Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ

Yıl 2020, , 1373 - 1390, 31.12.2020
https://doi.org/10.17482/uumfd.789019

Öz

Bu çalışmada tekerlek içi motorlu elektrikli bir aracın aktif süspansiyon sistemleri PID ve Bulanık Mantık denetleyicileri ile kontrol edilmiş ve performansları karşılaştırılmıştır. Doğrusal olmayan süspansiyon yaylarının kullanıldığı ve sürücü modeli ile birlikte 14 serbestlik derecesine sahip modelin hareket denklemleri çıkarılarak Matlab/Simulink ortamında çözdürülmüştür. Daha sonra PID ve Bulanık Mantık yöntemleri yardımı ile tam taşıt modelinde aktif süspansiyon sistemlerinin kontrolü gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçları kontrolcü olmadan çıkan simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada kontrolcü tasarımına yönelik Bulanık Mantık yönteminin hesaplama metodu, buna ait hata oranı ve hata oranının grafikleri, PID kontrolcü tasarımı, hesaplamaları ve sonuçları sunulmuştur. Sonuçta, her iki kontrolcü ile elde edilen verilerin kontrolcü olmadan elde edilenlere göre titreşim genliğini büyük oranda düşürdüğü ve ayrıca Bulanık Mantık ile yapılan kontrolün daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

Kaynakça

  • 1. Allen, J.A. (2008) Design of active suspension control based upon use of tubular linear motor and quarter-car model, Master Thesis, Texas A&M University, Texas.
  • 2. Badran, S., Salah, A., Abbas, W., Abouelatta, O.B. (2012) Design of Optimal Linear Suspension for Quarter Car with Human Model using Genetic Algorithms, The Research Bulletin of Jordan ACM, 2(2), 42-51.
  • 3. Cao, D., Song, X., Ahmadian, M. (2011) Editors’ perspectives: road vehicle suspension design, dynamics, and control, Vehicle System Dynamics, 49(1-2), 3-28. doi: 10.1080/00423114.2010.532223
  • 4. Doğan, H., Kaplan, K., Kuncan, M., Ertunç, H.M. (2015) Araç Süspansiyon Sistemi Kontrolüne PID ve Bulanık Mantık Yaklaşımları, Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, Denizli, 699-704.
  • 5. Gillespie, T.D. (1996) Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE International, Warrendale.
  • 6. Güçlü, R. (2005) Fuzzy Logic Control of Seat Vibrations of a Non-Linear Full Vehicle Model, Nonlinear Dynamics, 40(2005), 21–34. doi: 10.1007/s11071-005-3815-7
  • 7. Jazar, R. N. (2017) Vehicle Dynamics: Theory and Application, Springer International, New York.
  • 8. Jin, L., Yu, Y., Fu, Y. (2016) Study on the ride comfort of vehicles driven by in-wheel motors, Advanced Mechanical Engineering, 8(3), 1–9. doi: 10.1177/1687814016633622
  • 9. Li, H., Jing, X., Karimi, H.R. (2014) Output-feedback-based H∞ control for vehicle suspension systems with control delay, IEEE Transactions on Industry Applications, 61(1), 436–46. doi: 10.1109/TIE.2013.2242418
