Ushbu tadqiqot elektr dvigatellaridagi uch fazali ishlash prinsipiga o‘xshash tarzda fazasi siljitilgan sinusoidal havo bosimlari bilan uch porshenli radial mexanizmni boshqarib, uzluksiz aylana oladigan va burchak bo‘yicha pozitsiyalanadigan pnevmatik aktuatorni ishlab chiqadi. Tadqiqotchilar porshen kinematikasi va moment hosil bo‘lishini analitik ravishda modellashtirgan, CoppeliaSim muhitida mexanik xatti-harakatni sinagan va standart sanoat silindrlari, uchta proporsional bosim regulyatori, PLC hamda enkoderdan foydalanib jismoniy prototip yaratgan. Yuksiz tajribalarda doimiy ishqalanish feedforward'i qo‘llangan ochiq kontur boshqaruv taxminan ±3° pozitsiyalash aniqligini, PD yopiq kontur boshqaruv esa ±0,3° aniqlikni ta’minlagan. Ochiq kontur pozitsiyalash vaqti o‘rtacha taxminan 0,2 soniyadan past bo‘lgan, PD boshqaruvida esa o‘rtacha taxminan 0,81 soniyagacha oshgan. Natijalar umidli bo‘lsa-da, prototip tashqi yuk ostida sinovdan o‘tkazilmagani sababli keltirilgan pozitsiyalash aniqliklarini real yuk ko‘taruvchi sanoat ilovalariga bevosita ko‘chirish mumkin emas.

Taklif etilgan tuzilmaning asosiy farqi uchta pnevmatik silindrni bir-biridan mustaqil chiziqli aktuatorlar kabi boshqarish o‘rniga, ularning bosimlarini 120° faza siljishi bilan yagona tizim sifatida boshqarishidir. Har bir val burchagi uchun uchta silindrga qo‘llanadigan bosimlarning noyob kombinatsiyasi hisoblanadi. Shu tariqa bosim taqsimoti uch fazali elektr dvigateldagi aylanuvchi maydonning pnevmatik analogi kabi ishlaydi va tirsakli valni kerakli burchak holatiga yo‘naltiradi.

Yakuniy texnik prototip taxminan 94 mm diametr va 110 mm chuqurlikdagi ixcham tuzilishga ega. Manba modelida o‘rtacha nazariy umumiy moment 1,4 N·m, nazariy moment pulsatsiyasi esa %0,51 deb hisoblangan. Pozitsiyalash takrorlanuvchanligi barcha boshqaruv rejimlari bo‘yicha o‘rtacha 0,5° dan past deb bildirilgan. Ochiq kontur ishlatishda pozitsioner bilan boshqaruv tizimi o‘rtasida faqat uchta pnevmatik liniya qoldirilishi mumkinligi, qurilma tomonida elektromagnit komponent bo‘lmagan ilovalar uchun alohida afzallik sifatida muhokama qilinadi.

Turkiya nuqtayi nazaridan tadqiqot mashina avtomatizatsiyasi, pnevmatik mexatronika, maxsus robotik qurilmalar va elektromagnit maydondan foydalanish istalmaydigan maxsus ish muhitlari uchun o‘rganilishi mumkin bo‘lgan muqobil aktuator arxitekturasini taklif etadi. Biroq Turkiyadagi istalgan sanoat ilovasiga o‘tishdan oldin o‘zgaruvchan yuk ostidagi pozitsiya aniqligi, uzoq muddatli mexanik chidamlilik, real yuk-moment egri chizig‘i, havo sarfi, bosim yo‘qotishlari, sikl umri va xavfsizlik xatti-harakati alohida tasdiqlanishi kerak. Manbadagi yuksiz prototip natijalari seriyali ishlab chiqarishga tayyor pnevmatik servo motor ko‘rsatkichi sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Tadqiqot hal qilishga urinayotgan muammo nima?

Pnevmatik tizimlar yuqori quvvat zichligi, konstruktiv soddalik va ayrim maxsus muhitlardagi xavfsizlik afzalliklari sababli sanoat avtomatizatsiyasida keng qo‘llanadi. Biroq pnevmatik aylanuvchi aktuatorlarning katta qismi uzluksiz aylanish uchun havo motori yoki cheklangan burchak harakati uchun rack-and-pinion va qanotli yarim aylanuvchi aktuator shaklida ishlaydi. Tadqiqotchilar nishonga olgan bo‘shliq pnevmatik texnologiya yordamida to‘liq aylana yoki ko‘p aylanishli burchak bo‘yicha pozitsiyalashni past tezlikda silliq moment hosil qilish bilan bitta mexanizmda birlashtirishdir.

