Báo cáo khoa học: "ứng dụng logic mờ điều khiển hệ thống treo bán tích cực"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

172
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Mục đích của hệ thống treo là nâng cao chất l-ợng dao động và độ bám đ-ờng. Bài báo trình bày việc ứng dụng lý thuyết lô-gíc mờ điều khiển hệ thống treo bán tích cực với mô hình dao động phẳng dọc. Độ êm dịu chuyển động và độ bám đ-ờng là hai thuộc tính đ-ợc cân nhắc để đ-a ra tín hiệu điều khiển. Phần cuối tác giả sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng, so sánh đánh giá hệ thống treo bán tích điều khiển mờ với hệ thống treo thụ động....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "ứng dụng logic mờ điều khiển hệ thống treo bán tích cực"

øng dông logic mê ®iÒu khiÓn hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc KS. TrÇn V¨n Nh− Khoa C¬ khÝ Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i PGS. TS. NguyÔn Thanh THñy Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi Tãm t¾t: Môc ®Ých cña hÖ thèng treo lμ n©ng cao chÊt l−îng dao ®éng vμ ®é b¸m ®−êng. Bμi b¸o tr×nh bμy viÖc øng dông lý thuyÕt l«-gÝc mê ®iÒu khiÓn hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc víi m« h×nh dao ®éng ph¼ng däc. §é ªm dÞu chuyÓn ®éng vμ ®é b¸m ®−êng lμ hai thuéc tÝnh ®−îc c©n nh¾c ®Ó ®−a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. PhÇn cuèi t¸c gi¶ sö dông phÇn mÒm MATLAB ®Ó m« pháng, so s¸nh ®¸nh gi¸ hÖ thèng treo b¸n tÝch ®iÒu khiÓn mê víi hÖ thèng treo thô ®éng. Summary: The purpose of any suspension system is to improve the ride quality and road handling. This paper describes the practical application of fuzzy logic to control a semi-active suspension system of a one-half-car model. Ride comfort and road handling properties are considered to be the controller outputs. In the conclusion, a comparison of semi-active suspension fuzzy control and spring/damper passive suspension is shown, using MATLAB simulations. CT 2 i. Tæng quan HÖ thèng treo lµ mét hÖ thèng quan träng cña « t«, nã cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng vµ ®é an toµn chuyÓn ®éng cña « t«. CÊu t¹o hÖ thèng treo gåm: phÇn tö gi¶m chÊn; phÇn tö ®µn håi vµ phÇn tö dÉn h−íng, mçi phÇn tö cã c¸c nhiÖm vô riªng. Víi hÖ thèng treo thô ®éng hÖ sè c¶n gi¶m chÊn vµ ®é cøng cña phÇn tö ®µn håi lµ h»ng sè, do ®ã hÖ thèng treo bÞ ®éng chØ ®¸p øng tèt khi chuyÓn ®éng trªn mét lo¹i ®−êng nhÊt ®Þnh. HÖ sè c¶n gi¶m chÊn cña hÖ thèng treo bÞ ®éng trªn « t« hiÖn vÉn cßn sù m©u thuÉn gi÷a ®é an toµn chuyÓn ®éng vµ ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng cña « t«. Khi hÖ sè c¶n gi¶m chÊn thÊp th× ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng t¨ng nh−ng ®é an toµn chuyÓn ®éng gi¶m, ng−îc l¹i khi hÖ sè c¶m gi¶m chÊn cao ®é an toµn chuyÓn ®éng t¨ng nh−ng ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng gi¶m. §Ó tho¶ m·n c¸c chØ tiªu ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng vµ ®é an toµn chuyÓn ®éng trªn tÊt c¶ c¸c lo¹i ®−êng kh¸c nhau th× c¸c ®Æc tÝnh cña hÖ thèng treo cÇn ph¶i thay ®æi trong qu¸ tr×nh « t« chuyÓn ®éng phï hîp víi c¸c ®Æc tÝnh cña ®−êng. HÖ thèng treo ®iÒu khiÓn ®−îc ph©n thµnh hai lo¹i: tÝch cùc hoµn toµn vµ b¸n tÝch cùc. HÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®ang ®−îc c¸c t¸c gi¶ trong vµ ngoµi n−íc quan t©m nhiÒu. C¸c h−íng nghiªn chñ yÕu: nghiªn cøu m« h×nh ®iÒu khiÓn, ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vµ gi¶m chÊn tÝch cùc (c¬ cÊu chÊp hµnh). VÒ m« h×nh ®iÒu khiÓn c¸c t¸c gi¶ ®−a ra m« h×nh “sky hook”, m« h×nh “ground hook”, m« h×nh “hybird”, m« h×nh ®iÒu khiÓn t−¬ng ®èi vµ m« h×nh ®iÒu khiÓn mê
[8], [5], [9], [12]. VÒ ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn, c¸c t¸c gi¶ sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn thÝch nghi [11], ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn mê [5], [7], [14], ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tr−ît [15]. II. M« h×nh dao déng «t« trong mÆt ph¼ng däc M« h×nh dao ®éng trong mÆt ph¼ng däc cña «t« thÓ hiÖn trªn h×nh 1. H×nh 1. M« h×nh dao ®éng ph¼ng däc « t« 2 trôc ¸p dông ph−¬ng tr×nh La-gr¨ng lo¹i 2 x©y dùng hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n cña m« h×nh dao CT 2 ®éng ph¼ng däc cña «t« 2 trôc viÕt d−íi d¹ng ma trËn: [M].&& + [K ].x + [C].x = Q & (1) x Trong ®ã: [M] - ma trËn khèi l−îng cña hÖ; [K] - ma trËn c¶n nhít cña hÖ; [C] - ma trËn ®é cøng cña hÖ; x - vÐc t¬ täa ®é suy réng; Q - vÐt t¬ ngo¹i lùc. ⎡ms 0 0⎤ 0 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 0 Isy 0 0⎥ [M] = ⎢ ⎥; ⎢0 0⎥ 0 mu1 ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢0 mu2 ⎥ ⎣ ⎦ 0 0 ⎡K + K ⎤ − Ks1 − Ks2 0 ⎢ s1 s2 ⎥ ⎢ ⎥ Ks1.a2 + Cs2.b2 Ks1.a − Ks2.b ⎢0 ⎥ [K] = ⎢ ⎥; ⎢ ⎥ ⎢− Ks1 Ks1 + Kt1 Ks1.a 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢− Ks2 ⎥ − Ks2.b Ks2 + Kt2 0 ⎣ ⎦
⎡C + C ⎤ − C s1 − C s2 0 ⎢ s1 s2 ⎥ ⎢ ⎥ C s1.a 2 + C s2 .b 2 − C s2 .b ⎢0 ⎥ C s1.a [C] = ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢− C s1 C s1 + C t1 C s1.a 0 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢− C s2 ⎥ − C s2 .b C s2 + C t 2 ⎣ 0 ⎦ ⎧Z s ⎫ ⎪ ⎪ ⎧0 ⎫ ⎪ ⎪ ⎪ϕs ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ x=⎨ ⎬; 0 ⎪. ⎪ ⎪ ⎪ Q=⎨ ⎪Zu1 ⎪ ⎬ ⎪Ct1.q1 + K t1.q&1 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪Zu2 ⎪ ⎪Ct2 .q2 + K t2 .q2 ⎪ ⎩ ⎭ &⎭ ⎩ III. tæng hîp bé ®iÒu khiÓn mê Tæng hîp 2 bé ®iÒu khiÓn mê cho hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ký