  • 10. Mehdizadeh, S. A. (2015) Optimization of passive tractor cabin suspension system using ES, PSO and BA, Journal of Agricultural Technology, 11(3), 595-607.
  • 11. Nikam, S., Vandana, R., Fernandes, B. A. (2012) High-Torque-Density Permanent-Magnet Free Motor for In-Wheel Electric Vehicle Application, IEEE Transactions on Industry Applications, 48(6), 2287–2295. doi: 10.1109/TIA.2012.2227053
  • 12. Oliveira, K., Cesar, M., Goncalves, J. (2017) Fuzzy based Control of a Vehicle Suspension System using a MR Damper, Proceedings of the 12th Portuguese Conference on Automatic Control, Guimaraes, 14–16.
  • 13. Özkop, E., Altaş, İ.H. (2007) Bulanık Mantık Denetleyici ile Aktif Otomobil Süspansiyon Denetimi, 12. Elektrik Elektronik Bilgisayar Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Kongresi ve Fuarı, Eskişehir,14–18.
  • 14. Rao, M.V.C., Prahlad, V. (1997) A tunable fuzzy logic controller for vehicle-active suspension systems, Fuzzy Sets and Systems, 85(1), 11-21. doi: 10.1016/0165- 0114(95)00369-X
  • 15. Shirahatt, A., Prasad, P.S.S., Panzade, P., Kulkarni, M.M. (2008) Optimal Design of Passenger Car Suspension for Ride and Road Holding, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 30(1), 67-68. doi: 10.1590/S1678- 58782008000100010
  • 16. Sun, W., Pan, H., Yu, J., Gao, H. (2014) Reliability control for uncertain half-car active suspension systems with possible actuator faults, IET Control Theory & Applications, 8(9), 746-754. doi: 10.1049/iet-cta.2013.0471
  • 17. Takagi, T., Sugeno, M. (1985) Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 15(1), 116-132. doi: 10.1109/TSMC.1985.6313399
  • 18. Takahashi, T., Takemoto, M., Ogasawara, S., Hino, W., Takezaki, K.S. (2017) Size and weight Reduction of an In-wheel Axial-gap Motor Using Ferrite Permanent Magnets for Electric Commuter Cars, IEEE Transactions on Industry Applications, 53(4), 3927-3935. doi: 10.1109/TIA.2017.2684739.
  • 19. Yokoyama, M., Hedrick, J.K., and Toyama, S. (2001) A model following sliding mode controller for semi-active suspension systems with MR dampers. Proceedings of the American Control Conference, Arlington, 25–27.
  • 20. Yıldız, A. (2019a) Optimum suspension design for non-linear half vehicle model using particle swarm optimization (PSO) algorithm, The 41st International JVE Conference Vibration, Leipzig, 43-48. doi: 10.21595/vp.2019.21012
  • 21. Yıldız, A. (2019b) A comparative study on the optimal non-linear seat and suspension design for an electric vehicle using different population-based optimisation algorithms, International Journal of Vehicle Design, 80(2/3/4), 241-256, doi: 10.1504/IJVD.2019.10031168.