Tadqiqot taklif qilgan yechim uch silindrli radial motor geometriyasini uch fazali elektr motorining faza kommutatsiyasi g‘oyasi bilan birlashtiradi. Silindrlar tirsak o‘qi atrofida \(2\pi/3\), ya’ni 120° burchak oraliqlarida joylashtiriladi. Har bir silindrdagi bosim alohida proporsional regulyator orqali boshqariladi va bosim buyruqlari bir-biridan 120° fazaga siljitilgan sinus funksiyalari bilan hosil qilinadi.

Uch fazali bosim maydoni qanday hosil qilinadi?

Manba prototipida regulyatorlarning ish oralig‘i 0–6 bar bo‘lgani sababli sinus to‘lqini manfiy bosim hosil qilmasligi uchun avval o‘rta bosim ofseti belgilanadi:

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

Birinchi nazariy ko‘rsatishda uchta bosim 120° faza farqi bilan quyidagicha hosil qilinadi:

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

Bu yerda \(\omega\) maqsad val burchagidir. Bosimlarning har biri 0 dan 6 bargacha o‘zgaradi, uchta egri chiziq esa bir-biridan 120° siljitilgan. Tadqiqotning 3-rasmidagi bosim grafigida bir silindr yuqori bosimga yaqinlashganda boshqalari turli fazalarda bosim hosil qilishi va ushbu naqsh 360° davomida uzluksiz takrorlanishi ko‘rinadi.

Jismoniy nol holatida birinchi silindr yuqori o‘lik nuqtada bo‘lishi kerakligi sababli faza maydoni qo‘shimcha ravishda siljitiladi:

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

va silindr bosimlari:

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

tarzida hisoblanadi. Ideal farazlar ostida har bir maqsad burchagi turli uchlik bosim kombinatsiyasini hosil qilgani sababli, tadqiqotchilar bu munosabatni ochiq kontur mutlaq burchak bo‘yicha pozitsiyalashning asosi sifatida ishlatadilar.

Bosim valda qanday moment hosil qiladi?

Porshen bosimi porshenda chiziqli kuch hosil qiladi, shatun–tirsak mexanizmi esa ushbu kuchni valdagi momentga aylantiradi. Bitta porshenning nazariy moment hissasi manbada:

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

ko‘rinishida berilgan. Bu yerda \(F_p\) porshen bosimidan kelib chiqadigan kuch, \(r\) tirsak radiusi va \(\theta\) tirsak bilan shatun orasidagi burchakdir.

Slider–crank geometriyasidan foydalanib:

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

munosabati o‘rnatiladi. Shunga ko‘ra har bir silindrning moment hissasi:

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

va umumiy val momenti:

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

tarzida hisoblanadi.

Uchta silindr tufayli umumiy moment pulsatsiyasi har to‘liq aylanishda uch marta takrorlanadi:

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

Manbaning moment pulsatsiyasi mezoni esa:

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

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

tarzida aniqlanadi. Mexanizm geometriyasi to‘g‘ri tanlanganda uchta porshenning moment hissalari bir-birini to‘ldirishi orqali valdagi umumiy momentni deyarli doimiy saqlash maqsad qilinadi.

Nega manbadagi tirsak–shatun nisbatiga ehtiyotkor qarash kerak?

Tadqiqotda past moment pulsatsiyasi uchun nisbat bir nechta joyda \(r/l\) sifatida yozilgan va 7,1 yoki 10 kabi qiymatlar bilan ifodalangan. Biroq ayni tadqiqotda \(r=7\) mm va \(l=50\) mm yoki \(l=70\) mm geometriyalari berilgani sababli bevosita hisoblangan \(r/l\) mos ravishda 0,14 va 0,10 dir. Shu sababli matndagi nisbat nomi bilan ishlatilgan sonli nisbat o‘rtasida ko‘rinadigan teskari holat mavjud. Verianla matni ushbu ifodani avtomatik ravishda \(l/r\) ko‘rinishida tuzatmaydi; agar dizayn hisobida foydalanilsa, asl tadqiqot va mualliflar orqali tekshirilishi kerak.

