T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KARAYOLU TAŞITLARI SÜSPANSİYON SİSTEMİNDE AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ Abdullah ÇAKAN YÜKSEK LİSANS TEZİ Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Temmuz-2013 KONYA Her Hakkı Saklıdır

2

3 TEZ BLDRM Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davran ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiini ve tez yazm kurallarna uygun olarak hazrlanan bu çalmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynana eksiksiz atf yapldn bildiririm. DECLARATION PAGE I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work. Abdullah ÇAKAN Tarih :

4 ÖZET YÜKSEK LSANS TEZ KARAYOLU TAITLARI SÜSPANSYON SSTEMNDE AKTF TTREM KONTROLÜ Abdullah ÇAKAN Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislii Anabilim Dal Danman: Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Yl, 83 Sayfa Jüri Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Doç. Dr. Mete KALYONCU Yrd. Doç. Dr. Mustafa TINKIR Tat dinamii alanndaki aratrmaclarn en çok ilgisini çeken konularn banda araç sürü konforunun ve sürü güvenliinin salanmas gelmektedir. Bu çalmada, karayolu tatlarnn sürü konforunun ve güvenliinin iyiletirilmesi amacna yönelik olarak yol yüzeyindeki düzgünsüzlüklerin yol açt araç titreimlerinin aktif kontrolü için dorusal eyleyici kullanlan bir yöntem sunulmutur. ki sebestlik dereceli bir çeyrek araç modeli olarak ele alnan sisteme ait matematiksel model Newton yasalar ve Lagrange Hareket Denklemi kullanlarak elde edilmitir. Sisteme ait transfer fonksiyonlar ve durum-uzay modeli elde edildikten sonra sistemin frekans cevab, kök yer erisi ve Routh dizisi elde edilerek sistemin kararll irdelenmitir. Tat titreimlerinin aktif kontrolünde kullanmak üzere PID ve Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol (YSABM) için iki farkl kontrolcü tasarlanmtr. Matlab/Simulink ve ADAMS yazlmlar kullanlarak yaplan simülasyonlarda tasarlanan kontrolcülerin performans incelenmitir. Tasarlanan kontrolcülerin alt farkl yol düzgünsüzlüü fonksiyonu kullanlmas durumundaki performans karlatrlarak tasarlanan kontrolcülerin kullanlabilirlii irdelenmitir. Çalma kapsamnda, Matlab/Simulink ve ADAMS yazlmlarndan elde edilen simülasyon sonuçlar karlatrlarak bu yazlmlarn aktif titreim kontrolünde kullanlabilirlii de deerlendirilmitir. Anahtar Kelimeler: Araç Süspansiyon Sistemi, Tat Titreimi, Aktif Titreim Kontrolü, Kontrolcü Tasarm, Dorusal Eyleyici, PID Kontrol, Bulank Mantk Tabanl Kontrol, Yapay Sinir Alar, Kararllk iv

5 ABSTRACT MS THESIS ACTIVE VIBRATION CONTROL IN ROAD VEHICLE SUSPENSION SYSTEM Abdullah ÇAKAN THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN MECHANICAL ENGINEERING Advisor: Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Year, 83 Pages Jury Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI Assoc. Prof. Dr. Mete KALYONCU Assist. Prof. Dr. Mustafa TINKIR Vehicle comfort and driving safety are interesting topics for researchers among many issues in vehicle dynamics area. In this study, a method for active vibration control of vehicle vibrations caused by road profile by utilizing a linear actuator in order to improve drive comfort and safety is proposed. The system is assumed as a 2 degrees of freedom quarter car suspension model. Equations of motion of the system are derived by utilizing Newton laws and Lagrange s Equation of Motion. After obtaining transfer functions and state-space representation of the system, the stability of the system is investigated by obtaining frequency response and root locus plots and Routh array of the system. A PID and an Artificial Neural Network Based Fuzzy Logic (ANNFL) controllers are designed for active control of vehicle vibrations. Performance of the designed controllers were investigated by conducting simulations using Matlab/Simulink and ADAMS software. Performance of the designed controllers are determined and compared with each other by using six different road profile functions. by comparing the obtained simulation results usability of Matlab/Simulink and ADAMS software in active vibration control of a quarter vehicle model is also evaluated. Keywords: Vehicle Suspension System, Vehicle Vibrations, Active Vibration Control, Controller Design, Linear Actuator, PID Control, Fuzzy Logic Based Control, Artificial Neural Network, Stability v

6 ÖNSÖZ Çalmalarmn her aamasnda hiçbir yardmm esirgemeyen, her türlü problemimi titizlikle ele alan, deerli hocam Prof. Dr. Fatih Mehmet BOTSALI ya, tezi tamamlamamda önemli katklar olan Yrd. Doç. Dr. Mustafa TINKIR a, tez çalmalar boyunca her zaman her konuda bana deerli yardmlarn esirgemeyen Ar. Gör. Yusuf AHN e son olarak da bana büyük emekleri geçen, beni yetitirip bu konuma ulamam salayan aileme sonsuz teekkür ederim. Abdullah ÇAKAN KONYA-2013 vi

