Friction Modelling and Parameter Estimation for Hydraulic Asymmetrical Cylinders
Translated title
Friktions Modellering og Parameterestimering for Asymmetriske Hydrauliske Cylindere
Authors
Olesen, Casper ; Hvoldal, Mads
Term
2. term
Education
Publication year
2011
Submitted on
2011-05-31
Pages
100
Abstract
Dette speciale i Electro-Mechanical System Design ved Aalborg Universitet bygger på en hydraulisk testbænk for cylindre, oprindeligt designet af Daniel Henriksen i 2010. Testbænken blev videreudviklet med en mindre ændring: to servoventiler, i stedet for én, styrer den last, som påføres af en cylinder. Ved projektets start var testbænken ikke driftsklar, så de nødvendige elektriske printplader skulle konstrueres, dokumenteres og fremstilles. Der blev udviklet en samlet systemmodel baseret på fluidmekaniske sammenhænge og implementeret i Simulink (simulationssoftware). Modellen blev lineariseret for at kunne designe controllere til de valgte styringsstrategier, og controllerne blev evalueret med tilfredsstillende resultater. For at kunne afvikle styringen i den fysiske opstilling blev der programmeret kontrolsoftware i Code Composer Studio v4, hvilket muliggjorde semi-automatisk gennemførelse af forsøg samt en fremgangsmåde til bestemmelse af friktion. Litteraturen om friktion, herunder arbejde fra 1960'erne og frem, blev gennemgået, og de bedst dokumenterede fænomener præsenteres: Stribeck-effekten, friktionsforsinkelse (lag) og hysteresekurver. Både stationære og dynamiske friktionsmodeller introduceres med deres antagelser og forenklinger. De modeller, der behandles, er Márton og Lantos-modellen (med Tustin-modellen), en trykbaseret model, LuGre-modellen og en modificeret Leuven-model. Forsøg blev udført på testbænken for at undersøge egenskaberne ved friktionsmodellerne, som indgik i en simuleret helhedsmodel af systemet. For at sammenligne modellerne blev friktionsparametre estimeret ud fra forsøgsdata. Desværre lykkedes en fuldt vellykket implementering ikke, men de karakteristiske friktionsfænomener blev dokumenteret, og testcylinderens effektivitet blev bestemt.
This master’s thesis in Electro-Mechanical System Design at Aalborg University builds on a hydraulic-cylinder test bench originally designed by Daniel Henriksen in 2010. The bench was modified with a small change: two servo valves, instead of one, control the load applied by a cylinder. At the start of the project the bench was not operational, so the required electrical circuit boards had to be designed, documented, and manufactured. A full system model based on fluid-mechanical relations was developed and implemented in Simulink (simulation software). The model was linearized to design controllers for the chosen control strategies, and their performance was evaluated with satisfactory results. To run the control on the physical setup, control software was developed in Code Composer Studio v4, enabling semi-automatic experiments and a procedure for determining friction. The thesis reviews friction research, including work from the 1960s onward, and presents well-documented phenomena such as the Stribeck effect, friction lag, and hysteresis loops. Both steady-state and dynamic friction models are introduced with their assumptions and simplifications. The models covered are the Márton and Lantos model (using the Tustin model), a pressure-based model, the LuGre model, and a modified Leuven model. Experiments were carried out on the test bench to examine the properties of the friction models, which were embedded in a simulation of the full system. To compare the models, friction parameter values were estimated from the data. Regrettably, a fully successful implementation was not achieved, but the characteristic friction behavior was documented, and the efficiency of the test cylinder was determined.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents