Taşıt titreşimlerinin manyetoreolojik damper esaslı simülasyon çevriminde donanım yöntemi ile doğrusal olmayan adaptif kontrolü
Nonlinear adaptive control of vehicle vibrations with magnetorheological damper based hardware in the loop simulation
Yazar: MAHMUT PAKSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUZAFFER METİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan kontrol = Nonlinear control ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Yolcu taşıtları = Passenger vehicle

Özet:
Bu tezde, sürüş konforunu olumsuz yönde etkileyen düşey taşıt titreşimleri, kurulan yarım taşıt modeli yardımıyla incelenmiş ve MR (manyetoreolojik) damper yardımıyla bu titreşimlerin bastırılması üzerinde durulmuştur. Yarım taşıt modelini ölçeklemeden birebir olarak laboratuvar ortamında deneysel olarak kurmak oldukça zor ve maliyetli bir iştir. Hem bu zorlukların üstesinden gelmek hem de deneysel çalışmalara yakın sonuçlar elde etmek amacıyla, bu çalışmada Simülasyon Çevriminde Donanım (SÇD) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemdeki temel mantık, simülasyondaki özellikle doğrusal olmayan bazı kısımların deneysel olarak kurulması ve deneysel sistemden elde edilen ölçüm verilerinin anlık olarak simülasyonda kullanılmasıdır. Bu tez çalışmasında, yarım taşıt modeli süspansiyonlarında kullanılan MR damperler doğrusal olmayan histeresiz karaktere sahip oldukları için, matematiksel olarak modellenmeleri zordur. Bu yüzden bu çalışmada, MR damperler deneysel olarak kurulmuş ve damperlerden elde edilen deneysel ölçüm verileri simülasyona anlık olarak beslenmiştir. Böylece, simülasyonlarda MR dampere ait gerçek veriler kullanılmıştır. 

MR damperler kendisine uygulanan gerilime bağlı olarak sönüm kuvvetleri değişebilen yarı aktif damperlerdir. Dolayısıyla MR damperlere gönderilecek gerilimin belirlenmesi için kontrolör tasarımı gereklidir. MR damper doğrusal olmayan karaktere sahip olduğu için, doğrusal olmayan kontrol yöntemleri daha başarılı sonuçlar verir. Bu yüzden bu çalışmada doğrusal olmayan adaptif kontrol tasarımı yapılmıştır. Taşıtlar yolda seyir halindeyken yol profilini anlık olarak ölçülmesi için ekstra sensörler gerekir. Anlık yol profili ölçümü maliyetlidir ve ayrıca ölçümün doğruluğu da hava şartlarına bağlıdır (yağmur, kar vb.). Bu yüzden tasarlanan adaptif kontrolör literatürde bahsedilen önceki çalışmalardan farklı olarak, yol girişinin ölçülmesine ihtiyaç duymayacak şekilde tasarlanmıştır. Bunun için yolun, farklı frekans, farklı genlik ve farklı faz değerlerine sahip bilinmeyen ve birbirinden farklı sinüzoidallerin toplamından oluştuğu varsayılmıştır ve yol şartlarını tahmin eden gözlemleyici tasarımı yapılmıştır. 

Sonuç olarak bu tez çalışmasında, MR damperli süspansiyonlara sahip bir yarım taşıtın düşey titreşimlerinin bastırılması için, yol ölçümüne ihtiyaç duymayan bir doğrusal olmayan adaptif kontrolör tasarımı yapılmıştır. Önerilen yöntemin cevapları, değişik yol girişleri durumunda, MR dampere herhangi bir gerilimin gönderilmediği durum olan pasif durum ve yolun ölçüldüğü varsayımı ile tasarlanan doğrusal olmayan adaptif kontrol durumları ile nümerik simülasyonlar ve SÇD yöntemi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, zaman ve frekans alanında elde edilen grafikler ve bazı performans kriterleri kullanılarak incelenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a half vehicle vertical vibrations that affect driving comfort negatively and suppression of these vibrations with the use of MR (magnetorheological) damper are examined. It is very difficult and costly to construct the half vehicle model experimentally in the laboratory environment. To overcome these difficulties and to obtain close results to the experimental studies, the Hardware In The Loop Simulation (HILS) method is used. The basic idea in this method is to design nonlinear parts of the system experimentally and feed the measurement data obtained from the experimental system into the simulation. In this study, MR dampers which have a nonlinear hysteresis character and are difficult to model mathematically are used in half vehicle model suspensions. Therefore, in this study, MR dampers are designed experimentally and experimental measurement data obtained from MR dampers are fed to simulation simultaneously. Thus, the actual data of the MR damper is used in the simulations.

MR dampers are intelligent materials whose damping forces can vary depending on the applied voltage. Therefore, the controller design is necessary to determine the required voltage to be sent to the MR dampers. Since the MR damper has a nonlinear character, nonlinear control methods can give more successful results. Hence, a nonlinear adaptive control design is performed in this study. Since vehicles require extra sensors for measurement of the road profile while moving on the road, road profile measurement is costly and the accuracy of the measurement is very dependent on weather conditions (rain, snow, etc.). That's why the adaptive controller is designed in a way that the road input does not need to be measured, different from the previous adaptive control design studies. For this purpose, it is assumed that the road consists of the sum of the unknown and different sinusoidals which have different frequency, different amplitude and different phase values and an observer is designed.

As a result, in this thesis, a nonlinear adaptive controller is designed without the need for road measurement to suppress the half vehicle vertical vibrations which equipped with MR damper suspensions. The success of the proposed method is demonstrated by comparing the experimental results obtained with the HILS method in the adaptive control with road input measurement and passive case. The results examined using some graphics and performance criteria.