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Auteur Li, Perry Y.
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Affiner la rechercheBond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe / Krishnaswamy, Kailash in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 176-185 p.
Titre : Bond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe Titre original : Approche Basée par Graphique d'Obligation à Teleoperation Passif d'une Pelle Rétro Hydraulique Type de document : texte imprimé Auteurs : Krishnaswamy, Kailash, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur Article en page(s) : 176-185 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Machine Hydraulique Rétroaction haptique Système robotique Passivité Stabilité de sureté Système robotique électromécanique Commande électrohydraulique Téléopération Inertie Non-linéarité Comportement cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : Human operated, hydraulic actuated machines are widely used in many high-power applications. Improving productivity, safety and task quality (e.g., haptic feedback in a teleoperated scenario) has been the focus of past research. For robotic systems that interact with the physical environments, passivity is a useful property for ensuring safety and interaction stability. While passivity is a well utilized concept in electromechanical robotic systems, investigation of electrohydraulic control systems that enforce this passivity property are rare. This paper proposes and experimentally demonstrates a teleoperation control algorithm that renders a hydraulic backhoe/force feedback joystick system as a two-port, coordinated, passive machine. By fully accounting for the fluid compressibility, inertia dynamics and nonlinearity, coordination performance is much improved over a previous scheme in which the coordination control approximates the hydraulic system by its kinematic behavior. This is accomplished by a novel bond graph based three step design methodology: (1) energetically invariant transformation of the system into a pair of "shape" and "locked" subsystems; (2) inversion of the shape system bond graph to derive the coordination control law; (3) use of the locked system bond graph to derive an appropriate control law to achieve a target locked system dynamics while ensuring the passivity property of the coordinated system. The proposed passive control law has been experimentally verified for its bilateral energy transfer ability and performance enhancements.
L'humain a opéré, les machines actionnées hydrauliques sont largement répandus dans beaucoup d'applications de puissance élevée. Améliorant la productivité, la sûreté et chargent la qualité (par exemple, la rétroaction haptique dans a teleoperated le scénario) a été le centre de la recherche passée. Pour les systèmes robotiques qui agissent l'un sur l'autre avec les environnements physiques, la passivité est une propriété utile pour assurer la stabilité de sûreté et d'interaction. Tandis que la passivité est un concept bien utilisé dans les systèmes robotiques électromécaniques, la recherche sur les systèmes de commande électrohydrauliques qui imposent cette propriété de passivité sont rare. Cet article propose et démontre expérimentalement un algorithme de commande de teleoperation qui rend un système hydraulique de manche de rétroaction de force de pelle rétro comme port deux, machine coordonnée et passive. Par entièrement comptabilité pour la compressibilité, la dynamique d'inertie et la non-linéarité liquides, l'exécution de coordination est beaucoup améliorée au-dessus d'un arrangement précédent dans lequel la commande de coordination rapproche le circuit hydraulique par son comportement cinématique. Ceci est accompli par un graphique d'obligation de roman a basé la méthodologie de conception de trois étapes : (1) la transformation énergétiquement invariable du système dans une paire de "forme" et "a fermé" des sous-ensembles à clef ; (2) inversion du graphique d'obligation de système de forme pour dériver la loi de commande de coordination ; (3) l'utilisation du graphique verrouillé d'obligation de système de dériver une loi appropriée de commande pour réaliser une cible a fermé la dynamique à clef de système tout en assurant la propriété de passivité du système coordonné. La loi passive proposée de commande a été expérimentalement vérifiée pour assurer ses perfectionnements bilatéraux de capacités et d'exécution de transfert d'énergie.En ligne : kailash.kvishnaswamy@honeywell.com, pli@me.umn.edu [article] Bond Graph Based Approach to Passive Teleoperation of a Hydraulic Backhoe = Approche Basée par Graphique d'Obligation à Teleoperation Passif d'une Pelle Rétro Hydraulique [texte imprimé] / Krishnaswamy, Kailash, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur . - 176-185 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 1 (Mars 2006) . - 176-185 p.
Mots-clés : Machine Hydraulique Rétroaction haptique Système robotique Passivité Stabilité de sureté Système robotique électromécanique Commande électrohydraulique Téléopération Inertie Non-linéarité Comportement cinématique Index. décimale : 629.8 Résumé : Human operated, hydraulic actuated machines are widely used in many high-power applications. Improving productivity, safety and task quality (e.g., haptic feedback in a teleoperated scenario) has been the focus of past research. For robotic systems that interact with the physical environments, passivity is a useful property for ensuring safety and interaction stability. While passivity is a well utilized concept in electromechanical robotic systems, investigation of electrohydraulic control systems that enforce this passivity property are rare. This paper proposes and experimentally demonstrates a teleoperation control algorithm that renders a hydraulic backhoe/force feedback joystick system as a two-port, coordinated, passive machine. By fully accounting for the fluid compressibility, inertia dynamics and nonlinearity, coordination performance is much improved over a previous scheme in which the coordination control approximates the hydraulic system by its kinematic behavior. This is accomplished by a novel bond graph based three step design methodology: (1) energetically invariant transformation of the system into a pair of "shape" and "locked" subsystems; (2) inversion of the shape system bond graph to derive the coordination control law; (3) use of the locked system bond graph to derive an appropriate control law to achieve a target locked system dynamics while ensuring the passivity property of the coordinated system. The proposed passive control law has been experimentally verified for its bilateral energy transfer ability and performance enhancements.
