مقايسه عملكرد دو مدار نيوماتيكي متفاوت در حضور كنترل كننده غيرخطي با ضرايب بهينه

Comparing performance of two different pneumatic circuits in the presence of nonlinear controller with optimal parameters

در اين مقاله كنترل موقعيت يك عملگر نيوماتيك با شير سولنوئيدي قطع/وصل با تحريك PWM با استفاده از دو مدار نيوماتيكي متفاوت، انجام مي‌شود. پس از استخراج معادلات ديناميكي حاكم، به‌منظور بررسي تاثير مدار بر عملكرد سيستم، به معرفي اين دو مدار نيوماتيكي پرداخته مي‌شود. سپس به‌منظور كنترل موقعيت عملگر نيوماتيكي، براي هر دو مدار، كنترل‌كننده مود‌لغزشي و كنترل‌كننده تناسبي- انتگرالي- مشتق‌گير طراحي مي‌شوند. درادامه ضرايب بهينه كنترل‌كننده‌ها توسط الگوريتم ژنتيك با هدف كمينه كردن انرژي كنترلي و خطاي موقعيت، تعيين مي‌گردند. درنهايت با انجام شبيه‌سازي‌ها در سيمولينك متلب، عملكرد كنترل‌كننده‌هاي طراحي شده با ضرايب بهينه در حضور اغتشاش مورد ارزيابي و مقايسه قرار مي‌گيرند. بر اساس نتايج به‌دست آمده، در مقايسه عملكرد دو مدار، براي مدار نيوماتيكي اول با دو شير سولنوئيدي، مي‌توان به توانايي سيستم در تعقيب بهتر و دقيق‌تر ورودي‌ مرجع سينوسي با فركانس بالا، در حضور كنترل‌كننده غيرخطي مودلغزشي، درمقايسه با مدار نيوماتيكي دوم با تك شير، اشاره كرد. خطاي رديابي موقعيت، در ورودي مرجع سينوسي با فركانس پايين و در حضور كنترل-كننده كلاسيك تناسبي- انتگرالي- مشتق‌گير، براي مدار نيوماتيكي با تك شير، به مراتب كمتر از مدار نيوماتيكي دو شير مي-باشد، كه نشان دهنده رفتار شبه خطي ورودي-خروجي عملگر، با اين مدار نيوماتيكي است.

In this paper, control position of a pneumatic actuator with the PWM solenoid on/off valves using two different pneumatic circuits performed. After deriving the governing dynamic equations, to investigate the circuit effect on system performance, mentioned two pneumatic circuits are introduced. Then in order to control the position of the pneumatic actuator, for both circuits, sliding mode and proportional-integral-derivative controllers are designed. In proceeding, optimum controller parameters are determined by genetic algorithm to achieve minimum control energy and position error. Finally, by performing simulations in Matlab Simulink, performance of designed controllers with optimal parameters is evaluated and compared in the presence of disturbance. According to the obtained results, by comparing the performance of two circuits, it is observed that the first pneumatic circuit with two solenoid valves can track the high-frequency sine reference input better and more precisely in the presence of a nonlinear sliding mode controller. The position tracking error in low-frequency sine reference input using a classic proportional-integral-derivative controller, for a single-valve pneumatic circuit is considerably less than that of a pneumatic circuit of two valves. This indicates the input-output quasi linear behavior of the pneumatic actuator in a single-valve circuit.