T E L KO M NIK A In d o n e s i a n  J o u r n a l o f   E le c t r ic a E n g in e e r in g V o l . 1 5 , No .  1 , J u l y   2 0 1 5 p p . 8 7 ~ 9 9 DO I: 1 0 . 1 1 5 9 1 /t e l k o m n i k a .v 1 5 i 1 . 8 0 5 1 8 7 Re c e i v e d M a r c h   1 7 2 0 1 5 Re v i s e d M a y  1 2 , 2 0 1 5 ;  A c c e p te d M a y   2 8 2 0 1 5 F u z z y - P ID C o n t r o ller  o f Ro b o t i c G r in d in g  F o r c e S er v o S y s t em A d n a n   J a b b a r   A t t i y a * 1,2 , Y a n g  W e n y u 1 S a la m  W a le y  S h n e e n 3 1 Sc h o o l   o f   M e c h a n i c a l   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g , H u a z h o n g   U n i v e rs i t y   o f Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( H U ST ) , L u o y u   R o a d   1 0 3 7 ,   W u h a n   4 3 0 0 7 4 ,   C h i n a 2 Al k w a ri z m i   En g i n e e ri n g   c o l l e g e   /   Ba g h d a d   U n i v e r s i t y , Ba g h d a d , I r a q 3 H u a z h o n g   U n i v e rs i t y   o f   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   ( H U ST ) / U n i v e rs i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   Ba g h d a d , I r a q * C o rre s p o n d i n g   a u t h o r,   e m a i l : ra i n m a n 3 0 0 9 @ y a h o o . c o m Ab s t r a c t W h e n   a   ro b o t i s   u s e d   t o   g ri n d   o f i n i s h   a   c u rv e d   s u rf a c e   , a s   m a ri n e   p ro p e l l e s u r f a c e ,   b o t h   c o n t a c t f o rc e   a n d   f e e d   m o v e m e n t   m u s t   c o n t ro l l e d   a t   t h e   s i m i l a t i m e   i n   o rd e t h a t   t h e   g r i n d i n g   t o o l   w o u l d   m a c h i n e t h e   w o rk - p i e c e ,   w i t h   re q u i r e d   f o rc e ,   a t   t h e   ri g h t   p o s i t i o n   i n   r i g h t   p o s t u r e .   c o m p l i a n t   w ri s t   s y s t e m   i s a d v a n c e d ,   i n   t h i s   p a p e r,   t o   c o n f o rm   t h e   s h a p e   o f   t h e   m a c h i n i n g   p ro p e l l e b y   a l t e ri n g   i t s   p o s t u r e   a l o n g   w i t h t h e   s u rf a c e .   G ri n d i n g   f o r c e   i s   c o n t r o l l e d   u n d e r   a   s i m p l e   n e w   F u z z y - PI D   c o n t ro l l e r   w i t h   f i v e   i n p u t   v a ri a b l e s w h i c h   a s s e m b l e d   a n d   c o m p a r e d   w i t h   a n   a n t e c e d e n t l y   u s e d   PI D   c o n t ro l l e r.   T h e   a i m   o f   d e f i n i n g   t h e   ru l e s a n d   i t s   o p t i m i z a t i o n   a re   t o   a c h i e v e   a   c o n t r o l l e t h a t   p ro v i d e s   g ri n d i n g   w i t h   h i g h e q u a l i t y .   Bo t h   t h e c o n t r o l l e rs   PI D   a n d   F u z z y - PI D   h a v e   b e e n   o p t i m i z e d   t o g e t h e r   w i t h   t h e   p a r a m e t e rs   o f   t h e   T w o - Ph a s e   H y b r i d St e p p i n g   M o t o T h e   F u z z y - PI D   c o n t r o l l e p o l i c y   a t   a   s t e a d y   v a l u e   i n   t h e   n o rm a l   d i re c t i o n   o f   t h e   m e n t i o n e d m a c h i n i n g   p o i n t   b y   m u l t i - p o i n t   m a c h i n i n g ,   w h i l e   t h e   g ri n d i n g   t o o l   m o v i n g   a l o n g   t h e   c u rv e d   s u rf a c e o f   t h e p ro p e l l e r.   I t   m e a n s   t h a t   t h e   m o d e l   o f   t h e   c o m p l i a n t   w ri s t   s y s t e m   a n d   t h e   s u rro u n d i n g s   c o u l d   b e   u s e d   i n f o rc e   c o n t ro l l i n g   w h e n   ro b o t s   g ri n d   m a ri n e   p r o p e l l e s u rf a c e   b y   a   g r i n d i n g   t o o l   w i t h   m u l t i - p o i n t   m a c h i n i n g . K e y w o r d s : f o r c e   c o n t ro l , g ri n d i n g   ro b o t , P I D   c o n t ro l l e r , f u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r,   PI D - F u z z y   c o n t ro l l e r,   t w o - p h a s e   h y b ri d   s t e p p i n g   m o t o r ,   m a ri n e   p ro p e l l e r C o p y r i g h t © 2 0 1 5 I n s ti tu t e   o f   A d v a n c e d   En g i n e e r i n g   a n d   Sc i e n c e .   A l l   r i g h t s   r e s e r v e d . 