Badania symulacyjne odtwarzania sygnału w bezprzewodowym układzie sterowania napędem elektrohydraulicznym z dżojstikiem haptic / PAR 2/2012 / 2012 / Archiwum / Strona główna | PAR Pomiary - Automatyka - Robotyka

(1)

514

nauka

Pomiary automatyka Robotyka 2/2012

Badania symulacyjne odtwarzania sygnału

w bezprzewodowym układzie sterowania

napędem elektrohydraulicznym z dżojstikiem haptic

Paweł Bachman

*

_{, Marcin Chciuk}

*

_{, Andrzej Milecki}

**

*

_{Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski,}

**

_{Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska}

Streszczenie: W artykule opisano system sterowania serwona-pędem elektrohydraulicznym przez operatora, za pośrednictwem dżojstika z siłowym sprzężeniem zwrotnym. Ze względu na zamiar zastosowania łączności bezprzewodowej utworzono w środowisku MATLAB/Simulink model symulacyjny całego systemu. Przepro-wadzono badania symulacyjne zachowania się układu w przypad-ku chwilowej utraty łączności. Zaproponowano i zamodelowano algorytm estymacji transmitowanej informacji na podstawie róż-niczkowania sygnału sterowania. Badania symulacyjne pokaza-ły, że zaproponowany algorytm jest skuteczny dla badanych przy-padków przebiegu sygnału i zabezpiecza napęd przed skokowymi zmianami sygnału sterującego w czasie zaniku transmisji. Słowa kluczowe: serwonapęd, sterowanie bezprzewodowe, estymacja sygnału

1. Wprowadzenie

W układach sterowania można wyróżnić dwa sposoby kazywania sygnałów. Pierwszym z nich jest przesyłanie prze-wodowe, do którego można zaliczyć bezpośrednie połączenia przewodowe oraz połączenia za pośrednictwem urządzeń sie-ciowych (np. w sieci lokalnej lub internet) wykorzystują-cych specjalne protokoły przesyłania danych. Zapewniają one duże bezpieczeństwo danych i dużą przepustowość (np. sieci światłowodowe) oraz odporność na zakłócenia. Ich wadą jest konieczność układania dużej liczby przewodów i mała elastyczność podczas rekonfiguracji układów. Druga meto-da komunikacji to przesyłanie bezprzewodowe za pomocą fal radiowych (mikrofal o częstotliwości GHz). Można tutaj wyróżnić różne systemy np. sieć bezprzewodowa Wi-Fi, sieć GSM a także powstała w ostatnich dziesięciu latach sieć ZigBee. Systemy bezprzewodowe charakteryzują się dużą elastycznością lecz nie są odporne na zakłócenia. W artyku-le zaproponowano algorytm, który zmniejsza skutki zaniku sygnału podczas transmisji, aproksymując utracone dane.

2. Koncepcja sterowania

bezprzewodowego

W ITM PP od kilku lat prowadzone są badania serwonapę-dów elektrohydraulicznych sterowanych za pośrednictwem dżojstików typu haptic [3–7]. W następnym kroku zaplano-wano zastosowanie łączności bezprzewodowej, wykorzystując moduły RAVEN ZigBee firmy AVR [1] (rys. 1) do połączenia dżojstika z serwonapędem elektrohydraulicznym. Omawiany

zestaw składa się z dwóch modułów mikrokontrolerowych zawierających układ komunikacji 2,4 GHz z procesorem pi-coPower AVR oraz wyświetlaczem LCD oraz jeden moduł USB pełniący rolę serwera, który pozwala na podłączenie zestawu do komputera. Zestaw pracuje wykorzystując proto-koły IEEE 802.15.4, 6LoWPAN i ZigBee

.

Zawiera on również pakiet oprogramowania PC do konfiguracji sieci bezprze-wodowej, kontroli, analizy i programowania modułów przez sieć (over-the-air).

Schemat sterowania serwonapędem elektrohydraulicznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego pracujących w sieci ZigBee widoczny jest na rys. 2.

Badania symulacyjne odtwarzania sygnału w

bezprzewodowym układzie sterowania napędem

elektrohydraulicznym z dżojstikiem haptic

Paweł Bachman

1

_{, Marcin Chciuk}

1

_{, Andrzej Milecki}

2

Uniwersytet Zielonogórski

1

_{, Politechnika Poznańska}

2

Streszczenie: W artykule opisano system sterowania serwo-napędem elektrohydraulicznym przez operatora, za pośrednic-twem dżojstika z siłowym sprzężeniem zwrotnym. Ze względu na zamiar zastosowania łączności bezprzewodowej utworzono w środowisku Matlab-Simulink model symulacyjny całego systemu. Przeprowadzono badania symulacyjne zachowania się układu w przypadku chwilowej utraty łączności. Zapropo-nowano i zamodelowano algorytm estymacji transmitowanej informacji na podstawie różniczkowania sygnału sterowania. Badania symulacyjne pokazały, że zaproponowany algorytm jest skuteczny dla badanych przypadków przebiegu sygnału i zabezpiecza napęd przed skokowymi zmianami sygnału steru-jącego w czasie zaniku transmisji.

