عنوان

طراحی سیستم کنترل تعلیق فعال خودرو بر مبنای آنالیز درجه مشاهده پذیری

IR

۴۳۳۴پ

فارسی

IR

طراحی سیستم کنترل تعلیق فعال خودرو بر مبنای آنالیز درجه مشاهده پذیری

[پایان‌نامه]

Design of Active Suspension Control System Based on Degree of Observability Analysis

/طه فلاحتی نوده

: مهندسی مکانیک

، ۱۴۰۰

۱۸۶ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

دکتری

مهندسی مکانیک- دینامیک، ارتعاشات و کنترل

۱۴۰۰/۰۶/۰۱

صنعتی سهند

اهداف اصلی سیستم تعلیق خودرو شامل جداسازی بدنه و سرنشینان از اغتشاشات جاده همزمان با حفظ تماس تایرها با جاده می‌باشد .برای تامین این اهداف متضاد در دامنه وسیعی از فرکانس‌های ورودی جاده، سیستم تعلیق فعال توسعه یافته‌است .در سیستم تعلیق فعال، کنترل‌کننده به عنوان مغز سیستم عمل می‌کند و برای تعیین ورودی کنترلی می‌بایست به مقادیر متغیرهای حالت دسترسی داشته باشد .از آنجایی که تمامی متغیرهای حالت قابل اندازه‌گیری نمی‌باشند لذا از مشاهده‌گر برای تخمین متغیرهای حالت استفاده می‌گردد .در این رساله، با توجه به اینکه ورودی جاده نامعلوم می-باشد، مشاهده‌گر با هدف تخمین همزمان ورودی جاده و متغیرهای حالت طراحی شده است .در این ساختار، برای افزایش دقت تخمین از رویکرد دکوپله‌سازی ورودی نامعلوم استفاده می‌گردد .با توجه به این که انتخاب خروجی‌های اندازه‌گیری اولین مرحله در طراحی مشاهده‌گر می‌باشد و خروجی‌های سیستم برای دکوپله‌سازی ورودی نامعلوم می‌بایست شرایط مشخصی را برآورده سازند، لذا در این رساله، روش سیستماتیک جدیدی برای انتخاب خروجی در سیستم تعلیق ارائه شده و برای انتخاب بهترین ترکیب خروجی از بین ترکیب‌های ممکن، معیار جدید درجه‌ی مشاهده‌پذیری بر اساس فاصله سیستم از سیستم‌های هم مرتبه و مشاهده ناپذیر ارائه و به سیستم های دارای ورودی نامعلوم تعمیم داده شده است .در معیار معرفی شده، بالا بودن درجه مشاهده‌پذیری برای یک خروجی نشان دهنده تاثیر بالای تمامی متغیرهای حالت در شکل گیری سیگنال خروجی می‌باشد و به همین دلیل بهره‌ی مشاهده‌گر و حساسیت تخمین به خطاهای موجود در خروجی سیستم نیز کاهش می‌یابد .با به کار گیری این معیار در سیستم تعلیق خودروی مشخص، ملاحظه می‌شود که درجه مشاهده‌پذیری با انتخاب شتاب جرم معلق و غیرمعلق به عنوان خروجیهای سیستم بالا بوده و نتایج تخمین به ازای انتخاب این خروجیها از دقت بیشتری برخودار است .همچنین نتایج مشاهده‌گر طراحی شده نشان می‌دهد که دقت تخمین با دکوپله سازی ورودی نامعلوم و انتخاب مناسب خروجیها به میزان قابل توجهی در مقایسه با روش های ارائه شده در مقالات افزایش می‌یابد .در ادامه، برای افزایش دقت تخمین با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی در سیستم تعلیق واقعی خودرو، یک مشاهده‌گر غیرخطی برای تخمین همزمان ورودی جاده و متغیرهای حالت سیستم تعلیق بر اساس دکوپله‌سازی ورودی نامعلوم پیشنهاد می‌گردد .در این مشاهده‌گر از یک خروجی اضافه که شامل شتاب جرم غیرمعلق می باشد استفاده می‌شود تا به کمک آن اثرات غیرخطی در دینامیک خطای تخمین حذف شده و دینامیک خطای تخمین دارای پایداری نمایی باشد .نتایج شبیه سازی که به کمک مدل نسبتا واقعی ایجاد شده در نرم افزار ADAMS صورت گرفته است حاکی از عملکرد مناسب روش پیشنهادی در تخمین متغیرهای حالت و ورودی جاده می‌باشد .در ادامه، مشاهده‌گر غیرخطی پیشنهادی در ترکیب با یک کنترل کننده غیرخطی طراحی شده برای سیستم تعلیق فعال، مورد استفاده قرار می گیرد .با توجه به برقرار نبودن اصل جداسازی و عدم اطمینان از پایداری ترکیب مشاهده‌گر و کنترل کننده در سیستم های غیرخطی، پایداری ترکیب این دو در سیستم تعلیق مورد بررسی قرار گرفته است .نتایج شبیه‌سازی نیز عملکرد پایدار و مناسب ترکیب کنترل‌کننده و مشاهده‌گر را تایید می‌نماید .برای تست عملی و آزمایشگاهی روشهای پیشنهاد شده در این رساله، یک دستگاه تست سیستم تعلیق بر اساس مدل یک چهارم و ساختار تعلیق مک‌فرسون طراحی و ساخته شده است .پارامترهای مدل غیرخطی مربوط به این دستگاه، بر اساس ورودی ها و خروجی های ثبت شده از سیستم با روش شناسایی جعبه خاکستری تعیین شده‌اند .علی‌رغم خطای ایجاد شده در شناسایی مدل ریاضی غیرخطی که ناشی از عدم تطابق ساختاری با مکانیزم مک فرسون موجود در دستگاه است، با پیاده سازی مشاهده-گر بر روی دستگاه تست تعلیق، نتایج رضایت‌بخشی در تخمین ورودی جاده مشاهده می‌گردد .

