Μοντελοποίηση και έλεγχος κρουστικού εκκρεμούς για πειράματα
κρούσεων σε πλάκες με πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες

Καρύδης-Καρανδρέας, Παναγιώτης; Karydis-Karandreas, Panagiotis

dc.contributor.author	Καρύδης-Καρανδρέας, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Karydis-Karandreas, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2020-01-28T10:27:13Z
dc.date.available	2020-01-28T10:27:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49725
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17423
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Modelling	en
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Αυτόματος έλεγχος	el
dc.subject	Συστοιχία επιτόπια προγραμματιζόμενων πυλών	el
dc.subject	Πιεζοηλεξτρικοί αισθητήρες	el
dc.subject	Data acquisition piezoelectric sensors	en
dc.subject	Position Control CRIO 9074 LabVIEW FPGA	en
dc.subject	DC Motor	en
dc.title	Μοντελοποίηση και έλεγχος κρουστικού εκκρεμούς για πειράματα κρούσεων σε πλάκες με πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες	el
dc.title	Modelling and control of an impact pendulum for impact experiments on plates with piezoelectric sensors	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα αυτομάτου ελέγχου	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-06-25
heal.abstract	Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται την επέκταση λειτουργίας φορητής πειραματικής διάταξης κρούσεων που έχει κατασκευαστεί στο Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου (CSLab) της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, στο πλαίσιο του ερευνητικού έργου με τίτλο «Impact Smart Sandwich». Η επέκταση περιλαμβάνει την υλοποίηση ενός ενοποιημένου συστήματος αυτομάτου ελέγχου για το χειρισμό ενός κρουστικού εκκρεμούς καθώς και δειγματοληψίας μετρήσεων από πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες για την πραγματοποίηση αυτοματοποιημένων πειραμάτων κρούσης σε πλάκες από αεροναυπηγικά υλικά. Η πορεία μελέτης περιλαμβάνει αρχικά την πραγματοποίηση βελτιώσεων μηχανολογικής και ηλεκτρολογικής φύσεως, με τον ανασχεδιασμό και την ανακατασκευή εξαρτημάτων και πλακετών για την αντιμετώπιση λειτουργικών προβλημάτων που εντοπίστηκαν στην προϋπάρχουσα πειραματική διάταξη. Εν συνεχεία, μοντελοποιείται ο μηχανισμός του κρουστικού εκκρεμούς προκειμένου να καταστρωθούν οι εξισώσεις κίνησης. Ακολουθεί ο σχεδιασμός ενός PD* (ή PV) μη γραμμικού ελεγκτή του συστήματος ελέγχου που επιθυμούμε να υλοποιήσουμε. Η ρύθμιση του ελεγκτή με τον προσδιορισμό των κερδών γίνεται τόσο με την αναλυτική μέθοδο, όσο και με την μέθοδο του τόπου των ριζών. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται ο σχεδιασμός της τροχιάς κίνησης του εκκρεμούς, με την οποία θα τροφοδοτείται ως εντολή ο ελεγκτής που σχεδιάστηκε. Έτσι, μπορεί να υλοποιηθεί στην πράξη το σύστημα ελέγχου που σχεδιάστηκε. Ο ελεγκτής προγραμματίζεται στο εσωτερικό του ενσωματωμένου συστήματος CRIO 9074 με το λογισμικό LabVIEW, το οποίο βασίζεται σε γραφικό προγραμματισμό. Παράλληλα υλοποιείται ένα σύστημα δειγματοληψίας μετρήσεων από πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες και έτσι συνδυάζοντας τα δύο συστήματα, προκύπτει το τελικό ενοποιημένο σύστημα ελέγχου και δειγματοληψίας μετρήσεων. Τέλος, έχοντας κατορθώσει να υλοποιήσουμε μια πλήρως λειτουργική και αυτοματοποιημένη πειραματική διάταξη, σειρά έχει η διενέργεια πειραμάτων. Τα πειράματα που εκτελούνται έχουν δύο βασικούς άξονες. Ο πρώτος άξονας αφορά την διερεύνηση της συμπεριφοράς του συστήματος ελέγχου του κρουστικού εκκρεμούς. Κατά την άξονα αυτόν, πραγματοποιούνται αυτοματοποιημένα πειράματα κίνησης του κρουστικού εκκρεμούς προκειμένου να αναγνωριστούν παράμετροι του μοντέλου (ροπή λόγω τριβής Coulomb και συντελεστής ιξώδους τριβής). Επιπρόσθετα, επιβεβαιώνεται η ορθή λειτουργία του συστήματος αυτομάτου ελέγχου με τη σύγκριση της συμπεριφοράς του κλειστού βρόχου ελέγχου κατά την προσομοίωση (η οποία πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό Simulink) και στην πραγματικότητα. Ο δεύτερος άξονας αφορά τη διενέργεια πειραμάτων κρούσης για επιλεγμένες περιπτώσεις. Οι περιπτώσεις αυτές περιλαμβάνουν την διαφοροποίηση των εξής παραμέτρων: α) της ταχύτητας κρούσης του εκκρεμούς, β) της χρήσης διαφορετικών επικρουστήρων (από σκληρό ή μαλακό υλικό) στην άκρη του κρουστικού εκκρεμούς και τέλος γ) χρησιμοποίηση τριών διαφορετικών πλακών κατά τις κρούσεις. