектурасын сунуштайт. Бирок Түркияда кандайдыр бир өнөр жай колдонмосуна өтүүдөн мурда өзгөрмө жүк астындагы позиция тактыгы, узак мөөнөттүү механикалык бекемдик, реалдуу жүк-момент ийри сызыгы, аба керектөөсү, басым жоготуулары, цикл өмүрү жана коопсуздук жүрүм-туруму өзүнчө текшерилиши керек. Булактагы жүксүз прототиптин натыйжалары сериялык өндүрүшкө даяр пневматикалык servo motor өндүрүмү катары чечмеленбеши керек.

Изилдөө чечүүгө аракет кылган көйгөй эмнеде?

Пневматикалык системалар жогорку күч тыгыздыгы, түзүлүшүнүн жөнөкөйлүгү жана айрым атайын чөйрөлөрдөгү коопсуздук артыкчылыктары үчүн өнөр жай автоматташтыруусунда кеңири колдонулат. Бирок пневматикалык айланма актуаторлордун көбү үзгүлтүксүз айлануу үчүн аба кыймылдаткычы же чектелген бурчтук кыймыл үчүн rack-and-pinion жана канат түрүндөгү жарым айланма актуатор катары иштейт. Изилдөөчүлөр көздөгөн боштук — пневматикалык технология менен толук айланма же көп айланма бурчтук позициялоону жана төмөн ылдамдыкта жылмакай момент өндүрүүнү бир механизмде бириктирүү.

Изилдөө сунуштаган чечим үч цилиндрлүү радиалдык кыймылдаткыч геометриясын үч фазалуу электр кыймылдаткычынын фаза коммутациясы идеясы менен айкалыштырат. Цилиндрлер муунак огунун айланасында \(2\pi/3\), башкача айтканда 120° бурчтук аралык менен жайгаштырылат. Ар бир цилиндрдеги басым өзүнчө пропорционалдык жөнгө салгыч аркылуу башкарылат жана басым буйруктары бири-биринен 120° фаза жылдырылган синус функциялары менен түзүлөт.

Үч фазалуу басым талаасы кантип түзүлөт?

Жөнгө салгычтардын иштөө диапазону булак прототибинде 0–6 bar болгондуктан, синус толкуну терс басым жаратпашы үчүн алгач орточо басым офсети аныкталат:

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

Алгачкы теориялык көрсөтүүдө үч басым 120° фаза айырмасы менен төмөнкүдөй түзүлөт:

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

Бул жерде \(\omega\) максаттуу вал бурчу. Ар бир басым 0 менен 6 bar аралыгында өзгөрөт, ал эми үч ийри сызык бири-биринен 120° жылдырылган. Изилдөөнүн Сүрөт 3төгү басым графигинде бир цилиндр жогорку басымга жакындаганда башкалары ар башка фазада басым түзүп, бул үлгү 360° боюнча үзгүлтүксүз кайталанары көрүнөт.

Физикалык нөл абалында биринчи цилиндр жогорку өлүк чекитте болсун деген талаптан улам фаза талаасы кошумча жылдырылат:

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

жана цилиндр басымдары:

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

түрүндө эсептелет. Идеалдуу божомолдордо ар бир максаттуу бурч үч басымдын өзүнө гана тиешелүү айкалышын бергендиктен, изилдөөчүлөр бул байланышты ачык контурда абсолюттук бурчтук позициялоонун негизи катары колдонушат.

Басым валда моментти кантип түзөт?

Поршендеги басым түз сызыктуу күч жаратат, ал эми шатун–кривошип механизми бул күчтү валдагы моментке айлантат. Бир поршендин теориялык момент салымы булакта:

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

түрүндө берилет. Бул жерде \(F_p\) поршень басымынан пайда болгон күч, \(r\) кривошип радиусу жана \(\theta\) кривошип менен шатундун ортосундагы бурч.

Slider–crank геометриясы колдонулуп:

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

байланышы түзүлөт. Ошого жараша ар бир цилиндрдин момент салымы:

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

жана жалпы вал моменти:

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

түрүндө эсептелет.