PID and Fuzzy Logic Based Control of the Active Suspension System of an Electric Vehicle with In- Wheel Motor

Yıl 2020, , 1373 - 1390, 31.12.2020
https://doi.org/10.17482/uumfd.789019

Öz

In this study, active suspension systems of an electric vehicle with in-wheel motor are controlled with PID and Fuzzy Logic controllers and their performances are compared. The equations of motions are drived by using the 14 degrees of freedom model with nonlinear suspension springs and the driver model and solved in Matlab / Simulink environment. Then, control of active suspension systems in full vehicle model is performed with the help of PID and Fuzzy Logic methods and the obtained results are compared with the simulation outcomes without a controller. The calculation method of the Fuzzy Logic method for controller design, the related error rate and error rate graphs, PID controller design, calculations and results are presented. As a result, it is observed that the data obtained with both controllers decrease the vibration amplitude significantly compared to the ones obtained without the controller and also the control performed with Fuzzy Logic gives better results.

Kaynakça

  • 1. Allen, J.A. (2008) Design of active suspension control based upon use of tubular linear motor and quarter-car model, Master Thesis, Texas A&M University, Texas.
  • 2. Badran, S., Salah, A., Abbas, W., Abouelatta, O.B. (2012) Design of Optimal Linear Suspension for Quarter Car with Human Model using Genetic Algorithms, The Research Bulletin of Jordan ACM, 2(2), 42-51.
  • 3. Cao, D., Song, X., Ahmadian, M. (2011) Editors’ perspectives: road vehicle suspension design, dynamics, and control, Vehicle System Dynamics, 49(1-2), 3-28. doi: 10.1080/00423114.2010.532223
  • 4. Doğan, H., Kaplan, K., Kuncan, M., Ertunç, H.M. (2015) Araç Süspansiyon Sistemi Kontrolüne PID ve Bulanık Mantık Yaklaşımları, Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, Denizli, 699-704.
  • 5. Gillespie, T.D. (1996) Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE International, Warrendale.
  • 6. Güçlü, R. (2005) Fuzzy Logic Control of Seat Vibrations of a Non-Linear Full Vehicle Model, Nonlinear Dynamics, 40(2005), 21–34. doi: 10.1007/s11071-005-3815-7
  • 7. Jazar, R. N. (2017) Vehicle Dynamics: Theory and Application, Springer International, New York.
  • 8. Jin, L., Yu, Y., Fu, Y. (2016) Study on the ride comfort of vehicles driven by in-wheel motors, Advanced Mechanical Engineering, 8(3), 1–9. doi: 10.1177/1687814016633622
  • 9. Li, H., Jing, X., Karimi, H.R. (2014) Output-feedback-based H∞ control for vehicle suspension systems with control delay, IEEE Transactions on Industry Applications, 61(1), 436–46. doi: 10.1109/TIE.2013.2242418
  • 10. Mehdizadeh, S. A. (2015) Optimization of passive tractor cabin suspension system using ES, PSO and BA, Journal of Agricultural Technology, 11(3), 595-607.
  • 11. Nikam, S., Vandana, R., Fernandes, B. A. (2012) High-Torque-Density Permanent-Magnet Free Motor for In-Wheel Electric Vehicle Application, IEEE Transactions on Industry Applications, 48(6), 2287–2295. doi: 10.1109/TIA.2012.2227053
  • 12. Oliveira, K., Cesar, M., Goncalves, J. (2017) Fuzzy based Control of a Vehicle Suspension System using a MR Damper, Proceedings of the 12th Portuguese Conference on Automatic Control, Guimaraes, 14–16.
  • 13. Özkop, E., Altaş, İ.H. (2007) Bulanık Mantık Denetleyici ile Aktif Otomobil Süspansiyon Denetimi, 12. Elektrik Elektronik Bilgisayar Biyomedikal Mühendisliği Ulusal Kongresi ve Fuarı, Eskişehir,14–18.
  • 14. Rao, M.V.C., Prahlad, V. (1997) A tunable fuzzy logic controller for vehicle-active suspension systems, Fuzzy Sets and Systems, 85(1), 11-21. doi: 10.1016/0165- 0114(95)00369-X
  • 15. Shirahatt, A., Prasad, P.S.S., Panzade, P., Kulkarni, M.M. (2008) Optimal Design of Passenger Car Suspension for Ride and Road Holding, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 30(1), 67-68. doi: 10.1590/S1678- 58782008000100010
  • 16. Sun, W., Pan, H., Yu, J., Gao, H. (2014) Reliability control for uncertain half-car active suspension systems with possible actuator faults, IET Control Theory & Applications, 8(9), 746-754. doi: 10.1049/iet-cta.2013.0471
  • 17. Takagi, T., Sugeno, M. (1985) Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 15(1), 116-132. doi: 10.1109/TSMC.1985.6313399
  • 18. Takahashi, T., Takemoto, M., Ogasawara, S., Hino, W., Takezaki, K.S. (2017) Size and weight Reduction of an In-wheel Axial-gap Motor Using Ferrite Permanent Magnets for Electric Commuter Cars, IEEE Transactions on Industry Applications, 53(4), 3927-3935. doi: 10.1109/TIA.2017.2684739.
  • 19. Yokoyama, M., Hedrick, J.K., and Toyama, S. (2001) A model following sliding mode controller for semi-active suspension systems with MR dampers. Proceedings of the American Control Conference, Arlington, 25–27.
  • 20. Yıldız, A. (2019a) Optimum suspension design for non-linear half vehicle model using particle swarm optimization (PSO) algorithm, The 41st International JVE Conference Vibration, Leipzig, 43-48. doi: 10.21595/vp.2019.21012
  • 21. Yıldız, A. (2019b) A comparative study on the optimal non-linear seat and suspension design for an electric vehicle using different population-based optimisation algorithms, International Journal of Vehicle Design, 80(2/3/4), 241-256, doi: 10.1504/IJVD.2019.10031168.
Toplam 21 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Makine Mühendisliği
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Mustafa Tayyip Toksoy 0000-0003-4517-2490

