شکل زیرسیستم تعلیق فعال یک اتوبوس را نشان می دهد که به مدل یک چهارم سیستم تعلیق خودرو مشهور است . تنها حرکت عمودی خودرو و با جرم با متغیر مشخص شده است . اکسل خودرو نیز دارای جرم m2 بوده و جابجایی عمودی آن X2 است . تایر خودرو با ضریب سختی و ضریب استهلاک ویسکوز خطی و همینطور فنر و کمک فنر خودرو با ضرائب سختی و ضریب استهلاک ویسکوز خطی مدل شده اند .
علاوه بر وجود فنر و کمک فنر همانند سیستمهای متداول تعلیق غیر فعال خودرو ، یک عمگر هیدرولیکی با نیوماتیکی نیروی U رابه بدنه خودرو اعمال می کند که از نوسانات خودرو جلوگیری نماید . نا همواری جاده را با ورودی اغتشاش W نشان داده شده است
* برای مدل کردن این سیستم باید ورودی و خروجی را مشخص کنیم :
ورودی در واقع U ورودی عمگر سیستم تعلیق فعال می باشد که بصورت ورودی کنترل شده عمل می کند و اغتشاش جاده ( w ) بصورت ورودی اغتشاشی به سیستم اعمال می شود .
خروجی می توان خروجی در این سیستم را ، نوسانات خودرو در نظر گرفت ولی در این مسأله عنوان شده که خروجی که می بایست کنترل شود متغیر است .
* اصول فیزیکی حاکم بر سیستم :
نیروی فنر بصورت خطی F=K.Δx و نیروی کمک فنر بصورت استهلاک ویسکوز عمل می کنند و معدلات حاکم بر سیستم همان معادلات نیوتن می باشد .
* حالت آزاد فنر :
زمانیکه جرمی روی فنر قرار می گیرد آنرا از حالت تعادل آزاد به اندازه x جابجا می کند اگر در اینحالت طول فنر را در تعادل معرفی کنیم نیروی وزن با نیروی فنر خنثی می شودیعنی:
لذا در صورتیکه حالت تعدل فنر را مبنای اندازه گیری قرار دهیم ( مبنای اندازه گیری نیروهای ایجاد شده در فنر . ) ، می توان با حذف این دو نیروی اولیه مجموع نیروهای خارجی وارد بر سیستم را بدست آورد .
* مدلسازی :
دیاگرام آزاد نیروها را برای دو جرم و رسم می کنیم :
همانطور که در معادلات اخیر ملاحظه می کنید نیروی فنر بدلیل توضیح داده شده در بالا بصورت و بوده و هر دوی آنها با هم حذف می شوند .
در معادلات بالا X20 و X10 مقادیر ثابتی هستند که با در نظر گرفتن مبدأ سنجش جابجایی فنرها از حالت تعادل آنها ، می باشد و معادلات حالت سیستم را می توان بصورت زیر بازنویسی کرد :
( شرایط اولیه صفرفرض می شود . )
1- مدلسازی سیستم و بدست آوردن توابع تبدیل و :
* در واقع یک سیستم تعلیق اتوبوس خوب باید بتواند اغتشاشات ناشی از خیابان از قبیل پستی و بلندی ، تصادفات و چاله ها ، و ... را خیلی سریع damp کند . بدلیل اینکه فاصله X1-W برای اندازه گیری سخت است و W-X2 نیز قابل تغییر است لذا از تخمین X2-X1 بعنوان خروجی استفاده شده است .
* در این مسأله اغتشاشاتی خیابان (w) توسط یک ورودی پله سیموله خواهد شد . در مراحل بعدی کار در واقع ما می خواهیم یک کنترل فیدبک طراحی کنیم تا خروجی ( X2-X1 ) یک بالازدگی (Overshoot ) کمتر از %5 و یک Ts ( Setling Time ) کمتر از 5s را داشته باشد در صورتیکه اتوبوس با پله Cm 15 از سطح خیابان حرکت می کند
( اغتشاشcm15 = Wبصورت پله )
2- تحریک با ورودی پله برای سیستم حلقه باز :
با استفاده از نرم افزارمطلب ، می توان نشان داد که چطور سیستم حلقه باز اصلی بدون هرگونه کنترلر فیدبکی کاری می کند که این موضوع در شکلهای (1) تا (3) آورده شده است .
با توجه به شکل اول (1) ملاحظه می شود که سیستم حلقه باز اصلی یک سیستم میزان نوسانی (Under-damped) می باشد و تمام افرادی که درون اتوبوس هستند تکان خیلی کوچکی را احساس می کنند و خطای حالت ماندگار حدود mm 0.013 می باشد ولی مشکل اصلی این است که برای رسیدن بحالت ماندگار زمان خیلی زیادی صرف می شود که غیر قابل قبول است برای حل این مشکل از یک فیدبک بعنوان کنترلر استفاده خواهیم کرد .
با توجه به شکل (2) و (3) نیز می توان گفت که پاسخ حلقه باز برای اغتشاش ورودی پله رسم شده و داریم که : وقتیکه اتوبوس یک برآمدگی را روی خیابان رد می کند ، بدنه اتوبوس برای مدت طولانی و غیر قابل قبول S100 با دامنه بزرگتر cm 13 تکان می خورد . لذا مردمی که داخل اتوبوس نشسته اند با این چنین تکان خوردنی راحت نیستند . همچنین Overshoot بزرگ بخاطر تکان خودش و Setlling time کند ، باعث خواهند شد که به سیستم تعلیق اتوبوس صدمات نهایی وارد شود . .
رسم دیاگرام جعبه ای سیستم
دیاگرام جعبه سیستم حلقه بسته بهمراه کنترلر در زیر آورده شده است .
از بلوک دیاگرام بالا می توان متوجه شد که مسیر پیشرو برای بدست آوردن تابع تبدیل بصورت زیر است :
از فلش 2 می توان بدست آورد که :
بعد از ساده سازی همان تابع تبدیل قبل بدست می آید .
از فلش 1 نیز می توان تابع تبدیل را مستقیماً بدون ساده سازی بدست آورد .
اگر تابع تبدیل کنترلر را برداریم ، دیاگرام ( بعد از حذف فید بک ) جعبه ای سیستم حلقه باز بدست خواهد آمد .
شامل 18 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله سیستم تعلیق فعال اتوبوس