1 . In t r o d u c t io n G r i n d i n g   i s   a   c h i p - r e m o v i n g   p r o c e s s f u n d a m e n ta l   u s e d   to   r e m o v e   b u r r s   a n d   m e t a l   f r o m m a c h i n e d   p a r ts   i n   o r d e r   t o   a c c o m p l i s h   th e   d e s i r e d   s u r f a c e   f i n i s h In   m a n y   c a s e s m a n u a l g r i n d i n g  m e a n s   m o n o to n o u s  a n d  h a r d   wo r k  i n  a  n o i s y   e n v i r o n m e n t. T h e   w o r k e r s  r e q u i r e d  t o  u s e p r o te c ti v e   e q u i p m e n t.  S o   t h i s   l e a d s   t o   a u to m a ti o n   o f   th e   g r i n d i n g   p r o c e s s R o b o ti c   g r i n d i n g ,   i n e a r l y   i n d u s tr i a l   a p p l i c a t i o n s wa s   r e s o l v e d   u s i n g   a   g r i n d i n g   m a c h i n e   a tta c h e d   t o   t h e   e n d   e f f e c to r o f   r o b o th r o u g h   a   d a m p e r   a n d   s p r i n g   a r r a n g e m e n t.  T h e   r e q u e s te d   c o n t a c f o r c e   b e t w e e n   th e g r i n d i n g   to o l   a n d   th e   wo r k p i e c e   wa s   a c h i e v e d   b y   p r o g r a m m i n g   th e   r o b o t' s   p o s i ti o n   to   b e   s l i g h tl y u n d e r   th e   w o r k p i e c e   s u r f a c e It   w a s   d i f f i c u l to   c o n tr o l   th e   d e p t h   o f   c u a n d   a c c o m p l i s h   o p t i m a l g r i n d i n g   c o n d i t i o n s   b e c a u s e   o f   a l te r a t i o n s   i n   th e   g r i n d i n g   t o o l a n d   wo r k p i e c e   g e o m e tr y   we a r wo u l d   c a u s e   a l t e r a t i o n s   i n   t h e   c o n t a c f o r c e s A l s o t h e   wo r k p i e c e   g e o m e tr y   wa s   r e q u i r e d   t o   b e m e a s u r e d   r e g u l a r l y w h i c h   w a s   q u i te   b o r i n g .T h e r e f o r e th e r e   w a s   a   r e q u i r e   f o r   a n   i n te l l i g e n t r o b o t c o n tr o l  s y s te m  a n d  m o r e  f l e x i b l e t a k i n g  c a r e  o f  th e  r e q u i r e m e n ts  f r o m  th e  g r i n d i n g  p r o c e s s [1 ] . In   th e   p r o c e s s   o f   g r i n d i n g   a n d   f i n i s h i n g g r i n d i n g   f o r c e   n e e d s   to   b e   a c t i v e l y   c o n tr o l l e d   b o th   i n d i r e c ti o n   a n d   i n   v a l u e   a l l   th e   ti m e   a l o n g   wi th   f e e d   m o v e m e n c o n tr o l l i n g th u s   th e   p r o c e s s r e q u i r e s   to   b e   c o n tr o l l e d   b y   th e   p o l i c y   o f   c o m p l i a n c o n tr o l l i n g W h e n   th e   f o r c e   c o n tr o l l e d   r o b o t i s   a p p l i e d   to   g r i n d i n g   o p e r a ti o n th e   p o s i ti o n   c o n tr o l   s t y l e   i s   s e l e c te d   to   c o n tr o l   th e   g r i n d i n g   to o l p a th   i n   th e   f e e d   d i r e c ti o n   e x a c tl y .   In   th e   p r e s s   d i r e c ti o n w h i c h   i s   p e r p e n d i c u l a r   to   t h e   f e e d d i r e c ti o n th e   c o m p l i a n c e   c o n tr o l   s t y l e   o r   f o r c e   c o n tr o l   s t y l e   i s   s e l e c te d   to   g e th e   a p p r o p r i a t e c o n ta c f o r c e It  i s   e s s e n ti a l   to   m a i n ta i n a   s u i ta b l e   a m o u n o f   c o n ta c f o r c e i s t w o   c a s e s   f o r   th e g r i n d i n g   o p e r a ti o n   [ 2 ] T h e   f i r s i s   s u r f a c e   g r i n d i n g   o r   d e b u r r i n g   th e   m a c h i n e d   p a r ts   i n   w h i c h   a g r i n d i n g   to o l   tr a c e s   t h e   wo r k p i e c e   p r o f i l e .   T h e   s e c o n d   i s   b e a d   g r i n d i n g   o r   d e b u r r i n g   t h e   f o r g e d o r  c a s t p a r ts , i n   wh i c h  t h e   p e r f e c t p r o f i l e  m u s t b e  a c c o m p l i s h e d  a f te r  g r i n d i n g .  E i t h e r  c o m p l i a n c e c o n tr o l   o r   f o r c e   c o n tr o l   c a n   b e   c h o s e n .   T h e   d i f f e r e n c e   i n   g r i n d i n g   b e t we e n   u s i n g   c o m p l i a n c e c o n tr o l   a n d   f o r c e   c o n tr o l   i s   a s   e x p l a i n e d   i n   th e   c o m i n g   s e c ti o n In   th e   f o r c e   c o n tr o l   s t y l e ,   th e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 1 , J u l y   2 0 1 5 : 8 7 9 9 8 8 g r i n d i n g   to o l   f o l l o w s   th e   s u r f a c e   o f   w o r k p i e c e   b y   m a i n ta i n i n g   th e   c o n ta c f o r c e   c o n s ta n t.  