Słowa kluczowe: serwonapęd, sterowanie bezprzewodowe, estymacja sygnału

1. Wprowadzenie

W układach sterowania można wyróżnić dwa sposoby

przekazywania sygnałów. Pierwszym z nich jest

przesy-łanie przewodowe, do którego można zaliczyć

bezpo-średnie połączenia przewodowe oraz połączenia za

pośrednictwem urządzeń sieciowych (np. w sieci

lokal-nej lub internet) wykorzystujących specjalne protokoły

przesyłania danych. Zapewniają one duże

bezpieczeń-stwo danych i dużą przepustowość (np. sieci

światło-wodowe) oraz odporność na zakłócenia. Ich wadą jest

konieczność układania dużej liczby przewodów i mała

elastyczność podczas rekonfiguracji układów. Druga

metoda komunikacji to przesyłanie bezprzewodowe, za

pomocą fal radiowych (mikrofal o częstotliwości GHz).

Można tutaj wyróżnić różne systemy np. sieć

bezprze-wodowa Wi-Fi, sieć GSM a także powstała w ostatnich

10. latach sieć ZigBee. Systemy bezprzewodowe

cha-rakteryzują się dużą elastycznością lecz nie są odporne

na zakłócenia. W niniejszym artykule zaproponowano

algorytm, który zmniejsza skutki zaniku sygnału

pod-czas transmisji, aproksymując utracone dane.

2. Koncepcja sterowania

bezprzewodowego

W ITM PP od kilku lat prowadzone są badania

serwo-napędów elektrohydraulicznych sterowanych za

po-średnictwem dżojstików typu haptic [3, 4, 5, 6, 7]. W

następnym kroku zaplanowano zastosowanie łączności

bezprzewodowej, wykorzystując moduły RAVEN

ZigBee firmy AVR [1] (rys. 1) do połączenia dżojstika z

serwonapędem elektrohydraulicznym. Omawiany

ze-staw składa się z dwóch modułów mikrokontrolerowych

zawierających układ komunikacji 2,4GHz z procesorem

picoPower AVR oraz wyświetlaczem LCD oraz jeden

moduł USB pełniący rolę serwera, który pozwala na

podłączenie zestawu do komputera. Zestaw pracuje

wykorzystując protokoły IEEE 802.15.4, 6LoWPAN i

ZigBee

. Z

awiera on również pakiet oprogramowania PC

do konfiguracji sieci bezprzewodowej, kontroli, analizy i

programowania modułów poprzez sieć (over-the-air).

Schemat sterowania serwonapędem

elektrohydrau-licznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego

pracu-jących w sieci ZigBee widoczny jest na rys. 2.

Stopień mocy Prąd Dżojstik moduł AVR RAVEN ZigBee Siła Położenie moduł AVR RAVEN ZigBee moduł AVR RAVEN ZigBee module USB STANOWISKO MONITORINGU Wireless Kamera Wi-Fi Położenie STANOWISKO STEROWANIA Sterowanie zaworu

Rys. 2. Schemat sterowania serwonapędem elektrohydrau licznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego w sieci ZigBee

Fig. 2. Control scheme of electro-hydraulic servo-drive using the haptic interface on a ZigBee network

Rys. 1. Widok modułów RAVEN ZigBee firmy AVR [1]

Fig. 1. View of RAVEN ZigBee AVR firms modules [1]

Badania symulacyjne odtwarzania sygnału w

bezprzewodowym układzie sterowania napędem

elektrohydraulicznym z dżojstikiem haptic

Paweł Bachman

1

_{, Marcin Chciuk}

1

_{, Andrzej Milecki}

2

Uniwersytet Zielonogórski

1

, Politechnika Poznańska

2

Streszczenie: W artykule opisano system sterowania serwo-napędem elektrohydraulicznym przez operatora, za pośrednic-twem dżojstika z siłowym sprzężeniem zwrotnym. Ze względu na zamiar zastosowania łączności bezprzewodowej utworzono w środowisku Matlab-Simulink model symulacyjny całego systemu. Przeprowadzono badania symulacyjne zachowania się układu w przypadku chwilowej utraty łączności. Zapropo-nowano i zamodelowano algorytm estymacji transmitowanej informacji na podstawie różniczkowania sygnału sterowania. Badania symulacyjne pokazały, że zaproponowany algorytm jest skuteczny dla badanych przypadków przebiegu sygnału i zabezpiecza napęd przed skokowymi zmianami sygnału steru-jącego w czasie zaniku transmisji.

Słowa kluczowe: serwonapęd, sterowanie bezprzewodowe, estymacja sygnału

1. Wprowadzenie

W układach sterowania można wyróżnić dwa sposoby przekazywania sygnałów. Pierwszym z nich jest przesy-łanie przewodowe, do którego można zaliczyć bezpo-średnie połączenia przewodowe oraz połączenia za pośrednictwem urządzeń sieciowych (np. w sieci lokal-nej lub internet) wykorzystujących specjalne protokoły przesyłania danych. Zapewniają one duże bezpieczeń-stwo danych i dużą przepustowość (np. sieci światło-wodowe) oraz odporność na zakłócenia. Ich wadą jest konieczność układania dużej liczby przewodów i mała elastyczność podczas rekonfiguracji układów. Druga metoda komunikacji to przesyłanie bezprzewodowe, za pomocą fal radiowych (mikrofal o częstotliwości GHz). Można tutaj wyróżnić różne systemy np. sieć bezprze-wodowa Wi-Fi, sieć GSM a także powstała w ostatnich 10. latach sieć ZigBee. Systemy bezprzewodowe cha-rakteryzują się dużą elastycznością lecz nie są odporne na zakłócenia. W niniejszym artykule zaproponowano algorytm, który zmniejsza skutki zaniku sygnału pod-czas transmisji, aproksymując utracone dane.