hiÖu lµ FZ1 vµ FZ2. HÖ sè c¶n cña gi¶m chÊn tr−íc vµ gi¶m chÊn sau ®−îc c¸c bé ®iÒu khiÓn mê ®iÒu khiÓn ®éc lËp dùa trªn c¸c th«ng tin ®o ®−îc trªn trôc tr−íc, trôc sau vµ khèi l−îng ®−îc treo trªn vÞ trÝ trôc tr−íc, trôc sau. Bé ®iÒu khiÓn mê FZ1 cã 4 biÕn vµo: vËn tèc t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng kh«ng ®−îc treo vµ ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Vd; vËn tèc dÞch chuyÓn khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký CT 2 hiÖu Vb; vËn tèc khèi l−îng kh«ng ®−îc treo, ký hiÖu Vw vµ gia tèc khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Ab. Bé ®iÒu khiÓn mê FZ2 cã hai biÕn vµo lµ vËn tèc t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng kh«ng ®−îc treo vµ ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Vd vµ dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng kh«ng ®−îc treo vµ khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Zd. Mçi biÕn vµo cã 3 gi¸ trÞ ng«n ng÷: “¢m”, ký hiÖu N; “B»ng 0”, ký hiÖu Z vµ “D−¬ng”, ký hiÖu P. BiÕn ra cña hai bé ®iÒu khiÓn mê lµ hÖ sè c¶n cña gi¶m chÊn, ký hiÖu Ks vµ cã 3 gi¸ trÞ ng«n ng÷: “Nhá”, ký hiÖu S; “Trung b×nh”, ký hiÖu M vµ “Lín”, ký hiÖu L. Hµm thuéc cña c¸c gi¸ trÞ ng«n ng÷ thÓ hiÖn trªn h×nh 2 vµ h×nh 3. TËp luËt cña bé ®iÒu khiÓn FZ1 thÓ hiÖn trong b¶ng 2, cña bé ®iÒu khiÓn FZ2 thÓ hiÖn trong b¶ng 3. a)
b) c) CT 2 d) e) H×nh 2. C¸c hμm thuéc gi¸ trÞ ng«n ng÷ biÕn vμo/ra bé ®iÒu khiÓn mê FZ1 a - vËn tèc dÞch chuyÓn piston gi¶m chÊn, Vd; b - vËn tèc dÞch chuyÓn th©n xe, Vb; c - vËn tèc dÞch chuyÓn b¸nh xe, Vw; d - gia tèc th©n xe, Ab; e - hÖ sè c¶n gi¶m chÊn, Ks.
a) b) CT 2 c) H×nh 3. C¸c hμm thuéc gi¸ trÞ ng«n ng÷ biÕn vμo/ra bé ®iÒu khiÓn mê FZ2 a - vËn tèc dÞch chuyÓn piston gi¶m chÊn, Vd; b - dÞch chuyÓn th©n xe, Zb; c - hÖ sè c¶n gi¶m chÊn, Ks. B¶ng 1 STT Vd Vb Vw Ab Ks STT Vd Vb Vw Ab Ks 1 N N - - L 15 Z - P - M 2 N Z - - M 16 P - N - L 3 N P - - S 17 P - Z - M 4 Z N - - M 18 P - P - S 5 Z Z - - M 19 N - - N L
6 Z P - - M 20 N - - Z M 7 P N - - S 21 N - - P S 8 P Z - - M 22 Z - - N M 9 P P - - L 23 Z - - Z M 10 N - N - S 24 Z - - P M 11 N - Z - M 25 P - - N S 12 N - P - L 26 P - - Z M 13 Z - N - M 27 P - - P L 14 Z - Z - M B¶ng 2 STT Vd Zd Ks STT Vd Zd Ks 1 N N S 6 Z P M 2 N Z M 7 P N L 3 N P L 8 P Z M 4 Z N M 9 P P S 5 Z Z M CT 2 IV. KÕt qu¶ m« pháng Thùc hiÖn m« pháng dao ®éng víi nguån kÝch thÝch tõ mÆt ®−êng d¹ng h×nh sin víi tÇn sè kÝch thÝch tõ 0 ÷ 100rad/s. §−êng ®Æc tÝnh tÇn sè - biªn ®é ®−îc x©y dùng thÓ hiÖn trªn h×nh 5. Víi kÝch thÝch tõ mÆt ®−êng d¹ng bËc (h×nh 4a), d¹ng h×nh sin ®¬n vÞ (h×nh 4b) vµ ®−êng ngÉu nhiªn (®−êng Hµ Néi-L¹ng S¬n [1] h×nh 4c), chÊt l−îng dao ®éng cña « t« ®−îc ®¸nh gi¸ trªn biÓu ®å h×nh 6. 0.01m 0.01m a) b) 0.5m c) H×nh 4. Biªn d¹ng ®−êng a - d¹ng h×nh bËc (step); b - d¹ng sin ®¬n vÞ (bump); c - ®−êng Hμ Néi-L¹ng S¬n