S o   i i s p o s s i b l e   t o   f o l l o w   a n   u n k n o w n   c u r v e d   s u r f a c e T h e   g r i n d i n g   p r o c e s s   c a n   b e   f i n i s h e d   e a s i l y wi th o u ta k i n g   i n t o   a c c o u n t   th e   p o s i ti o n   e r r o r s   l i k e   f o r   e x a m p l e   i n   s e tti n g   th e w o r k p i e c e   th a t i s th e   p r o b l e m   w h e n   u s i n g   a   p o s i t i o n   c o n tr o l l e d   r o b o t.  T h i s   s t y l e   th e r e f o r e   i s   m o s s u c c e s s f u l l y   f o r g r i n d i n g   a   s u r f a c e   u s u a l l y   m a d e   o r   i n   s m a l l   d e b u r r i n g   o f   m a c h i n e d   p a r ts In   t h e   c o m p l i a n c e c o n tr o l   s t y l e t h e   r e q u e s t e d   p r o f i l e   o f   th e   wo r k p i e c e   s u r f a c e   a f te r   g r i n d i n g   p r o c e s s   p e r f o r m s   a s th e   r e f e r e n c e p o s i ti o n ; a l s o   th e   c o n ta c f o r c e   i s   a c c o m p l i s h e d   b y   c o n tr a c t i o n   o r   e x p a n s i o n   o f v i r tu a l   s p r i n g S o   i i s   p o s s i b l e   t o   p r o d u c e   a   ta r g e t   p r o f i l e   a f te r   g r i n d i n g . T h e n i t m u s b e c o m p e n s a te   t h e   l a r g e   e r r o r   o f   w o r k p i e c e   p o s i t i o n   th a t   c a n b e   c o r r e c te d   b y   v i r tu a l   s p r i n g T h i s s t y l e   i s   a p p r o p r i a t e   f o r   g r i n d i n g   to   g e a   ta r g e p r o f i l e   a s   a n   e x a m p l e   o f   l a r g e   d e b u r r i n g   o f c a s ti n g F o r c e   c o n tr o l   i s   u s e d   to   p r e s e r v e   a   c o n s ta n f o r c e   o n   th e   p a r d u r i n g   th e   m a r i n e p r o p e l l e r  g r i n d i n g  p r o c e s s  i n  o r d e r  t o  p r o v i d e   e q u a l l y   g r i n d i n g   o n  t h e   wh o l e  s u r f a c e . P a s s i v e   c o m p l i a n c e   i s   a n   a d d i ti o n a l   to o l   o r   a   d e v i c e   a tta c h e d   to   th e   r o b o e n d - e f f e c to r to   p r o v i d e   a   f l e x i b i l i t y   f o r   i t   a n d   h a s   a   n u m b e r   o f   a d v a n ta g e s   i n c l u d i n g P a s s i v e   c o m p l i a n c e   i s u s e f u l   f o r   th e   s e l f - c o r r e c ti o n   o f   p o s i ti o n i n g   e r r o r s   i n   a s s e m b l y n o r m a l l y   r e d u c e   t h e   h i g h   f o r c e s o r   m o m e n ts   p r o d u c e d   i n   we d g i n g   o r   j a m m i n g p a s s i v e   c o m p l i a n c e   p r o te c t h e   a s s e m b l e d s u r f a c e s   f r o m   d a m a g e s u c h   a s   a   g a l l i n g   o r   s c r a p i n g i i s   u s e f u l   a l s o   f o r   a d a p ta t i o n   t o   t h e i m p e r m a n e n s ta te   c o n tr o l   a n d   f o r c e   c o n tr o l .   In   a   r o b o ti c   g r i n d i n g   p r o c e d u r e i i s   e s s e n ti a l   to p e r f o r m   th e   w o r k p i e c e   g i v e n   g e o m e tr y s o   i i s   c o m m o n l y   r e q u i r e d   th a th e   r o b o p e r f o r m s   a g i v e n   p a t h   w h i l e   p r e s e r v i n g   th e   c o n ta c b e t we e n   th e   g r i n d i n g   t o o l a n d   th e   wo r k p i e c e A n y d i v e r g e n c e s   f r o m   th e   p r o g r a m m e d   p a th   a r i s e   f r o m   a n   i n c r e a s e   o f   th e   c o n ta c f o r c e   o r   y e i n   th e l o s s   o f   c o n ta c t.   T h i s   c o n ta c f o r c e   i s   d e m a n d e d   to   b e   m a i n ta i n e d   wi th i n   a   g i v e n   v a l u e   to   a s s u r e th a th e   to o l   c a n   p e r f o r m   th e   m a te r i a l   r e m o v a l   [ 3 ].  F r o m   c o n tr o l   i s   a tt a i n e d t h e   v e l o c i t y   o r   f o r c e m a y   b e   n o c o n ti n u o u s   a n d   th e   c o n tr o l   b e c o m e s   u n c e r ta i n .   