Hava alıklı elektro-pnömatik kontrol tahrik sisteminin açık çevrim performansının incelenmesi

Year 2024, Volume: 39 Issue: 4, 2329 - 2342, 20.05.2024

Orhan Fatih Ercis Ömer Keleş

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1257561

Abstract

Bu çalışma kapsamında elektro-pnömatik bir kontrol tahrik sisteminin simülasyonu yapılmış ve testlerle açık çevrim performansı değerlendirilmiştir. Açık çevrim elektro-pnömatik sistemde, hava alığından giren gaz izole edilmiş iki odaya dolmaktadır. Hava odaları arasında basınç farkı solenoidler yardımı ile oluşturularak mühimmatın kanat hareketi sağlanmaktadır. Solenoidlerin yarattığı basınç farkı bir döner kanat üzerine etkiyerek aerodinamik kanatların dönüşünü sağlamaktadır. Simülasyon ve test çalışmalarında 5 Hz hedef çalışma frekansı olarak seçilmiştir. Amesim simülasyonlarında kanatçık açısı 5 Hz hedef frekansında 63,9° faz farkı ile komut sinyalini takip etmiştir. Analiz sonuçlarına göre 15 Hz’ den sonra genliklerde kayıplar ve bozulmalar meydana gelmiştir. Testlerde 1 Hz’ den 35 Hz’ e kadar frekans girdisi artırılarak frekans cevabı davranışı incelenmiştir. Test verisinde 16,66 Hz frekanstan sonraki genliklerde düzensiz hareketler meydana gelmiş ve kanatçık açısı komutu takip edememiştir. Diğer yandan 5 Hz hedef frekansını kanatçık açısı genlik kaybına uğramadan komutu 59,5° faz açısı ile takip etmiştir. Sonuç olarak ucuz ve basit bir yapıdaki elektro-pnömatik tahrik sisteminin performansı simülasyon ve testlerle elde edilmiştir.

Keywords

Amesim, pnömatik, simülasyon, test, kontrol

Supporting Institution

Roketsan

Project Number

-

Thanks

Roketsan A.Ş' nin makalenin oluşmasında verdiği yazılım, donanım ve üretim bütçesi için teşekkürü borç bilirim.

The investigation of open loop performance of electro-pneumatic control actuator system with air intake

Abstract

In this study, an electro-pneumatic control actuator system is simulated and its open loop performance is evaluated with tests. In the open loop electro-pneumatic system, the gas entering from the air intake is filled into two isolated chambers. The fin movement of the ammunition is provided by creating the pressure difference between the air chambers with the help of solenoids. The pressure difference created by the solenoids acts on a rotary vane and provides the rotation of the aerodynamic fins. In the simulation and test studies 5 Hz is chosen as target operating frequency. The fin angle follows the command signal with a 63.9° phase difference at 5 Hz in Amesim simulations. According to the results of the analysis, amplitude loss and distortions occur after 15 Hz. In the tests, frequency response is investigated by increasing the frequency input from 1 Hz to 35 Hz. It is observed that irregular movements occur at amplitudes after the frequency of 16.66 Hz and the fin cannot follow the command. On the other hand, the target 5 Hz frequency is followed by the fin angle with a phase angle of 59.5° without losing the angle amplitude. As a result, the performance of an inexpensive and simple electro-pneumatic control actuator system has been obtained through simulations and tests.