7 ÇNDEKLER ÖZET... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ... vi ÇNDEKLER... vii SMGELER VE KISALTMALAR... ix 1. GR KAYNAK ARATIRMASI MATERYAL VE METOD KARAYOLU TAITLARINDA TTREM KONTROLÜ Titreim Sönümleme Özelliklerine Göre Tat Süspansiyon Sistemleri Pasif Süspansiyon Sistemleri Yar Aktif Süspansiyon Sistemleri Çeyrek Tat Modeli Aktif Süspansiyon Sistemli Çeyrek Tat Modeli Newton Hareket denklemleri ile sistemin modellenmesi Sistemin Lagrange Hareket Denklemi ile modellenmesi Dorusal Sistemin Transfer Fonksiyonlarnn Elde Edilmesi Sistemin Durum Uzay Modeli Sistemin Frekans Cevab Sistemin Kök Yer Erisi Routh Hurwitz Kararllk Kriteri KONTROLCÜ TASARIMI PID Kontrol Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol Durulatrma lemi Adaptif Yapay Sinir A Hibrit Örenme Algoritmas BLGSAYAR SMÜLASYONLARI VE RDELEME Yol Düzgünsüzlüü Fonksiyonlar Çeyrek Tat Modeli Pasif Durum Bilgisayar Simülasyonlar MATLAB/Simulink Ortamnda Pasif Durum Simülasyonu ADAMS Ortamnda Pasif Durum Simülasyonu Çeyrek Tat Modeli Aktif Durum Bilgisayar Simülasyonlar PID Kontrol Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol vii

8 6.4 Bilgisayar Simülasyonu Sonuçlarnn Karlatrlmas Sinüs Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Basamak Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Trapez Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Çift Trapez Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Genlii Rastgele Deien Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü SONUÇLAR VE ÖNERLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇM viii

9 SMGELER VE KISALTMALAR Simgeler M 1 M 2 K 1 K 2 b 1 b 2 U L T V X 1 X 2 W K p K i K d : Çeyrek tat kütlesi : Süspansiyon kütlesi : Süspan sisteminin yay katsays : Tekerlein yay katsays : Süspansiyon sisteminin sönüm katsays : Tekerlein Sönüm Katsays : Kontrol Kuvveti : Lagrange formülasyonu : Kinetik enerji : Potansiyel enerji : Çeyrek tat kütlesinin deplasman : Süspansiyon kütlesinin deplasman : Yol profili : Oransal etki kazanç parametresi : ntegral etki kazanç parametresi : Türev etki kazanç parametresi Ksaltmalar YSABM PID : Yapay sinir a tabanl bulank mantk : Oransal+Türev+ntegral ix

10 1 1. GR Motorlu tatlarn ortaya çkndan, hatta daha da eski zamanlarda motorlu olmayan ve sadece insan ya da hayvanlar tarafndan çekilen tatlarn kullanmndan bu yana, bir tat üzerinde üstesinden gelinmesi gereken ana problemlerden ikisi sürü güvenliinin ve sürü konforunun salanmasdr. Tat teknolojisindeki gelimelere ve tatlarn üzerinde seyrettikleri yollarn yapm tekniklerindeki gelimelere paralel olarak kullandmz araçlarn hzlar sürekli olarak art göstermektedir. Hzn artmas bu iki ölçütün salanmasn güçletiren bir etkendir. Mekanik sistemlere iyi bir örnek olarak verebileceimiz tatlar, seyrettikleri yol yüzeyi, kullanm ekli ve kendi dinamiklerinden kaynaklanan çok farkl frekans deerlerine sahip titreimlere maruz kalmaktadr. Bu titreimlerin (ki bir ksm gürültü olarak yansmaktadr) sürü konforu ve sürü güvenlii ölçütlerini salamak amacyla etkin bir ekilde bastrlabilmesi için birçok farkl tasarm ve denetim yöntemleri gelitirilmitir. Bu tasarm sürecinde karlalan en büyük güçlük; tatlarn çok sayda bal hareketi bir arada gerçekletirmesidir. Tasarm sürecinin en önemli problemlerinden birisi de salanmas istenilen ölçütlerin kendi aralarnda bir uyumazlk içerisinde olmalardr. Örnein yüksek sürü konforu sürü güvenliini azaltrken, sürü güvenliini arttrmak amacyla yaplan müdahaleler de sürü konforunu azaltmaktadr. Tat üzerinde hissedilen titreimler farkl kaynaklar tarafndan uyarlmaktadr. Bunlar; tat motoru ve aktarma organlar, aerodinamik kuvvetler, tekerlek ve bal olduu grubun statik dengesizlikleri ve en önemlisi de tekerleklerin düzensiz (bozuk, engebeli) yol yüzeyi ile olan etkileimleridir. Yol yüzeyindeki bozukluklar, neredeyse pürüzsüz saylabilecek olan otoyollardan off-road olarak tabir edilen çok engebeli yol yüzeyine kadar deien farkl snflandrmalara tabi tutulmaktadr. Yoldan kaynaklanan titreimlerin tat gövdesine iletilen ksm baz tasarm ve çalma artlarna bal olarak deimektedir, yani tekerlek grubunun ve süspansiyon sisteminin statik ve dinamik özellikleri, tatn eylemsizlik kuvvetleri ve tat hz iletilen titreimlerin genlik ve frekans araln belirlemektedir. Tüm yer tatlarnda sürü konforu ve sürü güvenliini arttrmann yolu titreim hareketlerinin bastrlmasndan geçmektedir. Özellikle off-road (yol harici) tatlarnda yüksek genlik ve düük frekans deerine sahip yol bozukluklarndan gövdeye yansyan titreimlerin bastrlmas, hem kullanc ve yolcularn salk ve güvenliklerini hem de

11 2 yük ve tatn yapsn korumak için zorunludur. Bunun için öncelikle maruz kalnan titreimin analizinin yaplmas ve bileenlerinin anlalmas gerekmektedir. Ayn zamanda tat, yolcular ve tanan yükün de titreim hareketine gösterdikleri cevabn incelenmesi ve bunlar üzerinde etkin olan baskn bileenleri ayrt edilmesi de yerinde olacaktr. Bütün kara tatlar genelde 3 adet öteleme ve 3 adet dönme titreim hareketine maruz kalmasna ramen bunlar içerisinde en baskn olan düey dorultudaki titreim hareketleridir. Tatlarda titreim hareketlerini bastrma amacyla kullanlan sistemler süspansiyon sistemleri olmaktadr. yi bir süspansiyon sistemi tasarlamak için öncelikle tat üzerinde salanmas beklenen ölçütlerin doru bir ekilde tespit edilmesi ve sorunun kaynann yukarda belirtildii ekilde tanmlanmas gerekmektedir. Bunun için öncelikle ele alnan sistemin analitik bir modelini oluturmak gerekmektedir. Ardndan insanlarn titreime kar hassasiyetleri bir ölçüt halinde matematiksel olarak ifade edilmeli, benzer ekilde yol düzensizlikleri de bu model için bir giri olacak ekilde düzenlenmelidir. Böylece ele alnan sistem üzerinde gerekli olan tasarm parametrelerine ulamak mümkün olmaktadr.

12 3 2. KAYNAK ARATIRMASI Tüm mekanik sistemlerde olduu gibi tatlarda da yoldan ya da sürü eklinden kaynaklanan titreimler hem yolcu hem de tat oluturan elemanlar için önemli bir problem tekil etmektedir ylnda Almanya Manneheim da Karl Benz tarafndan hareket ettirilen bildiimiz anlamdaki ilk otomobilden günümüze kadar olan süreçte bu problemin önüne geçebilmek amacyla birçok çalmalar yaplmtr. Bu amaçla ortaya konan çözüm; çok çeitli süspansiyon sistemlerinin ve denetim yöntemlerinin gelitirilmesi olmutur. Süspansiyon sistemlerinin tasarmnda iki ana hedef bulunmaktadr; bunlardan ilki yolcularn fiziksel ve ruhsal yapsnda oluabilecek etkiyi en aza indirecek konfor seviyesinin salanmas, dieri ise tatn yol ile olan temas kuvvetinin sürekliliinin, yani iyi bir sürü karakteristiinin salanmasdr. Bu iki özellik birbirine sk skya bal olup genel anlamda birinin iyilemesi dierinin kötülemesi anlamna gelebilmektedir. yi bir süspansiyon sisteminin tasarlanabilmesi için öncelikle tatn bütün süspansiyon parametrelerine ve çevresel etkenlere nasl tepkiler verdiinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Ayn zamanda tasarlanan sistemin gereksinimlere göre yeni elemanlarla takviye edilmesi ya da farkl denetim yöntemleriyle denetlenmesi de gerekebilmektedir. Malzeme biliminde kaydedilen gelimeler ve tatlar üzerinde kullanma hazr harici enerji kaynaklarnn artmas ile birlikte yar aktif sistemlerin kullanmnda karlalan kstlamalar aktif süspansiyon sistemleri ile giderilmeye çallmtr. Isermann (1996) n çalmasnda belirttii üzere aktif süspansiyon sistemlerindeki sönümleyici artk bir eyleyici haline dönümektedir. Isermann a göre aktif süspansiyon sistemleri yaplarnda akkan (hidrolik ya da pnömatik) kullanlan, gelitirilmi materyaller (piezoelektrik, memory metal vb.) kullanlan ve elektromekanik eyleyiciler (motor, elektromagnet vb.) kullanlan olmak üzere üç farkl gruba ayrlabilmektedir. Bannatyne (1998), Ikenaga ve ark. (1999), Nguyen ve ark. (2001) ile Fialho ve Balas (2002) tarafndan yaplan çalmalarda; eyleyici yapsnda sadece hidrolik akkan malzeme kullanlmtr. Bu türden bir sistemde yay ve sönümleyicinin iini eyleyici tek bana üstlenmektedir. Eyleyici içerisindeki akkan miktar harici bir pompa tarafndan salanmaktadr. Böylece tat üzerindeki her bir süspansiyon grubunun sönümleme deeri ve tat sürü yükseklii birbirinden bamsz olarak salanabilmitir.