In   th i s   c o n d i t i o n a   p a s s i v e c o m p l i a n c e   w h i c h   a tta c h e d   to   th e   r o b o t   e n d - e f f e c to r   n e a r   t h e   c o n ta c p o i n wi l l   a b s o r b e d   th e k i n e ti c   e n e r g y   a n d c o u l d   a v o i d   th e   p o s s i b l e   h i g h   f o r c e s   o r   m o m e n ts th e r e f o r e th e   l a c k   o f c o n ti n u i t y   i s   a c c o m m o d a te d   a n d   p r e f o r m a n c e   o f th e   c o m p l e te   s y s te m   i s   s m o o t h e d [4 ] . A l s o , wh e n   th e   r o b o i s   e q u i p p e d   w i th   p a s s i v e   c o m p l i a n c e a   h i g h   g a i n   o f   th e   f o r c e   c o n tr o l   c a n   b e c h o s e n S o ,   f o r   th e   s y s t e m   th a t   c o n ta i n s   p a s s i v e   c o m p l i a n c e th e   p e r m i tte d   f o r c e   c o n tr o l   g a i n   i s h i g h e r   th a n   th a w i t h o u i t,   w h i c h   i s   d e s i r a b l e   f o r   i m p r o v i n g   p e r f o r m a n c e   a n d   s e n s i ti v e n e s s   o f f o r c e  c o n tr o l . T h i s   p a p e r   p r e s e n ts a   h e l i x   s p r i n g   a n d   c o m p l i a n w r i s to   b e   t h e   p a s s i v e   c o m p l i a n c e a d d i ti o n a l   t o o l s T h e   h y b r i d   m o v e m e n t f o r c e   c o n tr o l   p o l i c y   i s   th e   b e s t   w a y   f o r   a   c o m p l i a n t c o n tr o l   s y s te m   to   d e a l   w i t h   th e   c o u p l i n g   o f   th e   f o r c e   c o n tr o l   s u b s y s te m   a n d   t h e   m o v e m e n t c o n tr o l   s u b s y s t e m A   c o m p l i a n w r i s s y s te m i s i m p r o v e d i n t h i s   p a p e r to   c o n f o r m   th e   s h a p e   o f th e   p r o p e l l e r   m a c h i n i n g   s u r f a c e a n d   th e   p r o p o s e d   c o n tr o l l e r   w i l l   b e   F u z z y   p r o p o r ti o n a l i n te g r a l d e r i v a ti v e   c o n tr o l l e r   o r   F u z z y - P ID  c o n tr o l   s t r a te g y i i s   u s e d   to   d e a l   wi th   t h e   r o b o ts p o s i t i o n   c h a n g i n g I n   t h i s   m e th o d f o r c e   c o n tr o l   i s   f u l f i l l e d   i n   t h e   n o r m a l   d i r e c ti o n   o f   th e m e n ti o n e d   m a c h i n i n g   p o i n t   b y   m u l ti - p o i n m a c h i n i n g   d u r i n g   a   g r i n d i n g   wh e e l   m o v i n g   a l o n g   t h e c u r v e d   s u r f a c e   o f   th e   p r o p e l l e r T h e   c o n v e n t i o n a l   p r o p o r ti o n a l i n t e g r a l d e r i v a t i v e   ( P ID ) c o n tr o l l e r s   s ta y   t o   b e   th e   m o s p r e v a l e n tl y   u s e d   i n   th e   i n d u s tr i a l   p r o c e s s e s   i n   s p i te   o f   th e   m a n y c o m p l i c a te d   c o n tr o l   te c h n i q u e s   a n d   th e o r i e s   th a h a v e   b e e n   i n v e n te d   i n   t h e   l a s f e w   d e c a d e s [5 ].  In   p r a c ti c e m o s p h y s i c a l   s y s te m s   h a v e   e s s e n t i a l l y   u n g o v e r n a b l e   c h a r a c te r i s ti c s   s u c h   a s n o n - l i n e a r i t i e s   a n d   h i g h   o r d e r H e n c e ,   th e   t y p e   o f   a c h i e v i n g   th e   p a r a m e te r s   o f   P ID  c o n tr o l l e r s th a s a t i s f y   th e   e x e c u t i o n   r e q u i r e m e n h a s   b e e n   r e f e r r e d   i n   m a n y   s tu d i e s   [ 6 ] T h e   f a m o u s m e th o d Z i e g l e r Ni c h o l s   m e th o d s u p p l i e s   a s y s te m a ti c   tu n i n g   m e th o d   f o r   th e   P I p a r a m e te r s wh i c h   h a s   g o o d   l o a d   d i s t u r b a n c e   r e d u c ti o n   b u t,  wi th   a   l o n g   s e ttl i n g   ti m e   a n d   l a r g e   o v e r s h o o i t s h o w s   d i s a p p o i n ti n g   p e r f o r m a n c e F o r   i m p r o v i n g   s y s te m s   p e r f o r m a n c e s u c h   a s o v e r s h o o t, r i s e   ti m e a n d   i n t e g r a l   o f   t h e   a b s o l u te   e r r o r m a n y   s tu d i e s   a r e   e n d e a v o r i n g   to   c o m b i n e   f e a tu r e s o n   t h e   b a s i s   o f   th e   e x p e r i e n c e s   o f   s p e c i a l i s ts   wi t h   r e g a r d   to   P ID  g a i n   s c h e d u l i n g ,   a n d   th e   u ti l i z e o f   f u z z y   l o g i c   a p p e a r s   to   b e   e s p e c i a l l y   s u i ta b l e L a te l y f u z z y   P ID  c o n tr o l l e r s   h a v e   b e e n d i s p l a y e d   a n d   i n s p e c t e d a n d   th e i r   a d e q u a te p e r f o r m a n c e   i n   s e v e r a l   p l a n ts   h a s b e e n   e x h i b i te d . F u z z y   P ID  c o n tr o l l e r   i s   o f te n   m e n ti o n e d   a s   a   s u b s ti tu t e   to   c l a s s i c a l   P ID  c o n tr o l l e r s   f o r   h i g h   n o n l i n e a r i t y   a n d   c o m p l e x   c a s e s It  s u p p l i e d   a   f a v o r a b l e   o p t i o n   f o r   i n d u s tr i a l   a p p l i c a t i o n s   wi th   m a n y wo r th w h i l e   f e a tu r e s a s   i h a s   th e   a b i l i t y   to   o n - l i n e   a d a p t a ti o n   to   t i m e   v a r y i n g n o n l i n e a r a n d u n c e r ta i n   s y s t e m s [7 - 9 ].  