a) b) CT 2 c) d)
e) f) CT 2 H×nh 5. §Æc tÝnh tÇn sè - biªn ®é a) dÞch chuyÓn th¼ng ®øng träng t©m khèi l−îng ®−îc treo; b) gia tèc th¼ng ®øng träng t©m khèi l−îng ®−îc treo; c) gãc l¾c däc khèi l−îng ®−îc treo; d) gia tèc l¾c däc khèi l−îng ®−îc treo; e) dÞch chuyÓn khèi l−îng kh«ng ®−îc treo tr−íc; f) dÞch chuyÓn khèi l−îng kh«ng ®−îc treo sau. 250 200.0 200 RMS(Zs) 154.7 RMS(Z"s) 137.8 150 128.9 120.5 RMS(Phi) 115.5 111.1 107.8 % RMS(ddPhi) 87.9 84.5 86.8 84.4 100 RMS(Zu1) RMS(Zu2) 50 0 FZ1 FZ2 a)
133.1 140 127.4 120 101.7 101.3 99.2 101.0 100.4 92.8 RMS(Zs) 100 89.0 81.2 RMS(Z"s) 75.3 74.9 80 RMS(Phi) % RMS(ddPhi) 60 RMS(Zu1) 40 RMS(Zu2) 20 0 FZ1 FZ2 b) 120 99.8 99.1 100.0 99.8 98.7 96.9 95.7 100 87.0 84.6 84.8 79.9 RMS(Zs) 73.5 80 RMS(Z"s) RMS(Phi) % 60 RMS(ddPhi) RMS(Zu1) 40 RMS(Zu2) 20 0 FZ1 FZ2 c) H×nh 6. BiÓu ®å ®¸nh gi¸ chÊt l−îng dao ®éng cña HTT b¸n tÝch cùc ®iÒu khiÓn mê so víi HTT bÞ ®éng: a) kÝch thÝch d¹ng sin ®¬n vÞ; b) khÝch thÝch d¹ng bËc; c) kÝch thÝch ngÉu nhiªn (®−êng Hμ Néi – L¹ng S¬n). CT 2 V. KÕt luËn - HÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®iÒu khiÓn mê FZ1 lµm biªn ®é dao ®éng cña khèi l−îng ®−îc treo gi¶m so víi hÖ thèng treo bÞ ®éng ë mäi vïng tÇn sè ®ång thêi gia tèc dao ®éng th¼ng ®øng, gãc l¾c däc, gia tèc l¾c däc cña th©n xe vµ dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña b¸nh xe ®Òu gi¶m ë mäi vïng tÇn sè. Nh− vËy hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®iÒu khiÓn mê FZ1 n©ng cao ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng ë mäi tÇn sè nh−ng ®ång thêi vÉn ®¶m b¶o ®é b¸m ®−êng khi chuyÓn ®éng. §iÒu nµy kh¼ng ®Þnh −u ®iÓm v−ît tréi cña hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®iÒu khiÓn mê. - HÖ thèng treo víi bé ®iÒu khiÓn FZ2, biªn ®é dao ®éng th¼ng ®øng vµ gãc l¾c däc cña khèi l−îng ®−îc treo gi¶m nhiÒu so víi bé ®iÒu khiÓn FZ1 ë mäi vïng tÇn sè vµ ®Æc biÖt tÇn sè céng h−ëng ë vïng tÇn sè thÊp gi¶m khi ®é cøng cña phÇn tö ®µn håi cña hÖ thèng treo kh«ng thay ®æi. Tuy nhiªn bé ®iÒu khiÓn FZ2 lµm cho biªn ®é gia tèc dao ®éng cña khèi l−îng ®−îc treo, dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña b¸nh xe vµ gia tèc l¾c däc t¨ng so víi bé ®iÒu khiÓn FZ1 ë vïng tÇn sè cao. - Khi « t« chuyÓn ®éng trªn ®−êng Hµ Néi-L¹ng S¬n (tuyÕn ®−êng võa míi x©y dùng cã chÊt l−îng t−¬ng ®èi tèt [1]), c¸c th«ng sè dao ®éng cña « t« liªn quan ®Õn ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng ®Òu gi¶m so víi « t« cã hÖ thèng treo bÞ ®éng. C¸c th«ng sè liªn quan ®Õn ®é an toµn khi chuyÓn ®éng (Zu1, Zu2) kh«ng t¨ng.