Keywords

Amesim, pneumatic, simulation, test, control

Project Number

-

References

• 1. Parker. Innovations in Flight Control Systems and Subsystems. https://www.parker.com/Literature/ Control%20Systems%20Division/CSD %20literature/CSDBrochure.pdf. Yayın tarihi 2011. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 2. Honeywell. Actuation Solutions. https://aerospace.honeywell.com/ content/ dam/aero/en-us/documents/learn/products/actuation/ brochures/N61-1575- 000-001-ActuationSolutions-bro.pdf. Yayın tarihi 2018. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 3. Gültekin A.M., Kılıçaslan S., Estimation of dynamic model of a missile fin with freeplay by using system identification methods, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (4), 1899-1913, 2022.
• 4. Thayer, W.J., Electropneumatic Servoactuation an Alternative to Hydraulics for Some Low Power Applications. https://www.moog.com/content/dam/moog/literature/Space_Defense/Technical_Bulletins/Technical_Bulletin 151.pdf. Yayın tarihi 1988. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 5. Davis, M.A. High Performance Electromechanical Servoactuation Using Brushless Dc Motor. https://www.moog.com/content/dam/moog/literature/Space_Defense/Technical_Bulletins/Technical_Bulletion_150.pdf. Yayın tarihi 1984. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 6. Zhou, M., Mao, D., Zhang, M., Guo, L., Gong, M., A Hybrid Control with PID–Improved Sliding Mode for Flat-Top of Missile Electromechanical Actuator Systems, Sensors (Basel), 18 (12), 1-15, 2018.
• 7. Qiao, G., Liu, G., Shi, Z., Wang, Y., Ma, S. and Lim, T.C., A Review of Electromechanical Actuators for More/All Electric Aircraft Systems, Proc IMechE Part C: J Mechanical Engineering Science, 232 (22), 4128-4151, 2018.
• 8. Bağlar, E.T., Baysal, C.V., Yapay Pnömatik Kaslar için Denetim Kiplerinin Hızlı Aç/Kapa Valfler Kullanarak Deneysel Bir Değerlendirmesi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35 (2), 401-412, 2020.
• 9. Krivts, I.L., Optimization of Performance Characteristics of Electropneumatic (Two-Stage) Servo Valve, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 126 (2), 416-420, 2004.
• 10. Richer, E. and Hurmuzlu, Y., A. High Performance Pneumatic Force Actuator System: Part I: Nonlinear Mathematical Model, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 122 (3), 416-425.
• 11. Moog. Servo Valves. https://www.moog.com/ literature/ICD/Moog_ServoValves_72Series_Catalog_en.pdf. Yayın tarihi 2018. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 12. Lin, C.J., Sie, T.Y., Chu, W.L., Yau, H.T., Ding, C.H., Tracking Control of Pneumatic Artificial Muscle-Activated Robot Arm Based on Sliding-Mode Control, MDPI Actuators, 10 (3), 1-18, 2021.
• 13. Hejrati, B., Najafi, F., Accurate Pressure Control of a Pneumatic Actuator with a Novel Pulse Width Modulation–Sliding Mode Controller Using a Fast Switching On/Off Valve, Proc IMechE Part I: Journal of Systems and Control Engineering 227 (2), 230–242, 2012.
• 14. Xavier, M.S., Fleming, A.J., Yong, Y.K., Model-Based Nonlinear Feedback Controllers for Pressure Control of Soft Pneumatic Actuators Using On/Off Valves, Frontiers in Robotics and AI, 9, 1-15, 2022
• 15. Poçari, S., Londo, A., Mathematical Modelling Simulation and Experimental Verification of a Pneumatic System, European Journal of Engineering and Technology, 6, 1-12, 2018
• 16. Gade, M.M., Mangrulkar, K.K., Modeling and PWM Control of ElectroPneumatic Actuator for Missile Applications, IFAC Papers Online, 51 (1), 237-242, 2018.
• 17. Abd-Altief, M.A., El-Sheikh, G.A., and Dogheish, M.Y., Anti-Tank Guided Missile Performance Enhancement Part-1: Hardware in the Loop Simulation, Proceedings of the 5th ICEENG Conference, Cairo-Egypt, 1-14, 16-18 Mayıs, 2006. 18. Ercis, O.F., Keleş, Ö., Hava Alıklı Elektro-Pnömatik Bir Sistemin Modellenmesi ve Simülasyonu, The Journal of Defense Sciences, 38, 44-67, 2020
• 19. Laodong. 9M113 Kornet. http://vieclam.laodong.com.vn/vukhi/suc-manh-ten-lua-sieu-khung-kornetem-cua-nga-189873.bld. Yayın tarihi 2014. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 20. Anwaralsharradmbt. AT-14 Kornet (2012), 21 Haziran 2020’de http://anwaralsharradmbt.blogspot.com/2012/08/at-14-kornet.html. Yayın tarihi 2012. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 21. Armedconflicts. 9K115 Metis. https://www.armedconflicts.com/9K115- Metis-9-1050-115-1052-1077-1090-1080-1089-t26889#360912. Yayın tarihi 2010. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 22. Cococi, V.N., Safta, C.A., Calinoiu, C., Parameter tuning process for a closed-loop pneumatic actuator, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 664, 1-10, 2021.
• 23. Analizsimulasyon. Amesim. https://analizsimulasyon.com/amesim/. Yayın tarihi 2016. Erişim tarihi Şubat 22, 2023.
• 24. Ercis, O.F., Hava Alıklı Kontrol Tahrik Sistemi Tasarımı ve Modellemesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2021.