Ин таҳқиқот актуатори пневматикиеро таҳия мекунад, ки механизми радиалии се-поршенаро бо фишорҳои синусоидалии ҳавоии аз ҷиҳати фаза ҷобаҷошуда, монанд ба принсипи кори сефазаи муҳаррикҳои барқӣ, ҳаракат дода, метавонад пайваста гардиш кунад ва аз рӯи кунҷ мавқеъгирӣ шавад. Муҳаққиқон кинематикаи поршен ва тавлиди моменти гардишро ба таври аналитикӣ моделсозӣ карда, рафтори механикиро дар муҳити CoppeliaSim санҷидаанд ва бо истифода аз силиндрҳои стандартии саноатӣ, се танзимгари мутаносиби фишор, PLC ва энкодер прототипи физикӣ сохтаанд. Дар таҷрибаҳои бе бор, идоракунии ҳалқаи кушода бо feedforward-и собити соиш тақрибан ±3° дақиқии мавқеъгузорӣ, дар ҳоле ки идоракунии ҳалқаи пӯшидаи PD ±0,3° дақиқӣ таъмин кардааст. Вақти мавқеъгузорӣ дар ҳалқаи кушода ба ҳисоби миёна тақрибан камтар аз 0,2 сония монда, дар идоракунии PD ба ҳисоби миёна тақрибан то 0,81 сония афзудааст. Гарчанде натиҷаҳо умедбахшанд, азбаски прототип зери бори беруна санҷида нашудааст, дақиқиҳои мавқеъгузории додашударо ба барномаҳои воқеии саноатии борбардор мустақиман интиқол додан мумкин нест.

Фарқи асосии сохтори пешниҳодшуда дар он аст, ки ба ҷои идора кардани се силиндри пневматикӣ ҳамчун актуаторҳои хаттии мустақил аз ҳам, фишорҳои онҳо ҳамчун як маҷмӯи ягона бо ҷобаҷогузории фазаи 120° идора мешаванд. Барои ҳар кунҷи вал комбинатсияи беназири фишорҳое ҳисоб карда мешавад, ки бояд ба се силиндр дода шаванд. Ҳамин тавр, тақсимоти фишор ҳамчун ҳамтои пневматикии майдони гардишкунанда дар муҳаррики барқии сефаза амал карда, вали кривошипро ба мавқеи кунҷии дилхоҳ роҳнамоӣ мекунад.

Прототипи ниҳоии техникӣ сохтори зичи тақрибан 94 mm диаметру 110 mm чуқурӣ дорад. Дар модели манбаъ моменти умумии миёнаи назариявӣ 1,4 N·m ва ларзиши назариявии момент %0,51 ҳисоб шудааст. Такроршавандагии мавқеъгузорӣ дар маҷмӯъ барои режимҳои идоракунӣ ба ҳисоби миёна камтар аз 0,5° гузориш шудааст. Имкони боқӣ мондани танҳо се хатти пневматикӣ байни мавқеъгузор ва системаи идоракунӣ дар истифодаи ҳалқаи кушода ҳамчун бартарии махсус барои барномаҳое муҳокима мешавад, ки дар тарафи дастгоҳ ҷузъҳои электромагнитӣ надоранд.

Аз нуқтаи назари Туркия, таҳқиқот барои автоматизатсияи мошинҳо, мехатроникаи пневматикӣ, дастгоҳҳои махсуси роботикӣ ва муҳитҳои махсуси корие, ки истифодаи майдони электромагнитӣ номатлуб аст, меъмории алтернативии актуаторро пешниҳод мекунад. Бо вуҷуди ин, пеш аз гузариш ба ҳар гуна татбиқи саноатӣ дар Туркия, дақиқии мавқеъ зери бори тағйирёбанда, устувории механикии дарозмуддат, каҷхати воқеии бор–момент, масрафи ҳаво, талафоти фишор, умри сикл ва рафтори бехатарӣ бояд алоҳида тасдиқ карда шаванд. Натиҷаҳои прототипи бе бори манбаъ набояд ҳамчун иҷрои сервомотори пневматикии омода ба истеҳсоли силсилавӣ тафсир шаванд.

Таҳқиқот кадом мушкилро ҳал кардан мехоҳад?

