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Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow / Xiangrong, Shen in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 129 N° 3 (Mai 2007)

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 3 (Mai 2007) . - 303-310 p. Titre : Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow Titre original : Économie d'énergie dans la servocommande pneumatique utilisant le croisement de flux d'Interchamber Type de document : texte imprimé Auteurs : Xiangrong, Shen, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur Article en page(s) : 303-310 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Servocommande  Système  servo  pneumatique  Contrôleur  de  mode  coulissant Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a structure and control approach for the energy saving servo control of a pneumatic servo system. The energy saving approach is enabled by supplementing a standard four-way spool valve controlled pneumatic actuator with an additional two-way valve that enables flow between the cylinder chambers. The “crossflow” valve enables recirculation of pressurized air, and thus enables the extraction of stored energy that would otherwise be exhausted to the atmosphere. A control approach is formulated that supplements, to the extent possible, the mass flow required by a sliding mode controller with the recirculated mass flow provided by the crossflow valve. Following the control formulation, experimental results are presented that indicate energy savings of 25–52%, with essentially no compromise in tracking performance relative to the standard sliding mode control approach (i.e., relative to control via a standard four-way spool valve, without the supplemental flow provided by the crossflow valve). Cet article propose une approche de structure et de commande pour la servocommande économiseuse d'énergie d'un système servo pneumatique. L'approche économiseuse d'énergie est permise en complétant un déclencheur pneumatique commandé par valve à quatre voies standard de bobine avec un clapet bidirectionel additionnel qui permet l'écoulement entre les chambres de cylindre. La valve de « croisement de flux » permet le recyclage d'air pressurisé, et permet ainsi l'extraction de l'énergie stockée qui serait autrement épuisée à l'atmosphère. On formule une approche de commande qui complète, jusqu'au degré possible, l'écoulement de la masse exigé par un contrôleur de mode coulissant avec l'écoulement de la masse recyclé fourni par la valve de croisement de flux. Après la formulation de commande, on présente des résultats expérimentaux qui indiquent des économies d'énergie de 25-52%, avec essentiellement aucun compromis dans l'exécution de cheminement relativement à l'approche coulissante standard de commande de mode (c.-à-d., relativement à la commande par l'intermédiaire d'une valve à quatre voies standard de bobine, sans écoulement supplémentaire fourni par la valve de croisement de flux). DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Servomécanismes-- Pneumatique [article] Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow = Économie d'énergie dans la servocommande pneumatique utilisant le croisement de flux d'Interchamber [texte imprimé] / Xiangrong, Shen, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur . - 303-310 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 3 (Mai 2007) . - 303-310 p. Mots-clés : Servocommande  Système  servo  pneumatique  Contrôleur  de  mode  coulissant Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a structure and control approach for the energy saving servo control of a pneumatic servo system. The energy saving approach is enabled by supplementing a standard four-way spool valve controlled pneumatic actuator with an additional two-way valve that enables flow between the cylinder chambers. The “crossflow” valve enables recirculation of pressurized air, and thus enables the extraction of stored energy that would otherwise be exhausted to the atmosphere. A control approach is formulated that supplements, to the extent possible, the mass flow required by a sliding mode controller with the recirculated mass flow provided by the crossflow valve. Following the control formulation, experimental results are presented that indicate energy savings of 25–52%, with essentially no compromise in tracking performance relative to the standard sliding mode control approach (i.e., relative to control via a standard four-way spool valve, without the supplemental flow provided by the crossflow valve). Cet article propose une approche de structure et de commande pour la servocommande économiseuse d'énergie d'un système servo pneumatique. L'approche économiseuse d'énergie est permise en complétant un déclencheur pneumatique commandé par valve à quatre voies standard de bobine avec un clapet bidirectionel additionnel qui permet l'écoulement entre les chambres de cylindre. La valve de « croisement de flux » permet le recyclage d'air pressurisé, et permet ainsi l'extraction de l'énergie stockée qui serait autrement épuisée à l'atmosphère. On formule une approche de commande qui complète, jusqu'au degré possible, l'écoulement de la masse exigé par un contrôleur de mode coulissant avec l'écoulement de la masse recyclé fourni par la valve de croisement de flux. Après la formulation de commande, on présente des résultats expérimentaux qui indiquent des économies d'énergie de 25-52%, avec essentiellement aucun compromis dans l'exécution de cheminement relativement à l'approche coulissante standard de commande de mode (c.-à-d., relativement à la commande par l'intermédiaire d'une valve à quatre voies standard de bobine, sans écoulement supplémentaire fourni par la valve de croisement de flux). DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Servomécanismes-- Pneumatique