Manbaning o‘z sonli simulyatsiyasida 7,1 deb atalgan uzun shatun konfiguratsiyasi taxminan %1 moment pulsatsiyasi hosil qilgan bo‘lsa, yakuniy prototip geometriyasi uchun nazariy pulsatsiya %0,51 deb hisobot qilingan.

Ishqalanish nega ochiq kontur xatosiga olib keladi?

Ideal bosim–burchak mosligi real silindrlarda quruq ishqalanish va harakatlanuvchi qismlarning inertsiya kuchi sababli to‘g‘ridan-to‘g‘ri yuzaga kelmaydi. Tadqiqotchilar har bir silindr uchun harakatlanuvchi massani taxminan 120 g, taxminiy inertsiya kuchini 1,3 N va tajribaviy o‘rtacha quruq porshen ishqalanishini taxminan 7 N deb baholaydilar.

Soddalashtirilgan samarali porshen kuchi:

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

tarzida yoziladi. Bu yerda \(F_f\) quruq ishqalanish kuchini, \(F_i\) esa inertsiya hissasini ifodalaydi. Ushbu qarshilik valning buyurilgan burchakdan ortda qolishiga sabab bo‘lgani uchun ikkinchi boshqaruv rejimi ishqalanishni doimiy feedforward bosimi bilan kompensatsiya qiladi.

Feedforward ishqalanish kompensatsiyasi qanday ishlaydi?

Avval maqsad burchagi \(\omega\) bilan joriy val burchagi \(\omega_c\) orasidan harakat yo‘nalishi aniqlanadi:

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

Porshenning harakat yo‘nalishi tirsak fazasi bilan birga baholanib:

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

belgisi hosil qilinadi. Keyin bosim:

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

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

tarzida tuzatiladi. Shunday qilib porshen bosimi harakat yo‘nalishiga qarab oshiriladi yoki kamaytiriladi. Ishlatilgan 20 mm porshen diametri va 10 mm porshen shtogi uchun prototipda hisoblangan doimiy feedforward bosim farqi 0,64 bar.

Bu yechimning asosiy chegarasi kompensatsiyaning doimiy qarshilik faraziga tayanishidir. Yuk momenti o‘zgarsa, doimiy feedforward qiymati ham haqiqiy umumiy qarshilikni to‘liq ifodalay olmay qolishi mumkin.

Yopiq kontur PD boshqaruvi nimani o‘zgartiradi?

Uchinchi rejimda val enkoderi teskari aloqaga qo‘shiladi. PD boshqaruvchisi maqsad burchagi bilan o‘lchangan burchak orasidagi eng qisqa aylana farqidan foydalanadi. Hosila hadi bevosita xato hosilasidan emas, o‘lchangan burchak harakatidan hisoblanib derivative kick ta’sirini kamaytirishga harakat qilinadi.

Manbada diskret boshqaruvning asosiy tuzilishi quyidagicha berilgan:

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

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

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

va buyruq burchagi tezlik chegarasi qo‘llanib bosqichma-bosqich yangilanadi. Barcha burchaklar 0–\(2\pi\) oralig‘iga o‘raladi; xato esa eng qisqa yo‘nalishni tanlash maqsadida \((-\pi,\pi]\) oralig‘ida saqlanadi.

Prototipda PD koeffitsiyentlari qo‘lda \(K_p=0,1\) va \(K_d=0,01\) qilib tanlangan. Namuna olish vaqti 0,01 s, buyruq burchak tezligi chegarasi esa \(\pi\) rad/s. Boshqaruvchida ±0,3° o‘lik zona mavjud.

Nega yakuniy prototip uch emas, olti silindrdan foydalanadi?

Asosiy ishlash prinsipi uch fazaga mos keladigan uchta pnevmatik o‘qdir; biroq real mexanik prototipda har bir faza uchun qarama-qarshi ikkita silindrdan foydalanilib, jami uchta silindr jufti yaratilgan. Buning sababi bitta silindrning porshen shtogiga tirsak geometriyasidan keladigan yon kuchlar porshen shtogini egib, silindr qopqog‘ida ishqalanish orqali qotib qolishga olib kelishi mumkinligidir.