Системаҳои пневматикӣ аз сабаби зичии баланди қувва, соддагии сохторӣ ва бартариҳои бехатарӣ дар баъзе муҳитҳои махсус дар автоматизатсияи саноатӣ васеъ истифода мешаванд. Аммо қисми зиёди актуаторҳои гардиши пневматикӣ барои гардиши пайваста ҳамчун муҳаррики ҳавоӣ ё барои ҳаракати кунҷии маҳдуд ҳамчун rack-and-pinion ва актуаторҳои нимгардиши қанотӣ кор мекунанд. Холигие, ки муҳаққиқон ҳадаф гирифтаанд, ин аст, ки бо технологияи пневматикӣ мавқеъгузории кунҷии як гардиши пурра ё чандгардишаро бо тавлиди моменти ҳамвор дар суръати паст дар як механизм муттаҳид кунанд.

Ҳалли пешниҳодшудаи таҳқиқот геометрияи муҳаррики радиалии се-силиндраро бо ғояи коммутатсияи фазаи муҳаррики барқии сефаза муттаҳид мекунад. Силиндрҳо дар атрофи меҳвари кривошип бо фосилаҳои кунҷии \(2\pi/3\), яъне 120° ҷойгир мешаванд. Фишори ҳар як силиндр тавассути танзимгари мутаносиби алоҳида идора мешавад ва фармонҳои фишор бо функсияҳои синусӣ, ки аз ҳам 120° ҷобаҷогузории фаза доранд, тавлид мешаванд.

Майдони фишори сефаза чӣ гуна сохта мешавад?

Азбаски диапазони кори танзимгарҳо дар прототипи манбаъ 0–6 bar аст, барои он ки мавҷи синусӣ фишори манфӣ тавлид накунад, аввал офсети фишори миёна муайян мешавад:

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

Дар намоиши аввалини назариявӣ се фишор бо фарқи фазаи 120° чунин сохта мешаванд:

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

Дар ин ҷо \(\omega\) кунҷи ҳадафии вал аст. Ҳар яке аз фишорҳо байни 0 ва 6 bar тағйир ёфта, се каҷхат аз ҳам 120° ҷобаҷо шудаанд. Дар графики фишори Расми 3-и таҳқиқот дида мешавад, ки вақте як силиндр ба фишори баланд наздик мешавад, дигарон дар фазаҳои гуногун фишор тавлид мекунанд ва ин намуна дар тӯли 360° бе танаффус такрор мешавад.

Азбаски дар мавқеи сифри физикӣ силиндри аввал бояд дар нуқтаи марги болоӣ бошад, майдони фаза инчунин ҷобаҷо карда мешавад:

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

ва фишорҳои силиндрҳо:

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

ҳисоб карда мешаванд. Зери фарзияҳои идеалӣ ҳар кунҷи ҳадаф комбинатсияи сегонаи фишори гуногун тавлид мекунад, бинобар ин муҳаққиқон ин муносибатро ҳамчун асоси мавқеъгузории мутлақи кунҷӣ дар ҳалқаи кушода истифода мебаранд.

Фишор чӣ гуна дар вал момент тавлид мекунад?

Фишори поршен дар поршен қувваи хаттӣ тавлид мекунад, дар ҳоле ки механизми шатун–кривошип ин қувваро ба моменти вал табдил медиҳад. Саҳми назариявии моменти як поршен дар манбаъ чунин дода шудааст:

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

Дар ин ҷо \(F_p\) қувваи аз фишори поршен ҳосилшуда, \(r\) радиуси кривошип ва \(\theta\) кунҷи байни кривошип ва шатун аст.

Бо истифода аз геометрияи slider–crank:

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

муносибат сохта мешавад. Мувофиқи ин, саҳми моменти ҳар як силиндр:

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

ва моменти умумии вал:

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

ҳисоб карда мешавад.

Аз сабаби се силиндр, ларзиши умумии момент дар ҳар гардиши пурра се маротиба такрор мешавад:

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

Меъёри ларзиши моменти манбаъ чунин муайян мешавад:

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

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

Ҳангоми интихоби дурусти геометрияи механизм, ҳадаф он аст, ки бо пурра кардани саҳмҳои моменти се поршен моменти умумии вал қариб доимӣ нигоҳ дошта шавад.

Чаро нисбати кривошип–шатун дар манбаъ бояд бо эҳтиёт баррасӣ шавад?

Дар таҳқиқот барои ларзиши пасти момент нисбат дар чанд ҷой ҳамчун \(r/l\) навишта шуда, бо қиматҳои 7,1 ё 10 ифода мешавад. Аммо дар ҳамон таҳқиқот геометрияҳои \(r=7\) mm ва \(l=50\) mm ё \(l=70\) mm дода шудаанд, аз ин рӯ \(r/l\)-и мустақиман ҳисобшуда мутаносибан 0,14 ва 0,10 мебошад. Аз ин рӯ, байни номи нисбат дар матн ва нисбати рақамии истифодашуда баръаксии намоён вуҷуд дорад. Матни Verianla ин ифодаро ба таври автоматӣ ба \(l/r\) ислоҳ намекунад; агар барои ҳисоби тарҳ истифода шавад, бояд тавассути таҳқиқоти аслӣ ва муаллифон тасдиқ карда шавад.