Enhanced performance and stability in pneumatic servosystems with supplemental mechanical damping / Keith W. Wait in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 132 N° 4 (Juillet 2010) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 132 N° 4 (Juillet 2010) . - 08 p. Titre : Enhanced performance and stability in pneumatic servosystems with supplemental mechanical damping Type de document : texte imprimé Auteurs : Keith W. Wait, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur Année de publication : 2010 Article en page(s) : 08 p. Note générale : Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damping  Pneumatic  actuators  Servomechanisms  Stability  Vibration  control Index. décimale : 629.8 Résumé : The authors present a model-based analysis of a position-velocity-acceleration-controlled pneumatic actuator that indicates that supplementing the pneumatic actuator with mechanical damping can significantly increase the gain margin, tracking accuracy, and disturbance rejection of a closed-loop-controlled pneumatic servoactuator. In order to validate the model-based analysis and purported performance and stability benefits provided by supplemental damping, experiments were performed on a single-degree-of-freedom pneumatic servosystem. Measurements conducted on the experimental setup, which validate the respective improvements in stability margin, tracking accuracy, and disturbance rejection, are described. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013200 [...] [article] Enhanced performance and stability in pneumatic servosystems with supplemental mechanical damping [texte imprimé] / Keith W. Wait, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur . - 2010 . - 08 p. Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 132 N° 4 (Juillet 2010) . - 08 p. Mots-clés : Damping  Pneumatic  actuators  Servomechanisms  Stability  Vibration  control Index. décimale : 629.8 Résumé : The authors present a model-based analysis of a position-velocity-acceleration-controlled pneumatic actuator that indicates that supplementing the pneumatic actuator with mechanical damping can significantly increase the gain margin, tracking accuracy, and disturbance rejection of a closed-loop-controlled pneumatic servoactuator. In order to validate the model-based analysis and purported performance and stability benefits provided by supplemental damping, experiments were performed on a single-degree-of-freedom pneumatic servosystem. Measurements conducted on the experimental setup, which validate the respective improvements in stability margin, tracking accuracy, and disturbance rejection, are described. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013200 [...]

Multivariable Loop-Shaping in Bilateral Teleamanipulation / Fite, Kevin B. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 482-488 p. Titre : Multivariable Loop-Shaping in Bilateral Teleamanipulation Type de document : texte imprimé Auteurs : Fite, Kevin B., Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur Article en page(s) : 482-488 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Système  bilatéral  multivariable  Télémanipulateur  Stabilité  Impédance  Compensateur Résumé : This paper presents an architecture and control methodology for obtaining transparency and stability robustness in a multivariable bilateral teleoperator system. The work presented here extends a previously published single-input, single-output approach to accommodate multivariable systems. The extension entails the use of impedance control techniques, which are introduced to render linear the otherwise nonlinear dynamics of the master and slave manipulators, in addition to a diagonalization multivariable loop shaping technique, used to render tractable the multivariable compensator design. A multivariable measure of transparency is proposed based on the relative singular values of the environment and transmitted impedance matrices. The approach is experimentally demonstrated on a three degree-of-freedom scaled telemanipulator pair with a highly coupled environment. Using direct measurement of the power delivered to the operator to assess the system's stability robustness, along with the proposed measure of multivariable transparency, the loop-shaping compensation is shown to improve the stability robustness by a factor of two and the transparency by more than a factor of five. Cet article présente une architecture et une méthodologie de commande pour obtenir le transparent et la robustesse de stabilité dans un système bilatéral multivariable de télémanipulateur. Le travail