2. Koncepcja sterowania

bezprzewodowego

W ITM PP od kilku lat prowadzone są badania serwo-napędów elektrohydraulicznych sterowanych za po-średnictwem dżojstików typu haptic [3, 4, 5, 6, 7]. W następnym kroku zaplanowano zastosowanie łączności bezprzewodowej, wykorzystując moduły RAVEN

ZigBee firmy AVR [1] (rys. 1) do połączenia dżojstika z serwonapędem elektrohydraulicznym. Omawiany ze-staw składa się z dwóch modułów mikrokontrolerowych zawierających układ komunikacji 2,4GHz z procesorem picoPower AVR oraz wyświetlaczem LCD oraz jeden moduł USB pełniący rolę serwera, który pozwala na podłączenie zestawu do komputera. Zestaw pracuje wykorzystując protokoły IEEE 802.15.4, 6LoWPAN i ZigBee. Zawiera on również pakiet oprogramowania PC do konfiguracji sieci bezprzewodowej, kontroli, analizy i programowania modułów poprzez sieć (over-the-air).

Schemat sterowania serwonapędem elektrohydrau-licznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego pracu-jących w sieci ZigBee widoczny jest na rys. 2.

Stopień mocy Prąd Dżojstik moduł AVR RAVEN ZigBee Siła Położenie moduł AVR RAVEN ZigBee moduł AVR RAVEN ZigBee module USB STANOWISKO MONITORINGU Wireless Kamera Wi-Fi Położenie STANOWISKO STEROWANIA Sterowanie zaworu

Rys. 2. Schemat sterowania serwonapędem elektrohydrau licznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego w sieci ZigBee

Fig. 2. Control scheme of electro-hydraulic servo-drive using

the haptic interface on a ZigBee network

Rys. 1. Widok modułów RAVEN ZigBee firmy AVR [1]

Fig. 1. View of RAVEN ZigBee AVR firms modules [1]

Rys. 1. Widok modułów RAVEN ZigBee firmy AVR [1] Fig. 1. View of RAVEN ZigBee AVR firms modules [1]

Rys. 2. Schemat sterowania serwonapędem elektrohydraulicznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego w sieci ZigBee Fig. 2. Control scheme of electro-hydraulic servo-drive using the

(2)

515

nauka

2/2012 Pomiary automatyka Robotyka

3. Układ symulacyjny zaniku sygnału

Schemat symulacyjny sterowania serwonapędem elektrohy-draulicznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego poka-zano na rys. 3. W jego skład wchodzą modele serwonapędu elektrohydraulicznego i dżojstika dotykowego, opisane bli-żej w publikacji [2]. Kolejnymi elementami sytemu są blo-ki: operatora, w którym generowany jest sygnał sterujący położeniem dżojstika oraz blok obciążenia, symulujący siłę obciążającą siłownik. W bloku transmisji bezprzewodowej (rys. 4) modelowana jest chwilowa przerwa w transmisji i zanik sygnału położenia dżojstika (sterującego modelem serwonapędu elektrohydraulicznego) oraz siły (sterującego

hamulcem magnetoreologicznym dżojstika). Elemen-tami, w których „odzyskiwane” są utracone sygnały, są sterowniki hamulca magnetoreologicznego oraz siłownika. Podczas procesu sterowania w sterowni-kach tych na bieżąco zapamiętywana jest ostatnia wartość sygnału W oraz obliczana jest różniczka dwóch ostatnich wartości sygnału R. Jednocześnie sprawdzana jest transmisja. W przypadku jej zani-ku układ przełącza się w tryb pracy odzyszani-kujący

dane. Równocześnie też sprawdzana jest wartość siły. Jeżeli nie przekroczy ona zadanej wartości, na wyjściu regulato-ra pojawia się suma W+R. Natomiast po jej przekroczeniu (oznacza to, że siłownik napotkał na przeszkodę), na wyj-ście regulatora podawany jest sygnał równy ostatniej zapa-miętanej wartości W (siłownik jest zatrzymany). Algorytm działania regulatora pokazany jest na rys. 6.

Regulator składa się z dwóch podstawowych bloków. Pierwszy z nich pokazano na rys. 5. Badana w nim jest wartość bezwzględna różnicy sygnału odbieranego w dwóch kolejnych krokach. Jeżeli przekroczy ona zadany próg, to oznacza, że podczas zaniku transmisji nastąpił gwałtowny skok tego sygnału i na wyjściu układu generowany jest

lo-3. Układ symulacyjny zaniku sygnału

Schemat symulacyjny sterowania serwonapędem elek-trohydraulicznym z zastosowaniem interfejsu dotyko-wego pokazano na rys. 3. W jego skład wchodzą mode-le serwonapędu emode-lektrohydraulicznego i dżojstika

doty-kowego, opisane bliżej w publikacji [2]. Kolejnymi ele-mentami sytemu są bloki: operatora, w którym

genero-wany jest sygnał sterujący położeniem dżojstika oraz blok obciążenia, symulujący siłę obciążającą siłownik. W bloku transmisji bezprzewodowej (rys. 4)

modelowa-na jest chwilowa przerwa w transmisji i zanik sygmodelowa-nału położenia dżojstika (sterującego modelem serwonapę-du elektrohydraulicznego) oraz siły (sterującego hamul-cem magnetoreologicznym dżojstika). Elementami w