T h e   P ID  c o n tr o l l e r   a tte m p ts   to   m i n i m i z e   th e   e r r o r   b y   m o d i f y i n g   th e p r o c e s s   c o n tr o l   i n p u [1 0 ].   A s   a   m o d e l   f r e e   c o n tr o l   d e s i g n   a p p r o a c h F u z z y   l o g i c   c o n tr o l   w a s e a r l i e r   i n tr o d u c e d   a n d   d e v e l o p e d .   It  h a s   b e e n   u s e d   w i t h   g r e a s u c c e s s fu l   i n   i n d u s tr y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 F u z z y - P ID C o n tr o l l e r  o f R o b o ti c G r i n d i n g  F o r c e  S e r v o   S y s te m ( A d n a n  J a b b a r  A tti y a ) 8 9 a p p l i c a t i o n s I n   th e   p a s d e c a d e c o m m o n   r e s e a r c h   a tte m p ts   o n   f u z z y   l o g i c   c o n tr o l   h a v e   b e e n d e d i c a te d   t o   m o d e l - b a s e d   f u z z y   c o n tr o l   s y s te m s   th a a s s u r e   s ta b i l i t y   a n d   th e   c l o s e d - l o o p   f u z z y c o n tr o l   s y s te m s   p e r f o r m a n c e F u z z y   l o g i c   b e g i n s   wi t h   a n d   c o n s tr u c o n   u s e r   p r o v i d e   h u m a n l a n g u a g e   a n d   tr a n s f o r m   th e s e   r u l e s   i n t o   m a th e m a ti c a l   e q u i v a l e n t.  F u z z y   l o g i c   h a s   a r a r e   f e a tu r e o f   s i m p l i c i t y   a n d   i ts   f l e x i b i l i t y   to   d e a l   i n   p r o b l e m s   w i th   e x a c tn e s s   a n d   a c c u r a c y   w i th   i ts   s i m u l a ti o n r e s u l ts . i t  c a n  b e  c a r r i e d  o u t i n  s o f t w a r e   o r  h a r d w a r e   o r  b y  j o i n i n g   o f  b o th   o f  th e m . 2 . G r in d in g F o r c e  Co n t r o l lin g  P r in c ip le G r i n d i n g f o r c e   i s   d e te r m i n e d   a s   s h o wn   i n F i g u r e 1 i n to th r e e   c o m p o n e n f o r c e s F n wh i c h   i s   n o r m a l   g r i n d i n g   f o r c e F wh i c h   i s   t a n g e n t i a l   g r i n d i n g   f o r c e   a n d   a   c o m p o n e n f o r c e wh i c h   i s   a c ti n g   a l o n g   th e   l o n g i tu d i n a l   f e e d   d i r e c ti o n   wh i c h   i s   n e g l e c t e d u s u a l l y b e c a u s e   o f i ts u n i m p o r ta n c e . F i g u r e 1 . M a i n  p a r a m e te r s   u s e d  i n  g r i n d i n g  p o l i c i e s T h e   n o r m a l   g r i n d i n g   f o r c e   F n   h a s   a   a f f e c o n   th e   w o r k p i e c e   r o u g h n e s s   a n d   th e   s u r f a c e d e f o r m a ti o n wh i l e   th e   ta n g e n ti a l   g r i n d i n g   f o r c e   F c h i e f l y   i n f l u e n c e s   t h e   c o n s u m p ti o n   o f   p o w e r a n d   p r o v i d i n g   th e   g r i n d i n g   w h e e l   l i f e   [1 1 ].  A s   s h o wn   i n   F i g u r e 2 th e   c o m p a c ti n g   f o r c e   F c   i s r e g u l a te d   b y   t w o   s e c t i o n s :   T w o - P h a s e   H y b r i d   S te p p i n g   M o to r   a n d   a   H e l i x   s p r i n g c o m p l i a n t w r i s a s  a  p a s s i v e  c o m p l i a n c e . F i g u r e 2 . M o d e l   o f  th e  g r i n d i n g f o r c e  s e r v o  s y s te m T w o - p h a s e   h y b r i d   s t e p p i n g   m o to r   i s   a   b r u s h l e s s   DC  e l e c tr i c   m o to r   w h i c h   d i v i d e s   a   f u l l r o ta ti o n   i n t o   a   n u m b e r   o f   e q u a l   s t e p s   [ 1 2 ].   T h e   p o s i ti o n   o f   m o to r   c a n   a f te r w a r d s   b e   r u l e d   to m o v e   a n d   h o l d   wi th o u a n y   f e e d b a c k   s e n s o r   a o n e   o f   th e s e   s te p s w h i l e   th e   m o to r   i s   c a u ti o u s l y s i z e d   to   th e   a p p l i c a t i o n T h e   T w o - p h a s e   h y b r i d   s te p p i n g   m o to r   i s   f a m o u s l y   u s e d   i n   c o n tr o l l i n g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 1 , J u l y   2 0 1 5 : 8 7 9 9 9 0 a p p l i a n c e s   w i t h   i ts   d i s p o s i t i o n s   o f   h i g h   p r e c i s i o n   h i g h   to r q u e   o u tp u t,  l o w   v i b r a ti o n   a n d   n o i s y , a n d   l o c o s [ 1 3 ].   