13 4 Williams (1997b) ise çalmasnda oleo-pnömatik ad altnda yeni bir eyleyici yaps ortaya koymutur. Bu eyleyici tipinde akkan olarak ya ve hava birlikte kullanlmtr. Eyleyici içerisinde ya tarafndan sktrlm durumda olan hava bir nevi yay etkisi göstermektedir. Sönümleyici içerisindeki ya ak ise sönümleme etkisini oluturmaktadr. Ramsbottom ve Crolla (1997) ise çalmalarnda pnömatik sönümleyicilere yer vermilerdir. Bu sistemlerde sönümleme kuvveti, körük ad verilen bölmelere seviye kontrol valfleri üzerinden hava baslmas ya da tahliye edilmesi sayesinde elde edilmektedir. Burada körükler standart süspansiyon sistemlerindeki yay elemannn seviye kontrol valfleri ise sönümleyici elemannn ilevini yerine getirmektedir. Demerdash ve ark. (1995) ile Demerdash (1998) in çalmasnda Ramsbottom ve Crolla (1997) nn çalmasndakine benzer bir yapy standart bir otomobile uyguladklar görülmektedir. Ayn zamanda sistem performansn arttrmak için wheelbase correlation adn verdikleri bir algoritma ile yol modeli hakknda bir kestirimde bulunmaktadrlar. Bu ilikisel kestirim arka tekerleklerin ön tekerleklerin maruz kald yol bozukluuna belirli bir zaman gecikmesi ila maruz kalacaklar varsaymna dayanmaktadr. ekil 2.3 da bu bilginin nasl elde edildii görülmektedir. Demerdash yapt çalmalarda bu ilikisel yaklam sayesinde ilikisel yaklamn kullanlmad aktif yapya göre bavurma ivmelenmesi deerlerinde %20, gövde ivmelenmesi (arka teker grubunda) deerlerinde ise %18 e varan iyilemeler elde etmilerdir. Pasif sistemler ile ayn yol modelinde elde edilen sonuçlarla karlatrldnda ise; bavurma ivmelenmesi deerlerinde %44, gövde ivmelenmesi (arka teker grubunda) deerlerinde ise %29 daha iyi sonuçlar elde etmitir.

14 5 ekil 2.1. Yarm tat modeli üzerinde ön izleme bilgisinin elde edilmesi Roh ve Park (1998) e göre ise; ön tekerleklerin hareketinden yola çklarak elde edilen bu ön izleme bilgisi sadece arka eyleyicilerin performansna katkda bulunmaktadr. Oysa hem ön hem de arka tekerlekler için bu türden bilgi elde edilebilirse elde edilecek performans daha fazla olacaktr. Bu nedenle ön izleme yönteminin bir adm ötesine gidilerek yol alglayclarnn kullanm ortaya çkmaktadr. Bu türden sistemlerde yol alglaycs olarak ksa mesafe radar ya da optik yansma alglayclar kullanlmaktadr (McConnell 2001). Walker (1997) ve Donahue (2001) nin bu türden bir sistem üzerinde yapt çalmalarda tatn ön ksmna yerletirilen alglayc ekil 2.4 deki gibi tatn hemen önündeki yol profilini taramakta ve denetim algoritmasna göndermektedir. ekil 2.2. Yol alglaycs ilavesi ile yol profilinin kestirilmesi (Donahue 2001)