Үч цилиндр болгондуктан жалпы моменттин термелүүсү ар бир толук айланууда үч жолу кайталанат:

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

Булактагы момент термелүүсүнүн көрсөткүчү болсо:

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

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

түрүндө аныкталат. Механизмдин геометриясы туура тандалганда үч поршендин момент салымдары бири-бирин толуктап, валдагы жалпы моментти дээрлик туруктуу кармоо көздөлөт.

Булактагы кривошип–шатун катышына эмне үчүн этият мамиле кылуу керек?

Изилдөөдө төмөн момент термелүүсү үчүн катыш бир нече жерде \(r/l\) деп жазылып, 7,1 же 10 сыяктуу маанилер менен берилет. Бирок ошол эле изилдөөдө \(r=7\) mm жана \(l=50\) mm же \(l=70\) mm геометриялары көрсөтүлгөндүктөн, түз эсептелген \(r/l\) тиешелүүлүгүнө жараша 0,14 жана 0,10 болот. Демек, тексттеги катыштын аталышы менен колдонулган сандык катыштын ортосунда көрүнүктүү тескери дал келбестик бар. Verianla тексти бул туюнтманы автоматтык түрдө \(l/r\) деп оңдобойт; долбоорлоо эсебинде колдонулса, түпнуска иш жана авторлор аркылуу текшерилиши керек.

Булактын өзүнүн сандык симуляциясында 7,1 деп аталган узун шатун конфигурациясы болжол менен %1 момент термелүүсүн берет, ал эми акыркы прототип геометриясында теориялык термелүү %0,51 деп билдирилет.

Сүрүлүү эмне үчүн ачык контурда ката жаратат?

Идеалдуу басым–бурч дал келүүсү чыныгы цилиндрлерде кургак сүрүлүү жана кыймылдуу бөлүктөрдүн инерциясы себептүү түз аткарылбайт. Изилдөөчүлөр ар бир цилиндр үчүн кыймылдуу массаны болжол менен 120 g, болжолдуу инерция күчүн 1,3 N жана эксперименттик орточо кургак поршень сүрүлүүсүн болжол менен 7 N деп баалашат.

Жөнөкөйлөтүлгөн эффективдүү поршень күчү:

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

түрүндө жазылат. Бул жерде \(F_f\) кургак сүрүлүү күчүн, \(F_i\) болсо инерция салымын билдирет. Бул каршылык валдын буйрук берилген бурчтан артта калышына алып келгендиктен, экинчи башкаруу режими туруктуу feedforward басымы менен сүрүлүүнү компенсациялайт.

Feedforward сүрүлүү компенсациясы кантип иштейт?

Адегенде максаттуу бурч \(\omega\) менен учурдагы вал бурчу \(\omega_c\) боюнча кыймыл багыты аныкталат:

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

Поршендин кыймыл багыты кривошип фазасы менен бирге бааланып:

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

белгиси түзүлөт. Андан соң басым:

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

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

түрүндө оңдолот. Ошентип поршень басымы кыймыл багытына жараша көбөйтүлөт же азайтылат. Колдонулган 20 mm поршень диаметри жана 10 mm поршень таягы үчүн прототипте эсептелген туруктуу feedforward басым айырмасы 0,64 bar.

Бул чечимдин негизги чеги компенсация туруктуу каршылык божомолуна таянганында. Жүк моменти өзгөрсө, туруктуу feedforward мааниси реалдуу жалпы каршылыкты толук чагылдырбай калышы мүмкүн.

Жабык контурдагы PD башкаруу эмнени өзгөртөт?

Үчүнчү режимде вал энкодери кайтарым байланышка кошулат. PD башкаргычы максаттуу бурч менен өлчөнгөн бурчтун ортосундагы эң кыска тегерек айырманы колдонот. Туунду мүчөсү түздөн-түз катанын туундусунан эмес, өлчөнгөн бурчтук кыймылдан эсептелип, derivative kick таасирин азайтуу көздөлөт.

Булакта дискреттик башкаруунун негизги түзүлүшү төмөнкүдөй берилет:

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

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

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

жана буйрук бурчу ылдамдык чеги колдонулуп баскычтуу жаңыртылат. Бардык бурчтар 0–\(2\pi\) аралыгына оролот; ката болсо эң кыска багытты тандоо үчүн \((-\pi,\pi]\) аралыгында кармалат.

