Development of Control Strategies for the SvDP-Concept

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Michael Otto Nielsen
  • Søren Juul Jensen
4. semester, Energiteknik, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Hastigheds variabel differentialpumpe (SvDP)-konceptet, designet af Bertelsen og Madsen i samarbejde med Bosch Rexroth A/S, har til formål at være et alternativ til den klassiske hydraulikopsætning, hvor en ventil bruges til at styre olieflowet. Ventilen er erstattet af to pumper, som er monteret på samme aksel, hvilket resulterer en højere energieffektivitet af det hydrauliske system.

Indledningsvist er en ulineær simulerings model af systemet etableret. Simuleringsmodellen er verificeret ved hjælp af eksperimentelle målinger fra laboratoriet. For at belyse egenskaberne af SvDP-konceptet, er en grundig stationær analyse af systemet udført. Analysen af systemet afslører at trykket i systemet stiger når omløbsretningen på pumperne er negativ, hvorimod trykket altid falder når omløbsretningen er positiv. Det betyder at trykket kun kan kontrolleres ved negativ omløbsretning af pumperne.

To typer af trajektorier er designet til at evaluere ydelsen af de designede regulatorer. To trajektorier, baseret på femtegrads polynomier, er designet for at sikre at kravene til acceleration og hastighed er realiserbare. Ud over disse trajektorier, er to rampe baserede trajektorier designet, som kræver spring i hastighed.

Modellen er lineariseret og de kritiske operationspunkter er identificeret på baggrund af den indledende system analyse, samt de designede trajektorier. Det lineære system, evalueret i de kritiske operationspunkter, resulterer i to lineære systemer, som afhænger af omløbsretningen. En decentraliseret kontrolstrategi er designet for de to lineære systemer for at SISO kontrol kan anvendes. Grundet begrænsninger i laboratoriet, hvor kvaliteten af hastigheds signalet er lav, designes to sæt regulatorer. Et sæt regulatorer er designet konservativt, sådan at disse kan testes, på trods af den lave kvalitet af hastigheds signalet. Derudover er et sæt regulatorer designet til at vise den potentielle ydeevne af systemet. Regulatorerne, designet for høj ydeevne, anvender tilbagekobling af det virtuelle lasttryk for at øge dæmpningen i systemet. Proportionalforstrækningen i hastighedsregulatorerne umuliggør implementering, da det støjfyldte hastigheds signal resulterer i et uhensigtsmæssigt kontrol signal.

De konservativt designede regulatorer er implementeret og testet i laboratoriet og viser at konceptet virker. Rms hastighedsfejlen, målt i laboratoriet, afviger fra simuleringerne med 23-55 \%. Hvis det antages at denne afvigelse også er repræsentativ for simuleringerne med høj-ydeevne-regulatorerne, kan det forventes at opnå en rms hastigheds fejl på 2-3 mm/s. Det er derfor konkluderet at SvDP-konceptet kan anvendes som et alternativ til den traditionelle ventil-cylinder løsning.
SpecialiseringsretningMekatronisk reguleringsteknik
SprogEngelsk
Udgivelsesdato3 jun. 2014
Antal sider141
ID: 198474486