présenté ici prolonge une approche à entrée unique et à sortie unique précédemment éditée pour adapter aux systèmes multivariables. La prolongation nécessite l'utilisation des techniques de commande d'impédance, qui sont présentées pour rendre linéaire la dynamique autrement non-linéaire des manipulateurs principaux et slaves, en plus d'une boucle multivariable de diagonalisation formant la technique, employée pour rendre menable la conception multivariable de compensateur. On propose une mesure multivariable de transparent a basé sur les valeurs singulières relatives de l'environnement et a transmis des matrices d'impédance. L'approche est expérimentalement démontrée sur des trois paires de télémanipulateur mesurées par liberté avec un environnement fortement couplé. En utilisant la mesure directe de la puissance fournie à l'opérateur pour évaluer la robustesse de la stabilité du système, avec la mesure proposée du transparent multivariable, la compensation deformation est montrée pour améliorer la robustesse de stabilité par un facteur de deux et le transparent par plus qu'un facteur de cinq En ligne : http://journaltool.asme.org [article] Multivariable Loop-Shaping in Bilateral Teleamanipulation [texte imprimé] / Fite, Kevin B., Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur . - 482-488 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 482-488 p. Mots-clés : Système  bilatéral  multivariable  Télémanipulateur  Stabilité  Impédance  Compensateur Résumé : This paper presents an architecture and control methodology for obtaining transparency and stability robustness in a multivariable bilateral teleoperator system. The work presented here extends a previously published single-input, single-output approach to accommodate multivariable systems. The extension entails the use of impedance control techniques, which are introduced to render linear the otherwise nonlinear dynamics of the master and slave manipulators, in addition to a diagonalization multivariable loop shaping technique, used to render tractable the multivariable compensator design. A multivariable measure of transparency is proposed based on the relative singular values of the environment and transmitted impedance matrices. The approach is experimentally demonstrated on a three degree-of-freedom scaled telemanipulator pair with a highly coupled environment. Using direct measurement of the power delivered to the operator to assess the system's stability robustness, along with the proposed measure of multivariable transparency, the loop-shaping compensation is shown to improve the stability robustness by a factor of two and the transparency by more than a factor of five. Cet article présente une architecture et une méthodologie de commande pour obtenir le transparent et la robustesse de stabilité dans un système bilatéral multivariable de télémanipulateur. Le travail présenté ici prolonge une approche à entrée unique et à sortie unique précédemment éditée pour adapter aux systèmes multivariables. La prolongation nécessite l'utilisation des techniques de commande d'impédance, qui sont présentées pour rendre linéaire la dynamique autrement non-linéaire des manipulateurs principaux et slaves, en plus d'une boucle multivariable de diagonalisation formant la technique, employée pour rendre menable la conception multivariable de compensateur. On propose une mesure multivariable de transparent a basé sur les valeurs singulières relatives de l'environnement et a transmis des matrices d'impédance. L'approche est expérimentalement démontrée sur des trois paires de télémanipulateur mesurées par liberté avec un environnement fortement couplé. En utilisant la mesure directe de la puissance fournie à l'opérateur pour évaluer la robustesse de la stabilité du système, avec la mesure proposée du transparent multivariable, la compensation deformation est montrée pour améliorer la robustesse de stabilité par un facteur de deux et le transparent par plus qu'un facteur de cinq En ligne : http://journaltool.asme.org

A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator / Fite, Kevin B. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006)

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 159-164 p. Titre : A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator Titre original : Contrôleur Unifié de Force pour un Vérin de Monopropellant d'Injection Directe Proportionnelle d'Injecteur Type de document : texte imprimé Auteurs : Fite, Kevin B., Auteur ; Mitchell, Jason J., Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael Article en page(s) : 159-164 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Verin  monopropellant  Robot  humain  autonome  Contrôleur  de  mode  Commande  non-linéaire  Forme  canonique  Contrainte  Mode  coulissant  Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the modeling and control of a proportional-injector direct-injection monopropellant-powered actuator for use in power-autonomous human-scale mobile robots. The development and use of proportional (as opposed to solenoid) injection valves enables a continuous and unified input/output description of the device, and therefore enables the development and implementation of a sliding-mode-type