Ahmet Yıldız 0000-0001-5434-4368

Yayımlanma Tarihi 31 Aralık 2020
Gönderilme Tarihi 1 Eylül 2020
Kabul Tarihi 27 Ekim 2020
Yayımlandığı Sayı Yıl 2020

Kaynak Göster

APA Toksoy, M. T., & Yıldız, A. (2020). TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 25(3), 1373-1390. https://doi.org/10.17482/uumfd.789019
AMA Toksoy MT, Yıldız A. TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ. UUJFE. Aralık 2020;25(3):1373-1390. doi:10.17482/uumfd.789019
Chicago Toksoy, Mustafa Tayyip, ve Ahmet Yıldız. “TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25, sy. 3 (Aralık 2020): 1373-90. https://doi.org/10.17482/uumfd.789019.
EndNote Toksoy MT, Yıldız A (01 Aralık 2020) TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25 3 1373–1390.
IEEE M. T. Toksoy ve A. Yıldız, “TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ”, UUJFE, c. 25, sy. 3, ss. 1373–1390, 2020, doi: 10.17482/uumfd.789019.
ISNAD Toksoy, Mustafa Tayyip - Yıldız, Ahmet. “TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25/3 (Aralık 2020), 1373-1390. https://doi.org/10.17482/uumfd.789019.
JAMA Toksoy MT, Yıldız A. TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ. UUJFE. 2020;25:1373–1390.
MLA Toksoy, Mustafa Tayyip ve Ahmet Yıldız. “TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 25, sy. 3, 2020, ss. 1373-90, doi:10.17482/uumfd.789019.
Vancouver Toksoy MT, Yıldız A. TEKERLEK İÇİ MOTORLU ELEKTRİKLİ BİR ARACIN AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN PID VE BULANIK MANTIK TABANLI KONTROLÜ. UUJFE. 2020;25(3):1373-90.

DUYURU:

30.03.2021- Nisan 2021 (26/1) sayımızdan itibaren TR-Dizin yeni kuralları gereği, dergimizde basılacak makalelerde, ilk gönderim aşamasında Telif Hakkı Formu yanısıra, Çıkar Çatışması Bildirim Formu ve Yazar Katkısı Bildirim Formu da tüm yazarlarca imzalanarak gönderilmelidir. Yayınlanacak makalelerde de makale metni içinde "Çıkar Çatışması" ve "Yazar Katkısı" bölümleri yer alacaktır. İlk gönderim aşamasında doldurulması gereken yeni formlara "Yazım Kuralları" ve "Makale Gönderim Süreci" sayfalarımızdan ulaşılabilir. (Değerlendirme süreci bu tarihten önce tamamlanıp basımı bekleyen makalelerin yanısıra değerlendirme süreci devam eden makaleler için, yazarlar tarafından ilgili formlar doldurularak sisteme yüklenmelidir).  Makale şablonları da, bu değişiklik doğrultusunda güncellenmiştir. Tüm yazarlarımıza önemle duyurulur.

Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı, Görükle Kampüsü, Nilüfer, 16059 Bursa. Tel: (224) 294 1907, Faks: (224) 294 1903, e-posta: mmfd@uludag.edu.tr