T h u s i i s   v e r y   s i g n i f i c a n th a t h e   c o n tr o l   a l g o r i th m   r e s e a r c h   a p p l i e d   i n s te p p i n g  m o to r . S te p p e r   m o to r s   a r e   f a s a n d   e x e c u ta b l e   i n m u c h p e r fo r m a n c e   h a r d w a r e T h e   u ti l i z e   o f s te p p e r  m o to r s  h a s  i n c r e a s e d  f e w   y e a r s  l a te r  a s  a  r e s u l t o f : a ) Its  b e tte r  r e l i a b i l i t y  d u e  to  th e  m e c h a n i c a l   b r u s h e s  e l i m i n a ti o n , b ) Hi g h e r  to r q u e - to - i n e r t i a  r a t i o  d u e  to   a  l i g h te r  r o t o r , c ) Its   b e tt e r   h e a t   d i s s i p a t i o n   d u e   t o   t h a th e   w i n d i n g s   a r e   s i tu a te d   o n   th e   s ta t o r   n o o n th e  r o t o r , a n d d ) In e x p e n s i v e . O r i g i n a l l y ,   s te p p e r   m o to r s   we r e   d e s i g n e d   to   b e   e m p l o y e d   i n o p e n - l o o p .   T h e i r   i n tr i n s i c s te p p i n g   c a p a b i l i t y   a l l o w s   f o r   p e r f e c p o s i t i o n i n g   wi th o u f e e d b a c k th e n   c l o s e d - l o o p   c o n tr o l   o f s te p p e r   m o to r s   h a s   b e e n   e m p l o y e d   to   a c h i e v e   m o r e   r a p i d   r e s p o n s e   t i m e s   a n d   h i g h e r   r e s o l u ti o n c a p a b i l i ti e s T h e   s te p p e r   m o to r   c a n   a l s o b e   o p e r a te d   a h i g h e r   s p e e d s b y   ta k i n g   i n t o c o n s i d e r a ti o n   n o n l i n e a r   e f fe c ts   [1 4 ].  T h e   s te p p e r   m o to r   p r e s s e s   th e   h e l i x   s p r i n g   w h e n   i w o r k s , a n d   s u p p l i e s   th e   c o m p r e s s i v e   f o r c e   F c   f o r   th e   f o r c e   c o n tr o l l i n g   s y s te m B y   t wo   p e r p e n d i c u l a r a n g l e   s e n s o r s th e   t w o   a n g l e s   α  a n d   β   c o u l d   b e   d e te c te d a n d   b y   a   f o r c e   s e n s o r th e c o m p r e s s i v e  f o r c e  F c  i s  d e t e c te d . T h e   d i s p l a c e m e n o f   th e   l i n e a r   s te p p e r   m o to r f o u n d e d   o n   t h e   d a ta   f r o m   s e n s o r s i s c h a n g e d   t o   c o m p r e s s   th e   s p i r a l   s p r i n g   t o   m o d i f y   th e   g r i n d i n g   f o r c e   F n T h e   g r i n d i n g   f o r c e c o n tr o l l i n g   d i a g r a m   i s   s h o wn   i n   F i g u r e 3 It  i s   b a s e d   a c c o r d i n g   to   t h e   s tr a t e g y   o f   h y b r i d m o v e m e n t - f o r c e   c o n tr o l , i n   w h i c h   F n   i s   th e   s u r r o u n d i n g s   ta r g e f o r c e F m   s y m b o l i z e s   th e m o d i f y i n g  f o r c e  to  c h a n g e   t h e  a d a p t i n g  o f  f o r c e  c o n tr o l l i n g  i f  n e e d e d . F i g u r e 3 . B l o c k  d i a g r a m  o f  t h e  f o r c e  c o n tr o l l i n g  s y s t e m   a c c o r d i n g  to  t h e  s tr a t e g y  o f  h y b r i d m o v e m e n t - f o r c e  c o n tr o l T h e  h a r d w a r e  s y s te m  f o r c e  c o n tr o l l i n g   i s  d e s i g n e d , g e n e r a l l y , b y : l 0   =   ( l 1  + l 2 ) /2 ( 1 ) F n  =  k f   ( l 2   l 1 )  /2 ( 2 ) F t =  μ  F n ( 3 ) μ  =  t a n  θ ( 4 ) W h e r e : l 0   i s  th e   a c c u r a te   d i s p l a c e m e n t o f  th e  s te p p e r  m o to r  wh e n   th e   g r i n d i n g  f o r c e  a i ts d e s i r e d   v a l u e  F n , l 1   i s  th e  s t e p p e r  m o to r  g r e a te s t d i s p l a c e m e n t , l 2   i s  th e  s m a l l e s d i s p l a c e m e n t t o  c o m p r e s s  th e  s p i r a l  s p r i n g , K f  i s  th e   e l a s t i c  m o d u l u s  o f  th e  s p i r a l  s p r i n g   i n  F i g . 