15 6 Görüldüü üzere alglaycdan elde edilen iaretler deerlendirilerek tatn bir sonraki admda maruz kalaca yol profili kestirilmektedir. Böylece hem ön hem de arka süspansiyon sistemi için bir ön izleme bilgisi elde edilmi olmaktadr. Gerçekte bir tat üzerinde yaylanr ve yaylanmaz kütleler arasnda bu iki bloun hareketlerinden farkl bir yönde kuvvet üreterek sönümleme etkisi yaratabilecek her sistem aktif bir eyleyici olarak kullanlabilmektedir. Elektromekanik eyleyicilerde buna en güzel örnekleri tekil etmektedirler. Örnein Hoogterp ve ark. (1997) bu düünce ile ele aldklar süspansiyon sistemi yapsnda eyleyici olarak bir elektrik motoru kullanmlardr. Ancak motorun dönel hareketini dorusal harekete çevirmeyip tekerlek grubuna dorudan balayarak düey dorultudaki hareketleri sönümlemeye çalmlardr. Bu balant ekliyle özellikle çok tekerlekli zrhl araçlar üzerinde tatmin edici sonuçlar elde etmilerdir. Weeks ve ark. (1999) ve (2000) nn yaptklar çalmalarda ise eyleyici olarak yine bir DC motor kullanmlardr. Ancak Hoogterp in çalmasndan farkl olarak motorun dönel hareketini dorusal harekete dönütürerek sisteme uygulamlardr. Sistemde bir elektrik motorunun kullanm ile hidrolik sistemlere göre hem yer kazanm açsndan hem de hareketlere çok daha hzl yant vermesi açsndan avantaj salamlardr. Bu türden bir eyleyicinin en büyük dezavantaj ise dört tekerlek grubu için birer eyleyici kullanm düünülürse sistemin tümü için ihtiyaç duyulan enerji miktarnn fazla oluudur. Weeks ve arkadalar yaptklar gerçek denemelerde düzgün yol koullarnda oldukça uygun sonuçlar elde etmi, bozuk yol koullarndaki sonuçlarda kabul edilebilir seviyelerde kalmtr. Bununla birlikte yukarda bahsedilen tipte bir eyleyici yaps ile gerçekletirilen aktif süspansiyon sistemlerinde tat gövdesi düey ivmelenme ve yerdeitirme deerlerinde pasif sistemlere göre 2,5 kata kadar daha iyi sonuçlar elde etmilerdir. Weeks ve arkadalarnn dönel elektrik motorundan dönüümle elde ettikleri dorusal hareketi salamak amacyla Holdman ve ark. (2001) pasif yay ve sönümleyici içeren geleneksel süspansiyon sistemine düey dorultuda hareket eden bir elektromagnet yaps ilave etmilerdir. Bu eklenti ile sistemlerde oluan sönümleme kuvveti eksikliini gidermeye çalmlardr. Tatlar üzerinde ilerledikleri yol yüzeyinde gerçekte çok karmak yol profillerine maruz kalmaktadrlar. Karaçay (2002) a göre bir yol profili; yol yüzeyinin

16 7 sanal bir çizgiden alnan iki boyutlu kesiti olarak tanmlanmaktadr ve aadaki ekildeki gibidir. ekil 2.3. Yol profilleri (Karaçay 2002) Gillespie (1992) ye göre tat sürü karakteristiinde en etkili olan titreim kayna yolda mevcut ekil 2.3 deki gibi pürüzlülüklerdir. Bu pürüzlülük yol üzerindeki çukurlar, kasisler, yol yapm hatalar ve yapmda kullanlan malzemelerin karakteristik özelliklerinden olumaktadr. Yaplan çalmalar sonucunda, sabit hzla ilerleyen bir tat için üzerinde ilerledii yolun pürüzlülüünün normal dalm gösterdii anlalmtr. Buna göre; yol pürüzlülüünü deneysel ölçümlerle elde etmek yerine bunlara yakn sonuçlar veren farkl formüller gelitirilmesi yoluna gidilmitir. Buradaki amaç analitik çalmalar için genel bir ifade elde etmek olmutur. Böyle bir amaçla çalmalar yapan Robson (1979) ilk olarak yol yüzeyinin pürüzlülüünün spektral younluunu veren ifadeyi elde etmitir. Bu çalmay takip eden Sharp ve Crolla (1987) nn çalmasnda ise belirlenen üç farkl yol tipi (tali yol, ana yol, otoyol) için Robson n formülünde yer alan pürüzlülük katsaysnn alabilecei deer aralklar ve ortalama deeri verilmitir. Gillespie (1992) ise güç spektral younluk fonksiyonu ifadesini gelitirerek pürüzlülük katsays deerinin yan sra yol yapmnda kullanlan materyale ilikin bir katsayy daha ifadeye eklemitir. Gillespie ye göre bu denklem uygun bir rassal say serisiyle birlikte kullanldnda tipik bir yol için pürüzlülüün spektral younluunu ifade eden sonuçlar üretmektedir. Sayers ve Karamihas (1998) yaptklar çalmalarnda pürüzlülüü tatn ilerledii tekerlek izinin yükselti profiliyle tanmlamlar ve bunlar geni bantl rassal