Tadqiqotning 7-rasmidagi 3D model va prototip fotosurati silindrlarning markaziy val atrofida qarama-qarshi joylashuvini aniq ko‘rsatadi. Ikkinchi silindr to‘plami yon kuchlarni muvozanatlash, shatun ulanishini ikki porshen shtogi orasiga joylashtirish va ayni paytda umumiy kuch/moment imkoniyatini oshirish maqsadida ishlatilgan.

Ishlatilgan silindrlarning porshen diametri 20 mm, porshen shtogi diametri 10 mm va nominal yurishi 15 mm. Mexanik xavfsizlik zaxirasi sababli 14 mm samarali yurish ishlatilgan. Yakuniy tuzilmada tirsak radiusi 7 mm va shatun uzunligi 70 mm. Manba hisobida bitta silindr uchun maksimal itarish kuchi 135 N, umumiy o‘rtacha nazariy moment esa 1,4 N·m deb berilgan.

Qaysi qismlar 3D printer bilan ishlab chiqarilgan?

Chiqish vallari va podshipniklardan tashqari ko‘plab prototip mexanik elementlari, jumladan tirsak vali ulanish qismlari 3D bosma orqali ishlab chiqarilgan. Manbada material umumiy maqsadli PLA; nozzle diametri 0,4 mm, qatlam balandligi 0,2 mm, devorlar soni 4 va to‘ldirish darajasi %30 deb berilgan.

Ushbu ishlab chiqarish usuli prototiplashni osonlashtirgan bo‘lsa-da, tajribaviy cheklovning asosiy sabablaridan biri ham shu: tadqiqotchilar yuqori tashqi yuk qo‘llanganda 3D bosilgan tirsak vali elementlari ajralishi yoki shikastlanishi xavfi tufayli valni yuqori moment bilan yuklay olmagan.

Funksional simulyatsiya nimani ko‘rsatdi?

Prototip ishlab chiqarilishidan oldin mexanizm CoppeliaSim v4.10 ichida modellashtirilgan. Foydalanuvchi simulyatsiya interfeysidan maqsad val burchagini va qarshilik so‘nish momentini o‘zgartira oladi. Manbada 0,1 N·m doimiy qarshilik momenti ostida ochiq kontur mutlaq pozitsiyalashda taxminan 1,2° val kechikishi kuzatilgani bildirilgan.

Ushbu simulyatsiya natijasi real mexanizmda ishqalanishga qarshi doimiy feedforward tuzatishidan foydalanish g‘oyasini qo‘llab-quvvatlovchi dizayn bosqichi dalilidir; real yuk ostidagi tajribaviy moment tasdig‘i emas.

Tajriba qurilmasi qaysi apparatlardan iborat?

• Silindrlar: SMC CQSB20-15DM.
• Proporsional bosim regulyatorlari: FESTO VEAB-L-26-D9-Q4-V1-1R1.
• PLC: Siemens S7-1214C.
• Analog modullar: Siemens SM1231 va SM1232.
• Enkoder: 400 CPR, 24 V DC, inkremental quadrature enkoder.
• Havo ta’minoti: 6 bar filtrlangan havo, 110 L/min.

Enkoder 4× A/B sanash rejimida ishlatilgani uchun bir to‘liq aylanishda 1600 count olinadi. Bu qiymat nazariy jihatdan 0,225° val burchagi rezolyutsiyasiga mos keladi. Bosim regulyatorlarining teskari aloqalari PLC ga olib kirilgan va uch regulyatorning 0,06–6 bar oralig‘ida bir-biriga juda o‘xshash bosim kuzatuvini amalga oshirgani kuzatilgan.

Tajriba qurilmasining 9-rasmdagi sxemasi kompyuterdan kelgan set nuqtasining PLC ga uzatilishini, PLC ning uchta analog chiqish orqali uchta regulyatorni boshqarishini, bosim liniyalarining silindr juftlariga ulanishini va enkoderning val burchagini PLC ga qayta uzatishini ko‘rsatadi.

Pozitsiyalash sinovlari qanday amalga oshirildi?

Val uchun 120°, 90°, 60°, 30° va 10° oraliqli maqsad burchak ketma-ketliklari yaratildi. Har bir burchak to‘plami soat yo‘nalishida (CW) ham, soat yo‘nalishiga teskari (CCW) ham qo‘llandi. Maqsad burchak buyruqlari Python 3.12 skriptidan PLC Modbus registrlariga yuborildi; o‘lchangan enkoder burchagi boshqa Python skripti bilan 100 Hz tezlikda qayd etildi.