których „odzyskiwane” są utracone sygnały są sterowniki hamulca magnetoreologicznego oraz siłownika. Podczas procesu sterowania w sterownikach tych na bieżąco zapamięty-wana jest ostatnia wartość sygnału W oraz obliczana jest różniczka dwóch ostatnich wartości sygnału R. Jednocześnie sprawdza-na jest transmisja. W przypadku jej zaniku układ przełącza się w tryb pracy odzyskujący dane. Równocześnie też sprawdzana jest wartość siły. Jeżeli nie przekroczy ona zada-nej wartości, na wyjściu regulatora pojawia się suma W+R. Natomiast po jej przekroczeniu (ozna-cza to, że siłownik napotkał na przeszkodę), na wyjście

Rys. 3. Schemat symulacyjny sterowania serwonapędem elektrohydraulicznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego

Fig. 3. Simulation control scheme of electro-hydraulic servo-drive using the haptic interface

POLOZENIE DZOJSTIKA SILA POLOZENIE SILOWNIKA NAPIECIE polo_d_z_o_jnap To Workspace6 sila_d_z_o_j To Workspace5 czas To Workspace4 sila_s_i_l_o To Workspace3 polo_s_i_l_o To Workspace2 polo_d_z_o_j To Workspace1 In1 In2 Out1 Out2 TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA WEJ SILA WYJ S T E R O W N I K S I L O W N I K A WEJ WYJ S T E R O W N I K D Z O J S T I K A In1 Out1 S E R W O N A P E N D E L E C T R O H Y D R A U L I C Z N Y In1 Out1 O P E R A T O R In1 Out1 O B C I A Z E N I E 18 Gain3 8 Gain2 18 Gain1 In1 Out1

D Z O J S T I K Out1 In1 Clock

C Z U J N I K S I L Y 2 Out2 1 Out1 Transport Delay1 Transport Delay >= 0 Switch3 >= 0 Switch2 >= 0 Switch1 >= 0 Switch 0 Constant3 0 Constant2 0 Constant1 0 Constant Clock1 Clock 2 In2 1 In1

Rys. 4. Schemat symulacyjny transmisji radiowej

Fig. 4. Simulation scheme of radio transmission

Rys. 6. Algorytm działania regulatora

Fig. 6. The algorithm of the controller

Wejście Sprawdzenie transmisji Zapamiętanie wartości (W) Jest Zapamiętanie różniczki (R) Wyjście Brak Sprawdzenie | F | = Fp   Tak W = W + R W = W Nie 1 WYJ Transport Delay > 0.1 Switch1 In1 In2 In3 Out1 Subsystem Count Up Inc Rst Cnt Hit Counter 1 Constant |u| Abs1 2 SILA 1 WEJ

Rys. 5. Układ wykrywania zaniku transmisji

Fig. 5. Transmission fading detection system

3. Układ symulacyjny zaniku sygnału

Fig. 3. Simulation control scheme of electro-hydraulic servo-drive using the haptic interface POLOZENIE DZOJSTIKA SILA POLOZENIE SILOWNIKA NAPIECIE polo_d_z_o_jnap To Workspace6 sila_d_z_o_j To Workspace5 czas To Workspace4 sila_s_i_l_o To Workspace3 polo_s_i_l_o To Workspace2 polo_d_z_o_j To Workspace1 In1 In2 Out1 Out2 TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA WEJ SILA WYJ S T E R O W N I K S I L O W N I K A WEJ WYJ S T E R O W N I K D Z O J S T I K A In1 Out1 S E R W O N A P E N D E L E C T R O H Y D R A U L I C Z N Y In1 Out1 O P E R A T O R In1 Out1 O B C I A Z E N I E 18 Gain3 8 Gain2 18 Gain1 In1 Out1

Rys. 3. Schemat symulacyjny sterowania serwonapędem elektrohydraulicznym z zastosowaniem interfejsu dotykowego Fig. 3. Simulation control scheme of electro-hydraulic servo-drive using the haptic interface

Rys. 4. Schemat symulacyjny transmisji radiowej Fig. 4. Simulation scheme of radio transmission

Rys. 5. Układ wykrywania zaniku transmisji Fig. 5. Transmission fading detection system

Rys. 6. Algorytm działania regulatora Fig. 6. The algorithm of the controller

(3)

516

nauka

giczny sygnał wysoki, który przełącza tryb pracy regulatora. W przeciwnym wypadku (obecność transmisji) generowany jest stan niski. Drugi blok regulatora pokazano na rys. 7. Zawiera on pętle z komórkami pamięci i odpowiada za za-pamiętywanie wartości W oraz obliczanie i zaza-pamiętywanie różniczki sygnału R. Na rys. 5 układ ten został umieszczony w bloku Subsystem.

4. Wyniki pomiarów

Podczas badań symulacyjnych pod uwagę były brane cztery sygnały: położenia kątowego dżojstika, położenia siłownika, siły generowanej przez siłownik oraz siły oporu na dżojstiku. Przebiegi tych sygnałów w układzie bez zaniku transmisji pokazane są na rys. 8.

W kolejnych badaniach zmieniono układ symulacyjny transmisji radiowej tak, żeby zbadać jak na zachowanie się systemu wpłyną zaniki sygnału w różnych przedziałach cza-sowych. Przykładowe przebiegi z zanikiem transmisji od 2 do 2,4 s pokazano na rys. 9.