17 8 sinyaller olarak snflandrmlardr. Bu amaçla yol profilini matematiksel fonksiyonlarla ifade etmiler bu amaç için de trigonometrik fonksiyonlardan faydalanmlardr. Sayers ve Karamihas a göre tipik bir yol profili dorudan bir sinüs erisine benzememekle birlikte bir seri sinüs erisine ayrlabilmektedir. Böylece karmak ekilli fonksiyonlar matematiksel olarak deiik dalga boylar, genlikler ve fazlarndan oluan sinüs erilerinin bir araya getirilmesiyle oluturulabilmilerdir. Yol profilini oluturmak için birbirine eklenmesi gereken sinüs erilerinin genliklerini de ayrk fourier dönüümü yardmyla hesaplamlar, bu sayede rassal bir olayn içerisindeki farkl frekans bileenlerinin etkileri ayr ayr ortaya çkarabilmilerdir. Bu noktaya kadar tatlarn üzerinde ilerledikleri yolun yani titreim hareketlerinin modellenmesine ilikin çalmalara yer verilmiti. Takip eden çalmalarda ise titreim hareketlerinin insan üzerindeki etkilerini incelenmitir. Bu konuda çalmalar yapanlardan birisi olan Yang (2001) a göre bu titreimler genellikle karmak bir yapya sahip olup, birçok frekans bileenlerinin bir araya gelmesinden olumakta ve zaman içerisinde çok farkl yönlerde oluabilmektedir. Yang tatlarda maruz kalnan bu titreim hareketlerinin insan üzerinde baz psikolojik ve biyolojik etkiler yarattn belirtmektedir. Griffin (2001a) ve (2001b) ise çalmalarnda bu titreim hareketlerinin insan sal üzerinde etkili olan esas bileenlerini ortaya çkarmaya çalmtr. Böylece insan vücudunun bir ya da iki frekans deerine kar hassas olduunu ortaya koymu ve bu frekans deerlerini insan vücudunun rezonans frekanslar olarak belirtmitir. Maruz kalnan titreimlerin snflandrlmas konfor ve insan salna etkileri açsndan snflandrlmas daha da eski tarihlere dayanmaktadr. Bu konudaki ilk ve en önemli çalma Janeway (1975) tarafndan yaplmtr. Janeway, tatn tek bir frekans bileenine sahip sinüzoidal tipte düey dorultulu titreime maruz kald durum için konfor açsndan farkl ölçütler ve limit grafikler tanmlamtr. Günümüzde Janeway Konfor Ölçütleri olarak anlan bu kriterler Society of Automotive Engineers = SAE tarafndan da kabul görmü olup, bir standart olarak uygulanmaktadr. Benzer türde bir çalma International Organization for Standardization = ISO tarafndan da gerçekletirilmitir. ISO adyla yaynlanan bu standartta ISO, insanlar için titreime maruz kalma süresi ve titreim hareketinin ivmelenme deerine bal yorgunluk ya da tahammül snrlarn belirleyen ölçütler yaynlamtr (Anonim 1997) Ayn zamanda standart içerisinde, insann absorbe edebildii titreim doz aralklar ile yolun düzgünlük snfn veren ölçütlerde yer almaktadr.

18 9 Maruz kalnan titreimin insan vücudu üzerinde yorgunluk hissinden sonra en sklkla görülen etkilerinden birisi de tat tutmasdr. ISO gibi standartlar yaynlayan bir kurulu olan British Standart = BS tarafndan yaynlanan ilgili standarda göre düük frekansl ve düzenli maruz kalnan titreim hareketi tat tutmasna yol açmaktadr (Anonim 1987). Bu standardn içerisinde tat tutmas için bir doz formülü belirtilmi olup, ayrca frekansa bal limit deer grafikleri de verilmitir. Bir fiziksel sistemi en iyi ekilde ele alp inceleyebilmek için o sistemi en gerçekçi ekilde modellemenin ne derece önemli olduu gayet açktr. Bu nedenle süspansiyon sistemlerini ve üzerinde bulunduu tat sistemini modellemek adna da birçok çalmalar yaplmtr. Örnein Williams (1997a) süspansiyon sistemlerini titreimleri sönümleme özelliklerine göre pasif, yar aktif ve aktif olmak üzere 3 ana grupta ele almtr. Williams a göre pasif sistemler yaplarnda geleneksel elemanlarn kullanld süspansiyon sistemleri olup bu elemanlarn karakteristik parametre deerleri sürü esnasnda deitirilememektedir. Bu özellikleriyle pasif süspansiyon sistemleri kendilerinden beklenen performans (tat gövdesinde minimum ivmelenme deeri hissedilmesi ve yol tutu kuvvetinin sürekliliinin salanmas) her zaman salayamamaktadr. Bu nedenlerle yar aktif ve aktif sistemler ortaya çkmtr. iren (1996) e göre böyle bir sistem balangçta arzu edilen kullanm tipine göre tasarlanmakta, karakteristik parametre deerleri sistem tasarmclar tarafndan istenilen amaçlar gerçekletirecek dorultuda belirlenmektedir. AutoZine (2006) e göre farkl yol ve sürü koullarnda konfor ve güvenlik ölçütlerini ayn ekilde muhafaza etmek için tat süspansiyon sisteminde yer alan parametrelerin deitirilebilmesi gerekmektedir. Bunun için yay ve sönümleme katsays tat kullancs tarafndan daha önceden belirlenmi deerlere ayarlanabilen yaplara gerek duyulmaktadr. Bu türden sistemlerde kullanc uygun yol koulu (otoban, ehirleraras yol, bozuk yol vb.) ya da sürü ekline (spor kullanm, ekonomik kullanm vb.) göre balangçta istedii deeri (yumuak, orta, sert gibi) ayarlayabilmektedir. te bu ihtiyaç sebebiyle yar aktif ve aktif sistemler ortaya çkmtr. Yar aktif bir süspansiyon sistemini gerçeklemek için gerekli olan sönümleme parametre deeri deitirilebilen türde eyleyiciler ile sistemi güncellemektir. Emura ve arkadalar (1994) sürü esnasnda sönümleme katsays deitirilebilen bir eleman gerçekletirebilmek amacyla rotoru sönümleyicinin pistonuna balanm bir step motordan faydalanmlardr. Bu step motorun dönü hareketi sayesinde piston