Дар симулятсияи рақамии худи манбаъ конфигуратсияи шатуни дарозе, ки 7,1 номида шудааст, тақрибан %1 ларзиши момент тавлид мекунад, дар ҳоле ки барои геометрияи прототипи ниҳоӣ ларзиши назариявӣ %0,51 гузориш шудааст.

Чаро соиш ба хатои ҳалқаи кушода оварда мерасонад?

Мутобиқати идеалии фишор–кунҷ дар силиндрҳои воқеӣ аз сабаби соиши хушк ва инерсияи қисмҳои ҳаракаткунанда мустақиман ба амал намеояд. Муҳаққиқон массаи ҳаракаткунандаро барои ҳар силиндр тақрибан 120 g, қувваи тахминии инерсияро 1,3 N ва соиши миёнаи таҷрибавии хушки поршенро тақрибан 7 N арзёбӣ мекунанд.

Қувваи содакардашудаи самараноки поршен:

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

навишта мешавад. Дар ин ҷо \(F_f\) қувваи соиши хушк ва \(F_i\) саҳми инерсияро ифода мекунад. Азбаски ин муқовимат боиси қафо мондани вал аз кунҷи фармоншуда мешавад, режими дуюми идоракунӣ соишро бо фишори feedforward-и доимӣ ҷуброн мекунад.

Ҷуброни feedforward-и соиш чӣ гуна кор мекунад?

Аввал самти ҳаракат аз фарқи байни кунҷи ҳадаф \(\omega\) ва кунҷи ҷории вал \(\omega_c\) муайян карда мешавад:

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

Самти ҳаракати поршен бо фазаи кривошип якҷо арзёбӣ шуда:

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

аломат сохта мешавад. Сипас фишор:

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

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

ислоҳ карда мешавад. Ҳамин тавр, фишори поршен вобаста ба самти ҳаракат зиёд ё кам мешавад. Барои диаметри поршени 20 mm ва штангаи поршени 10 mm, фарқи фишори доимии feedforward, ки дар прототип ҳисоб шудааст, 0,64 bar мебошад.

Маҳдудияти асосии ин ҳалли масъала дар он аст, ки ҷуброн ба фарзияи муқовимати доимӣ такя мекунад. Агар моменти бор тағйир ёбад, қимати собити feedforward дигар метавонад муқовимати воқеии умумиро пурра ифода накунад.

Идоракунии ҳалқаи пӯшидаи PD чиро тағйир медиҳад?

Дар режими сеюм энкодери вал ба бозхурд дохил карда мешавад. Контроллери PD кӯтоҳтарин фарқи даврашакл байни кунҷи ҳадаф ва кунҷи ченшударо истифода мебарад. Барои коҳиш додани таъсири derivative kick, узви ҳосила на аз ҳосилаи мустақими хато, балки аз ҳаракати кунҷии ченшуда ҳисоб карда мешавад.

Дар манбаъ сохтори асосии идоракунии дискретӣ чунин дода шудааст:

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

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

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

ва кунҷи фармон бо татбиқи маҳдудияти суръат қадам ба қадам нав карда мешавад. Ҳама кунҷҳо ба диапазони 0–\(2\pi\) печонда мешаванд; хато бошад барои интихоби роҳи кӯтоҳтарин дар диапазони \((-\pi,\pi]\) нигоҳ дошта мешавад.

Дар прототип коэффициентҳои PD дастӣ ҳамчун \(K_p=0,1\) ва \(K_d=0,01\) интихоб шудаанд. Вақти намунагирӣ 0,01 s ва ҳадди суръати кунҷии фармон \(\pi\) rad/s мебошад. Контроллер минтақаи мурдаи ±0,3° дорад.

Чаро прототипи ниҳоӣ на се, балки шаш силиндр истифода мебарад?

Принсипи асосии кор се меҳвари пневматикӣ мебошад, ки ба се фаза мувофиқанд; аммо дар прототипи воқеии механикӣ барои ҳар фаза ду силиндри муқобил истифода шуда, ҳамагӣ се ҷуфти силиндр сохта шудааст. Сабаб дар он аст, ки қувваҳои паҳлуии аз геометрияи кривошип ба штангаи поршени як силиндр таъсиркунанда метавонанд штангаро хам карда, дар сарпӯши силиндр басташавии соишӣ ба вуҷуд оранд.

