Pneumaattisen lineaariyksikön ominaisuuksien lisääminen

Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella pneumaattisen lineaariyksikön ominaisuuksien lisäämismahdollisuuksia ja menetelmiä, joiden avulla voidaan arvioida, miten järjestelmällisen suunnittelun keinoin parannetun mekatronisen järjestelmän asetetut tavoitteet toteutuvat. Pneumaattiselta lineaariyksiköltä vaaditut ominaisuudet spesifioitiin suunnittelun alkuvaiheessa huolellisesti. Yksiköltä vaaditut toiminnot esitettiin Wardin ja Mellordin SA-kaavioiden avulla. Kaaviot piirrettiin myös helpottamaan tulevaisuudessa mahdollisesti tehtävää jatkokehitystyötä. Yksikölle asetettiin vaatimuksiksi, että se oli kyettävä asemoimaan myös päätyrajojen välillä oleviin asemiin ja että sylinterin aikaansaamaa voimaa tuli kyetä tarkkailemaan. Nämä toiminnot toteutettiin käyttämällä hyväksi servopneumatiikkaa ja paineantureita. Sylinterin ohjauksessa käytetään kahta pneumatiikkaa suunniteltua 3/2-servoventtiiliä. Venttiilejä säädetään analogisen ohjauskortin avulla, jossa käytetään tilasäätöä. Säätöpiirin takaisinkytkentä toteutettiin lineaaripotentiometrin avulla. Potentiometrin jänniteviestiä käytetään sylinterin asematietona. Tilasäädössä tarvittavat nopeus- ja kiihtyvyystiedot saadaan sähköisesti derivoimalla asematiedosta. Tutkimuksissa käytetty sylinteri oli epäsymmetrinen (männän eri puolilla olevat pinta-alat eivät ole yhtä suuret). Venttiilit sen sijaan olivat samanlaiset. Tällainen säätöjärjestelmä joutuu hyvin helposti epästabiilille alueelle. Tätä käyttäytymistä pyrittiin rajoittamaan käyttämällä kuristimia. Tutkimuksissa todettiin, että parhaat tulokset saavutettiin järjestelmällä, jossa kuristimet oli sijoitettu venttiilien poistoilmoille. Sylinterin käyttäytyminen ei ollut tässäkään tapauksessa samanlaista molempiin suuntiin. Järjestelmän katsottiin kuitenkin täyttävän sille asetetut vaatimukset. Järjestelmä viritettiin siten, että sylinterin liike toiseen suuntaan saatiin mahdollisimman hyväksi (asettumisaika n. 280 ms (0,1 kg:n massakuormalla) - 410 ms (1,1 kg) ja paikoitustarkkuus < + 0,5 mm). Toiseen suuntaan (liikesuunta ylöspäin) tapahtuvassa liikkeessä jouduttiin tinkimään asettumisajasta. Asettumisajat ovat pahimmassa tapauksessa lähes kolminkertaisia eli 1 170 ms:n luokkaa. Kuorman tarkkailua varten valittiin sopivat painelähettimet, joista saadaan järjestelmää ohjaavalle ohjelmoitavalle logiikalle sopiva jänniteviesti. Tässä tutkimuksessa ei kuitenkaan ehditty testata paineanturien toimintaa voiman valvonnassa anturien maahantuojien toimitusvaikeuksien vuoksi.