Modellistica e controllo adattativo di un attuatore idraulico

The ability of hydraulic actuators to develop large forces with relatively small size has made this type of technology extremely interesting for many industrial areas. However, due to the presence of parametric uncertainties and strong non linearities in the mathematical model, for these systems, open loop controllers are often used. This work aims to derive, identify and validate the model of the individual components of a hydraulic actuator and to develop a suitable control strategy. In particular, following several open loop experiments performed on an experimental test bench, the unknown parameters of the mathematical model equations were identified. Subsequently, for the hydraulic actuator, based on the acquired knowledge, a P-PI cascade controller and a reverse dynamics controller were developed. From the analysis of the simulations of the control system it was immediately evident that the uncertainty about the dead zone of the valves is particularly critical from the point of view of the pursuit performance of a trajectory. For this reason, for both controllers, an on-line identification algorithm has been developed for the dead zone thresholds that are then used in a suitable compensator. The models and the algorithms are simulated through the open-source OMEdit environment while the experimental test equipment has been made available by a company.

La capacità degli attuatori idraulici di sviluppare grandi forze con ingombri relativamente ridotti, ha reso questo tipo di tecnologia estremamente interessante per svariati settori industriali. Tuttavia, a causa della presenza di incertezze parametriche e forti non linearità nel modello matematico, per questi sistemi, vengono spesso utilizzati dei controllori in anello aperto. Questo lavoro si pone l'obiettivo di derivare, identificare e validare il modello dei singoli componenti di un attuatore idraulico e sviluppare un'opportuna strategia di controllo. In particolare, in seguito a numerosi esperimenti in anello aperto effettuati su un banco di prova sperimentale, sono stati identificati i parametri incogniti delle equazioni del modello matematico. Successivamente, per l'attuatore idraulico, sulla base delle conoscenze acquisite, sono stati sviluppati un controllore in cascata di tipo P-PI e un controllore a dinamica inversa. Dall'analisi delle simulazioni del sistema di controllo è risultato fin da subito evidente che l'incertezza sulla zona morta delle valvole è particolarmente critica dal punto di vista delle prestazioni di inseguimento di una traiettoria. Per questo motivo, per entrambi i controllori, è stato sviluppato un algoritmo di identificazione on-line delle soglie della zona morta che vengono poi utilizzate in un opportuno compensatore. I modelli e gli algoritmi sono simulati attraverso l'ambiente open-source OMEdit mentre l'apparato sperimentale per i test è stato messo a disposizione da un'azienda.