Na rys. 10 przedstawiono natomiast przebiegi odtworzone w układzie regulacji. Dzięki temu, że przerwa w transmisji nastąpiła w liniowo narastającej części przebiegu, to został on całkowicie zrekonstruowany i przebieg niczym nie różni się od wzorca z rys. 8.

regulatora podawany jest sygnał równy ostatniej zapa-miętanej wartości W (siłownik jest zatrzymany). Algo-rytm działania regulatora pokazany jest na rys. 6. Regulator składa się z dwóch podstawowych bloków. Pierwszy z nich pokazano na rys. 5. Badana w nim jest wartość bezwzględna różnicy sygnału odbieranego w dwóch kolejnych krokach. Jeżeli przekroczy ona zadany próg, to oznacza to, że podczas zaniku transmisji na-stąpił gwałtowny skok tego sygnału i na wyjściu układu generowany jest logiczny sygnał wysoki, który przełą-cza tryb pracy regulatora. W przeciwnym wypadku (obecność transmisji) generowany jest stan niski. Drugi blok regulatora pokazano na rys. 7. Zawiera on pętle z komórkami pamięci i odpowiada za zapamiętywanie wartości W oraz obliczanie i zapamiętywanie różniczki

sygnału R. Na rysunku 5 układ ten umieszczony jest w bloku Subsystem.

4. Wyniki pomiarów

Podczas badań symulacyjnych pod uwagę były brane cztery sygnały: położenia kątowego dżojstika, położenia

siłownika, siły generowanej przez siłownik oraz siły oporu na dżojstiku. Przebiegi tych sygnałów w układzie bez zaniku transmisji pokazane są na rys. 8.

W kolejnych badaniach zmieniono układ symulacyjny transmisji radiowej tak, żeby zbadać jak na zachowanie

1 Out1 Transport Delay >= 0.2 Switch5 >= 1 Switch4 >= 1 Switch3 >= 1 Switch2 >= 1 Switch1 Memory2 Memory1 0 Constant3 0 Constant2 0 Constant1 3 In3 2 In2 1 In1

Rys. 7. Układ zapamiętywania wartości W oraz obliczania i zapamiętywania różniczki sygnału R

Fig. 7. Circuit for recording the W value and calculating and

recording of the differential value of R

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 Położenie dżojstika d [] Położenie siłownika ys [mm] Siła dżojstika Fd [N] Siła siłownika Fs [kN]

Rys. 8. Sygnały w układzie bez zaniku transmisji

Fig. 8. The signals in the system without transmission lose

t [s]

Rys. 9. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2 do 2,4 s

Fig. 9. The signals in the system with fading transmission from

2 to 2,4 s

t [s]

Rys. 10. Odtworzone sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2 do 2,4 s

Fig. 10. The reconstructed signals in the system with fading

transmission from 2 to 2,4 s

t [s]

4. Wyniki pomiarów

t [s]

2 to 2,4 s

t [s]

4. Wyniki pomiarów

t [s]

2 to 2,4 s

t [s]

4. Wyniki pomiarów

t [s]

2 to 2,4 s

t [s]

Rys. 7. Układ zapamiętywania wartości W oraz obliczania zapamięty-wania różniczki sygnału R

Fig. 7. Circuit for recording the W value and calculating and recording of the differential value of R

Rys. 9. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2 do 2,4 s Fig. 9. The signals in the system with fading transmission from

2 to 2,4 s

Fig. 10. The reconstructed signals in the system with fading trans-mission from 2 to 2,4 s

(4)

517

nauka

2/2012 Pomiary automatyka Robotyka Następnie sprawdzono zachowanie się układu gdy

trans-misja zaniknie na załamaniu się krzywej (od 2,8 do 3,2 s). Przebiegi sygnałów dla tego przypadku pokazane są na rys. 11 i 12. W tym przypadku sygnał zrekonstruowany tyl-ko niewiele różni się od niezakłóconego.

Kolejnym etapem badań algorytmu „odzyskującego” dane było sprawdzenie, jak zachowa się on podczas zaniku transmisji przy bardziej odkształconym sygnale sterującym (rys. 13). Na rys. 14 widoczne są sygnały zarejestrowane w układzie podczas zaniku transmisji w czasie od 6,1 do 6,5 s. Na rys. 15 pokazane są te same sygnały po ich „od-zyskaniu” przez algorytm. W tym przypadku widać już nie-co większą różnicę w kształcie przebiegów. Mimo to sygnał

zrekonstruowany dość dobrze odpowiada niezakłóconemu. Dzięki temu przebieg zmian położenia tłoka siłownika jest bardzo zbliżony do przebiegu uzyskanego, gdy transmisja nie była przerwana.

5. Podsumowanie

Analizując zamieszczone w artykule wyniki pomiarów symu-lacyjnych można zauważyć, że bez względu na to, w jakim „miejscu” przebiegu i niezależnie od kształtu sygnału ste-rującego występującego podczas zaniku transmisji, „odzy-skany” sygnał był zawsze bardzo zbliżony do oryginalnego.

się systemu wpłyną zaniki sygnału w różnych przedzia-łach czasowych. Przykładowe przebiegi z zanikiem

transmisji od 2 do 2,4 s pokazane są na rys. 9.

