30- تاثیرات استراتژی کنترل فعال بروی عملکرد تعلیق نشیمنگاه ماشین های کاری
مقدمه
راننده های کامیون و اپراتورهای ماشین های حرکت بروی زمین در طول فعالیت و کار خود با خطرات لرزش مواجهه هستند، این لرزش در بیشتر مواقع از سطح ناصاف بوجود می آید. لرزشی که به صورت عمومی در کابین ماشین های حرکت بروی زمین رخ می دهد دارای محدوده صفر تا 20 هرتز می باشد. این موقعیت بسیار ناخواسته می باشد چراکه اکثریت فرکانس های طبیعی اعضای بدن انسان دارای این محدوده (صفر تا 20 هرتز) می باشد. همین امر باعث کاهش تمرکز، خستگی و کاهش اثربخشی کار انجام شده می شود. محدوده خطر اصلی فرکانس لرزش بدن انسان بین 4 تا 9 هرتز می باشد چراکه اکثریت عمده بخشها و ارگانهای بدن انسان در آن محدوده می باشد.
تعلیق غیرفعال سریال تولید شده نشیمنگاه ها، لرزشهای فرکانس پایین را به منظور تشدید تقویت می کند.
معیار معکوس ویژگیهای لرزشی مربوط به تعلیق نشیمنگاه
مشکل اصلی استراتژی کنترلی تعلیق نشیمنگاه دو معیار متضاد می باشد که عبارتند از:حداقل سازی شتاب واقعی و دقیق یک نشیمنگاه بارگیری شدهحداقل سازی جابجایی تعلیق نسبی نشیمنگاه
سیاست کنترلی درست و مناسب تعلیق نشیمنگاه باید از طریق حداقل سازی عملکرد موضوعی صورت گیرد
در این فرمول С1 و С2 ضریب وزنی می باشند که به تناسب معیار بستگی دارند. از طرف دیگر، شتاب دقیق روی نشیمنگاه باید صفر باشد تا سلامت راننده محافظت گردد، به بیان دیگر، حداکثر جابه جایی نسبی بین نشیمنگاه و طبقه کابین اپراتوری باید صفر باشد تا توان کنترلی ماشین های کاری را تضمین کند. بهترین سازش بین معیار همزمانی یک فرایند بهینه سازی گسترده و حجمی را ایجاد می کند.مدل ریاضی و فیزیکی تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال
شکل 1 مدل فیزیکی تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال
مدل فیزیکی ساده شده تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال در شکل 1 نشان داده شده است. طراحی مدل فیزیکی و ریاضی بعد از معادله شماره 4 ارائه شده است.
معادله حرکت برای تعلیق نشیمنگاه غیر فعال به شکل زیر ارائه شده است:
معادله حرکت برای تعلیق نشیمنگاه فعال به شکل زیر ارائه شده است:
تولید کننده نیروی فعال به عنوان اولین مولفه اینرسی شرح داده شده است:
در این فرمول m مجموع جرم راننده و نشیمنگاه ، x جابجایی نشیمنگاه می باشد. xs جابجایی طبقه کابین می باشد، d ضریب لزجت میرایی می باشد. C سختی می باشد.Fc نیروی فنری است fd نیروی میرایی ، Ff نیروی اصطکاک، fA نیروی فعال T ثابت زمانی ژنراتور نیروی فعال، K بهره نسبی ژنراتور نیروی فعال ، u(t) ولتاژ کنترل ژنراتور نیروی فعال است.استراتژی کنترلی یک تعلیق نشیمنگاه
سیستم های کنترلی فعال به کار رفته در شبیه ساز، در اشکال 2a و 2b ارائه شده است. در حالت عمومی، تنظیم کننده تناسبی برای یک استراتژی برای یک استراتژی کنترلی میرا کننده sky hook به کار برده شده است. سیگنال ولتاژ از حسگر شتاب برای ورودی تنظیم کننده و ژنراتور نیروی فعال تغذیه می شود. این سیستم از طریق الگوریتم میرا کننده sky hook کار می کند و حداقل سازی سرعت واقعی جرم بارگیری شده را تضمین می کند، دومین سیستم، بر اساس استراتژی کنترلی حلقه بازخورد دو تایی، که تعیین کننده انتخاب بین کاهش عملکرد شتاب بروی یک راننده و حداقل سازی جابه جایی مدل کامپیوتری تعلیق نشیمنگاه غیر فعال می باشد کار می کند و تعلیق نشیمنگاه فعال با استفاده از بسته شبیه سازی MTLAB Simulink اجرا می شود.