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται με την μορφή συγκριτικών διαγραμμάτων προκειμένου να εξετασθεί και να ερμηνευθεί η επίδραση των παραπάνω παραγόντων στο κρουστικό φαινόμενο.	el
heal.abstract	The following Diploma Thesis examines the expansion of the operation of a portable experimental setup that is used for impact tests. The setup has been constructed by the Control System Laboratory (CSLab) at the department of the School of Mechanical Engineering of the National Technical University of Athens (NTUA), within the context of a research project, titled as “Impact Smart Sandwich”. This expansion includes the implementation of a consolidated automated control and data acquisition system for the manipulation of an impact pendulum and the sampling of measurements from piezoelectric sensors in order to accomplish automated experimental impact tests to plates consisted of aeronautical materials. Initially, this study focuses on improvements of mechanical and electrical nature, with the redesign and reconstruction of specific parts and printed circuit boards (PCBs), so as to rectify operational malfunctions observed in the pre-existing experimental setup. Afterwards, the modeling of the mechanism of the impact pendulum is following, in order to form the motion equations. Moreover, we move on to the design and the tuning of a PD* (or PV) non-linear controller of the control system that we aim to implement, which in essence is the determination of the gains and is achieved in two ways: with the analytical method and as well as with the method of root locus. Additionally, we emphasise on the designing of the desired trajectory for the movement of the impact pendulum, which in fact will be used as an input to the controller that was built previously. Consequently, the control system that has been designed, can now be implemented in real. The controller is being programmed inside an embedded system (National Instruments CRIO 9074), with the use of LabVIEW software, which is based on graphical programming. In the meantime, a data acquisition system from piezoelectric sensors, is also being implemented, thus by combining these two systems we end up with the final consolidated control and data acquisition system. Eventually, by achieving to implement a fully functional and automated experimental setup, we can proceed to the execution of impact tests. The relevant experiments, revolve around two main axes. The first axis involves investigating the behavior of the control system that we use to manipulate the impact pendulum. Therefore, automated movement experiments of the pendulum, are executed, in order to identify the model parameters which can be determined only experimentally (Coulomb friction torque and viscous friction coefficient). Additionally, the correct operation of the control system is confirmed, by comparing the behavior of the closed loop between the simulation (which has been implemented on Simulink) and reality scenarios. The second axis, refers to the performance of impact tests for various cases. These cases include the differentiation of the following parameters: a) different impact velocities of the pendulum, b) different tips (hard, soft) at the end of the impact mechanism and lastly, c) the use of three different plates during the impact tests. The experimental results, are presented in comparative diagrams in order to examine and interpret the effect of all the above factors on the impact phenomenon.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	216 σ.
heal.fullTextAvailability	false