Прототипте PD коэффициенттери кол менен \(K_p=0,1\) жана \(K_d=0,01\) деп тандалган. Үлгүлөө убактысы 0,01 s, буйрук бурчтук ылдамдык чеги болсо \(\pi\) rad/s. Башкаргычта ±0,3° өлүк зона бар.

Акыркы прототип эмне үчүн үч эмес, алты цилиндр колдонот?

Негизги иштөө принциби үч фазага туура келген үч пневматикалык огунан турат; бирок чыныгы механикалык прототипте ар бир фаза үчүн эки карама-каршы цилиндр колдонулуп, жалпы үч цилиндр жуп түзүлгөн. Мунун себеби жалгыз цилиндрдин поршень таягына кривошип геометриясынан келген каптал күчтөр поршень таягын ийип, цилиндр капкагында сүрүлүү менен тыгылууга алып келиши мүмкүн.

Изилдөөнүн Сүрөт 7деги 3D модели жана прототип сүрөтү цилиндрлердин борбордук валдын айланасында карама-каршы жайгашканын так көрсөтөт. Экинчи цилиндр топтому каптал күчтөрдү тең салмактоо, шатун бирикмесин эки поршень таягынын арасына жайгаштыруу жана ошол эле учурда жалпы күч/момент мүмкүнчүлүгүн көбөйтүү үчүн колдонулган.

Колдонулган цилиндрлердин поршень диаметри 20 mm, поршень таягынын диаметри 10 mm жана номиналдык жүрүшү 15 mm. Механикалык коопсуздук запасы үчүн 14 mm эффективдүү жүрүш колдонулат. Акыркы түзүлүштө кривошип радиусу 7 mm жана шатун узундугу 70 mm. Булактагы эсепте бир цилиндрдин максималдуу түртүү күчү 135 N, жалпы орточо теориялык момент болсо 1,4 N·m деп берилет.

Кайсы бөлүктөр 3D принтер менен жасалган?

Чыгуу валдары жана подшипниктерден башка көптөгөн прототиптик механикалык элементтер, анын ичинде муунак валдын бириктирүүчү бөлүктөрү 3D басып чыгаруу менен жасалган. Булакта материал жалпы максаттагы PLA; nozzle диаметри 0,4 mm, катмар бийиктиги 0,2 mm, дубал саны 4 жана толтуруу катышы %30 деп берилет.

Бул өндүрүш ыкмасы прототиптөөнү жеңилдеткени менен эксперименттик чектөөнүн негизги себептеринин бири да болгон: изилдөөчүлөр жогорку тышкы жүк берилгенде 3D басылган муунак вал элементтери ажырап же бузулуп калуу коркунучунан улам валды жогорку момент менен жүктөй алышкан эмес.

Функционалдык симуляция эмнени көрсөттү?

Прототип жасала электе механизм CoppeliaSim v4.10 ичинде моделденген. Колдонуучу симуляция интерфейсинен максаттуу вал бурчун жана каршылык демпфирлөө моментин өзгөртө алат. Булакта 0,1 N·m туруктуу каршылык моменти астында ачык контурда абсолюттук позициялоодо болжол менен 1,2° вал артта калуусу байкалганы билдирилет.

Бул симуляция натыйжасы реалдуу механизмде сүрүлүүгө каршы туруктуу feedforward оңдоосун колдонуу идеясын колдогон долбоорлоо баскычынын далили; чыныгы жүк астындагы эксперименттик момент ырастоосу эмес.

Эксперименттик түзүлүш кайсы жабдуулардан турат?

• Цилиндрлер: SMC CQSB20-15DM.
• Пропорционалдык басым жөнгө салгычтар: FESTO VEAB-L-26-D9-Q4-V1-1R1.
• PLC: Siemens S7-1214C.
• Аналогдук модулдар: Siemens SM1231 жана SM1232.
• Энкодер: 400 CPR, 24 V DC, инкременттик quadrature энкодер.
• Аба берүү: 6 bar чыпкаланган аба, 110 L/мин.

Энкодер 4× A/B эсептөө режиминде колдонулгандыктан бир толук айланууда 1600 count алынат. Бул теориялык жактан 0,225° вал бурчу ажыратуусуна туура келет. Басым жөнгө салгычтардын кайтарым байланыштары PLCге киргизилген жана үч жөнгө салгыч 0,06–6 bar диапазонунда бири-бирине абдан окшош басым көзөмөлүн көрсөткөн.

