Energy Efficient Position Tracking Control of a Discrete Displacement Cylinder
Authors
Mateos Amez, Mitchell Uhrskov ; Philipsen, Jesper Smidt
Term
4. term
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-05-31
Pages
90
Abstract
This master’s thesis investigates energy-efficient position tracking of a digital displacement cylinder (DDC). The research question is how to track a position reference while minimizing energy loss in a multi-chamber hydraulic actuator that can produce only discrete force levels. A dynamic model of the hydraulic setup—a three-chamber cylinder connected via nine digital flow control units to three pressure lines and coupled through a sled to a symmetric load cylinder—was derived and validated. A Knuckle Boom crane serves as a realistic application case to generate reference and disturbance profiles, with a design target of 0.02 m RMS tracking error. Two control structures were compared: a linear quadratic controller proved unsuitable, while a classical PI controller with force output works when combined with algorithms that map the continuous controller demand to available discrete forces. Four force selection/switching strategies were tested; the best chooses the energy-optimal switch within a 10 kN force band at a 0.06 s sampling interval. Relative to a benchmark, this strategy reduces total energy loss by 59% while maintaining position tracking on a discrete-force actuator.
Denne masterafhandling undersøger energieffektiv positionssporing af en digital fortrængningscylinder (DDC). Forskningsspørgsmålet er, hvordan man kan følge en positionsreference og samtidig minimere energitab i en flerkammer hydraulisk aktuator, der kun kan generere diskrete kraftniveauer. Der er afledt og valideret en dynamisk model af det hydrauliske setup – en trekammercylinder forbundet via ni digitale flowkontrolenheder til tre trykliner og koblet via en slæde til en symmetrisk lastcylinder. Som realistisk anvendelsescase anvendes en knækbom-kran til at skabe reference- og forstyrrelsesprofiler, og der fastsættes et designmål for RMS-sporingsfejl på 0,02 m. To styrestrukturer sammenlignes: en lineær-kvadratisk regulator viste sig uegnet, mens en klassisk PI-regulator med kraft som udgang fungerer i kombination med algoritmer, der omsætter det kontinuerte regulatorbehov til tilgængelige diskrete kræfter. Fire kraftvalgs-/skiftningsstrategier testes; den bedste vælger det energimæssigt optimale skift inden for et kraftbånd på 10 kN med en samplingstid på 0,06 s. Sammenlignet med en benchmark reducerer denne strategi det samlede energitab med 59%, samtidig med at positionssporing opretholdes på en aktuator med diskret kraft.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]