Modelling and controller design for a blade operation of a motor grader

Abstract

Bu çalışmanın konusu bir motor greyder aracının bıçak mekanizmasının otomatik yükseklik kontrolünü sağlayacak sistemin oluşturulmasıdır. Otomatik yükseklik kontrolü ile hem çalışma hassasiyeti hem de çalışma verimliliğinin artırılması amaçlanmaktadır. Bıçağın yerden yüksekliği kesici kenarının sağ ve sol ucu referans alınarak belirlenmiştir. Bıçağın yukarı aşağı hareketini sağ ve sol olmak üzere iki hidrolik silindir sağlamaktadır. Hidrolik silindirlerin pozisyonu ile bıçağın kesici uçları arasındaki ilişki polinomial yüzey dönüşümü metodu kullanılarak belirlenmiştir. Hidrolik sistemin davranışı gerçek makine üzerinde alınan test kayıtları ile incelenmiş ve sistem tanılama yöntemi kullanılarak transfer fonksiyonlar elde edilmiştir. Hidrolik pompa tarafından oluşturulan akışın (belirli bir RPM değerinde) elektro-hidrolik valflerden geçme süresi ve miktarının hidrolik silindirlerin hızına etkisi incelenmiştir. Silindir hareketleri için oluşturulan Simulink modelinde ileri ve geri beslemeli kontrol yöntemleri kullanılmıştır. Simulasyon çıktıları ve gerçek test kayıtları incelenmiştir. polinomial yüzey dönüşümü metodu ile elde edilen fonksiyonlar kullanılarak girilen bir yükseklik değerine karşılık sağ ve sol uçların üç eksendeki konumları hesaplanmıştır. Simülasyon ortamında arazi tasarlanmış ve farklı yükseklik değerinde modelin davranışı gözlemlenmiştir. Devam eden çalışmalarda incelenmek üzere farklı RPM değerleri için silindir hız katsayıları elde edilmiş ve yoldan gelmesi muhtemel disturbanslar için aracın dinamik modeli incelenmiştir ve bıçağın uç noktalarına etkisi gözlemlenmiştir.

The subject of this study is the creation of a system that will provide automatic height control of the motor grader blade mechanism. It is aimed to increase both working precision and working efficiency with automatic height control. The height of the blade from the ground was determined by reference to the right and left cutting edges. Two hydraulic cylinders, right and left, provide the up and down movement of the blade. The relationship between the position of the hydraulic cylinders and the cutting edges of the blade was determined using polynomial surface fitting method. The behavior of the hydraulic system was examined with the test records taken on the real machine and the transfer functions were obtained by using the system identification method. The effect of the flow generated by the hydraulic pump (at a certain RPM value) through the electro-hydraulic valve and the elapsed time were investigated. Forward and feedback control methods were used in Matlab/Simulink model created for cylinder movements. Simulation outputs and real test records were examined. Using the functions obtained by the polynomial surface fitting method, the positions of the right and left edges in three axes were calculated against a height input. The terrain was designed in the simulation environment and the behavior of the model was observed at diffirent altitudes. Cylinder speed coefficients were obtained for different RPM values to be examined in the future studies, and the dynamic model of the vehicle was examined for possible disturbances from the road and the effect on the blade edges of the blade was observed.