Модели 3D ва акси прототип дар Расми 7-и таҳқиқот ҷойгиршавии муқобили силиндрҳоро атрофи вали марказӣ равшан нишон медиҳад. Маҷмӯи дуюми силиндрҳо барои мувозинат кардани қувваҳои паҳлуӣ, ҷойгир кардани пайванди шатун байни ду штангаи поршен ва ҳамзамон зиёд кардани иқтидори умумии қувва/момент истифода шудааст.

Диаметри поршени силиндрҳои истифодашуда 20 mm, диаметри штангаи поршен 10 mm ва рафти номиналӣ 15 mm мебошад. Бо сабаби захираи механикии бехатарӣ рафти самараноки 14 mm истифода мешавад. Дар сохтори ниҳоӣ радиуси кривошип 7 mm ва дарозии шатун 70 mm аст. Дар ҳисоби манбаъ қувваи максималии тела барои як силиндр 135 N ва моменти умумии миёнаи назариявӣ 1,4 N·m дода шудааст.

Кадом қисмҳо бо принтери 3D истеҳсол шуданд?

Ғайр аз валҳои баромад ва подшипникҳо, бисёр унсурҳои механикии прототип, аз ҷумла қисмҳои пайвасткунии вали кривошип, бо чопи 3D истеҳсол шудаанд. Дар манбаъ мавод PLA-и таъиноти умумӣ; диаметри nozzle 0,4 mm, баландии қабат 0,2 mm, шумораи деворҳо 4 ва фоизи пуркунӣ %30 нишон дода шудааст.

Гарчанде ин усули истеҳсол прототипсозиро осон кардааст, он яке аз сабабҳои асосии маҳдудияти таҷрибавӣ низ мебошад: муҳаққиқон аз сабаби хавфи ҷудошавӣ ё осеб дидани унсурҳои вали кривошипи чопшудаи 3D ҳангоми татбиқи бори баланди беруна натавонистаанд валро бо моменти баланд бор кунанд.

Симулятсияи функсионалӣ чиро нишон дод?

Пеш аз истеҳсоли прототип механизм дар CoppeliaSim v4.10 моделсозӣ шудааст. Корбар метавонад аз интерфейси симулятсия кунҷи ҳадафии вал ва моменти демпфирии муқовиматро тағйир диҳад. Дар манбаъ зери 0,1 N·m моменти муқовимати доимӣ дар мавқеъгузории мутлақи ҳалқаи кушода тақрибан 1,2° ақибмонии вал мушоҳида шудааст.

Ин натиҷаи симулятсия далели марҳилаи тарҳ аст, ки ғояи истифодаи ислоҳи доимии feedforward бар зидди соишро дар механизми воқеӣ дастгирӣ мекунад; он тасдиқи таҷрибавии момент зери бори воқеӣ нест.

Дастгоҳи таҷрибавӣ аз кадом таҷҳизот иборат аст?

• Силиндрҳо: SMC CQSB20-15DM.
• Танзимгарҳои мутаносиби фишор: FESTO VEAB-L-26-D9-Q4-V1-1R1.
• PLC: Siemens S7-1214C.
• Модулҳои аналогӣ: Siemens SM1231 ва SM1232.
• Энкодер: 400 CPR, 24 V DC, энкодери инкременталии quadrature.
• Таъминоти ҳаво: ҳавои филтршудаи 6 bar, 110 L/min.

Азбаски энкодер дар режими ҳисобкунии 4× A/B истифода мешавад, дар як гардиши пурра 1600 count ба даст меояд. Ин қимат аз ҷиҳати назариявӣ ба 0,225° ҳалнокии кунҷи вал мувофиқат мекунад. Бозхурди танзимгарҳои фишор ба PLC ворид карда шуда, мушоҳида шудааст, ки се танзимгар дар диапазони 0,06–6 bar пайгирии фишори хеле монандро иҷро мекунанд.

Схемаи дастгоҳи таҷрибавӣ дар Расми 9 интиқоли set point аз компютер ба PLC, идора кардани се танзимгар тавассути се баромади аналогии PLC, пайваст шудани хатҳои фишор ба ҷуфтҳои силиндр ва бозгардонидани кунҷи вал аз ҷониби энкодер ба PLC-ро нишон медиҳад.

Санҷишҳои мавқеъгузорӣ чӣ гуна анҷом дода шуданд?

