Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ผลของขนาดและความถี่ของสัญญาณอินพุตความถี่สูงที่มีต่อความเสียดทานในระบบทางกล

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Effects of amplitude and frequency of dither input on friction in mechanical systems

Year (A.D.)

2002

Document Type

Thesis

First Advisor

รัชทิน จันทร์เจริญ

Second Advisor

ฐิติมา จินตนาวัน

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเครื่องกล

DOI

10.58837/CHULA.THE.2002.1310

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ เสนองานวิจัยเกี่ยวกับการศึกษาถึงผลของขนาดและความถี่ของสัญญาณอินพุตความถี่สูง (Dither) ที่สามารถชดเชยแรงเสียดทานในเวลาจริงที่เกิดขึ้นในระบบทางกล โดยทำการเปรียบเทียบผลการควบคุมตำแหน่งของระบบ เนื่องจากแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น ณ บริเวณตำแหน่งอ้างอิงจะมีลักษณะไม่เชิงเส้น และมีความไม่ต่อเนื่องสูง ดังนั้นวิทยานิพนธ์นี้จะศึกษาถึงวิธีการใช้สัญญาณ Dither เพื่อลดค่าผิดพลาดทางตำแหน่งในภาวะเสถียร (steady state error) ที่เกิดจากแรงเสียดทานในระบบ อีกทั้งสามารถนำสัญญาณ Dither ไปชดเชยแรงเสียดทาน พร้อมกับตัวชดเชยที่อ้างอิงแบบจำลอง เพื่อลดค่าผิดพลาดทางตำแหน่งได้อย่างสมบูรณ์ งานวิจัยนี้ได้จำลองการควบคุมมอเตอร์ที่มีความเสียดทาน พร้อมทั้งได้ทดลองในชุดทดลองระบบทางกลจำนวน 3 ชุดทดลอง ประกอบด้วย ระบบส่งกำลังของบริษัท ECP รุ่น 220 ชุดมอเตอร์รุ่น 767 และ แขนหุ่น CRS Robotics โดยทำการวัดค่าผิดพลาดทางตำแหน่งของมอเตอร์ จากการสั่งให้มอเตอร์หมุนเป็นฟังก์ชั่นขั้น ซึ่งผลการทดลองสามารถแสดงให้เห็นว่า วิธีการชดเชยแรงเสียดทานด้วยการใส่สัญญาณ Dither สามารถลดค่าความผิดพลาดที่เป็นผลมาจากแรงเสียดทานลงได้ ในขณะที่การใช้ตัวชดเชยแรงเสียดทานที่อ้างอิงแบบจำลองจะสามารถลดช่วงเวลาขึ้น (Rise time) ของระบบควบคุม ในการศึกษาถึงผลของขนาดและความถี่ของสัญญาณ Dither ในระบบแขนหุ่นยนต์ CRS Robotics พบว่าขนาดของสัญญาณ Dither ที่เหมาะสมควรจะมีค่าอย่างน้อยเท่ากับแรงเสียดทานสถิตย์สูงสุด และความถี่ที่เหมาะสม ควรจะมีค่าอยู่ในช่วงความถี่ใช้งาน (Bandwidth) ของระบบควบคุม ซึ่งผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าขนาดของสัญญาณ Dither ที่ต่ำกว่าแรงเสียดทานสถิตย์สูงสุด และที่ความถี่สูงเกินกว่าความถี่ใช้งานของชุดทดลอง สัญญาณ Dither จะไม่สามารถชดเชยแรงเสียดทานได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดค่าผิดพลาดในการควบคุมตำแหน่งขึ้น

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

The study investigates the effect of amplitude and frequency of dither for friction compensation in mechanical plant. The thesis focuses on the control of system positioning of which the friction is highly nonlinear and discontinuous around a reference point; in particular, the effects of dither on the friction-induced steady state error. In addition, the model based friction compensation is incorporated into the dither based technique such that the friction effects are minimized. The experiments on three different mechanical systems, i.e. ECP 220 plant, Comdyna 767 and CRS robotics system, are used to study the step response and the resulting steady state error. Additionally, the ECP 220 plant is also simulated. The results show that the dither signal significantly reduces the steady state error while the model based friction compensation reduces the response time constant. Both techniques can be integrated to simultaneously decrease both error and time constant. The study on CRS robotics system demonstrates that the dither amplitude should exceed the maximum static friction while the dither frequency should fall within the bandwidth of the system. Otherwise, the dither may not effectively compensate the friction, yielding no reduction of the steady state error.

Link to Full Text

Share

COinS