Эксперименттик түзүлүштүн Сүрөт 9дагы схемасы компьютерден келген set point PLCге өткөрүлүшүн, PLC үч аналогдук чыгыш аркылуу үч жөнгө салгычты айдашын, басым линиялары цилиндр жуптарына туташышын жана энкодер вал бурчун PLCге кайтарып беришин көрсөтөт.

Позициялоо тесттери кантип жүргүзүлгөн?

Вал үчүн 120°, 90°, 60°, 30° жана 10° аралыктагы максаттуу бурч тизмектери түзүлгөн. Ар бир бурч топтому саат жебеси багытында (CW) да, саат жебесине каршы (CCW) да колдонулган. Максаттуу бурч буйруктары Python 3.12 скриптинен PLC Modbus регистрлерине жөнөтүлгөн; өлчөнгөн энкодер бурчу башка Python скрипти менен 100 Hz ылдамдыкта жазылган.

Үч башкаруу режими салыштырылган:

1. Түз ачык контур: теориялык синусоидалдык басымдар гана.
2. Туруктуу feedforward менен ачык контур: теориялык басымдарга багытка көз каранды 0,64 bar сүрүлүү компенсациясы.
3. PD жабык контур: энкодер кайтарым байланышы бар бурч башкаруусу.

Түз жана feedforward ачык контур эксперименттеринде ар бир бурч топтому үчүн үч иштетүү, PD режиминде болсо натыйжалардын жогорку туруктуулугуна байланыштуу эки иштетүү жазылып, графиктерде алардын орточосу колдонулган.

Түз ачык контур эмне үчүн байкаларлык ката жаратты?

Түз басым берилгенде өзгөчө саат жебеси багытында болжол менен 17° деңгээлинде системалуу артта калуу байкалган. Таблица 1деги бардык бурч топтомдорунан алынган орточолордо CW бурчтук ката −16,84°, CCW ката болсо +3,22° деп берилген.

Булак түз басым буйругундагы бул айырманы механикалык монтаж, поршень сүрүлүүсү жана каршылык күчтөрү менен байланыштырат. Мындан тышкары түз ачык контурда механикалык сингулярдуулук себептүү 180° салыштырмалуу секирикти туруктуу аткарууга болбогону жана тесттерде эң чоң бир кадам 120° менен чектелгени көрсөтүлөт.

Туруктуу feedforward канчалык жакшыртты?

Сүрүлүүнү чагылдырган 0,64 bar багытка көз каранды туруктуу басым компенсациясы ачык контурдагы позициялоо катасын олуттуу азайткан. Бардык тест топтомдорунун орточосунда CW ката −2,03°, CCW ката болсо −1,69° болгон. Изилдөөчүлөр туруктуу feedforward менен жүксүз прототипти болжол менен ±3° позициялоо диапазонунда кармоого мүмкүн болгонун билдиришет.

Бирок бул ийгилик туруктуу же белгилүү каршылык шарттарына көз каранды. Өзгөрмө вал жүк моменти сүрүлүү компенсациясында колдонулган туруктуу офсеттен тышкары жаңы ката булагын жаратышы мүмкүн.

PD кайтарым байланыш кандай тактыкка жетти?

PD башкаруу бурчтук ката жагынан эң жакшы натыйжа берген. Таблица 1дин орточолорунда саат жебеси багытындагы ката −0,21°, саат жебесине каршы ката болсо +0,22°. Бул маанилер башкаргычтагы ±0,3° өлүк зона менен шайкеш келет.

Тактыктын жакшырганынын баасы — ылдамдык. Түз ачык контурда орточо позициялоо убактысы CW үчүн 0,15 s жана CCW үчүн 0,16 s болсо, PD башкарууда тиешелүүлүгүнө жараша 0,79 s жана 0,81 s өлчөнгөн. Изилдөөчүлөр ылдамдык чеги өзгөчө термелүү жана overshootту азайтуу үчүн этият тандалганын белгилешет.