شکل 2 دید کلی سیستم کنترل الف) کنترل کننده میراکننده sky hook ب) کنترل کننده حلقه فیدبک دوبلمقایسه نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی
تنظیم تجربی شامل دستگاه لرزاننده هیدرولیکی، پلت فرم لرزه با تعلیق نشیمنگاهبارگذاری سخت و سوار شده می باشد. برای ارزیابی رفتار عملکرد تعلیق نشیمنگاه ، نویز باند محدود شده و سفید به عنوان سیگنال اجرایی استفاده شده است. در طول تست، سیگنالهای زیر اندازه گیری شده اند: شتاب پلت فرم لرزشی، شتاب جرم بارگیری شده، جابه جایی نسبی سیستم تعلیق و جابجایی دقیق پلت فرم لرزش.
بر اساس این سیگنال، چگالهای طیفی توان شتاب و عملکرد قابلیت انتقال ارزیابی شده اند و در شکل 3 نشان داده شده اند.
شکل 3- PSD شبیه سازی شده و اندازه گیری شده الف) و منحنی های قابلیت های انتقال ب) تعلیق نشیمنگاه
نتایج تعلیق نشیمنگاه شبیه سازی شده نسبت به نتایج اندازه گیری شده کمی بهتر است. فاکتور قابلیت انتقال دامنه کارایی نشیمنگاه در شبیه سازی 0.491 و در اندازه گیری 0.504 می باشد. حداکثر جابه جایی نسبی سیستم تعلیق از شبیه سازی 68 میلی متر و از اندازه گیری 71 میلی متر است.نتایج شبیه سازی برای یک استراتژی کنترلی متفاوت یک تعلیق نشیمنگاه فعال
ارزیابی های شبیه سازی برای یک استراتژی برای یک استراتژی کنترلی متفاوت صورت گرفته اند: که عبارتند از میرا کننده sky hook و کنترل حلقه بازخورد دوتایی. نشیمنگاه مربوط به کنترل sky hook در مقایسه با نوع غیرفعال در حدود 34 درصد پایین تر است و کنترل دو حلقه در حدود 16 درصد کمتر است. حداکثر جابجایی نسبی سیستم تعلیق در کنترل sky hook نسبت به نوع غیر فعال 6 در صد کمتر است و برای کنترل دو حلقه 12 درصد کمتر است. PSD و قابلیت انتقال برای استراتژی کنترلی متفاوت در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4- PSD شبیه سازی شده الف) و منحنی های قابلیت انتقال ب) تعلیق نشیمنگاه برای سیستم فعال متناظر و غیر فعال در استراتژی کنترل مختلف
نتیجه گیری
نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تعلیق نشیمنگاه فعال با کنترل میراکننده میرا کننده sky hook به صورت مناسب ویژگی های لرزشی مربوط به نشیمنگاه را در محدوده فرکانسی صفر تا 6 هرتز بهبود می بخشد. بهترین عملکرد تعلیق نشیمنگاه در فرکانس پاسخ برای نشیمنگاه غیرفعال بدست آمده است (1.5 هرتز). در این مورد، کاهش حداکثر جابه جایی نسبی تعلیق نشیمنگاه بروی یک سطح پایین قرار دارد تعلیق نشیمنگاه فعال با کنترل حلقه بازخوردی دوتایی هر دو معیار همزمان را بهبود می بخشد: این دو فاکتور عبارتند از نشیمنگاه و حداکثر جابه جایی نسبی . این استراتژی کنترلی این امکان را فراهم می کند تا ویژگیهای عایق ارتعاشی مربوط به تعلیق نشیمنگاه فعال انتخاب شوند.