19 10 üzerindeki valflerin geniliklerini deitirerek sönümleyici içerisindeki ak miktarn deitirmilerdir. Ancak bu türede bir eleman kullanarak sönümleyiciye sadece sert ve yumuak olmak üzere iki farkl sönümleme deeri salayabilmilerdir. Bu çalmay takip eden Teramura ve arkadalar (1997) ise ayn türde bir sönümleyici ile çalmlar ancak sönümleyicinin sert ve yumuak deerine geçilerini ayarlayan farkl bir algoritma ile bu eleman çaltrmlardr. Bu sayede tat gövdesinde hissedilen ivmelenme deerinde bir iyileme salamlardr. Yine ayn türde bir eleman ile çalmalar yapan Yoshida ve arkadalar (1999) ise sönümleyicinin alabildii deer saysn arttrmak amacyla step motor için yeni bir tasarm gelitirmilerdir. Step motorun yapt daha küçük hareketler sayesinde sert ve yumuak sönümleme deerlerinin arasnda da deerler elde edilmitir. Sönüleme katsaysnn bu iki farkl ekilde ayarlanmas yar aktif süspansiyon sistemlerini Gordon ve Sharp (1998) n çalmalarnda da belirttii gibi açk-kapal ve sürekli deiken yar aktif sistemler olmak üzere kendi içerisinde iki gruba ayrmtr. Sürekli deiken yar aktif sistemler aktif sistemlere yakn performans deerleri göstermekte olup aktif sistemlerin ortaya çkmasnda temel oluturmulardr. Liu ve arkadalar (2005) da çalmalarnda açk-kapal ve sürekli deiken yar aktif sistemlerin her ikisini de kullanarak sürekli deiken sistemlerin avantajn ortaya koymulardr. Kaydedilen gelimeler dorultusunda, yar aktif sistemler için sönümleme katsays birçok farkl deere ayarlanabilir türde sönümleyicilere duyulan gereksinimi geleneksel yaplarla karlamak güçlemitir. te bu nedenle süspansiyon sistemlerinde, malzeme bilimindeki gelimelerden faydalanlarak türetilmi yeni materyallerin kullanmna gidilmitir. Bu materyaller smart sfatyla snflandrlmlardr. Pinkos ve Shtarkman (1996) a göre; smart materyaller, karakteristikleri denetlenebilen, kestirilebilen ve gözlenebilen materyal snfn oluturmaktadr. Bu türden materyallerin karakteristikleri elektrik ya da manyetik alan gibi bir d etki ile denetlenebilmekte ve enerji materyale uygulandnda materyalde baz kestirilebilir ve tekrarlanabilir deiimler olumaktadr. Kat ve sv formlar bulunan bu malzemelerin kat formda olanlarna bir örnek piezoelektrik malzemelerdir. Bu malzemeler elektrik ve mekanik enerjiler arasnda denetlenebilir bir enerji dönüümü salamaktadr (MSI 2005). MSI ve McConnell (2001) n da çalmasnda belirttii gibi piezoelektrik etki olarak adlandrlan bir etkiye göre bu türden bir molekül yaps bir elektriksel alana maruz brakldnda fiziksel yapsnda deiim (genleme ve büzülme gibi)

20 11 gözlenmektedir. te bu etkiden faydalanlarak farkl sönümleyici tasarmlarna gidilmitir. lk olarak Thirupathi ve Naganathan (1995) piezoelektrik seramik yaplar art arda balayarak makro boyutlarda titreim hareketlerini bastrabilecek deneysel tasarmlar üzerinde durmulardr. Oldukça düük cevap süreleri ile mükemmel performans göstermesine karn yüksek gerilim ihtiyac sebebiyle bu deneysel yaplar uygulamaya geçirilememitir. Yinede bu çalmaya paralel yöndeki çalmalarla piezoelektrik materyaller tatlar üzerindeki yüksek frekansl gürültü ve titreimlerin bastrlmas uygulamalarnda younlukla kullanlmlardr (Anonim 2006a). Süspansiyon sistemlerinde kullanlan sv fazdaki smart materyallere güzel bir örnek ise Rheological svlardr. Bunlar üzerine bir enerji alan uygulandnda enerji alannn deiimleri ile ak özellikleri (viskozitesi) deiebilen svlardr (Jordan ve Shaw 1989) bir enerji alan uygulanmas ile birlikte tanecikler belirli bir formda (kolonlar eklinde) sralanmakta ve bunlarn krlmas için gerekli enerji miktar artmaktadr. Bu da alkann yapkanlk gücünü (viskozite) arttrmaktadr. Alan kaldrld zaman parçacklar eski konumlarna geri dönmektedirler. Pinkos ve Shtarkman (1996) a göre rheological akkanlarn enerjiyi bu ekilde absorbe edebilmeleri süspansiyon sistemlerinde sönümleyicilerin enerji sönümlemesinde kullanlabileceini göstermektedir. Bu düünceden yola çkan Chung ve Shin (2004) electro-rheological sv içeren bir yar aktif sönümleyici tasarlamtr. Bu yap içerisindeki sönümleyicide bir elektrik alan uygulandnda valfler arasnda gözlenen ak hareketinin daha büyük bir dirençle karlamasn salam, yani sönümleme kuvvetini uyguladklar elektrik alan ile deitirilebilmilerdir. Ayn prensibin kullanld baka bir çalmada (Anonim 2006b) ise electrorheological sv yerine magneto-rheological sv kullanlmtr. Bu türden bir sönümleyicinin ve içerisindeki materyalin yaps ekildeki gibidir.