Таблица 1 жана Сүрөт 10–24 бирге каралганда негизги тенденция так: теориялык басым коммутациясы механизмди кыймылдата алат, туруктуу сүрүлүү feedforward-у системалуу ачык контур катасын олуттуу азайтат жана энкодер кайтарым байланышы бар PD башкаруу акыркы позициялоо катасын болжол менен ±0,3° деңгээлине түшүрөт.

Кайталануучулук кандай өзгөрөт?

Саат жебеси багытындагы орточо кайталануучулук түз ачык контурда 0,41°, туруктуу feedforwardда 0,39° жана PD башкарууда 0,18°. Саат жебесине каршы багытта тиешелүүлүгүнө жараша 0,39°, 0,58° жана 0,15° деп берилет.

Бул натыйжа ачык контурда абсолюттук тактык начар болсо да бир эле басым үчтүгү окшош механикалык абалга кайра жетиши мүмкүн экенин көрсөтөт. Бирок кайталануучулук менен тактык бир нерсе эмес: система бир эле туура эмес абалга жогорку кайталануучулук менен бара алат. Бул изилдөө өзгөчө түз ачык контур режиминде ушул айырманы ачык көрсөтөт.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Үч фаза жылдырылган синусоидалдык басым коммутациясын үч фазалуу радиалдык пневматикалык механизмде толук айлануу боюнча бурчтук абал түзүү үчүн колдонууга болот.
• Жүксүз прототипте туруктуу сүрүлүү feedforward-у ачык контурдагы позициялоо катасын түз басым башкарууга салыштырмалуу олуттуу азайткан.
• Энкодер кайтарым байланышы бар PD башкаруу жүксүз прототипте болжол менен ±0,3° позициялоо тактыгын камсыз кылган.
• Прототипте бардык башкаруу режимдеринде жогорку кайталануучулук алынган жана орточо маани жалпысынан 0,5°ден төмөн калган.
• Акыркы механикалык геометрия үчүн теориялык жалпы момент болжол менен 1,4 N·m жана теориялык момент термелүүсү %0,51 деп эсептелген.
• Стандарттык цилиндрлер, коммерциялык пропорционалдык басым жөнгө салгычтар жана стандарттык PLC менен иштеген физикалык прототип жасалган.

Изилдөө колдобогон же текшербеген жыйынтыктар

• ±3° жана ±0,3° тактык маанилери тышкы жүк астында ырасталган эмес.
• Изилдөө өзгөрмө жүк моменти астында ачык контурдагы feedforward тактыгы сакталат деп далилдебейт.
• 1,4 N·m мааниси эксперименттик жүк уясы менен өлчөнгөн үзгүлтүксүз чыгуу моменти эмес, теориялык орточо момент эсеби.
• %0,51 момент термелүүсү теориялык геометриялык эсепке негизделген.
• Узак мөөнөттүү цикл өмүрү, чарчоо, аба керектөөсүн оптималдаштыруу жана өнөр жай туруктуулугу боюнча тесттер жүргүзүлгөн эмес.
• Электромагниттик компоненттерсиз ачык контур механикалык түзүлүш мүмкүн болгон колдонмо катары талкууланат; изилдөө MRI шайкештиги боюнча расмий сертификаттоо же система деңгээлиндеги ырастоо бербейт.
• Прототип азыркы абалында коммерциялык электр сервомоторлорунун бардык өндүрүм өзгөчөлүктөрүн түздөн-түз алмаштырарын көрсөтпөйт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Механикалык жана пневматикалык прототип параметрлери

Башкаруу жана өлчөө параметрлери

Үч башкаруу режиминин эксперименттик орточо өндүрүмү

Төмөнкү таблица изилдөөнүн Таблица 1индеги орточо саптарды сактайт. Бурчтук катанын белгисинин мааниси кыймыл багытына жараша өзгөргөндүктөн белгилер булакта кандай берилсе, ошондой калтырылган.

Бул салыштыруу прототипте тактык–ылдамдык алмашуусу бар экенин көрсөтөт. Ачык контур режимдери болжол менен 0,15–0,16 секундда позицияланса, PD режими болжол менен 0,8 секунд талап кылат; анын ордуна PD башкаруу акыркы бурчтук катаны ондон бир градус чамасына түшүрөт.