راننده های کامیون و اپراتورهای ماشین های حرکت بروی زمین در طول فعالیت و کار خود با خطرات لرزش مواجهه هستند، این لرزش در بیشتر مواقع از سطح ناصاف بوجود می آید. لرزشی که به صورت عمومی در کابین ماشین های حرکت بروی زمین رخ می دهد دارای محدوده صفر تا 20 هرتز می باشد. این موقعیت بسیار ناخواسته می باشد چراکه اکثریت فرکانس های طبیعی اعضای بدن انسان دارای این محدوده (صفر تا 20 هرتز) می باشد. همین امر باعث کاهش تمرکز، خستگی و کاهش اثربخشی کار انجام شده می شود. محدوده خطر اصلی فرکانس لرزش بدن انسان بین 4 تا 9 هرتز می باشد چراکه اکثریت عمده بخشها و ارگانهای بدن انسان در آن محدوده می باشد.
تعلیق غیرفعال سریال تولید شده نشیمنگاه ها، لرزشهای فرکانس پایین را به منظور تشدید تقویت می کند.
معیار معکوس ویژگیهای لرزشی مربوط به تعلیق نشیمنگاه
مشکل اصلی استراتژی کنترلی تعلیق نشیمنگاه دو معیار متضاد می باشد که عبارتند از:حداقل سازی شتاب واقعی و دقیق یک نشیمنگاه بارگیری شدهحداقل سازی جابجایی تعلیق نسبی نشیمنگاه
سیاست کنترلی درست و مناسب تعلیق نشیمنگاه باید از طریق حداقل سازی عملکرد موضوعی صورت گیرد
در این فرمول С1 و С2 ضریب وزنی می باشند که به تناسب معیار بستگی دارند. از طرف دیگر، شتاب دقیق روی نشیمنگاه باید صفر باشد تا سلامت راننده محافظت گردد، به بیان دیگر، حداکثر جابه جایی نسبی بین نشیمنگاه و طبقه کابین اپراتوری باید صفر باشد تا توان کنترلی ماشین های کاری را تضمین کند. بهترین سازش بین معیار همزمانی یک فرایند بهینه سازی گسترده و حجمی را ایجاد می کند.مدل ریاضی و فیزیکی تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال
شکل 1 مدل فیزیکی تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال
مدل فیزیکی ساده شده تعلیق نشیمنگاه فعال و غیر فعال در شکل 1 نشان داده شده است. طراحی مدل فیزیکی و ریاضی بعد از معادله شماره 4 ارائه شده است.
معادله حرکت برای تعلیق نشیمنگاه غیر فعال به شکل زیر ارائه شده است:
معادله حرکت برای تعلیق نشیمنگاه فعال به شکل زیر ارائه شده است:
تولید کننده نیروی فعال به عنوان اولین مولفه اینرسی شرح داده شده است:
در این فرمول m مجموع جرم راننده و نشیمنگاه ، x جابجایی نشیمنگاه می باشد. xs جابجایی طبقه کابین می باشد، d ضریب لزجت میرایی می باشد. C سختی می باشد.Fc نیروی فنری است fd نیروی میرایی ، Ff نیروی اصطکاک، fA نیروی فعال T ثابت زمانی ژنراتور نیروی فعال، K بهره نسبی ژنراتور نیروی فعال ، u(t) ولتاژ کنترل ژنراتور نیروی فعال است.استراتژی کنترلی یک تعلیق نشیمنگاه
سیستم های کنترلی فعال به کار رفته در شبیه ساز، در اشکال 2a و 2b ارائه شده است. در حالت عمومی، تنظیم کننده تناسبی برای یک استراتژی برای یک استراتژی کنترلی میرا کننده sky hook به کار برده شده است. سیگنال ولتاژ از حسگر شتاب برای ورودی تنظیم کننده و ژنراتور نیروی فعال تغذیه می شود. این سیستم از طریق الگوریتم میرا کننده sky hook کار می کند و حداقل سازی سرعت واقعی جرم بارگیری شده را تضمین می کند، دومین سیستم، بر اساس استراتژی کنترلی حلقه بازخورد دو تایی، که تعیین کننده انتخاب بین کاهش عملکرد شتاب بروی یک راننده و حداقل سازی جابه جایی مدل کامپیوتری تعلیق نشیمنگاه غیر فعال می باشد کار می کند و تعلیق نشیمنگاه فعال با استفاده از بسته شبیه سازی MTLAB Simulink اجرا می شود.
