Design and Testing of A Cost-Effective Active Force Sensor With Servo Control

Kemal Yaman

Makale detayları

Design and Testing of A Cost-Effective Active Force Sensor With Servo Control

Yazarlar:

Kemal Yaman

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Dinamikler | Titreşim ve Titreşim Kontrolü | Makine Tasarımı ve Makine Elemanları | Makine Teorisi ve Dinamiği | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon

Dergi:

Politeknik Dergisi Vol.27 Issue 6, pp.2105-2116

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001333509

pISSN:

2147-9429

Anahtar kelimeler:

Özet:

 In this work, the computerized control of a hydraulic system with analog characteristics is examined, and within this scope, a novel force sensor is designed. The system consists of two main structures: an analog subsystem comprising a four-way servo valve, hydraulic piston, servo amplifier, and the designed force sensor, and a digitizing subsystem responsible for comparison and control, composed of a desktop computer. Throughout this work, a cost-effective force sensor was designed by integrating a compression spring, guides, a support frame and a linear variable differential transformer LVDT. In this integrated system, the force applied at a specific magnitude and frequency from an external force measurement and feedback unit is converted into electrical signals by horizontal motion of the LVDT core. These electrical signals from the force sensor are digitized and fed back to the computer and data acquisition card. The digitized data transferred to the software developed in this study continuously compare with the reference data, enabling position-dependent force control. Experiments conducted with the force sensor placed between two hydraulic pistons controlled by a servo valve revealed that it caused the pistons to move right and left, providing the desired control of the system with the reference force input. The system was observed to operate much more stably, especially for high-frequency signal inputs.

 In this work, the computerized control of a hydraulic system with analog characteristics is examined, and within this scope, a novel force sensor is designed. The system consists of two main structures: an analog subsystem comprising a four-way servo valve, hydraulic piston, servo amplifier, and the designed force sensor, and a digitizing subsystem responsible for comparison and control, composed of a desktop computer. Throughout this work, a cost-effective force sensor was designed by integrating a compression spring, guides, a support frame and a linear variable differential transformer LVDT. In this integrated system, the force applied at a specific magnitude and frequency from an external force measurement and feedback unit is converted into electrical signals by horizontal motion of the LVDT core. These electrical signals from the force sensor are digitized and fed back to the computer and data acquisition card. The digitized data transferred to the software developed in this study continuously compare with the reference data, enabling position-dependent force control. Experiments conducted with the force sensor placed between two hydraulic pistons controlled by a servo valve revealed that it caused the pistons to move right and left, providing the desired control of the system with the reference force input. The system was observed to operate much more stably, especially for high-frequency signal inputs.

 In this work, the computerized control of a hydraulic system with analog characteristics is examined, and within this scope, a novel force sensor is designed. The system consists of two main structures: an analog subsystem comprising a four-way servo valve, hydraulic piston, servo amplifier, and the designed force sensor, and a digitizing subsystem responsible for comparison and control, composed of a desktop computer. Throughout this work, a cost-effective force sensor was designed by integrating a compression spring, guides, a support frame and a linear variable differential transformer LVDT. In this integrated system, the force applied at a specific magnitude and frequency from an external force measurement and feedback unit is converted into electrical signals by horizontal motion of the LVDT core. These electrical signals from the force sensor are digitized and fed back to the computer and data acquisition card. The digitized data transferred to the software developed in this study continuously compare with the reference data, enabling position-dependent force control. Experiments conducted with the force sensor placed between two hydraulic pistons controlled by a servo valve revealed that it caused the pistons to move right and left, providing the desired control of the system with the reference force input. The system was observed to operate much more stably, especially for high-frequency signal inputs.

 Bu çalışmada, analog özelliklere sahip bir hidrolik sistemin bilgisayar kontrollü kontrolü incelenmiş ve bu kapsamda yeni bir kuvvet sensörü tasarlanmıştır. Sistem dört yollu servo valf, hidrolik piston, servo yükseltici ve tasarlanan kuvvet sensöründen oluşan analog alt sistem ve masaüstü bilgisayardan oluşan karşılaştırma ve kontrolden sorumlu sayısallaştırıcı alt sistem olmak üzere iki ana yapıdan oluşmaktadır. Bu çalışma kapsamında, bir sıkıştırma yayı, kılavuzlar, bir destek çerçevesi ve bir lineer değişken diferansiyel transformatör LVDT entegre edilerek uygun maliyetli bir kuvvet sensörü tasarlanmıştır. Bu entegre sistemde, harici bir kuvvet ölçüm ve geri besleme ünitesinden belirli bir büyüklük ve frekansta uygulanan kuvvet, LVDT çekirdeğinin yatay hareketi ile elektrik sinyallerine dönüştürülür. Kuvvet sensöründen gelen bu elektrik sinyalleri sayısallaştırılır ve bilgisayara ve veri toplama kartına geri beslenir. Bu çalışmada geliştirilen yazılıma aktarılan sayısallaştırılmış veriler, sürekli olarak referans verilerle karşılaştırılarak konuma bağlı kuvvet kontrolü sağlar. Bir servo valf tarafından kontrol edilen iki hidrolik piston arasına yerleştirilen kuvvet sensörü ile yapılan deneyler, pistonların sağa ve sola hareket etmesine neden olarak referans kuvvet girişi ile sistemin istenilen kontrolünü sağladığını ortaya koymuştur. Özellikle yüksek frekanslı sinyal girişlerinde sistemin çok daha kararlı çalıştığı gözlemlendi.

Makale detayları

Design and Testing of A Cost-Effective Active Force Sensor With Servo Control

Yazarlar:

Kemal Yaman

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Dinamikler | Titreşim ve Titreşim Kontrolü | Makine Tasarımı ve Makine Elemanları | Makine Teorisi ve Dinamiği | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon

Dergi:

Politeknik Dergisi Vol.27 Issue 6, pp.2105-2116

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001333509

pISSN:

2147-9429

Active control

active suspension

linear transducer

position control

servo valve

load cellAktif kontrol

aktif süspansiyon

lineer transdüser

pozisyon kontrol

servovalf

yük hücresi

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Kemal Yaman

Yayıncı: Gazi University

Ana Başlıklar: Dinamikler | Titreşim ve Titreşim Kontrolü | Makine Tasarımı ve Makine Elemanları | Makine Teorisi ve Dinamiği | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon

Dergi: Politeknik Dergisi Vol.27 Issue 6, pp.2105-2116

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 12/2024

Belge Dili: İngilizce

Document ID (Org No.): 2001333509

pISSN: 2147-9429

Sayı

Yazarlar:

Kemal Yaman

Yayıncı:

Gazi University

Ana Başlıklar:

Dinamikler | Titreşim ve Titreşim Kontrolü | Makine Tasarımı ve Makine Elemanları | Makine Teorisi ve Dinamiği | Sayısal Modelleme ve Mekanik Karakterizasyon

Dergi:

Politeknik Dergisi Vol.27 Issue 6, pp.2105-2116

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2024

Belge Dili:

İngilizce

Document ID (Org No.):

2001333509

pISSN:

2147-9429