Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους
Η παρούσα διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία μίας πειραματικής διάταξης που αποτελείται από μία ελεύθερα περιστρεφόμενη δοκό της οποίας η συμπεριφορά σε διαταραχές προσομοιώνει την συμπεριφορά ενός εκκρεμούς. Η διάταξη, λοιπόν, αφορά μία εφαρμογή σύγχρονου αυτοματισμού που...
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Thesis |
| Language: | Greek |
| Published: |
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10889/12139 |
| id |
nemertes-10889-12139 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Θεωρία ελέγχου Θεωρία συστημάτων Ελεγξιμότητα Αυτοματισμοί PID έλεγχος Πνευματικοί μύες Control theory Systems theory Controllability Matlab-Simulink Automation PLC SCADA PID control Artificial muscles 621.381 537 |
| spellingShingle |
Θεωρία ελέγχου Θεωρία συστημάτων Ελεγξιμότητα Αυτοματισμοί PID έλεγχος Πνευματικοί μύες Control theory Systems theory Controllability Matlab-Simulink Automation PLC SCADA PID control Artificial muscles 621.381 537 Τζελέπης, Κωνσταντίνος Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία μίας πειραματικής διάταξης που αποτελείται από μία ελεύθερα περιστρεφόμενη δοκό της οποίας η συμπεριφορά σε διαταραχές προσομοιώνει την συμπεριφορά ενός εκκρεμούς. Η διάταξη, λοιπόν, αφορά μία εφαρμογή σύγχρονου αυτοματισμού που περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως πνευματικά έμβολα τύπου μυών, αισθητήρα γωνίας, βαλβίδες κ.α. με κύριο χαρακτηριστικό της τον συντονισμό και προγραμματισμό όλου του εξοπλισμού από έναν Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει την λειτουργία της διάταξης. Κατά το σχεδιασμό της διπλωματικής στα αρχικά στάδια της τα πειράματα διαταραχών είχαν πολύ συγκεκριμένο χαρακτήρα και αφορούσαν την διαταραχή της ισορροπίας της δοκού από κάποια μάζα διαταραχής που αφηνόταν πάνω σε αυτή και σε κάποια απόσταση από το κέντρο της. Ο σκοπός ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς της δοκού και σε επόμενο στάδιο η προσπάθεια ελέγχου για επαναφορά της στην ισορροπία με την εφαρμογή ενός ελεγκτή τριών όρων (PID).
Παρ’ όλα αυτά, πολύ γρήγορα ήρθαν στην επιφάνεια νέες εκφάνσεις του πειράματος, διαφορετικές λειτουργίες της διάταξης και ευκαιρίες για πειραματισμούς και παρατηρήσεις του συστήματος που κατασκευάστηκε. Έτσι, παρουσιάζεται η περιγραφή του συστήματος, τα χαρακτηριστικά που θέλουμε να έχει, η κατανόηση της φυσικής πίσω από αυτό και η προσπάθεια εξομοίωσης του στο περιβάλλον του Simulink για εξαγωγή συμπερασμάτων. Το τελευταίο αυτό στάδιο θα μας δώσει περαιτέρω γνώση για την συμπεριφορά και την ταυτότητα του συστήματος, ώστε να γνωρίζουμε εκ των προτέρων τι θα αντιμετωπίσουμε στην πράξη. Κατά αυτόν τον τρόπο θα είμαστε, πλέον, σε θέση να σχεδιάσουμε την διάταξη, να συνδέσουμε ηλεκτρονικά και μηχανικά μέρη όπως απαιτείται και να προχωρήσουμε στον προγραμματισμό του PLC που θα ελέγχει τις διάφορες λειτουργίες της κατασκευής. Σειρά έχει μια μακρά προσπάθεια δημιουργίας ενός ορθού και λειτουργικού προγράμματος έως ότου καλυφτεί μία σεβαστή ποικιλία πειραμάτων, ελέγχων και παρατηρήσεων. Τέλος, κρίθηκε σκόπιμο να να προχωρήσουμε και στην δημιουργία ενός εκτενούς προγράμματος SCADA για την βέλτιστη παρατήρηση των αποτελεσμάτων, την συλλογή δεδομένων και την διευκόλυνση του χρήστη στη χειρισμό της διάταξης. |
| author2 |
Κούσουλας, Νικόλαος |
| author_facet |
Κούσουλας, Νικόλαος Τζελέπης, Κωνσταντίνος |
| format |
Thesis |
| author |
Τζελέπης, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Τζελέπης, Κωνσταντίνος |
| title |
Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| title_short |
Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| title_full |
Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| title_sort |
ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12139 |
| work_keys_str_mv |
AT tzelepēskōnstantinos anaptyxēkaielenchosisorropiasdiataxēsekkremousmemetaballomenokentrobarous AT tzelepēskōnstantinos developmentimplementationandcontrolofpendulumsetupwithvariablecenterofgravity |
| _version_ |
1771297148716974080 |
| spelling |