Барои вал силсилаҳои кунҷи ҳадаф бо фосилаҳои 120°, 90°, 60°, 30° ва 10° сохта шуданд. Ҳар маҷмӯи кунҷ ҳам дар самти соат (CW) ва ҳам баръакси самти соат (CCW) татбиқ шуд. Фармонҳои кунҷи ҳадаф аз скрипти Python 3.12 ба регистрҳои PLC Modbus фиристода шуданд; кунҷи ченшудаи энкодер бо скрипти дигари Python бо суръати 100 Hz сабт гардид.

Се режими идоракунӣ муқоиса шуданд:

1. Ҳалқаи кушодаи мустақим: танҳо фишорҳои синусоидалии назариявӣ.
2. Ҳалқаи кушода бо feedforward-и собит: ҷуброни соиши 0,64 bar вобаста ба самт ба фишорҳои назариявӣ.
3. Ҳалқаи пӯшидаи PD: идоракунии кунҷ бо бозхурди энкодер.

Дар таҷрибаҳои ҳалқаи кушодаи мустақим ва feedforward барои ҳар маҷмӯи кунҷ се иҷро, дар режими PD бошад аз сабаби мутобиқати баланди натиҷаҳо ду иҷро сабт шуда, дар графикҳо миёнаи онҳо истифода шудааст.

Чаро ҳалқаи кушодаи мустақим хатои равшан тавлид кард?

Ҳангоми татбиқи мустақими фишор, махсусан дар самти соат ақибмонии систематикии тақрибан 17° мушоҳида шуд. Дар миёнаҳои аз ҳамаи маҷмӯи кунҷҳои Ҷадвали 1 гирифташуда, хатои кунҷии CW −16,84° ва хатои CCW +3,22° гузориш шудааст.

Манбаъ ин фарқияти фармони мустақими фишорро бо васлкунии механикӣ, соиши поршен ва қувваҳои муқовимат алоқаманд мекунад. Ҳамчунин гуфта мешавад, ки дар ҳалқаи кушодаи мустақим аз сабаби сингулярияти механикӣ ҷаҳиши нисбии 180° ба таври устувор иҷро нашуда, бузургтарин қадами ягона дар санҷишҳо бо 120° маҳдуд шудааст.

Feedforward-и собит чӣ қадар беҳбудӣ дод?

Ҷуброни фишори собити 0,64 bar вобаста ба самт, ки соишро ифода мекунад, хатои мавқеъгузории ҳалқаи кушодаро ба таври ҷиддӣ коҳиш дод. Дар миёнаи ҳамаи маҷмӯи санҷишҳо хатои CW −2,03° ва хатои CCW −1,69° шуд. Муҳаққиқон гузориш медиҳанд, ки бо feedforward-и собит прототипи бе борро метавон тақрибан дар диапазони мавқеъгузории ±3° нигоҳ дошт.

Бо вуҷуди ин, ин муваффақият ба шароити муқовимати собит ё маълум вобаста аст. Моменти тағйирёбандаи бори вал метавонад берун аз офсети собите, ки дар ҷуброни соиш истифода мешавад, манбаи нави хато эҷод кунад.

Бозхурди PD ба кадом дақиқӣ расид?

Идоракунии PD аз ҷиҳати хатои кунҷӣ беҳтарин натиҷаро дод. Дар миёнаҳои Ҷадвали 1 хатои самти соат −0,21° ва хатои баръакси самти соат +0,22° мебошад. Ин қиматҳо бо минтақаи мурдаи ±0,3°-и контроллер мутобиқанд.

Нархи беҳбудии дақиқӣ суръат аст. Дар ҳалқаи кушодаи мустақим вақти миёнаи мавқеъгузорӣ барои CW 0,15 s ва барои CCW 0,16 s буд, дар ҳоле ки дар идоракунии PD мутаносибан 0,79 s ва 0,81 s чен шудааст. Муҳаққиқон мегӯянд, ки маҳдудияти суръат махсусан барои кам кардани ларзиш ва overshoot ба таври консервативӣ интихоб шудааст.

Ҳангоми якҷо арзёбӣ кардани Ҷадвали 1 ва Расмҳои 10–24 тамоюли асосӣ равшан аст: коммутатсияи назариявии фишор метавонад механизмро ҳаракат диҳад, feedforward-и собити соиш хатои систематикии ҳалқаи кушодаро ба таври назаррас коҳиш медиҳад ва идоракунии PD бо бозхурди энкодер хатои ниҳоии мавқеъгузориро тақрибан ба сатҳи ±0,3° мерасонад.