Uchta boshqaruv rejimi taqqoslandi:

1. To‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq kontur: faqat nazariy sinusoidal bosimlar.
2. Doimiy feedforward li ochiq kontur: nazariy bosimlarga yo‘nalishga bog‘liq 0,64 bar ishqalanish kompensatsiyasi.
3. PD yopiq kontur: enkoder teskari aloqali burchak boshqaruvi.

To‘g‘ridan-to‘g‘ri va feedforward ochiq kontur tajribalarida har bir burchak to‘plami uchun uchta ishga tushirish, PD rejimida esa natijalar yuqori darajada izchil bo‘lgani sababli ikkita ishga tushirish qayd etilib, grafiklarda ularning o‘rtacha qiymatlaridan foydalanilgan.

Nega to‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq kontur sezilarli xato hosil qildi?

To‘g‘ridan-to‘g‘ri bosim qo‘llashda ayniqsa soat yo‘nalishida taxminan 17° darajasida tizimli kechikish kuzatildi. 1-jadvaldagi barcha burchak to‘plaridan olingan o‘rtacha qiymatlarda CW burchak xatosi −16,84°, CCW xatosi esa +3,22° deb hisobot qilingan.

Manba to‘g‘ridan-to‘g‘ri bosim buyrug‘ida ko‘rilgan ushbu farqni mexanik yig‘ish, porshen ishqalanishi va qarshilik kuchlari bilan bog‘laydi. Shuningdek, to‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq konturda mexanik singulyarlik sababli 180° lik nisbiy sakrashni izchil amalga oshirib bo‘lmagani va sinovlarda eng katta bitta qadam 120° bilan cheklangani aytiladi.

Doimiy feedforward qancha yaxshilanish berdi?

Ishqalanishni ifodalovchi 0,64 bar yo‘nalishga bog‘liq doimiy bosim kompensatsiyasi ochiq kontur pozitsiyalash xatosini jiddiy kamaytirdi. Barcha sinov to‘plarining o‘rtacha qiymatida CW xato −2,03°, CCW xato esa −1,69° bo‘ldi. Tadqiqotchilar doimiy feedforward bilan yuksiz prototip taxminan ±3° pozitsiyalash diapazonida ushlab turilishi mumkinligini bildirishadi.

Biroq bu muvaffaqiyat doimiy yoki ma’lum qarshilik sharoitlariga bog‘liq. O‘zgaruvchan val yuk momenti ishqalanish kompensatsiyasida ishlatilgan doimiy ofsetdan tashqari yangi xato manbasini hosil qilishi mumkin.

PD teskari aloqa qanday aniqlikka erishdi?

PD boshqaruvi burchak xatosi bo‘yicha eng yaxshi natijani berdi. 1-jadval o‘rtacha qiymatlarida soat yo‘nalishidagi xato −0,21°, soat yo‘nalishiga teskari xato esa +0,22°. Ushbu qiymatlar boshqaruvchida ishlatilgan ±0,3° o‘lik zona bilan mos keladi.

Aniqlikdagi yaxshilanishning narxi tezlikdir. To‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq konturda o‘rtacha pozitsiyalash vaqti CW uchun 0,15 s va CCW uchun 0,16 s bo‘lgan bo‘lsa, PD boshqaruvida mos ravishda 0,79 s va 0,81 s deb o‘lchangan. Tadqiqotchilar tezlik chegarasi ayniqsa tebranish va overshoot ni kamaytirish uchun konservativ tanlanganini aytadi.

1-jadval va 10–24-rasmlar birgalikda baholanganda asosiy tendensiya ravshan: nazariy bosim kommutatsiyasi mexanizmni harakatlantira oladi, doimiy ishqalanish feedforward'i tizimli ochiq kontur xatosini katta darajada kamaytiradi va enkoder teskari aloqali PD boshqaruvi yakuniy pozitsiyalash xatosini taxminan ±0,3° darajasiga tushiradi.

Takrorlanuvchanlik qanday o‘zgaradi?

Soat yo‘nalishidagi o‘rtacha takrorlanuvchanlik to‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq konturda 0,41°, doimiy feedforward da 0,39° va PD boshqaruvida 0,18°. Soat yo‘nalishiga teskari harakatda mos ravishda 0,39°, 0,58° va 0,15° deb hisobot qilingan.

