Yüksek hızlı demiryolu taşıtı yanal titreşimlerinin aktif kontrolü
Active control of lateral vibrations of high-speed railway vehicle
Yazar: NİHAT BULDUK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUZAFFER METİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Raylı taşıtlar = Railway vehicles

Özet:
Bu tez çalışmasında, şehirlerarası ulaşımda kullanılan 17 serbestlik dereceli yüksek hızlı demiryolu taşıtı gövdesinin yanal titreşimleri, aktif kontrol yöntemi uygulayarak bastırılması amaçlanmıştır. Öncelikle raylı taşıtın fiziksel modeli çıkartılmış ve yanal, yalpa ve yuvarlanma hareketlerini içeren diferansiyel denklemleri elde edilmiştir. Raylı taşıtın yanal titreşimlerini analiz etmek için 1 cm genlikli yanal yol düzensizliği sisteme bozucu giriş olarak eklenmiş ve raylı taşıt gövdesinin yanal, yalpa ve yuvarlanma hareketleri analiz edilmiştir. Bu işlemin ardından, yüksek hızlı demiryolu taşıtı için kritik hız analizi gerçekleştirilmiştir. Kritik hız analizi sonucunda, yüksek hızlı demiryolu taşıtının güvenli bir şekilde hareket edebileceği maksimum hız belirlenmiştir. Kritik hız analizi sonrasında raylı taşıtın gövdesinde meydana gelen yanal, yalpa ve yuvarlanma titreşimlerini bastırmak için sisteme aktif kontrol uygulaması yapılmıştır. Sistemi kontrol etmek için Doğrusal Karesel Gauss(LQG) kontrol yöntemi kullanılmıştır. Sistemin yerdeğiştirme ve ivme cevapları zaman ve frekans alanında kontrolsüz ve LQG kontrollü durumlar için karşılaştırılmıştır. Ayrıca LQG kontrol yönteminin performansını görebilmek için geleneksel PID kontrol yöntemi ile karşılaştırılması yapılmıştır.
Yapılan analizler sonucunda, yüksek hızlı demiryolu taşıtı gövdesinin yanal, yalpa ve yuvarlanma titreşimleri LQG kontrol yöntemi ile büyük oranda bastırılmıştır. Böylece yüksek hızlı demiryolu taşıtının konforu arttırılmış ve insanların konforlu bir şekilde seyahat edebilmesi sağlanmıştır. Ayrıca LQG kontrol yöntemi PID kontrol yöntemi ile karşılaştırılmış ve LQG kontrol yönteminin PID kontrol yöntemine göre raylı taşıt gövdesindeki titreşimleri daha iyi bastırdığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to suppress lateral vibrations of 17 degree of freedom high speed railway vehicle body which used intercity transportation by using active control method. Firstly, the physical model of the rail vehicle has been formed and differential equations including lateral, yawing and rolling motions have been obtained. In order to analyze the lateral vibrations of the rail vehicle, 1 cm amplitude lateral road irregularity was applied to the system as a disturbing input and the lateral, yawing and rolling motions of the rail vehicle body were analyzed. After this process, critical speed analysis was performed for high speed railway vehicle. As a result of the critical speed analysis, the maximum speed at which the high speed railway vehicle can move safely was determined. After the critical speed analysis active control application was carried out the system to suppress lateral, yawing and rolling vibrations in the body of the rail vehicle. Linear Quadratic Gaussian(LQG) control method was used to control the system. The displacement and acceleration responses of the system were compared for uncontrolled and LQG controlled states in time and frequency domain. Besides, in order to see the performance of the LQG control method, it was compared with the conventional PID control method.
As a result of the analyzes, the lateral, yawing and rolling vibrations of the high speed railway vehicle body were significantly suppressed by the LQG control method. Thus, the comfort of high-speed train vehicle was increased and it provided people to travel in comfort. Besides, the LQG control method was compared with the PID control method and it was observed that the LQG control method suppressed the vibrations in the rail vehicle body better than the PID control method.