Такроршавандагӣ чӣ гуна тағйир меёбад?

Такроршавандагии миёна дар самти соат дар ҳалқаи кушодаи мустақим 0,41°, бо feedforward-и собит 0,39° ва дар идоракунии PD 0,18° мебошад. Дар самти баръакси соат мутаносибан 0,39°, 0,58° ва 0,15° гузориш шудааст.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки ҳатто агар дақиқии мутлақ дар ҳалқаи кушода бадтар шавад, ҳамон сегонаи фишор метавонад такроран ба мавқеи механикии шабеҳ расад. Аммо такроршавандагӣ ва дақиқӣ як чиз нестанд: система метавонад ба ҳамон мавқеи нодуруст бо такроршавандагии баланд равад. Ин таҳқиқот махсусан дар режими ҳалқаи кушодаи мустақим ин фарқиятро равшан мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Коммутатсияи фишори синусоидалии сефазаи ҷобаҷошуда метавонад барои тавлиди мавқеи кунҷӣ дар тамоми гардиши пурра дар механизми радиалии пневматикии сефаза истифода шавад.
• Дар прототипи бе бор feedforward-и собити соиш хатои мавқеъгузории ҳалқаи кушодаро нисбат ба идоракунии мустақими фишор ба таври назаррас кам кардааст.
• Идоракунии PD бо бозхурди энкодер дар прототипи бе бор тақрибан ±0,3° дақиқии мавқеъгузорӣ таъмин кардааст.
• Дар прототип дар ҳамаи режимҳои идоракунӣ такроршавандагии баланд ба даст омада, қимати миёна дар маҷмӯъ аз 0,5° камтар мондааст.
• Барои геометрияи ниҳоии механикӣ моменти умумии назариявӣ тақрибан 1,4 N·m ва ларзиши назариявии момент %0,51 ҳисоб шудааст.
• Прототипи физикӣ бо силиндрҳои стандартӣ, танзимгарҳои тиҷоратии мутаносиби фишор ва PLC-и стандартӣ амалӣ шудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё санҷида нашудаанд

• Қиматҳои дақиқии ±3° ва ±0,3° зери бори беруна тасдиқ нашудаанд.
• Таҳқиқот исбот намекунад, ки дақиқии feedforward-и ҳалқаи кушода зери моменти бори тағйирёбанда нигоҳ дошта мешавад.
• Қимати 1,4 N·m моменти пайвастаи баромаде нест, ки бо load cell таҷрибавӣ чен шудааст; он ҳисоби миёнаи назариявии момент мебошад.
• Ларзиши моменти %0,51 ба ҳисоби назариявии геометрӣ асос ёфтааст.
• Санҷишҳои умри сиклии дарозмуддат, хастагӣ, оптимизатсияи масрафи ҳаво ва устувории саноатӣ анҷом дода нашудаанд.
• Сохтори механикии ҳалқаи кушодаи бе ҷузъҳои электромагнитӣ ҳамчун татбиқи эҳтимолӣ муҳокима мешавад; таҳқиқот сертификатсияи расмии мутобиқат ба MRI ё тасдиқи сатҳи системаро пешниҳод намекунад.
• Прототип дар ҳолати кунунӣ нишон намедиҳад, ки ҳамаи хусусиятҳои иҷроии сервомоторҳои барқии тиҷоратиро мустақиман иваз мекунад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Параметрҳои прототипи механикӣ ва пневматикӣ

Параметрҳои идоракунӣ ва ченкунӣ

Иҷрои миёнаи таҷрибавии се режими идоракунӣ

Ҷадвали зер сатрҳои миёнаи Ҷадвали 1-и таҳқиқотро нигоҳ медорад. Азбаски маънои аломати хатои кунҷӣ вобаста ба самти ҳаракат фарқ мекунад, аломатҳо ҳамон тавре, ки дар манбаъ дода шудаанд, нигоҳ дошта шудаанд.

Ин муқоиса нишон медиҳад, ки дар прототип мубодилаи равшани дақиқӣ–суръат вуҷуд дорад. Режимҳои ҳалқаи кушода тақрибан дар 0,15–0,16 сония мавқеъ мегиранд, дар ҳоле ки режими PD тақрибан 0,8 сония талаб мекунад; бар ивази ин, идоракунии PD хатои ниҳоии кунҷиро тақрибан ба дараҷаи даҳяки дараҷа коҳиш медиҳад.