L'humain a opéré, les machines actionnées hydrauliques sont largement répandus dans beaucoup d'applications de puissance élevée. Améliorant la productivité, la sûreté et chargent la qualité (par exemple, la rétroaction haptique dans a teleoperated le scénario) a été le centre de la recherche passée. Pour les systèmes robotiques qui agissent l'un sur l'autre avec les environnements physiques, la passivité est une propriété utile pour assurer la stabilité de sûreté et d'interaction. Tandis que la passivité est un concept bien utilisé dans les systèmes robotiques électromécaniques, la recherche sur les systèmes de commande électrohydrauliques qui imposent cette propriété de passivité sont rare. Cet article propose et démontre expérimentalement un algorithme de commande de teleoperation qui rend un système hydraulique de manche de rétroaction de force de pelle rétro comme port deux, machine coordonnée et passive. Par entièrement comptabilité pour la compressibilité, la dynamique d'inertie et la non-linéarité liquides, l'exécution de coordination est beaucoup améliorée au-dessus d'un arrangement précédent dans lequel la commande de coordination rapproche le circuit hydraulique par son comportement cinématique. Ceci est accompli par un graphique d'obligation de roman a basé la méthodologie de conception de trois étapes : (1) la transformation énergétiquement invariable du système dans une paire de "forme" et "a fermé" des sous-ensembles à clef ; (2) inversion du graphique d'obligation de système de forme pour dériver la loi de commande de coordination ; (3) l'utilisation du graphique verrouillé d'obligation de système de dériver une loi appropriée de commande pour réaliser une cible a fermé la dynamique à clef de système tout en assurant la propriété de passivité du système coordonné. La loi passive proposée de commande a été expérimentalement vérifiée pour assurer ses perfectionnements bilatéraux de capacités et d'exécution de transfert d'énergie.En ligne : kailash.kvishnaswamy@honeywell.com, pli@me.umn.edu
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 451-462 p.
Titre : Using Steady Flow Force for Unstable Valve Design: Modeling and Experiments Titre original : Employer la Force de Flux Stationnaire pour la Conception Instable de Valve : Modelèle et Expériences Type de document : texte imprimé Auteurs : Yuan, Quinghui, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur Article en page(s) : 451-462 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Electrohydraulic valves Unstable valves Damping length Steady flow force Viscosity Non-metering flux Computational fluid dynamics (CCD) Spool agility Valves électrohydrauliques Valves instables Atténuation de la longueur Force de flux stationnaire Viscosité dynamique liquide informatique Non-régulateuse de flux (CCD) Agilité de bobine Index. décimale : 620.1/389 Résumé : In single stage electrohydraulic valves, solenoid actuators are usually used to stroke the main spools directly. They are cheaper and more reliable than multistage valves. Their use, however, is restricted to low bandwidth and flow rate applications due to the limitation of the solenoid actuators. Our research focuses on alleviating the need for large and expensive solenoids in single stage valves by advantageously using fluid flow forces. For example, in a previous paper, we proposed to improve spool agility by inducting unstable transient flow forces by the use of negative damping lenghts. In the present paper, how study flow forces can be manipulated to improve spool agility is examined through fundamental momentum analysis, CFD analysis, and experimental studies. Particulary, it is found that two often ignored components_viscosity effect and non-metering momentum flux have strong influence on steady flow force, whereas for negative damping lengths, viscosity has the tendency to reduce steady flow forces. Also, by slightly modifying the non-metering port geometry, the non-metering flux can also be manipulated to reduce steady flow force. Therefore, both transient and steady flw forces can be used to improve the agility of single stage electrohydraulic valves. Experimental results confirm the contributions of both transient and steady flow force in improving spool agility.