nemertes-10889-121392022-09-05T04:59:50Z Ανάπτυξη και έλεγχος ισορροπίας διάταξης εκκρεμούς με μεταβαλλόμενο κέντρο βάρους Development, implementation and control of pendulum setup with variable center of gravity Τζελέπης, Κωνσταντίνος Κούσουλας, Νικόλαος Κούσουλας, Νικόλαος Καζάκος, Δημοσθένης Tzelepis, Kwnstantinos Θεωρία ελέγχου Θεωρία συστημάτων Ελεγξιμότητα Αυτοματισμοί PID έλεγχος Πνευματικοί μύες Control theory Systems theory Controllability Matlab-Simulink Automation PLC SCADA PID control Artificial muscles 621.381 537 Η παρούσα διπλωματική εργασία συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία μίας πειραματικής διάταξης που αποτελείται από μία ελεύθερα περιστρεφόμενη δοκό της οποίας η συμπεριφορά σε διαταραχές προσομοιώνει την συμπεριφορά ενός εκκρεμούς. Η διάταξη, λοιπόν, αφορά μία εφαρμογή σύγχρονου αυτοματισμού που περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως πνευματικά έμβολα τύπου μυών, αισθητήρα γωνίας, βαλβίδες κ.α. με κύριο χαρακτηριστικό της τον συντονισμό και προγραμματισμό όλου του εξοπλισμού από έναν Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει την λειτουργία της διάταξης. Κατά το σχεδιασμό της διπλωματικής στα αρχικά στάδια της τα πειράματα διαταραχών είχαν πολύ συγκεκριμένο χαρακτήρα και αφορούσαν την διαταραχή της ισορροπίας της δοκού από κάποια μάζα διαταραχής που αφηνόταν πάνω σε αυτή και σε κάποια απόσταση από το κέντρο της. Ο σκοπός ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς της δοκού και σε επόμενο στάδιο η προσπάθεια ελέγχου για επαναφορά της στην ισορροπία με την εφαρμογή ενός ελεγκτή τριών όρων (PID). Παρ’ όλα αυτά, πολύ γρήγορα ήρθαν στην επιφάνεια νέες εκφάνσεις του πειράματος, διαφορετικές λειτουργίες της διάταξης και ευκαιρίες για πειραματισμούς και παρατηρήσεις του συστήματος που κατασκευάστηκε. Έτσι, παρουσιάζεται η περιγραφή του συστήματος, τα χαρακτηριστικά που θέλουμε να έχει, η κατανόηση της φυσικής πίσω από αυτό και η προσπάθεια εξομοίωσης του στο περιβάλλον του Simulink για εξαγωγή συμπερασμάτων. Το τελευταίο αυτό στάδιο θα μας δώσει περαιτέρω γνώση για την συμπεριφορά και την ταυτότητα του συστήματος, ώστε να γνωρίζουμε εκ των προτέρων τι θα αντιμετωπίσουμε στην πράξη. Κατά αυτόν τον τρόπο θα είμαστε, πλέον, σε θέση να σχεδιάσουμε την διάταξη, να συνδέσουμε ηλεκτρονικά και μηχανικά μέρη όπως απαιτείται και να προχωρήσουμε στον προγραμματισμό του PLC που θα ελέγχει τις διάφορες λειτουργίες της κατασκευής. Σειρά έχει μια μακρά προσπάθεια δημιουργίας ενός ορθού και λειτουργικού προγράμματος έως ότου καλυφτεί μία σεβαστή ποικιλία πειραμάτων, ελέγχων και παρατηρήσεων. Τέλος, κρίθηκε σκόπιμο να να προχωρήσουμε και στην δημιουργία ενός εκτενούς προγράμματος SCADA για την βέλτιστη παρατήρηση των αποτελεσμάτων, την συλλογή δεδομένων και την διευκόλυνση του χρήστη στη χειρισμό της διάταξης. This diploma thesis consists of the construction and operation of an experimental device consisting of a freely rotatable beam whose behavior in disturbances simulates the behavior of a pendulum. The setup, therefore, concerns an application of modern automation including equipment such as artificial muscles, angle sensors, valves, and so on, the main feature of which is the coordination and programming of all equipment by a Programmable Logic Controller (PLC) that controls the operation of the device. During the design of the diplomatic process in the early stages, the disturbance experiments were of a very specific nature and concerned the disturbance of the beam's balance by a mass of disorder at a distance from the center. The purpose was to study the behavior of the beam and control the restoration of the balance by applying a three-tier controller (PID). Nonetheless, new experiments, different layout functions, experimentation and observations of the system that had been constructed have emerged very quickly. Thus, the description of the system, the characteristics we want to have, the understanding of the physics behind it and the simulation effort in Simulink's environment to draw conclusions is presented. This last step will give us further insight into the behavior and identity of the system so we know in advance what we will face in practice. In this way we are be able to design the setup, connect electronics and mechanical parts as needed, and proceed with the programming of the PLC that will control the various functions of the construction. After that, we managed to create a correct and functional program until a respectable variety of experiments, controls and observations are covered. Finally, it was considered appropriate to proceed with the creation of a comprehensive SCADA program for optimal observation of results, data collection and user facilitation in handling the laboratory setup. 2019-05-05T18:20:55Z 2019-05-05T18:20:55Z 2019-01-16 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12139 gr 0 application/pdf |