Ushbu natija ochiq konturda mutlaq aniqlik yomonlashgan bo‘lsa ham, ayni bosim uchligi o‘xshash mexanik holatga qayta-qayta yetib bora olishini ko‘rsatadi. Biroq takrorlanuvchanlik va aniqlik bir xil narsa emas: tizim ayni noto‘g‘ri holatga yuqori takrorlanuvchanlik bilan borishi mumkin. Ushbu tadqiqot ayniqsa to‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq kontur rejimida bu farqni yaqqol ko‘rsatadi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Uch fazaga siljitilgan sinusoidal bosim kommutatsiyasi uch fazali radial pnevmatik mexanizmda to‘liq aylanish bo‘ylab burchak holatini hosil qilish uchun qo‘llanishi mumkin.
• Yuksiz prototipda doimiy ishqalanish feedforward'i ochiq kontur pozitsiyalash xatosini to‘g‘ridan-to‘g‘ri bosim boshqaruviga nisbatan sezilarli darajada kamaytirgan.
• Enkoder teskari aloqali PD boshqaruvi yuksiz prototipda taxminan ±0,3° pozitsiyalash aniqligini ta’minlagan.
• Prototipda barcha boshqaruv rejimlarida yuqori takrorlanuvchanlikka erishilgan va o‘rtacha qiymat umuman 0,5° dan past bo‘lgan.
• Yakuniy mexanik geometriya uchun nazariy umumiy moment taxminan 1,4 N·m va nazariy moment pulsatsiyasi %0,51 deb hisoblangan.
• Standart silindrlar, tijoriy proporsional bosim regulyatorlari va standart PLC bilan ishlaydigan jismoniy prototip amalga oshirilgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan yoki sinamagan natijalar

• ±3° va ±0,3° aniqlik qiymatlari tashqi yuk ostida tasdiqlanmagan.
• Tadqiqot o‘zgaruvchan yuk momenti ostida ochiq kontur feedforward aniqligi saqlanishini isbotlamaydi.
• 1,4 N·m qiymati tajribaviy yuk hujayrasi bilan o‘lchangan uzluksiz chiqish momenti emas, balki nazariy o‘rtacha moment hisobidir.
• %0,51 moment pulsatsiyasi nazariy geometrik hisobga asoslangan.
• Uzoq muddatli sikl umri, charchash, havo sarfini optimallashtirish va sanoat chidamliligi sinovlari amalga oshirilmagan.
• Elektromagnit komponentlardan holi ochiq kontur mexanik tuzilma potensial ilova sifatida muhokama qilinadi; tadqiqot MRI mosligi bo‘yicha rasmiy sertifikatlash yoki tizim darajasidagi tasdiqni taqdim etmaydi.
• Prototip hozirgi holatida tijoriy elektr servomotorlarning barcha ishlash xususiyatlarini bevosita almashtira olishini ko‘rsatmaydi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Mexanik va pnevmatik prototip parametrlari

Boshqaruv va o‘lchash parametrlari

Uchta boshqaruv rejimining tajribaviy o‘rtacha ko‘rsatkichi

Quyidagi jadval tadqiqotning 1-jadvalidagi o‘rtacha qatorlarni saqlaydi. Burchak xatosi belgisi harakat yo‘nalishiga qarab turli ma’no anglatgani uchun belgilar manbada berilganidek qoldirilgan.

Ushbu taqqoslash prototipda sezilarli aniqlik–tezlik murosasi mavjudligini ko‘rsatadi. Ochiq kontur rejimlari taxminan 0,15–0,16 soniyada pozitsiyalansa, PD rejimi taxminan 0,8 soniyani talab qiladi; buning evaziga PD boshqaruvi yakuniy burchak xatosini taxminan o‘ndan bir daraja miqyosiga tushiradi.

Burchak qadam kattaligiga ko‘ra tajriba natijalarining talqini

10–14-rasmlar to‘g‘ridan-to‘g‘ri ochiq kontur, 15–19-rasmlar doimiy feedforward va 20–24-rasmlar PD rejimlarining 120°, 90°, 60°, 30° va 10° buyruq to‘plaridagi vaqt javoblarini ko‘rsatadi. Katta qadamlarda bosim va mexanik harakat o‘tishlari ko‘proq ko‘rinadi, 10° qadamlarda esa egri chiziq uzluksiz aylanish profiliga yaqinlashadi.