Dans des valves électrohydrauliques d'étape simple, des déclencheurs de solénoïde sont habituellement utilisés pour frotter les bobines principales directement. Ils sont meilleur marché et plus fiables que les valves à plusieurs étages. Leur utilisation, cependant, est limitée à la basse largeur de bande et aux applications de débit dues à la limitation des déclencheurs de solénoïde. Nos foyers de recherches sur alléger le besoin de grands et chers solénoïdes dans des valves simples d'étape en employant avantageusement les forces de flux de fluide. Par exemple, dans un papier précédent, nous avons proposé d'améliorer l'agilité de bobine en installant les forces instables d'écouement transitoire par l'utilisation des lenghts d'atténuation négatifs. Dans le papier actuel, comment des forces d'écoulement d'étude peuvent être manoeuvrées pour s'améliorer l'agilité de bobine est examinée par l'analyse fondamentale d'élan, l'analyse de CFD, et les études expérimentales. Particulary, on le constate que l'effet souvent ignoré du components_viscosity deux et le flux non-régulateur d'élan ont l'influence forte sur la force de flux stationnaire, tandis que pour le négatif atténuant des longueurs, la viscosité a la tendance de réduire des forces de flux stationnaire. En outre, en modifiant légèrement la géométrie gauche non-régulateuse, le flux non-régulateur peut également être manoeuvré pour réduire la force de flux stationnaire. Par conséquent, des forces passagères et régulières de flw peuvent être employées pour améliorer l'agilité des valves électrohydrauliques d'étape simple. Les résultats expérimentaux confirment les contributions de la force de flux passager et stationnaire en améliorant l'agilité de bobine.En ligne : pli@me.umn.edu [article] Using Steady Flow Force for Unstable Valve Design: Modeling and Experiments = Employer la Force de Flux Stationnaire pour la Conception Instable de Valve : Modelèle et Expériences [texte imprimé] / Yuan, Quinghui, Auteur ; Li, Perry Y., Auteur . - 451-462 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 3 (Septembre 2005) . - 451-462 p.
Mots-clés : Electrohydraulic valves Unstable valves Damping length Steady flow force Viscosity Non-metering flux Computational fluid dynamics (CCD) Spool agility Valves électrohydrauliques Valves instables Atténuation de la longueur Force de flux stationnaire Viscosité dynamique liquide informatique Non-régulateuse de flux (CCD) Agilité de bobine Index. décimale : 620.1/389 Résumé : In single stage electrohydraulic valves, solenoid actuators are usually used to stroke the main spools directly. They are cheaper and more reliable than multistage valves. Their use, however, is restricted to low bandwidth and flow rate applications due to the limitation of the solenoid actuators. Our research focuses on alleviating the need for large and expensive solenoids in single stage valves by advantageously using fluid flow forces. For example, in a previous paper, we proposed to improve spool agility by inducting unstable transient flow forces by the use of negative damping lenghts. In the present paper, how study flow forces can be manipulated to improve spool agility is examined through fundamental momentum analysis, CFD analysis, and experimental studies. Particulary, it is found that two often ignored components_viscosity effect and non-metering momentum flux have strong influence on steady flow force, whereas for negative damping lengths, viscosity has the tendency to reduce steady flow forces. Also, by slightly modifying the non-metering port geometry, the non-metering flux can also be manipulated to reduce steady flow force. Therefore, both transient and steady flw forces can be used to improve the agility of single stage electrohydraulic valves. Experimental results confirm the contributions of both transient and steady flow force in improving spool agility.
Dans des valves électrohydrauliques d'étape simple, des déclencheurs de solénoïde sont habituellement utilisés pour frotter les bobines principales directement. Ils sont meilleur marché et plus fiables que les valves à plusieurs étages. Leur utilisation, cependant, est limitée à la basse largeur de bande et aux applications de débit dues à la limitation des déclencheurs de solénoïde. Nos foyers de recherches sur alléger le besoin de grands et chers solénoïdes dans des valves simples d'étape en employant avantageusement les forces de flux de fluide. Par exemple, dans un papier précédent, nous avons proposé d'améliorer l'agilité de bobine en installant les forces instables d'écouement transitoire par l'utilisation des lenghts d'atténuation négatifs. Dans le papier actuel, comment des forces d'écoulement d'étude peuvent être manoeuvrées pour s'améliorer l'agilité de bobine est examinée par l'analyse fondamentale d'élan, l'analyse de CFD, et les études expérimentales. Particulary, on le constate que l'effet souvent ignoré du components_viscosity deux et le flux non-régulateur d'élan ont l'influence forte sur la force de flux stationnaire, tandis que pour le négatif atténuant des longueurs, la viscosité a la tendance de réduire des forces de flux stationnaire. En outre, en modifiant légèrement la géométrie gauche non-régulateuse, le flux non-régulateur peut également être manoeuvré pour réduire la force de flux stationnaire. Par conséquent, des forces passagères et régulières de flw peuvent être employées pour améliorer l'agilité des valves électrohydrauliques d'étape simple. Les résultats expérimentaux confirment les contributions de la force de flux passager et stationnaire en améliorant l'agilité de bobine.En ligne : pli@me.umn.edu