Na rys. 10 przedstawione są natomiast przebiegi

od-tworzone w układzie regulacji. Dzięki temu, że przerwa w transmisji nastąpiła w liniowo narastającej części przebiegu, to został on całkowicie zrekonstruowany i przebieg niczym nie różni się od wzorca z rys. 8. Następnie sprawdzono zachowanie się układu gdy transmisja zaniknie w na załamaniu się krzywej (od 2,8 do 3,2 s). Przebiegi sygnałów dla tego przypadku poka-zane są na rys. 11 i 12.

W tym przypadku sygnał zrekonstruowany tylko niewie-le różni się od niezakłóconego.

Kolejnym etapem badań algorytmu „odzyskującego” dane było sprawdzenie, jak zachowa się on podczas

zaniku transmisji przy bardziej odkształconym sygnale sterującym (rys. 13). Na rys. 14 widoczne są sygnały zarejestrowane w układzie podczas zaniku transmisji w czasie od 6,1 do 6,5 s. Na rys. 15 pokazane są te same sygnały po ich „odzyskaniu” przez algorytm. W tym przypadku widać już nieco większą różnicę w kształcie przebiegów. Mimo to sygnał zrekonstruowany dość dobrze odpowiada niezakłóconemu. Dzięki temu prze-bieg zmian położenia tłoka siłownika jest bardzo

zbliżo-Rys. 11. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2,8 do 3,2 s

Fig. 11. The signals in the system with fading transmission

from 2,8 to 3,2 s

t [s]

Rys. 12. Odtworzone sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2,8 do 3,2 s

transmission from 2,8 to 3,2 s

t [s]

Fig. 13. The signals in the system without fading transmission

t [s]

Rys. 14. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 6,1 do 6,5 s

from 6,1 to 6,5 s

t [s]

Rys. 11. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 2,8 do 3,2 s Fig. 11. The signals in the system with fading transmission from

2,8 to 3,2 s

from 2,8 to 3,2 s

t [s]

from 6,1 to 6,5 s

t [s]

Fig. 12. The reconstructed signals in the system with fading trans-mission from 2,8 to 3,2 s

from 2,8 to 3,2 s

t [s]

from 6,1 to 6,5 s

t [s]

from 2,8 to 3,2 s

t [s]

from 6,1 to 6,5 s

t [s]

Rys. 14. Sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 6,1 do 6,5 s Fig. 14. The signals in the system with fading transmis-sion from

(5)

518

nauka

Zastosowanie w sterowaniu opisanego wyżej algorytmu powoduje znaczną poprawę zachowania się badanego układu w przypadku zaniku transmisji. Zmniejszone zostały nagłe skoki zmian położenia tłoka siłownika przy zaniku transmi-sji. Algorytm opisany w artykule można stosować nie tylko w transmisji bezprzewodowej, ale również w transmisjach przewodowych w układach telemanipulatorów, na wypadek przerwania przewodów łączących współpracujące urządzenia. W dalszych pracach opisany algorytm zostanie zweryfi kowa-ny w badaniach doświadczalkowa-nych.

Praca naukowa fi nansowana ze środków na naukę w la-tach 2010–2012 jako projekt badawczy „Zastosowanie me-tod sztucznej inteligencji do nadzorowania pracy urządzeń mechatronicznych z napędami elektrohydraulicznymi stero-wanymi bezprzewodowo”.

Bibliografia

1. [www.atmel.com] – Atmel Corporation.

2. Chciuk M., Bachman P., Milecki A.: Modelowanie ser-wonapędu elektrohydraulicznego sterowanego dżojstikiem typu haptic. 3rd_{International Conference –} MANUFAC-TURING 2010: contemporary problems of manufacturing and production management, Poznań 2010.

1. Bachman P.: Siłowe sprzężenie zwrotne w hydraulice. Hydraulika i Pneumatyka”, nr 2/2009, 9–11.

2. Chciuk M., Milecki A., Myszkowski A.: Applications of magnetorheological brakes in manual control of lifting de-vices and manipulators. Journal of Physics: Conference Series”, 2009, Vol. 149.

3. Gawłowicz P., Bachman P., Chciuk M.: Interfejsy dotyko-we jako sposób komunikowania się człowieka z maszyną, Wybrane problemy środowiska pracy i gospodarki, red.

nauk. M. Rybakowski, J. Stebila, Zielona Góra: Wydaw. Nauk. Polskiego Tow. Profesjologicznego, 2010, 117–127. 4. Milecki A., Bachman P., Chciuk M.: Control of a small

robot by haptic joystick with magnetorheological ﬂ uid. Me-chatronic Systems and Materials – MSM 2011: 7th Inter-national Conference. Kaunas, Litwa, 2011.

5. Milecki A., Bachman P., Chciuk M.: Wykrywanie kolizji w teleoperatorze z interfejsem dotykowym i systemem wi-zyjnym. Pomiary Automatyka Robotyka, 2/2010, 655–661.

The control of active haptic joystick

HapticUZ 1-DOF/DC

Abstract: The article electro-hydraulic servo control system by the operator via a joystick with force feedback describes. Given the in-tention to use wireless communication, built in MATLAB/Simulink simulation model of the system. Conducted simulation studies the behavior of the system in case of temporary loss of connectivity. Algorithm estimates based on information transmitted differential signal previously received is proposed and modeled. Simulation studies have shown that the proposed algorithm is effective for the studied cases signal loss and protects the drive against step signal changes.

Keywords: servo drive, wireless control, signal estimation ny do przebiegu uzyskanego gdy transmisja nie była

przerwana.