The main purpose of the vehicle suspension system is to isolate the vehicle body and passengers from road disturbances while keeping the tires in contact with the road. An appropriate solution to meet these conflicting goals in a wide range of road input frequencies is to use an active suspension system. In this system, the controller acts as the brain of the system and must have access the state variables to determine the control input. Since not all state variables in the suspension can be measured, an observer was used to estimate the state variables. Since the road input is unknown, it was designed to improve the performance of the observer and controller with the aim of simultaneously estimating the road input and state variables. Given that the selection of the output is the first and important step in the design of the observer and also the system outputs must meet certain conditions for decoupling the unknown input, so in this dissertation a systematic method for selecting the outputs was presented and in order to select the best output combination from the possible combinations, the degree of observability (DO) criterion based on the distance of the system from similar and unobservable systems was presented and generalized to systems with unknown input. In this criterion, the high degree of observability for an output indicates the high impact of all state variables on the formation of the output signal. For this reason, to achieve a similar performance in the observer, the observer gains and the sensitivity of the estimation to the errors in the system output are also reduced. This criterion was examined on the suspension system assuming that the road input is known. results showed that the suspension system has best DO for choosing sprung and unsprung mass acceleration as an output and these outputs provides more accurate estimations. Considering the nonlinear behavior of the suspension, to increase the accuracy of the estimation, a nonlinear observer was provided to simultaneously estimate the road input and the state variables based on decoupling of the unknown input. In this observer, sprung mass acceleration is used as an additional output to eliminate the effects of the nonlinear term on the estimation error dynamics and provide exponential stability. The simulation results show the proper performance of the proposed method in estimating the statevariables and road input. The nonlinear observer was used in combination with the optimal nonlinear control to design the active suspension. Due to the lack of separation the stability of the combination of observer and controller in nonlinear systems, in the suspension was investigated. The simulation results also confirm the stable and appropriate performance of the controller and observer combination. For laboratory testing of the proposed methods, the Quarter suspension test device was designed and built based on the McPherson suspension structure. Then, the parameters of the nonlinear model were determined based on the recorded inputs and outputs of the system using the gray box identification method. Due to the mismatch of the nonlinear model with the dynamics of McPherson mechanism, the identification of the nonlinear model is associated with error, but nevertheless promising results were observed with the implementation of the observer on the suspension test device in estimating the road profile.

ba

Design of Active Suspension Control System Based on Degree of Observability Analysis

سیستم تعلیق فعال

مشاهده‌گر خطی و غیرخطی

درجه مشاهده پذیری

دکوپله سازی ورودی نامعلوم

Active suspension system, Observer, Unknown input decoupling, degree of observability

سیستم تعلیق فعال ، مشاهده‌گر خطی و غیرخطی، درجه مشاهده پذیری، دکوپله سازی ورودی نامعلوم

فلاحتی نوده، طه

میرزایی، مهدی، استاد راهنما

خسروجردی، محمدجواد، استاد مشاور

ایران

20230812

مکانیک ،۸۰۴۸۶ ،۱۴۰۰

ی‌ریذپ‍ ه‌دهاشم‍ ه‌جرد زیلانآ ی‌انبم‍ رب‍ وردوخ‍ ل‌اعف‍ ق‌یلعت‍ ل‌رتنک‍ م‌تسیس‍ ی‌حارط.pdf

عادی

عادی

369.pdf

p80486.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۴۳۳۴

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y