MODELING OF ELECTRO-HYDRAULIC SERVO SYSTEM USING THE BEES ALGORITHM

Year 2022, , 1 - 10, 16.12.2022

Abdullah Çakan , Fatih Mehmet Botsalı , Ümit Önen , Mete Kalyoncu

https://doi.org/10.36306/konjes.1083352

Cited By: 1

Abstract

In this study, a method is proposed to find the unknown simulation parameters of an industrial electro-hydraulic proportional valve. Electro-hydraulic servo systems are one of the most widely used actuator systems, and proportional valves are commonly found in hydraulic systems. Hydraulic systems are complicated to linearize, because nearly whole elements are nonlinear, with the inclusion of the valve actuators. The system model must be linearized to make it feasible for analysis of the system linearly or the characteristics must be identified by comparison the output responses suitable for the inputs. However, it is not easy to obtain a perfect system model for use in simulation studies without prior knowledge of the system. Obtaining a perfect model of a system that is not easy to model can be done in two different ways; applying one of the system identification methods after collecting experimental data or using manufacturers' datasheets. In this paper, simulation parameters of MOOG brand D675 series proportional servo valve system were obtained using The Bees Algorithm, an optimization algorithm, to match the dynamic specifications in the datasheet provided by the manufacturer. The obtained system model and the answers are shown graphically and the effectiveness of the proposed method is discussed.

Keywords

The Bees Algorithm, Electro-hydraulic, Servo Valve, System Identification, Matlab

Thanks

This study has been presented in 2nd International Symposium on Implementations of Digital Industry and Management of Digital Transformation (ISIDIMDT’21), 10-11 November 2021, Konya/Turkey.

Elektro-Hidrolik Servo Valf Sisteminin Arı Algoritması (AA) Kullanılarak Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada, endüstriyel bir elektro hidrolik oransal valfin bilinmeyen benzetim parametrelerini bulmak için bir yöntem önerilmektedir. Elektro hidrolik servo sistemler en yaygın olarak kullanılan eyleyici sistemlerinden biridir ve hidrolik sistemlerde yaygın olarak oransal valfler bulunur. Hidrolik sistemlerin doğrusallaştırılması karmaşıktır, çünkü valf eyleyicileri dahil neredeyse tüm elemanlar lineer değildir. Sistemin doğrusal olarak analiz edilmesini mümkün kılmak için sistem modeli doğrusallaştırılmalı veya sistem özellikleri girdilere uygun çıktı yanıtlarının karşılaştırılmasıyla tanımlanmalıdır. Sistem hakkında önceden bilgi sahibi olmadan, benzetim çalışmalarında kullanmak için sistemin kusursuz bir modelini elde etmek oldukça zordur. Modellenmesi kolay olmayan bir sistemin kusursuz bir modelinin elde edilmesi iki farklı şekilde yapılabilir; deneysel verileri topladıktan sonra sistem tanımlama yöntemlerinden birini uygulamak veya üreticilerin veri sayfalarını kullanmak. Bu çalışmada, bir optimizasyon algoritması olan Arı Algoritması kullanılarak MOOG marka D675 serisi oransal servo valf sisteminin benzetim parametreleri, üretici tarafından sağlanan veri sayfasındaki dinamik özelliklere uyacak şekilde elde edilmiştir. Elde edilen sistem modeli ve cevaplar grafiksel olarak gösterilmiş ve önerilen yöntemin etkinliği tartışılmıştır.

Keywords

Arı Algoritması, Elektro-hidrolik, Servo Valf, Sistem Tanımlama, Matlab

References

• Bakırcıoğlu, V., Şen, M. A. ve Kalyoncu, M.,"Obtaining Dynamic Characteristics of Electrohydraulic Servo-systems CaseStudy of Parker D1FP Proportional Valve", International Conference on Engineering Technologies (ICENTE’17), Konya, Türkiye, 2017.
• Ding, Y., Zhang, W., Yu, L. ve Lu, K., 2019, "The accuracy and efficiency of GA and PSO optimization schemes on estimating reaction kinetic parameters of biomass pyrolysis", Energy, Vol. 176, No., pp. 582-588.
• Eser, O., Çakan, A., Kalyoncu, M. ve Botsalı, F. M., "Arı Algoritması (AA) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) Kullanarak Çeyrek Araç Modeli Tasarım Parametrelerinin Belirlenmesi", Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, Vol. 9, No. 3, pp. 621-632.
• Feng, H., Yin, C., Ma, W., Yu, H. ve Cao, D., 2019, "Parameters identification and trajectory control for a hydraulic system", ISA Trans, Vol. 92, No., pp. 228-240.
• İlgen, S., Durdu, A., Gülbahçe, E., Çakan, A. ve Kalyoncu, M., "The Bees Algorithm Approach to Determining SMC Controller Parameters for the Position Control of a SCARA Robot Manipulator", Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Vol., No. 33, pp. 267-273.
• Kalyoncu, M. ve Haydim, M., 2009, "Mathematical modelling and fuzzy logic based position control of an electrohydraulic servosystem with internal leakage", Mechatronics, Vol. 19, No. 6, pp. 847-858.
• Karakoyun, E., Çakan, A. ve Kalyoncu, M., "İki serbestlik dereceli bir robot kolun konum kontrolü için PID kontrol parametrelerinin arı algoritması (AA) kullanılarak belirlenmesi", Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 24, No. 1, pp. 111-124.
• Khadim, Q., Kiani-Oshtorjani, M., Jaiswal, S., Matikainen, M. K. ve Mikkola, A., 2021, "Estimating the Characteristic Curve of a Directional Control Valve in a Combined Multibody and Hydraulic System Using an Augmented Discrete Extended Kalman Filter", Sensors (Basel), Vol. 21, No. 15, pp.
• MathWorks, 2021, "Simscape™ User's Guide", https://www.mathworks.com/help/physmod/simscape: [March 5, 2022].
• Moog, 2010, "Pilot-Operated Servo-Proportional Valves Series D671 to D675 Sizes 05 to 10", Vol., No., pp.
• Moog, 2016, "Electro-Hydraulic Valves: A Technical Look", Vol., No., pp.
• Pham, D., Koç, E., Kalyoncu, M. ve Tınkır, M., 2008, "Hierarchical PID controller design for a flexible link robot manipulator using the bees algorithm", Methods (eg. genetic algorithm), Vol. 25, No., pp. 32.
• Pham, D. T., Ghanbarzadeh, A., Koç, E., Otri, S., Rahim, S. ve Zaidi, M., 2006, "The bees algorithm—a novel tool for complex optimisation problems", In: Intelligent production machines and systems, Eds: Elsevier, 454-459.
• Qing-hua, H., Peng, H. ve Da-qing, Z., 2008, "Modeling and parameter estimation for hydraulic system of excavator’s arm", Journal of Central South University of Technology Vol. 15, No. 3, pp. 382-386.
• Tchkalov, V. ve Miller, S., 2014, "Parameterization of directional and proportional valves in simhydraulics", Mathworks, Vol., No., pp.
• Yu, K., Liang, J. J., Qu, B. Y., Chen, X. ve Wang, H., 2017, "Parameters identification of photovoltaic models using an improved JAYA optimization algorithm", Energy Conversion and Management, Vol. 150, No., pp. 742-753.
• Zhang, J. ve Xia, P., 2017, "An improved PSO algorithm for parameter identification of nonlinear dynamic hysteretic models", Journal of Sound and Vibration, Vol. 389, No., pp. 153-167.