controller for the force control of the proposed actuator, which provides the stability guarantees characteristic of a sliding-mode control approach. Specifically, a three-input, single-output model of the actuation system behavior is developed, which takes a nonlinear non-control-canonical form. In order to implement a nonlinear controller, a constraint structure is developed that effectively renders the system single input, single output, and control canonical, and, thus, of appropriate form for the implementation of a sliding-mode controller. A sliding-mode controller is then developed and experimentally implemented on the proposed actuator. Experimental results demonstrate closed-loop force tracking with a saturation-limited bandwidth of approximately 6 Hz. Cet article décrit modeler et la commande d'un vérin monopropellant d'injection directe proportionnelle d'injecteur pour l'usage dans des robots humains autonomes de mobile de balance de puissance. Le développement et l'utilisation (par opposition au solénoïde) des valves proportionnelles d'injection permet une description continue et unifiée de rendement d'entrée du dispositif, et permet donc le développement et l'exécution d'un type coulissant contrôleur de mode pour la commande de force du déclencheur proposé, qui fournit les garanties de stabilité caractéristiques d'une approche coulissante de commande de mode. Spécifiquement, des trois entrés, modèle simple de rendement du comportement de système de mise en action est développés, qui prend non à une commande non-linéaire la forme canonique. Afin de mettre en application un contrôleur non-linéaire, on développe une structure de contrainte qui rend efficacement l'entrée simple de système, rendement simple, et commande canonique, et, ainsi, de la forme appropriée pour l'exécution d'un contrôleur de mode coulissant. Un contrôleur de mode coulissant est alors développé et expérimentalement mis en application sur le déclencheur proposé. Les résultats expérimentaux démontrent la force de boucle bloquée dépistant avec une largeur de bande limitée par saturation d'approximativement 6 hertz. [article] A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator = Contrôleur Unifié de Force pour un Vérin de Monopropellant d'Injection Directe Proportionnelle d'Injecteur [texte imprimé] / Fite, Kevin B., Auteur ; Mitchell, Jason J., Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael . - 159-164 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 159-164 p. Mots-clés : Verin  monopropellant  Robot  humain  autonome  Contrôleur  de  mode  Commande  non-linéaire  Forme  canonique  Contrainte  Mode  coulissant  Déclancheur Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the modeling and control of a proportional-injector direct-injection monopropellant-powered actuator for use in power-autonomous human-scale mobile robots. The development and use of proportional (as opposed to solenoid) injection valves enables a continuous and unified input/output description of the device, and therefore enables the development and implementation of a sliding-mode-type controller for the force control of the proposed actuator, which provides the stability guarantees characteristic of a sliding-mode control approach. Specifically, a three-input, single-output model of the actuation system behavior is developed, which takes a nonlinear non-control-canonical form. In order to implement a nonlinear controller, a constraint structure is developed that effectively renders the system single input, single output, and control canonical, and, thus, of appropriate form for the implementation of a sliding-mode controller. A sliding-mode controller is then developed and experimentally implemented on the proposed actuator. Experimental results demonstrate closed-loop force tracking with a saturation-limited bandwidth of approximately 6 Hz. Cet article décrit modeler et la commande d'un vérin monopropellant d'injection directe proportionnelle d'injecteur pour l'usage dans des robots humains autonomes de mobile de balance de puissance. Le développement et l'utilisation (par opposition au solénoïde) des valves proportionnelles d'injection permet une description continue et unifiée de rendement d'entrée du dispositif, et permet donc le développement et l'exécution d'un type coulissant contrôleur de mode pour la commande de force du déclencheur proposé, qui fournit les garanties de stabilité caractéristiques d'une approche coulissante de commande de mode. Spécifiquement, des trois entrés, modèle simple de rendement du comportement de système de mise en action est développés, qui prend non à une commande non-linéaire la forme canonique. Afin de mettre en application un contrôleur non-linéaire, on développe une structure de contrainte qui rend efficacement l'entrée simple de système, rendement simple, et commande canonique, et, ainsi, de la forme appropriée pour l'exécution d'un contrôleur de mode coulissant. Un contrôleur de mode coulissant est alors développé et expérimentalement mis en application sur le déclencheur proposé. Les résultats expérimentaux démontrent la force de boucle bloquée dépistant avec une largeur de bande limitée par saturation d'approximativement 6 hertz.