Yüksek hızlı demiryolu taşıt titreşimlerinin uyarlamalı kontrolü
Adaptive control of high speed railway vehicle vibrations
Yazar: FIRAT CAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. MUZAFFER METİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında yüksek hızlı bir demiryolu taşıtında yolcu konforunun arttırılması gayesiyle tren gövdesinde meydana gelen düşey titreşimlerin uyarlamalı kontrolör vasıtasıyla bastırılması amaçlanmıştır. Kontrolör tasarımı gerçekleştirilecek demiryolu taşıtının düşey hareketleri dikkate alınarak modellenmiştir. Çalışmada, yüksek hızlı bir demiryolu aracının seyir kalitesinin artırılması ve düşey titreşimlerinin bastırılması amaçlanmıştır. Oluşturulan demiryolu taşıt modeli on serbestlik dereceli olup bunlar, taşıt gövdesi ve iki adet bojinin düşey ve kafa vurma hareketleri ile dört adet tekerlek setinin düşey hareketlerini kapsamaktadır. Demiryolu kaynaklı bozucu etkiler nedeni ile oluşan düşey titreşimlerin bastırılması ve seyir kalitesinin artırılması için iki farklı uyarlamalı kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan kontrolörlerden ilki Model Referans Uyarlamalı Kontrolör (MRUK) olup, ikincil süspansiyon sisteminde var olabilecek belirsizlikleri içermektedir. İkinci kontrolör tasarımında ise demiryolu taşıtı düşey titreşimleri magnetoreolojik (MR) damper yardımıyla yarı aktif bir yöntemle kontrol edilerek bastırılmıştır. Bu süspansiyon sistemi tasarımında MR damperler ön ve arka bojilerle gövde arasına ikincil süspansiyonlara paralel olacak şekilde konumlandırılmıştır MR damper yardımıyla sistem titreşimleri yarı aktif kontrol edilirken ikincil süspansiyon sisteminde var olabilecek belirsizliklerin yanı sıra MR damper belirsizlikleri de ele alınmıştır. Tasarlanan aktif ve yarı aktif süspansiyon sistemlerinin etkinliği zaman ve frekans alanlarında süspansiyonların kontrolörsüz pasif hallerine ait sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Aktif ve yarı-aktif süspansiyon sistemi tasarımları ile sistem belirsizliklerinin varlığına karşın sistem kararlılığı garanti altına alınmış ve taşıt gövdesinde meydana gelen titreşimler bastırılarak seyir güvenliği ve yolcu konforu artırılmıştır.

Abstract:
In this thesis study, suppression of vertical vibrations over the vehicle body aimed by the adaptive controller to increase passenger comfort in the high-speed railway vehicle. The vehicle is modeled vertically. The investigated vehicle was modeled vertical because of the increment of the road quality and the suppression of the vehicle body vertical vibrations. The vehicle model is a half vehicle model to have 10 degrees of freedom that are the vertical displacement and pitching motion of the body and two bogies and the vertical displacement of the wheels. 2 different adaptive controller mechanisms are studied to increase road comfort and to suppress the vibrations due to disturbance based on rail. The first of these controller mechanisms is Model Reference Adaptive Control that is designed for suppressing the vehicle body vibrations at the existence of the parametric uncertainties in the second suspension system of the railway vehicle. In the second controller design, the body vertical vibration was suppressed by a semi-active suspension system with aid of the MR dampers.  In this suspension system design, MR dampers are placed parallel between the front bogie and the body, and the rear bogie and the body. In this suspension system design, MR damper parametric uncertainties exist in addition to parametric uncertainties in the second suspension system. The efficiency of designed the suspension systems is shown over comparison with a passive suspension system results in the frequency and time domains. By the designed the active and semi-active suspension systems, the stability of the system is guaranteed in the existence of the uncertainties. Also, the increment of the passenger comfort and road safety was realized by the suppression of the vibration.