Бурч кадамынын чоңдугу боюнча эксперименттик натыйжаларды чечмелөө

Сүрөт 10–14 түз ачык контур, Сүрөт 15–19 туруктуу feedforward жана Сүрөт 20–24 PD режимдеринин 120°, 90°, 60°, 30° жана 10° буйрук топтомдорундагы убакыт жоопторун көрсөтөт. Чоң кадамдарда басым жана механикалык кыймыл өтүүлөрү даана көрүнөт, ал эми 10° кадамдарда ийри сызык үзгүлтүксүз айлануу профилине жакындайт.

Түз режимде өлчөнгөн бурч өзгөчө CW багытында максаттуу тепкичтен кыйла артта калат. Feedforward колдонулганда өлчөнгөн ийри сызыктар максаттуу баскычтарга кыйла жакын жүрөт. PD режиминде болсо өлчөнгөн бурч кайтарым байланыш аркылуу set pointке жетет; бирок изилдөөчүлөр тандаган ылдамдык чектөөсүнөн өтүү убактысы узарат.

Момент натыйжасы эксперименттикпи же теориялыкпы?

1,4 N·m орточо момент жана %0,51 момент термелүүсү теориялык механикалык эсептөөлөр. Эксперименттерде чоң тышкы жүк берилбегендиктен, изилдөө бул маанилерди динамометр же жүк сенсору менен ырасталган жүк-момент мүнөздөмөсү катары көрсөтпөйт.

Бул айырма колдонмону баалоодо өзгөчө маанилүү. Позициялоо тактыгы чыныгы физикалык прототиптен өлчөнгөн, ал эми акыркы моменттин тегиздиги булак моделиндеги механикалык жана басым байланыштарынан эсептелген.

Эксперименттик күчтүү жактар

• Аналитикалык модель, механикалык симуляция жана физикалык прототип бир изилдөөдө бириктирилген.
• Үч өзүнчө башкаруу ыкмасы бир эле механизмде салыштырылган.
• CW жана CCW багыттарында беш башка бурч кадамы сыналган.
• Ачык контур эксперименттери кайталанып жүргүзүлүп, кайталануучулук өзүнчө билдирилген.
• Өнөр жайда бар стандарттык цилиндр, жөнгө салгыч жана PLC компоненттери колдонулган.
• PLC башкаруу алгоритминин кеңири псевдокоду Тиркеме Aда берилип, кайра өндүрүү мүмкүнчүлүгү колдоого алынган.

Негизги методологиялык чектөөлөр

• Позициялоо тесттери валда тышкы жүк жок жүргүзүлгөн.
• 3D басылган муунак вал бөлүктөрү жогорку жүк тестин чектеген.
• PD коэффициенттери оптималдаштыруу алгоритми менен эмес, кол менен жөндөлгөн.
• Feedforward компенсациясы туруктуу сүрүлүү/каршылык ыкмасына таянат.
• Өзгөрмө жүк, узак мөөнөттүү эскирүү жана цикл өмүрү эксперименттери жүргүзүлгөн эмес.
• Аба керектөөсү жана энергия натыйжалуулугу негизги өндүрүм критерийи катары сандык түрдө салыштырылган эмес.
• Булакта кривошип–шатун узундук катышын көрсөтүүдө тескери-катыш/нотация боюнча көрүнүктүү дал келбестик бар.

Келечектеги изилдөө багыттары

Изилдөөчүлөр күчтүүрөөк кривошип механизм менен өзгөрмө жүк тесттерин жүргүзүүнү, feedforward компенсациясынын жүк чектерин аныктоону жана жабык контур башкарууну оптималдаштырууну пландашат. Ошондой эле ошол эле механизмди көп айланма абсолюттук же инкременттик позициялоо, ылдамдык башкаруу, момент башкаруу жана токтотуу тормозу сыяктуу servo motorго окшош функцияларга кеңейтүүгө болору талкууланат.

Изилдөөдө электрдик же магниттик элементтерди колдонбостон позиция боюнча кайтарым байланыш бере турган сенсор/энкодер ыкмасын изилдөө да келечектеги максаттардын бири катары көрсөтүлөт.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Толук түпнуска изилдөө аталышы:A Novel Type of Pneumatic Rotary Positioner Using Three-Phase Pressure Commutation.

Авторлор, булактагы ирети менен: Valentin Ciupe; Robert Kristof; Ghadeer Ismael.