To‘g‘ridan-to‘g‘ri rejimda o‘lchangan burchak ayniqsa CW yo‘nalishida maqsad pog‘onasidan sezilarli darajada ortda qoladi. Feedforward qo‘llanganda o‘lchangan egri chiziqlar maqsad bosqichlariga ancha yaqin yuradi. PD rejimida esa o‘lchangan burchak teskari aloqa tufayli set nuqtasiga yetadi; biroq tadqiqotchilar tanlagan tezlik chegarasi sababli o‘tishlarning davomiyligi uzayadi.

Moment natijasi tajriba asosidami yoki nazariymi?

1,4 N·m o‘rtacha moment va %0,51 moment pulsatsiyasi nazariy mexanik hisob-kitoblardir. Tajribalarda yuqori tashqi yuk qo‘llanmagani sababli tadqiqot bu qiymatlarni dinamometr yoki yuk sensori bilan tasdiqlangan yuk-moment xarakteristikasi sifatida taqdim etmaydi.

Bu farq ayniqsa amaliyot bahosida muhim. Pozitsiyalash aniqligi haqiqiy jismoniy prototipdan o‘lchangan bo‘lsa, yakuniy moment silliqligi manba modelining mexanik va bosim munosabatlaridan hisoblangan.

Tajribaning kuchli tomonlari

• Analitik model, mexanik simulyatsiya va jismoniy prototip bir tadqiqotda birlashtirilgan.
• Uchta alohida boshqaruv yondashuvi ayni mexanizmda taqqoslangan.
• Ham CW, ham CCW yo‘nalishlarida beshta turli burchak qadami sinovdan o‘tkazilgan.
• Ochiq kontur tajribalari takroriy amalga oshirilgan va takrorlanuvchanlik alohida hisobot qilingan.
• Sanoatda mavjud standart silindr, regulyator va PLC komponentlari ishlatilgan.
• PLC boshqaruv algoritmining batafsil psevdokodi A-ilovada berilib, qayta ishlab chiqish imkoniyati qo‘llab-quvvatlangan.

Asosiy metodologik cheklovlar

• Pozitsiyalash sinovlari valda tashqi yuk bo‘lmasdan amalga oshirilgan.
• 3D bosilgan tirsak vali qismlari yuqori yuk sinovini cheklagan.
• PD koeffitsiyentlari optimallashtirish algoritmi bilan emas, qo‘lda sozlangan.
• Feedforward kompensatsiyasi doimiy ishqalanish/qarshilik yondashuviga tayanadi.
• O‘zgaruvchan yuk, uzoq muddatli yeyilish va sikl umri tajribalari o‘tkazilmagan.
• Havo sarfi va energiya samaradorligi asosiy ishlash mezoni sifatida miqdoriy ravishda taqqoslanmagan.
• Manbada tirsak–shatun uzunligi nisbatini ko‘rsatishda ko‘rinadigan teskari nisbat/notatsiya nomuvofiqligi mavjud.

Kelajakdagi tadqiqot yo‘nalishlari

Tadqiqotchilar kuchliroq tirsak mexanizmi bilan o‘zgaruvchan yuk sinovlarini o‘tkazishni, feedforward kompensatsiyasining yuk chegaralarini aniqlashni va yopiq kontur boshqaruvni optimallashtirishni rejalashtirmoqda. Shuningdek, ayni mexanizmni ko‘p aylanishli mutlaq yoki inkremental pozitsiyalash, tezlik boshqaruvi, moment boshqaruvi va to‘xtash tormozlanishi kabi servo motorga o‘xshash funksiyalarga kengaytirish mumkinligi muhokama qilinadi.

Tadqiqotda shuningdek elektr yoki magnit elementlardan foydalanmasdan pozitsiya teskari aloqasini ta’minlay oladigan sensor/enkoder usulini o‘rganish kelajakdagi maqsadlardan biri sifatida ko‘rsatilgan.

Manba va Usul Haqida Izoh

To‘liq asl tadqiqot nomi:A Novel Type of Pneumatic Rotary Positioner Using Three-Phase Pressure Commutation.

Mualliflar, manba tartibida: Valentin Ciupe; Robert Kristof; Ghadeer Ismael.

Teng hissa/teng birinchi muallif: Manbada teng hissa yoki teng birinchi muallif bayonoti yo‘q.

Mas’ul muallif: Robert Kristof.