5. Podsumowanie

Analizując zamieszczone w artykule wyniki pomiarów symulacyjnych można zauważyć, że bez względu na to, w jakim „miejscu” przebiegu i niezależnie od kształtu sygnału sterującego występującego podczas zaniku transmisji, „odzyskany” sygnał był zawsze bardzo zbli-żony do oryginalnego. Zastosowanie w sterowaniu opisanego wyżej algorytmu powoduje znaczną poprawę zachowania się badanego układu w przypadku zaniku transmisji. Zmniejszone zostały nagłe skoki zmian poło-żenia tłoka siłownika przy zaniku transmisji. Algorytm opisany w artykule można stosować nie tylko w transmisji bezprzewodowej ale również w transmisjach przewodowych w układach telemanipulatorów, na wy-padek przerwania przewodów łączących współpracują-ce urządzenia. W dalszych pracach opisany algorytm zostanie zweryfikowany w badaniach doświadczalnych.

Bibliografia

1. http://www.atmel.com

2. Chciuk M., Bachman P., Milecki A., Modelowanie serwonapędu elektrohydraulicznego sterowanego dżojstikiem typu haptic. 3rd International Confer-ence - MANUFACTURING 2010: contemporary problems of manufacturing and production man-agement, Poznań, 2010.

3. Bachman P., Siłowe sprzężenie zwrotne w hydraulice. Hydraulika i Pneumatyka, 2009, nr 2, s. 9-11.

4. Chciuk M., Milecki A., Myszkowski A., Applications of magnetorheological brakes in manual control of lifting devices and manipulators. Journal of Phys-ics: Conference Series, 2009, Vol. 149.

5. Gawłowicz P., Bachman P., Chciuk M., Interfejsy dotykowe jako sposób komunikowania się człowieka z maszyną, Wybrane problemy środowiska pracy i gospodarki, red. nauk. M. Rybakowski, J. Stebila, Zielona Góra: Wydaw. Nauk. Polskiego Tow. Profesjologicznego, 2010 s. 117-127.

6. Milecki A., Bachman P., Chciuk M., Control of a small robot by haptic joystick with magnetorheolog-ical fluid. Mechatronic Systems and Materials -

MSM 2011:

7 th international conference. Kaunas, Litwa, 2011. 7. Milecki A., Bachman P., Chciuk M., Wykrywanie

kolizji w teleoperatorze z interfejsem dotykowym i systemem wizyjnym. Pomiary, Automatyka, Robotyka, 2010, nr 2, s. 655-661

The control of active haptic joystick HapticUZ 1-DOF/DC

Abstract: The article electro-hydraulic servo control system by the operator via a joystick with force feedback describes. Given the intention to use wireless communication, built in Matlab-Simulink simulation model of the system. Conducted simulation studies the behavior of the system in case of tempo-rary loss of connectivity. Algorithm estimates based on infor-mation transmitted differential signal previously received is proposed and modeled. Simulation studies have shown that the proposed algorithm is effective for the studied cases signal loss and protects the drive against step signal changes. Keywords: servo drive, wireless control, signal estimation

Prof. dr hab. inż. Andrzej Milecki Profesor zwyczajny w Instytucie Technologii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Poli-techniki Poznańskiej.

Kierownik Zakładu Urządzeń Mecha-tronicznych.

Specjalność naukowa: budowa i eksploatacja maszyn, mechatronika, elektrohydraulika, automatyzacja maszyn

e-mail: andrzej.milecki@put.poznan.pl Rys. 15. Odtworzone sygnały w układzie z zanikiem transmisji

od 6,1 do 6,5 s

Fig. 15. The reconstructed signals in the system with fading transmission from 6,1 to 6,5 s

t [s]

Rys. 15. Odtworzone sygnały w układzie z zanikiem transmisji od 6,1 do 6,5 s

Fig. 15. The reconstructed signals in the system with fading transmis-sion from 6,1 to 6,5 s

prof. dr hab. inż. Andrzej Milecki Profesor zwyczajny w Instytucie Technolo-gii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Politechniki Poznańskiej. Kie-rownik Zakładu Urządzeń Mechatronicz-nych. Specjalność naukowa: budowa i eks-ploatacja maszyn, mechatronika, elektrohy-draulika, automatyzacja maszyn.

e-mail: andrzej.milecki@put.poznan.pl mgr inż. Paweł Bachman

Asystent w Instytucie Edukacji Techniczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uni-wersytet Zielonogórski. Zainteresowania: mechatronika, sterowanie. Jest stypendystą w ramach Poddziałania 8.2.2 „Regionalne Strategie Innowacji”, Działania 8.2 „Transfer wiedzy”, Priorytetu VIII „Regionalne Kadry Gospodarki” Programu Operacyjnego Kapi-tał Ludzki współﬁnansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Unii Europejskiej i z budżetu państwa.

e-mail: P.Bachman@eti.uz.zgora.pl mgr Marcin Chciuk

Asystent w Instytucie Edukacji Techniczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uni-wersytet Zielonogórski. Zainteresowania: mechatronika, sterowanie.

e-mail: M.Chciuk@eti.uz.zgora.pl ny do przebiegu uzyskanego gdy transmisja nie była

przerwana.

