Sensorless wave based control

Abstract

Mekanik dalgalar dinamik sistemlerin başlangıç tahrikine maruz kalması sonucunda doğal olarak oluşup sistem içerisinde yayılır. Bu mekanik dalgalar sistemle ilgili sistem dinamiği, parametre bilgileri ve bunun yanında sistemin çevre ile olan etkileşiminden meydana gelen kuvvet ve moment bilgilerini de beraberinde içerir. Diğer bir deyişle, mekanik dalgalar dinamik sistem hakkındaki tüm bilgiyi bağlaşımlı bir biçimde taşımaktadır. Bu tezde, elastik sistemlerin dinamiği, parametreleri, harici kuvvet ve bozucu etkenlerinin hesaplanmasını sağlayan bir algoritma önerilmektedir. Önerilen algoritma, sınırlarının birinde bir eyleyici bulunan toplu parametreli bir sistem üzerinde gerçekleştirilmiş olup eyleyiciden alınan akım ve hız ölçümlerini yansıyan mekanik dalgaları tahmin etmek için kullanmaktadır. Sistemdeki hareket ve titreşim kontrol görevlerini yerine getirmek için sadece eyleyiciden ölçülen bu iki ölçüm yeterli olmaktadır. Böylelikle yansıyan dalgalar doğal bir geri besleme olarak düşünülmekte ve sistem herhangi bir algılayıcı kullanımını gerektirmeden çalışabilmektedir. Bu tezde rijit ve elastik hareket için konum tahmin etme kavramı tanıtılmakta, sistemde kullanılan her kütlenin konumu tahmin edilmekte ve deneysel ölçümlerle karşılaştırılmaktadır. Böylece, sistemde algılayıcı tabanlı bir geri besleme yöntemi kullanmak yerine elde edilen konum tahminleri kullanılarak sanal bir geri besleme kavramı mümkün olabilmektedir. Sistemin global davranışı toplu sistem dinamikleri gözlemlenerek incelenmekte, böylelikle hareket kontrolü ve sistemdeki artık titreşimlerin asgariye indirgendiği garanti edilebilmektedir. Ayrıca sistem dinamiği elde edildiği için harici kuvvet ve moment etkileri tahmin edilebilmektedir. Deneysel sonuçlar önerilen algoritmanın geçerliliğini ortaya koymakta; sistem parametreleri, rijit sistem konumu, elastik sistem toplu kütle konumları ve çevre ile etkileşimden meydana gelen harici bozucu etkenlerin tahmini için iki eyleyici parametrenin kullanılmasının mümkün olduğunu göstermektedir.

Mechanical waves naturally propagate through dynamical systems that are subjected to initial excitation. These mechanical waves carry enough information about the dynamical system including its dynamics and parameters, in addition to the externally applied forces or torques due to the system's interaction with the environment. In other words, mechanical waves carry all the dynamical system's information in a coupled fashion. This thesis proposes an estimation algorithm that enables extracting flexible systems' dynamics, parameters, externally applied forces and disturbances. The proposed algorithm is implemented on a lumped system with an actuator located at one of its boundaries, that is used as a single platform for measurements where actuator's current and velocity are measured and used to estimate the reflected mechanical waves. Only these two measurements from the actuator are required to accomplish the motion and vibration control, keeping the dynamical system free from any attached sensors considering the reflected mechanical waves as a natural feedback from the system. In this thesis the notion of position estimation is proposed including both rigid and flexible motion estimation, where the position of each lumped mass is estimated and experimentally compared with the actual measurements. This in turn implies the possibility of using these position estimates as a virtual feedback to the controllers instead of using the actual sensor's feedback. System's global behavior can be investigated by monitoring lumped system dynamics, to guarantee the accomplishment of motion control task and the minimization of system's residual vibrations. Since the dynamics of the system can be obtained, the externally applied forces or torques can be estimated. The experimental results show the validity of the proposed algorithm and the possibility of using two actuator parameters in order to estimate the uniform system parameters, rigid system position, flexible system lumped mass positions and external disturbances due to system's interaction with the environment.