Тафсири натиҷаҳои таҷрибавӣ мувофиқи андозаи қадами кунҷ

Расмҳои 10–14 ҷавобҳои замонии ҳалқаи кушодаи мустақим, Расмҳои 15–19 feedforward-и собит ва Расмҳои 20–24 режимҳои PD-ро барои маҷмӯи фармонҳои 120°, 90°, 60°, 30° ва 10° нишон медиҳанд. Дар қадамҳои калон гузаришҳои фишор ва ҳаракати механикӣ равшантар мебошанд, дар ҳоле ки дар қадамҳои 10° каҷхат ба профили гардиши пайваста наздик мешавад.

Дар режими мустақим кунҷи ченшуда махсусан дар самти CW аз зинаи ҳадаф ба таври равшан қафо мемонад. Бо татбиқи feedforward каҷхатҳои ченшуда ба қадамҳои ҳадаф хеле наздиктар ҳаракат мекунанд. Дар режими PD бошад кунҷи ченшуда бо ёрии бозхурд ба set point мерасад; аммо аз сабаби маҳдудияти суръати интихобкардаи муҳаққиқон давомнокии гузаришҳо зиёд мешавад.

Натиҷаи момент таҷрибавӣ аст ё назариявӣ?

Моменти миёнаи 1,4 N·m ва ларзиши моменти %0,51 ҳисобҳои назариявии механикӣ мебошанд. Азбаски дар таҷрибаҳо бори баланди беруна татбиқ нашудааст, таҳқиқот ин қиматҳоро ҳамчун хусусияти бор–момент, ки бо динамометр ё сенсори бор тасдиқ шудааст, пешниҳод намекунад.

Ин фарқ махсусан дар арзёбии татбиқ муҳим аст. Дар ҳоле ки дақиқии мавқеъгузорӣ аз прототипи воқеии физикӣ чен шудааст, ҳамвории ниҳоии момент аз муносибатҳои механикӣ ва фишории модели манбаъ ҳисоб карда шудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҷрибавӣ

• Модели аналитикӣ, симулятсияи механикӣ ва прототипи физикӣ дар як таҳқиқот муттаҳид шудаанд.
• Се равиши гуногуни идоракунӣ дар ҳамон механизм муқоиса шудаанд.
• Дар ҳар ду самти CW ва CCW панҷ қадами гуногуни кунҷ санҷида шудаанд.
• Таҷрибаҳои ҳалқаи кушода такроран иҷро шуда, такроршавандагӣ алоҳида гузориш шудааст.
• Силиндр, танзимгар ва ҷузъҳои PLC-и стандартии дар саноат дастрас истифода шудаанд.
• Псевдокоди муфассали алгоритми идоракунии PLC дар Замимаи A дода шуда, такрористеҳсолкунӣ дастгирӣ шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ

• Санҷишҳои мавқеъгузорӣ бе бори беруна дар вал анҷом дода шудаанд.
• Қисмҳои вали кривошипи чопшудаи 3D санҷиши бори баландро маҳдуд карданд.
• Коэффициентҳои PD бо алгоритми оптимизатсия не, балки дастӣ танзим шудаанд.
• Ҷуброни feedforward ба равиши соиш/муқовимати собит такя мекунад.
• Таҷрибаҳои бори тағйирёбанда, фарсудашавии дарозмуддат ва умри сикл анҷом дода нашудаанд.
• Масрафи ҳаво ва самаранокии энергетикӣ ҳамчун меъёри асосии иҷро ба таври миқдорӣ муқоиса нашудаанд.
• Дар манбаъ дар намоиши нисбати дарозии кривошип–шатун номутобиқати намоёни нисбати баръакс/нотатсия вуҷуд дорад.

Самтҳои кори оянда

Муҳаққиқон ният доранд бо механизми кривошипи қавитар санҷишҳои бори тағйирёбанда анҷом диҳанд, ҳудудҳои бори ҷуброни feedforward-ро муайян кунанд ва идоракунии ҳалқаи пӯшидаро оптимизатсия кунанд. Ҳамчунин муҳокима мешавад, ки ҳамон механизм метавонад ба вазифаҳои монанди сервомотор, аз ҷумла мавқеъгузории мутлақ ё инкременталии чандгардишӣ, идоракунии суръат, идоракунии момент ва тормозкунии ист, васеъ карда шавад.

Дар таҳқиқот инчунин омӯзиши усули сенсор/энкодере, ки бидуни истифодаи унсурҳои барқӣ ё магнитӣ бозхурди мавқеъро таъмин карда метавонад, ҳамчун яке аз ҳадафҳои оянда зикр шудааст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:A Novel Type of Pneumatic Rotary Positioner Using Three-Phase Pressure Commutation.