Тең салым/тең биринчи автор: Булакта тең салым же тең биринчи автор тууралуу билдирүү жок.

Жооптуу автор: Robert Kristof.

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

Булак түрү жана рецензия статусу: Рецензиядан өткөн түпнуска изилдөө макаласы.

Журнал:Actuators.

Басмакана: MDPI, Basel, Switzerland.

Жарыя идентификациясы: Actuators 2026, Volume 15, Article 192.

DOI: 10.3390/act15040192.

Жарыя процесси: Кабыл алынган кол жазма 31 Январь 2026; ревизия 26 Март 2026; кабыл алуу 29 Март 2026; жарыя 31 Март 2026.

Расмий шилтеме:https://doi.org/10.3390/act15040192.

Лицензия: Creative Commons Attribution, CC BY. Макала © 2026 авторлор тарабынан ачык жеткиликтүү түрдө жарыяланган.

Каржылоо: Изилдөө тышкы каржылоо албаганын билдирет.

Маалымат жеткиликтүүлүгү: Маалыматтар суроо-талап боюнча жеткиликтүү экени көрсөтүлөт.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришет.

Патент статусу: Авторлор изилдөөдө берилген пневматикалык айланма позициялоочу түзмөк боюнча жыйынтыктар патент өтүнмөсүндө колдонуларын билдиришет.

Автордук салымдар: Концептуалдаштыруу Valentin Ciupe; методология Valentin Ciupe; программалык камсыздоо Valentin Ciupe жана Robert Kristof; текшерүү Valentin Ciupe, Robert Kristof жана Ghadeer Ismael; формалдык талдоо жана изилдөө Valentin Ciupe; ресурстар Valentin Ciupe жана Robert Kristof; маалыматты иреттөө Valentin Ciupe жана Ghadeer Ismael; биринчи долбоор Valentin Ciupe; карап чыгуу жана редакциялоо Valentin Ciupe жана Robert Kristof; визуалдаштыруу Valentin Ciupe жана Ghadeer Ismael; жетекчилик, долбоорду башкаруу жана каржылоону алуу Valentin Ciupe деп билдирилген.

Жасалма интеллект колдонуу тууралуу билдирүү: Авторлор макаланы даярдоо учурунда ChatGPT v5.1ди библиографияны кароо, программалардын айрым бөлүктөрүн түзүү жана жазылган маанилер файлдарын форматтоо максатында колдонушканын; натыйжаларды карап чыгып, редакциялашканын жана жарыя мазмуну үчүн жоопкерчиликти өздөрүнө алышканын ачык билдиришет.

Булак ичиндеги нотация эскертүүсү: Кривошип узундугу \(r\) жана шатун узундугу \(l\) үчүн текстте колдонулган `r/l` катышы менен берилген геометриялык маанилерден эсептелген катыштын ортосунда көрүнүктүү тескери дал келбестик бар. Изилдөө айрым жерлерде 7,1 жана 10 катыштарын `r/l` деп көрсөтөт, бирок \(r=7\) mm жана \(l=50\) же 70 mm маанилери бул катыштарды түз бербейт. Бул Verianla тексти булактагы туюнтманы унчукпай оңдогон жок.

Негизги илимий чек: Физикалык прототип жана бурчтук позициялоо эксперименттери чыныгы болгону менен бардык позициялоо тесттери тышкы жүк берилбей жүргүзүлгөн. Мунун негизги себеби — прототиптеги 3D басылган муунак вал бөлүктөрү жогорку жүк астында бузулуп калуу коркунучу. Ошондуктан ±3° ачык контур жана ±0,3° PD позициялоо маанилери жүк көтөргөн чыныгы өнөр жай шарттарында азырынча ырасталган эмес. Орточо 1,4 N·m момент жана %0,51 момент термелүүсү да эксперименттик жүк тести эмес, теориялык эсеп натыйжалары.

Илимий мазмундун булагы: Бул Verianla макаласындагы механизм түшүндүрмөсү, теңдемелер, прототип өзгөчөлүктөрү, симуляция шарттары, башкаруу параметрлери, сандык натыйжалар, таблицалар жана чектөөлөр каралган изилдөөгө гана негизделет; булактан тыш жаңы эксперименттик же техникалык жыйынтык кошулган эмес.