1 . F t T a n g e n t i a l  f o r c e  a n d  s p e c i f i c  v a l u e  p e r  u n i wi d t h , a n d μ  G r i n d i n g  f o r c e  r a t i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 F u z z y - P ID C o n tr o l l e r  o f R o b o ti c G r i n d i n g  F o r c e  S e r v o   S y s te m ( A d n a n  J a b b a r  A tti y a ) 9 1 3 . T h e   M o d e l o f  t h e T w o - p h a s e  H y b r id   S t e p p in g  M o t o r T h e   tr a n s f e r   f u n c ti o n   G ( s )   o f   th e   o p e n - l o o p s y s t e m   o f   th e   tw o - p h a s e   H y b r i d   S t e p p i n g M o to r   i s  a s  f o l l o w s : G ( s )  = A ( s )  / B 1 ( s ) + B 2 ( s ) ( 5 ) W h e r e : A ( s )  =  K p v  + K I v  / s   + K D v  s )   ( K P i  s +   K I i   ) k e  NK H ( 6 ) B 1 ( s )  =  J L s ^ 4   + ( J R+ β L + J K P i   K )  s ^ 3 ( 7 ) B 2 ( s )  =  β K Ii   K H s + ( J K Ii  K +  β R + β K P i   K ) s ^ 2 ( 8 ) T h e   s u b d i v i d e d   d r i v i n g   i s   a s s u m e d   f o r   th e   H y b r i d   S t e p p i n g   M o to r   i n   o r d e r   to   r e a c h   to th e   a c tu a l   s y s t e m   p e r f o r m a n c e   p a r a m e te r   a n d   to   d e c r e a s e   th e   i n tr i c a c y   o f   th e   s y s t e m   tr a n s f e r f u n c ti o n I n   s i m u l a ti o n t h e   p a r a m e te r s   o f   th e   two - p h a s e   H y b r i d   S te p p i n g   M o to r   s e l e c te d   a r e   a s f o l l o w s : In d u c ta n c e  L =  4 .5 m H, Re s i s ta n c e  R  =  1 . 3 Ω, I n e r t i a  C o n s ta n t J   =  2 7 0  k g ∙ m  , Co e f f i c i e n t o f  V i s c o u s  F r i c ti o n  B  =   0  N  m  ∙ s /r a d , β  =   1 , K p v  =  5 5 0 K Iv  =   0 K Dv  =   1 1 5 , k e  = 0 .2 5   N ∙ m /A , N =  1 8 0 ,  K =  1 0 K Ii   =  5 5 0 ,  K P i   =   6 . T r a n s f e r  f u n c ti o n   w i l l   b e : G ( s )  =  2 7 0 0 0 0  s ^ 2 + 2 8 3 5 0 0 0 0  s + 1 3 5 0 0 0 0 0 0   / s ^ 4 + 1 9 7 9 9  s ^ 3 + 6 5 0 0 0 0  s ^ 2 + 7 5 0 0 s 4 . Co n v e n t io n a l P I D S t r a t e g y  f o r G r in d in g  F o r c e   S e r v o  Un it T h e   m o s t c o n v e n t i o n a l  P I D  c o n tr o l l e r  o r l i n e a r   P ID c o n tr o l l e r  i s  d e s c r i b e d   a s  f o l l o w s : W h e r e   K P   i s   th e   p r o p o r ti o n a l   c o n s ta n g a i n ,   K I   i s   t h e   i n te g r a l   c o n s ta n g a i n   a n d   K i s   th e d e r i v a t i v e   c o n s ta n g a i n   a c c o r d i n g   to   m a n u a l   e x p e r ti s e T h e   s i g n a l   e ( t )   i s   th e   e r r o r   s i g n a l b e t w e e n  t h e  r e f e r e n c e a n d   th e  p r o c e s s  o u tp u t c ( t )  i i s  e x p l a i n e d  a s : e ( t )  =  r ( t )  c ( t ) T a b l e 1 . s h o w s  th e  e f f e c t o f K p K i a n d  K d  to  th e  c o n tr o l l e d  s y s te m p a r a m e t e r R i s e   t i m e O v e r s h o o t T u r n i n g   t i m e E r r o r K p d e c r e a s e I n c r e a s e S m a l l   c h a n g e d e c r e a s e T i d e c r e a s e I n c r e a s e i n c r e a s e e l i m i n t e T d S m a l l   c h a n g e D e c r e a s e d e c r e a s e S m a l l   c h a n g e T h e   S i m u l i n k   f i g u r e o f   P ID   c o n tr o l l e r   i s   s h o wn   i n   F i g u r e 4 a n d   t h e   P ID   c o n tr o l l e r   i n te r n a l s tr u c tu r e   i s   e x p l a i n e d   i n F i g u r e   5 th e   i n p u p a r a m e te r s   f o r   th e   P ID  c o n tr o l l e r   a r e   K p K i K d , e a n d   e c , th e  o u t p u t f o r  th e  c o n tr o l l e r   i s  u . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 1 , J u l y   2 0 1 5 : 8 7 9 9 9 2 F i g u r e 4 . S i m u l i n k  f i g u r e  o f  P ID c o n tr o l l e r F i g u r e 5 . T h e  s tr u c tu r e  f o r   P ID c o n tr o l l e r 5 . F u z z y Co n t r o lle r  S t r a t e g y f o r G r in d in g  F o r c e   S e r v o  Un it F u z z y   l o g i c   i s   w i d e l y   u s e d   i n   p r o c e s s e s   w h e r e   s y s te m d y n a m i c s   i s   e i th e r   v e r y   c o m p l e x o r   s h o w   a   e x tr e m e l y   n o n l i n e a r   c h a r a c te r T h e   f u z z y   c o n tr o l l e r   o p e r a ti o n   c a n   b e   d e s c r i b e d   a s s h o w n   i n  F i g u r e 6 : F i g u r e 6 . T h e  s tr u c tu r e  f o r   F u z z y  c o n tr o l l e r In   th i s   p a p e r F u z z y   s u b s e ts   o f   a l l   i n p u ts   a n d   o u tp u ts   a r e to ta l   e x p l a i n e d   a s { NB ,NM ,NS ,Z ,P S ,P M , P B } .   E l e m e n ts   o f   e v e r y   s u b s e r e f e r   to n e g a t i v e   l a r g e   Nb n e g a ti v e m i d d l e   Nm n e g a ti v e   s m a l l   Ns z e r o   Z p o s i ti v e   s m a l l   P s p o s i t i v e   m i d d l e   P m   a n d   p o s i t i v e   l a r g e P b . W e   s e th e   r a n g e s   { 6 , 6 }   f o r   b o t h   e   a n d   e c   { 1 ,1 } f o r   b o t h   K d   a n d   K i   .   