Муаллифон, бо тартиби манбаъ: Valentin Ciupe; Robert Kristof; Ghadeer Ismael.

Саҳми баробар/ҳаммуаллифи аввал: Дар манбаъ изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Robert Kristof.

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

Навъи манбаъ ва ҳолати рецензия: Мақолаи аслии таҳқиқотиест, ки аз рецензияи ҳамтоён гузаштааст.

Маҷалла:Actuators.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Шиносаи нашр: Actuators 2026, Volume 15, Article 192.

DOI: 10.3390/act15040192.

Раванди нашр: Қабул 31 январи 2026; бозбинӣ 26 марти 2026; пазируфта 29 марти 2026; нашр 31 марти 2026.

Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/act15040192.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution, CC BY. Мақола © 2026 аз ҷониби муаллифон ҳамчун кори дастрасии кушода нашр шудааст.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот гузориш медиҳад, ки маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии додаҳо: Зикр шудааст, ки додаҳо бо дархост дастрасанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон гузориш медиҳанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Ҳолати патент: Муаллифон мегӯянд, ки натиҷаҳои марбут ба дастгоҳи мавқеъгузории гардиши пневматикӣ, ки дар таҳқиқот пешниҳод шудааст, барои дархости патент истифода хоҳанд шуд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Valentin Ciupe; методология Valentin Ciupe; нармафзор Valentin Ciupe ва Robert Kristof; тасдиқ Valentin Ciupe, Robert Kristof ва Ghadeer Ismael; таҳлили формалӣ ва таҳқиқот Valentin Ciupe; захираҳо Valentin Ciupe ва Robert Kristof; идоракунии додаҳо Valentin Ciupe ва Ghadeer Ismael; лоиҳаи аввал Valentin Ciupe; бозбинӣ ва таҳрир Valentin Ciupe ва Robert Kristof; визуализатсия Valentin Ciupe ва Ghadeer Ismael; назорат, идоракунии лоиҳа ва ҷалби маблағгузорӣ Valentin Ciupe эълом шудааст.

Изҳороти истифодаи зеҳни сунъӣ: Муаллифон ошкоро изҳор кардаанд, ки ҳангоми омода кардани мақола ChatGPT v5.1-ро барои баррасии библиография, сохтани баъзе қисмҳои барномаҳо ва формат кардани файлҳои қиматҳои сабтшуда истифода кардаанд; натиҷаҳоро бозбинӣ ва таҳрир карда, масъулияти мазмуни нашрро қабул мекунанд.

Огоҳии нотатсияи дохили манбаъ: Байни нисбати `r/l`, ки дар матн барои дарозии кривошип \(r\) ва дарозии шатун \(l\) истифода шудааст, ва нисбати аз қиматҳои геометрии додашуда ҳисобшуда баръаксии намоён вуҷуд дорад. Таҳқиқот дар баъзе ҷойҳо нисбатҳои 7,1 ва 10-ро ҳамчун `r/l` ифода мекунад, дар ҳоле ки қиматҳои \(r=7\) mm ва \(l=50\) ё 70 mm ин нисбатҳоро мустақиман намедиҳанд. Ин матни Verianla ифодаи манбаъро хомӯшона ислоҳ накардааст.

Ҳадди асосии илмӣ: Гарчанде прототипи физикӣ ва таҷрибаҳои мавқеъгузории кунҷӣ воқеӣ мебошанд, ҳамаи санҷишҳои мавқеъгузорӣ бе татбиқи бори беруна анҷом дода шудаанд. Сабаби асосӣ хавфи осеб дидани қисмҳои вали кривошипи чопшудаи 3D дар прототип зери бори баланд мебошад. Аз ин рӯ, қиматҳои мавқеъгузории ҳалқаи кушодаи ±3° ва PD-и ±0,3° ҳанӯз дар шароити воқеии саноатии борбардор тасдиқ нашудаанд. Моменти миёнаи 1,4 N·m ва ларзиши моменти %0,51 низ натиҷаҳои ҳисоби назариявӣ мебошанд, на санҷиши таҷрибавии бор.

Манбаи мазмуни илмӣ: Тавсифи механизм, муодилаҳо, хусусиятҳои прототип, шароити симулятсия, параметрҳои идоракунӣ, натиҷаҳои рақамӣ, ҷадвалҳо ва маҳдудиятҳо дар ин мақолаи Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд; берун аз манбаъ ягон натиҷаи нави таҷрибавӣ ё техникӣ илова нашудааст.