5. Podsumowanie

Analizując zamieszczone w artykule wyniki pomiarów symulacyjnych można zauważyć, że bez względu na to, w jakim „miejscu” przebiegu i niezależnie od kształtu sygnału sterującego występującego podczas zaniku transmisji, „odzyskany” sygnał był zawsze bardzo zbli-żony do oryginalnego. Zastosowanie w sterowaniu opisanego wyżej algorytmu powoduje znaczną poprawę zachowania się badanego układu w przypadku zaniku transmisji. Zmniejszone zostały nagłe skoki zmian poło-żenia tłoka siłownika przy zaniku transmisji. Algorytm opisany w artykule można stosować nie tylko w transmisji bezprzewodowej ale również w transmisjach przewodowych w układach telemanipulatorów, na wy-padek przerwania przewodów łączących współpracują-ce urządzenia. W dalszych pracach opisany algorytm zostanie zweryfikowany w badaniach doświadczalnych.

Bibliografia

1. http://www.atmel.com

2. Chciuk M., Bachman P., Milecki A., Modelowanie serwonapędu elektrohydraulicznego sterowanego dżojstikiem typu haptic. 3rd International Confer-ence - MANUFACTURING 2010: contemporary problems of manufacturing and production man-agement, Poznań, 2010.

3. Bachman P., Siłowe sprzężenie zwrotne w hydraulice. Hydraulika i Pneumatyka, 2009, nr 2, s. 9-11.

4. Chciuk M., Milecki A., Myszkowski A., Applications of magnetorheological brakes in manual control of lifting devices and manipulators. Journal of Phys-ics: Conference Series, 2009, Vol. 149.

5. Gawłowicz P., Bachman P., Chciuk M., Interfejsy dotykowe jako sposób komunikowania się człowieka z maszyną, Wybrane problemy środowiska pracy i gospodarki, red. nauk. M. Rybakowski, J. Stebila, Zielona Góra: Wydaw. Nauk. Polskiego Tow. Profesjologicznego, 2010 s. 117-127.

6. Milecki A., Bachman P., Chciuk M., Control of a small robot by haptic joystick with magnetorheolog-ical fluid. Mechatronic Systems and Materials -

MSM 2011:

7 th international conference. Kaunas, Litwa, 2011. 7. Milecki A., Bachman P., Chciuk M., Wykrywanie

kolizji w teleoperatorze z interfejsem dotykowym i systemem wizyjnym. Pomiary, Automatyka, Robotyka, 2010, nr 2, s. 655-661

The control of active haptic joystick HapticUZ 1-DOF/DC

Abstract: The article electro-hydraulic servo control system by the operator via a joystick with force feedback describes. Given the intention to use wireless communication, built in Matlab-Simulink simulation model of the system. Conducted simulation studies the behavior of the system in case of tempo-rary loss of connectivity. Algorithm estimates based on infor-mation transmitted differential signal previously received is proposed and modeled. Simulation studies have shown that the proposed algorithm is effective for the studied cases signal loss and protects the drive against step signal changes. Keywords: servo drive, wireless control, signal estimation

Prof. dr hab. inż. Andrzej Milecki Profesor zwyczajny w Instytucie Technologii Mechanicznej, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Poli-techniki Poznańskiej.

Kierownik Zakładu Urządzeń Mecha-tronicznych.

Specjalność naukowa: budowa i eksploatacja maszyn, mechatronika, elektrohydraulika, automatyzacja maszyn

e-mail: andrzej.milecki@put.poznan.pl Rys. 15. Odtworzone sygnały w układzie z zanikiem transmisji

od 6,1 do 6,5 s

Fig. 15. The reconstructed signals in the system with fading transmission from 6,1 to 6,5 s

t [s]

mgr inż. Paweł Bachman Asystent w Instytucie Edukacji Tech-niczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielono-górski. Zainteresowania: mechatroni-ka, sterowanie. Jest stypendystą w ramach Poddziałania 8.2.2 „Regio-nalne Strategie Innowacji”, Działania 8.2 „Transfer wiedzy”, Priorytetu VIII „Regionalne Kadry Gospodarki” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Unii Europejskiej i z budżetu państwa.

e-mail: P.Bachman@eti.uz.zgora.pl

mgr Marcin Chciuk

Asystent w Instytucie Edukacji Tech-niczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielono-górski. Zainteresowania: mechatroni-ka, sterowanie.

e-mail: M.Chciuk@eti.uz.zgora.pl

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2010-2012 jako projekt badawczy pt. "Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do nadzorowania pracy urzą-dzeń mechatronicznych z napędami elektrohydraulicznymi sterowanymi bezprzewodowo"

mgr inż. Paweł Bachman Asystent w Instytucie Edukacji Tech-niczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielono-górski. Zainteresowania: mechatroni-ka, sterowanie. Jest stypendystą w ramach Poddziałania 8.2.2 „Regio-nalne Strategie Innowacji”, Działania 8.2 „Transfer wiedzy”, Priorytetu VIII „Regionalne Kadry Gospodarki” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Unii Europejskiej i z budżetu państwa.

e-mail: P.Bachman@eti.uz.zgora.pl

mgr Marcin Chciuk

Asystent w Instytucie Edukacji Tech-niczno-Informatycznej, Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielono-górski. Zainteresowania: mechatroni-ka, sterowanie.

e-mail: M.Chciuk@eti.uz.zgora.pl

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2010-2012 jako projekt badawczy pt. "Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do nadzorowania pracy urzą-dzeń mechatronicznych z napędami elektrohydraulicznymi sterowanymi bezprzewodowo"