Σθεναρός έλεγχος ηλεκτροστατικών μίκρο-επενεργητών

Abstract

In the present PhD thesis different systems of Electrostatic micro Actuators (EmA) have been presented and analyzed. During the modeling process the systems have been observed in order to provide the special characteristics and the special behavior of each model. In addition special control laws have been presented in order to control the movement of the movable parts of the EmAs. In general the main issues of this PhD thesis are presented in the sequel. Firstly the modeling of the following EmAs is presented: a) an EmA whose one plate is moving parallel to the x-axis, b) an EmA whose plate is moving parallel to the x-axis and is also making an angular rotation, c) an EmA system with squeezed film damping effects (presence of air between the moving surfaces). In the sequel the control laws that have been designed for the aforementioned systems are presented. The designed controllers are: a) a Robust PID controller, b) a Robust Switching PID controller, c) a robust Η-infinity controller and d) a robust Gain Scheduled H-infinity controller. In the last part of this thesis, the simulation results are presented concerning both the behavior of the systems as well as the results provided by the application of the control laws.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναλύθηκαν και μελετήθηκαν διάφορα συστήματα (ΗμΕ) προκειμένου να παρουσιαστεί η μοντελοποίησή τους. Κατά τη μοντελοποίηση αυτή, μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά τους και αναλύθηκε η συμπεριφορά τους. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν νόμοι ελέγχου, οι οποίοι εφαρμόστηκαν στα συστήματα των ΗμΕ προκειμένου να επιτευχθεί ο έλεγχος της συμπεριφοράς τους. Αναλυτικότερα τα ζητήματα με τα οποία ασχολήθηκε η διατριβή αυτή παρουσιάζονται παρακάτω. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση των κάτωθι συστημάτων ΗμΕ: α) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρχου βαθμού ελευθερίας, β) ένα σύστημα ΗμΕ δύο βαθμών ελευθερίας και γ) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρχου βαθμού ελευθερίας στη μοντελοποίηση του οποίου λαμβάνεται υπόψιν η παρουσία του αέρα. Στη συνέχεια της διδακτορικής αυτής παρουσιάζονται και αναλύονται οι ελεγκτές οι οποίοι αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των συστημάτων αυτών και οι οποίοι είναι οι εξής: α) ένας Σθεναρός PID ελεγκτής, β) ένας Σθεναρός Η-infinity ελεγκτής, γ) ένας Σθεναρός Διακοπτικός PID ελεγκτής και δ) ένας H-infinity ελεγκτής προκαθορισμένων κερδών. Από την εφαρμογή των προτεινόμενων νόμων ελέγχου στα συστήματα ΗμΕ προκύπτουν τα αποτελέσματα της διδακτορικής αυτής διατριβής. Τα αποτελέσματα αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Αρχικά σε αυτά που αφορούν τη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων των ΗμΕ και στη συνέχεια σε αυτά τα οποία σχετίζονται με την εφαρμογή των νόμων ελέγχου στα συστήματα των ΗμΕ. Η κύρια συνεισφορά της διδακτορικής διατριβής αναφέρεται τόσο στην πρόταση νέων τεχνικών ελέγχου για τα συστήματα των ΗμΕ καθώς και η εφαρμογή με επιτυχία των τεχνικών αυτών στα συστήματα τα οποία μελετήθηκαν κατά τη διεκπόνηση της διατριβής.