Digital position control of a closed-loop hydraulic system

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Koneensuunnittelu
Mcode
K3001
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
68
Series
Abstract
The design of safe and reliable digital control systems requires understanding phenomena that do not exist in continuous-time control systems. Neglecting this in the design process may cause significant unwanted behavior or even instability. In this thesis, the digital position control of an existing closed-loop hydraulic system is studied by means of simulation. Models are developed for the hydraulic system, based on mathematical models of the system components, and for the digital controller based on the properties of digital control systems. The aim is to take into account the most important aspects of digital control. Previously, the system has been successfully controlled by an analog controller. This thesis focused on the study of digital controllers with sample rates between 5 and 20 Hz. The performances of the analog and digital controllers were compared in various conditions, including model parameter variations and the presence of measurement noise. It was found that by an appropriate filtering and selection of simple control equations, the performances of the two controllers were practically equivalent.

Turvallisten ja luotettavien digitaalisten säätöjärjestelmien suunnittelu vaatii ymmärrystä sellaisista ylmiöistä, joita ei esiinny jatkuva-aikaisissa säätöjärjestelmissä. Näiden ilmiöiden laiminlyöminen saattaa johtaa järjestelmän epätoivottuun käyttäytymiseen tai pahimmassa tapauksessa jopa epästabiiliin järjestelmään. Tässä työssä tutkitaan jo olemassa olevaa suljettua hydraulijärjestelmää ja sen digitaalista säätöä. Aikaisemmin järjestelmää on onnistuneesti ohjattu jatkuva-aikaisella säätimellä. Hydraulijärjestelmän malli kehitetään sen komponentteja kuvaavien matemaattisten mallien pohjalta. Vastaavasti digitaaliselle säätimelle kehitetään malli perustuen digitaalisten järjestelmien ominaisuuksiin. Tyän tavoitteena on tutkia tärkeimpiä digitaalisten jäjestelmien suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä. Työssä keskityttiin tutkimaan digitaalisia ohjaimia, joiden näytteenottotaajuudet olivat välillä 5 Hz ja 20 Hz. Näiden ohjaimien suorituskykyä vertailtiin olemassa olevan jatkuva-aikaisen säätimen suorituskykyyn. Suorituskykyjä vertailtiin useissa eri tilanteissa, mukaanlukien mittauskohina ja mallin parametrimuutokset. Tulosten perusteella löydettiin, että sopivilla yksinkertaisilla ohjausyhtälöillä päästiin käytännössä vastaavaan suorituskykyyn.
Description
Supervisor
Pietola, Matti
Thesis advisor
Palokangas, Sami
Keywords
digital control, hydraulic system, quantization, discrete-time
Other note
Citation