شکل 2 دید کلی سیستم کنترل الف) کنترل کننده میراکننده sky hook ب) کنترل کننده حلقه فیدبک دوبلمقایسه نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی
تنظیم تجربی شامل دستگاه لرزاننده هیدرولیکی، پلت فرم لرزه با تعلیق نشیمنگاهبارگذاری سخت و سوار شده می باشد. برای ارزیابی رفتار عملکرد تعلیق نشیمنگاه ، نویز باند محدود شده و سفید به عنوان سیگنال اجرایی استفاده شده است. در طول تست، سیگنالهای زیر اندازه گیری شده اند: شتاب پلت فرم لرزشی، شتاب جرم بارگیری شده، جابه جایی نسبی سیستم تعلیق و جابجایی دقیق پلت فرم لرزش.
بر اساس این سیگنال، چگالهای طیفی توان شتاب و عملکرد قابلیت انتقال ارزیابی شده اند و در شکل 3 نشان داده شده اند.
شکل 3- PSD شبیه سازی شده و اندازه گیری شده الف) و منحنی های قابلیت های انتقال ب) تعلیق نشیمنگاه
نتایج تعلیق نشیمنگاه شبیه سازی شده نسبت به نتایج اندازه گیری شده کمی بهتر است. فاکتور قابلیت انتقال دامنه کارایی نشیمنگاه در شبیه سازی 0.491 و در اندازه گیری 0.504 می باشد. حداکثر جابه جایی نسبی سیستم تعلیق از شبیه سازی 68 میلی متر و از اندازه گیری 71 میلی متر است.نتایج شبیه سازی برای یک استراتژی کنترلی متفاوت یک تعلیق نشیمنگاه فعال
ارزیابی های شبیه سازی برای یک استراتژی برای یک استراتژی کنترلی متفاوت صورت گرفته اند: که عبارتند از میرا کننده sky hook و کنترل حلقه بازخورد دوتایی. نشیمنگاه مربوط به کنترل sky hook در مقایسه با نوع غیرفعال در حدود 34 درصد پایین تر است و کنترل دو حلقه در حدود 16 درصد کمتر است. حداکثر جابجایی نسبی سیستم تعلیق در کنترل sky hook نسبت به نوع غیر فعال 6 در صد کمتر است و برای کنترل دو حلقه 12 درصد کمتر است. PSD و قابلیت انتقال برای استراتژی کنترلی متفاوت در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4- PSD شبیه سازی شده الف) و منحنی های قابلیت انتقال ب) تعلیق نشیمنگاه برای سیستم فعال متناظر و غیر فعال در استراتژی کنترل مختلف
نتیجه گیری
نتایج شبیه سازی نشان می دهد که تعلیق نشیمنگاه فعال با کنترل میراکننده میرا کننده sky hook به صورت مناسب ویژگی های لرزشی مربوط به نشیمنگاه را در محدوده فرکانسی صفر تا 6 هرتز بهبود می بخشد. بهترین عملکرد تعلیق نشیمنگاه در فرکانس پاسخ برای نشیمنگاه غیرفعال بدست آمده است (1.5 هرتز). در این مورد، کاهش حداکثر جابه جایی نسبی تعلیق نشیمنگاه بروی یک سطح پایین قرار دارد تعلیق نشیمنگاه فعال با کنترل حلقه بازخوردی دوتایی هر دو معیار همزمان را بهبود می بخشد: این دو فاکتور عبارتند از نشیمنگاه و حداکثر جابه جایی نسبی . این استراتژی کنترلی این امکان را فراهم می کند تا ویژگیهای عایق ارتعاشی مربوط به تعلیق نشیمنگاه فعال انتخاب شوند.
+ نوشته شده در پنجشنبه نهم مرداد ۱۳۹۹ ساعت 13:28 توسط کیا
|
سلام دوستان