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

Manba turi va taqriz holati: Taqrizdan o‘tgan original tadqiqot maqolasidir.

Jurnal:Actuators.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Nashr identifikatsiyasi: Actuators 2026, Volume 15, Article 192.

DOI: 10.3390/act15040192.

Nashr jarayoni: Qabul qilingan 31 yanvar 2026; qayta ko‘rib chiqish 26 mart 2026; qabul qilingan 29 mart 2026; nashr 31 mart 2026.

Rasmiy havola:https://doi.org/10.3390/act15040192.

Litsenziya: Creative Commons Attribution, CC BY. Maqola © 2026 mualliflar tomonidan nashr qilingan ochiq kirishdagi tadqiqotdir.

Moliyalashtirish: Tadqiqot tashqi moliyalashtirish olmaganini bildiradi.

Ma’lumotlar mavjudligi: Ma’lumotlar so‘rov bo‘yicha mavjud ekani ko‘rsatilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildiradi.

Patent holati: Mualliflar tadqiqotda taqdim etilgan pnevmatik aylanuvchi pozitsiyalash qurilmasiga oid natijalar patent arizasi uchun ishlatilishini bildiradi.

Mualliflar hissasi: Konseptuallashtirish Valentin Ciupe; metodologiya Valentin Ciupe; dasturiy ta’minot Valentin Ciupe va Robert Kristof; tasdiqlash Valentin Ciupe, Robert Kristof va Ghadeer Ismael; formal tahlil va tadqiqot Valentin Ciupe; resurslar Valentin Ciupe va Robert Kristof; ma’lumotlarni boshqarish Valentin Ciupe va Ghadeer Ismael; dastlabki qoralama Valentin Ciupe; ko‘rib chiqish va tahrirlash Valentin Ciupe va Robert Kristof; vizuallashtirish Valentin Ciupe va Ghadeer Ismael; nazorat, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirishni jalb qilish Valentin Ciupe deb bayon qilingan.

Sun’iy intellektdan foydalanish bayonoti: Mualliflar maqola tayyorlash jarayonida ChatGPT v5.1 dan bibliografiyani ko‘rib chiqish, dasturlarning ayrim qismlarini yaratish va qayd etilgan qiymatlar fayllarini formatlash maqsadlarida foydalanganlarini; natijalarni ko‘rib chiqib tahrir qilganlarini va nashr mazmuni uchun javobgarlikni o‘z zimmasiga olganlarini ochiq bildirgan.

Manba ichidagi notatsiya ogohlantirishi: Tirsak uzunligi \(r\) va shatun uzunligi \(l\) uchun matnda ishlatilgan `r/l` nisbati bilan berilgan geometrik qiymatlardan hisoblangan nisbat o‘rtasida ko‘rinadigan teskari holat mavjud. Tadqiqot ayrim joylarda 7,1 va 10 nisbatlarini `r/l` sifatida ifodalaydi, biroq \(r=7\) mm va \(l=50\) yoki 70 mm qiymatlari bevosita ushbu nisbatlarni bermaydi. Ushbu Verianla matni manba ifodasini yashirincha tuzatmagan.

Asosiy ilmiy chegara: Jismoniy prototip va burchak bo‘yicha pozitsiyalash tajribalari haqiqiy bo‘lsa-da, barcha pozitsiyalash sinovlari tashqi yuk qo‘llanmasdan amalga oshirilgan. Buning asosiy sababi prototipdagi 3D bosilgan tirsak vali qismlari yuqori yuk ostida shikastlanishi mumkin bo‘lgan xavfdir. Shu sababli ±3° ochiq kontur va ±0,3° PD pozitsiyalash qiymatlari yuk ko‘taruvchi real sanoat ish sharoitlarida hali tasdiqlanmagan. O‘rtacha 1,4 N·m moment bilan %0,51 moment pulsatsiyasi ham tajribaviy yuk sinovi emas, nazariy hisob natijalaridir.

Ilmiy mazmun manbai: Ushbu Verianla maqolasidagi mexanizm tavsifi, tenglamalar, prototip xususiyatlari, simulyatsiya sharoitlari, boshqaruv parametrlari, sonli natijalar, jadvallar va cheklovlar faqat ko‘rib chiqilgan tadqiqotga asoslanadi; manbadan tashqari yangi tajribaviy yoki texnik natija qo‘shilmagan.