- §èi víi c¸c kÝch thÝch dao ®éng d¹ng h×nh sin ®¬n vÞ, gia tèc th¼ng ®øng vµ gia tèc l¾c däc cña th©n xe ®Òu gi¶m ë bé ®iÒu khiÓn mê FZ1 vµ FZ2. Gia tèc th¼ng ®øng vµ gia tèc l¾c däc cña th©n xe gi¶m ë bé ®iÒu khiÓn FZ1, víi bé ®iÒu khiÓn FZ2 th× t¨ng. C¶ hai bé ®iÒu khiÓn, dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña b¸nh xe tr−íc vµ b¸nh xe sau ®Òu t¨ng. - Víi kÝch thÝch dao ®éng d¹ng bËc, ë bé ®iÒu khiÓn FZ1 chØ cã gãc l¾c däc vµ dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña b¸nh sau t¨ng Ýt (1.7% vµ 0.4%), gia tèc th¼ng ®øng vµ gia tèc l¾c däc cña th©n xe t¨ng nhiÒu (27.4% vµ 33.1%) ë bé ®iÒu khiÓn FZ2. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. §μo M¹nh Hïng, TrÇn V¨n Nh−, Cao Träng HiÒn, NguyÔn V¨n Bang. Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña biªn d¹ng mÆt ®−êng ®Õn t¶i träng t¸c dông lªn « t« t¹i quèc lé 1B ®o¹n Hµ Néi – L¹ng S¬n, §Ò tµi NCKH CÊp bé (2005), Bé GD vµ §T, Hµ Néi. [2]. TrÇn V¨n Nh− (2006). Nghiªn cøu sö dông hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®iÒu khiÓn mê trªn « t«, LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt, Tr−êng §H GTVT, Hµ Néi. [3]. TrÇn V¨n Nh− (2006). X©y dùng bé ®iÒu khiÓn mê cho hÖ thèng treo th«ng minh trªn « t«, §å ¸n tèt nghiÖp ®¹i häc, Tr−êng §H BKHN, Hµ Néi. [4]. A.Araee (2004), R.AbdollahPour, O.Kazemi vμ R.Sharifi Sedeh. “Design Of Car Active Suspension With Three Control Approaches (Fuzzy control, Optimal Control, Adaptive Optimal Fuzzy Control)”, Proceedings of IMEC2004, Dec 2004, Kuwait. [5]. Angela K. Carter (1998). Transient Motion Control of Passive and Semiactive Damping for Vehicle Suspensions, Master of Science, Thesis submitted to the Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University, USA. [6]. Antonín Stříbrský (2003), Kateřina Hyniová, Jaroslav Honců and Aleš Kruczek. “Using fuzzy logic to CT 2 control active suspension system of one-half-car model”, Recenzovaná a revidovaná verzia dodaná 19.11.2003, Czech Republic. [7]. C.F.Nicol¸s, J.Landaluze, E.Castrillo, M.Gastãn vμ R.Reyero (1997). “Application of fuzzy logic control to the design of semi-active suspension systems”, the 38th IEEE, 1997, pp 987-993. [8]. D.Karnopp, M.J.Crosby, R.A.Harwood (1974), “Vibration control using semi-active force generators”, Journal of Engineering for Industry, pp. 619-626, may 1974, Virginia Polytechnic Institute and State University, USA. [9]. Fernando D. Goncalves (2002). Mehdi Ahmadian, “In search of suitable control policy for intelligent vehicle suspensions”, Proceedings of ASME IMECE 2002: Intelligent systems-III, 17-22/11/2002, New Orleans, louisiana. [10]. Kateřina HYNIOVÁ, Antonín STŘÍBRSKÝ và Jaroslav HONCŮ. “Fuzzy control of mechanical vibrating systems”, Czech Republic. [11]. Mark D.Donahue (2001). Implementation of an active suspension, preview controller for improved ride comfort, Master of Science, University of California at Berkeley, USA. [12]. Mehdi Ahmadian (1997). “A hybird semiactive control for secondary suspension applycations” Proceedings of Sixth ASME Symposium on Advanced Automotive Technologies, 1997 ASME International Congress anf Exposition, November 16-21, 1997, Dallas, Texas, USA [13]. N.YAGIZ vμ I.YUKSEK (2001). “Sliding mode control of active suspension for ful vehicle model”, International Journal of Vehicle design, vol.26, Nos.2/3, 2001, pp264-276. [14]. Nizar AL-Holou (1995), Dae Sung Joo, Adnan Shaout. “The development of fuzzy logic based controller for semiactive suspension system”, the 37th IEEE, 1995, pp 1373-1376. [15]. Ravindra Dixit (2001). Sliding mode observation and control for semi-active vehicle suspensions, Master of Science, North Carolina state University