Applicability of Command Shaping Techniques to the Pulse Width Modulation Driven Systems

Year 2019, KONJES_c7_Special_Issue, 887 - 894, 30.12.2019

Çağın Taşkın , Ali Kılıç , Sadettin Kapucu

https://doi.org/10.36306/konjes.623794

Abstract

In this study, an
alternative input shaping method is proposed to reduce residual vibration to
the pulse width modulation delivered flexible systems. An input shaping method
is proposed which works robust even system parameters such as system natural
frequency and damping ratio are not known or wrongly estimated. It is possible
to generate unity magnitude input shaper with high number of pulses within this
method. This input shaper can eliminate or reduce residual vibration. Time
locations have an importance on performance of input shaping techniques. Time
locations of impulses are found by intersection points of reference motion
profile and triangle wave. This proposed method is compared with well-known
zero vibration method, performance characteristics of proposed input shaping
technique and diagrams about the system response are demonstrated. Furthermore,
it’s shown that proposed input shaping method works robustly even travelling
time is reduced.

Keywords

Input shaping technique, Pulse width modulation, Residual vibration reduction

DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONU İLE SÜRÜLEN SİSTEMLERE GİRDİ ŞEKİLLENDİRME TEKNİĞİNİN UYGULANABİLİRLİĞİ

Abstract

Bu çalışmada, darbe genişlik modülasyonu ile sürülen
esnek sistemlerde oluşan artık titreşimin azaltılması amacıyla, alternatif bir
girdi şekillendirme metodu sunulmuştur. Sistem doğal frekansı ve sönüm oranı
gibi parametrelerinin tam olarak bilinmemesi ya da hatalı tahmin edilmesi
durumunda dahi gürbüz bir girdi şekillendirme metodu oluşturulmaya çalışılmıştır. Birim genlik kullanılarak elde edilen girdi
şekillendirme metoduyla çok sayıda darbeye sahip girdi şekillendirici
üretilebilir ve bu girdi şekillendirici sistemdeki artık titreşimi yok
edebilmektedir ya da azaltabilmektedir. Girdi şekillendirme tekniklerinde,
darbe zamanları tekniğin performansını belirlemektedir. Önerilen metotta darbe
zamanları referans hareket profilinin, değişken frekanslı üçgen dalgalarla
kesiştirilmesiyle bulunur. Önerilen metot, çok bilinen sıfır titreşim metodu
ile karşılaştırılıp, sunulan girdi şekillendirme metodunun performans
karakteristiği ve sistemin cevabıyla ilgili grafikler sunulmuştur. Ayrıca girdi
şekillendirme tekniğinin, seyahat süresinin daha kısa olması istenilen
durumlarda da gürbüz olarak çalıştığı görülmektedir.

Keywords

girdi şekillendirme tekniği, darbe genişlik modülasyonu, artık titreşim sönümleme

References

• Alıcı, G., Kapucu, S., Bayseç, S., 1999, “Swing-free transportation of suspended objects with robot manipulators", Robotica, Cilt 17, No 5, ss. 513-521.
• Biediger, E. A. O., S., 2006, Vibration reduction using command generation in formation flying satellites, Doktora Tezi, Georgia Institute of Technology, Atlanta.
• Gürleyük, S. S., 2011, “Designing unity magnitude input shaping by using PWM technique", Mechatronics, Cilt 21, No 1, ss. 125-131.
• Kapucu, S., Kaplan, M., “Hafif Sönümlemeli Esnek Sistemlerin Girdi Komutu Biçimlendirme Tekniği ile Artık Titreşimlerinin Azaltılması", 12. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, 347-354, 9-11 Haziran 2005.
• Kapucu, S., Yıldırım, N., Yavuz, H., Bayseç, S., 2008, “Suppression of residual vibration of a translating– swinging load by a flexible manipulator ", Mechatronics, Cilt 18, No 3, ss. 121-128.
• Singer, N.C., Seering W.P., 1990, “Preshaping command inputs to reduce system vibration”, Journal of dynamic systems, measurement, and control. Vol. 112, No.1, pp. 76-82.
• Smith, O. J., 1958, Feedback Control Systems, Mc.Graw-Hill, New York.
• Şahinkaya, M. N., 2001, “Input shaping for vibration-free positioning of flexible systems", Proceedings of the Institution of mechanical engineers part I: Journal of Systems and Control Engineering, Cilt 215, No 5, ss. 467-481.