a n d   { 3 ,4 }   f o r K p  a s  s h o w n   i n F i g u r e 7 , 8 , 9 , 1 0 , 1 1 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 F u z z y - P ID C o n tr o l l e r  o f R o b o ti c G r i n d i n g  F o r c e  S e r v o   S y s te m ( A d n a n  J a b b a r  A tti y a ) 9 3 F i g u r e 7 . M e m b e r s h i p  e r r o r  f u n c ti o n   ( e ) F i g u r e 8 . M e m b e r s h i p  c h a n g e  e r r o r  f u n c ti o n ( e c )  o f   f u z z y F i g u r e 9 . M e m b e r s h i p  K i  f u n c ti o n  o f  f u z z y c o n tr o l l e r F i g u r e 1 0 . M e m b e r s h i p   K p   f u n c ti o n F i g u r e 1 1 . m e m b e r s h i p  o f  K d  f u n c ti o n T h e  s u r f a c e  v i e w  o f  K p , K i a n d  k d   w i l l   b e  a s  s h o w n   i n   F i g u r e 1 2 , 1 3 , 1 4 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 1 , J u l y   2 0 1 5 : 8 7 9 9 9 4 F i g u r e 1 2 . S u r f a c e  v i e w o f  K p  o f  f u z z y  c o n tr o l l e r F i g u r e 1 3 . S u r f a c e  v i e w o f  K i   o f  f u z z y  c o n tr o l l e r F i g u r e 1 4 . S u r f a c e  v i e w o f  K d  o f  f u z z y  c o n tr o l l e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 F u z z y - P ID C o n tr o l l e r  o f R o b o ti c G r i n d i n g  F o r c e  S e r v o   S y s te m ( A d n a n  J a b b a r  A tti y a ) 9 5 F i g u r e 1 5 . Ru l e  b a s e s  f o r  F u z z y  c o n tr o l  s y s te m F i g u r e 1 6 . Ru l e  b a s e s  v i e w f o r  F u z z y   c o n tr o l  s y s t e m 6 . F u z z y - P ID S t r a t e g y  f o r G r in d in g  F o r c e   S e r v o  U n it In   th i s   p a p e r F u z z y - P ID  s tr a te g y c o m b i n e s   th e   F u z z y   o p ti m i z i n g   s tr a te g y   wi th   th e c o n v e n ti o n a l   P ID   a l g o r i th m In   th i s   s tr a te g y ,   t h e   o p ti m a l   v a l u e s   f o r   th e   th r e e   c h a r a c te r i s ti c p a r a m e te r s  o f  a  P ID c o n tr o l l e r  a r e   o b t a i n e d   b y  F u z z y   s e l f - o p ti m i z i n g . T h e  F u z z y - P ID c o n tr o l l e r  p r i n c i p l e  i s  s h o wn   i n  F i g u r e 1 7 , i n   w h i c h   e  r e f e r s  to  th e  e r r o r  o f th e  o u tp u t f r o m  i ts  d e s i r e d   v a l u e   a n d  e c  =  d e /  d t F i g u r e 1 7 . T h e  s tr u c tu r e  o f  F u z z y - P ID c o n tr o l l e r B y   F u z z y   o p ti m i z i n g th e   v a l u e s   o f   th e   th r e e   c h a r a c te r i s ti c   p a r a m e te r s   w o u l d b e K p = 2 0 0 , K i = 1 4 .7 5 ,  K d = 3 .6 8 7 5 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IS S N: 2 3 0 2 - 4 0 4 6 T E L KO M NIK A V o l 1 5 , No . 1 , J u l y   2 0 1 5 : 8 7 9 9 9 6 In  F i g u r e 1 8 , t h e r e   a r e  t w o  i n p u ts  a n d  t h r e e   o u t p u ts  f o r  th e  F u z z y   L o g i c  Co n tr o l l e r th e i n p u ts  a r e   ( e )   a n d   ( e c   =  d /d t ) , a n d   th e   o u t p u ts  a r e K p , K i   a n d K d . F i g u r e 1 8 . F u z z y  c o n tr o l l e r W i th   th e   M A T L A B   S IM UL I NK a f a m o u s   s i m u l a ti o n   s o f tw a r e a n d   f o r   a   c o n v e n ti o n a l   P ID c o n tr o l l i n g   s y s t e m s te p   r e s p o n s e   i s   a l s o   s h o wn   i n   F i g u r e   4   w i t h   K p =   2 0 0 K i = 1 4 .7 5 , K d = 3 .6 8 7 5 . S te p   r e s p o n s e   o f   th e   F u z z y - P ID   c o n tr o l l i n g   s y s t e m   i s   c o m p l e te l y   d i f f e r e n f r o m   th a o f th e  c o n v e n ti o n a l   P I D c o n tr o l l i n g  s y s te m . Re m a r k a b l y , t h e  F u z z y - P ID  c o n tr o l l e r   h a s   i m p r o v e d  t h e  f o r c e  s e r v o  s y s te m  b y  d e d u c i n g th e  o p ti m i z e d  K p , K i   a n d  K d . F i g u r e 1 9 . T h e  f u z z y - p i d  s i m u l a ti o n  m o d e l   i n   M A T L A B 7 . Re s u lt s  a n d  D is c u s s io n 7 .1 P ID Co n t r o l le r :  M o d e lin g F i g u tr e 2 0   s h o w s   th e   S i m u l i n k   f i g u r e   o f   P ID  c o n tr o l l e r .   W h e n K p =   2 T i   =   0 .5 ,   T d =   1 t h e s i m u l a ti o n   wa s  p e r f o r m e d  i n  f i g u r e  b e l o w : F i g u r e 2 0 . S i m u l i n k  f i g u r e  o f  P ID c o n tr o l l e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.