21 12 ekil 2.4. Akkan olarak rheological sv kullanlan sönümleyici yaps (Anonim 2006b) Fischer ve Isermann (2004) n çalmasnda ise pasif sistemlerle yar aktif sistemlerin performans arasnda ayrntl bir karlatrmaya gidilmitir. Buna göre; yapsnda rheological akkan kullanlan benzer bir sönümleyiciyle gerçeklenen yar aktif süspansiyon sisteminde pasif elemanlar kullanlan bir süspansiyon sistemine göre sürü konforu açsndan %20-30, sürü güvenlii açsndan da %10-25 arasnda daha iyi sonuçlar elde edilmektedir. Aktif süspansiyon sistemlerinde ise bu oranlar sadece ve sadece sürü konforu için >%30 ve sürü güvenlii için de %25 e çkmaktadr. Sonuç olarak basit yaplar olan ve çok az harici enerji kayna gerektiren yar aktif süspansiyon sistemleri aslnda oldukça iyi performans deerleri sunmaktadr. Bütün sistemlerde olduu gibi süspansiyon sistemlerinin de hareketlerini belirleyen bir denetim yapsna ihtiyaç duymaktadrlar. Bu amaçla birçok farkl süspansiyon denetim yöntemi gelitirilmitir. Bunlardan en yaygn olarak bilinen yöntem Skyhook süspansiyon denetim yöntemidir. Emura ve arkadalar (1994) nn çalmalarnda yaptklar tanma göre; ideal skyhook süspansiyon denetimi, süspansiyon sönümleyicisinin tat gövdesi ile onunla ayn hzda hareket eden ve havada asl bir sabit varsaymsal nokta arasna baland kabul edilen hayali bir süspansiyon modeline dayanmaktadr. Yine Emura ve arkadalarna göre bu türden bir montaj sönümleyicinin kütleyle ayn yerdeitirmeye sahip olmas, böylece tatn yol yüzeyinden bamsz bir biçimde ilerlemesi anlamna gelmektedir.

22 13 Pratikte skyhook sönümleyicinin havada asl duran bir referans noktasna bal olmas mümkün olmadndan, sönümleyici tat gövdesi ile tekerlek grubu arasna monte edilmektedir. Gerekli olan skyhook sönümleme kuvveti de bu yeni sönümleyici tarafndan uygulanmaktadr (Ahmadian 2001). Skyhook süspansiyon denetimi tat gövdesini yoldan gelen etkilerden izole etmek amacyla uygulanmaktadr. Ahmadian çalmasnda ayn zamanda tekerlek grubunun yoldan gelen etkilerden izole edilmesini salayan groundhook süspansiyon denetiminden de bahsetmitir. Groundhook süspansiyon denetimi prensipte skyhook denetimine benzemektedir. Farkl olarak sönümleyici havadaki deil yer yüzeyindeki sanal bir referans noktasna balanmaktadr. Ahmadian (2005) dier bir çalmasnda ise skyhook ve groundhook denetimlerinin avantajlarn bir araya getiren Hibrid süspansiyon denetiminden de bahsetmitir. Bu denetim yönteminde hem bir skyhook hem de bir groundhook sönümleyicisi yer almaktadr. Ahmadian çalmasnda ayrca hibrid denetim yönteminin ilev arln belirlemek için kullanlan dorusal bir ifadeye de yer vermitir. Hwang ve ark. (1998) ile Hong ve ark. (2002) yaptklar çalmalarnda skyhook denetim yapsnda baz deiikliklere giderek daha iyi performans almak için çalmlardr. Bunun için skyhook sönümleyicinin yanna ilave olarak sönümleme katsays ayarlanabilir bir sönümleyici daha ilave etmiler, ardndan bu sönümleyicilerin sönümleme katsaylar yol giriinin bir fonksiyonu olarak düünerek denetim giri iareti aadaki gibi ele almlardr. Skyhook denetim yöntemi haricindeki çalmalara bir örnek olarak Kuo ve Li (1999) nin çalmasn vermek mümkündür. Kuo ve Li çalmalarnda hidrolik akkanl bir eyleyici kullanmay tercih etmiler, eyleyicinin üretecei kuvveti ise yol ve tat üzerinden elde edilen verilerin genetik algoritmalar ve bulank mantn birlikte kullanld bir denetim yöntemi ile hesaplamlardr. Optimal denetim stratejisi ise bir baka aratrlan süspansiyon denetim yöntemi konusu olmutur. Optimal denetim teorisi, optimizasyon algoritmalarnn kullanld denetim ilkeleriyle ilgili bir matematiksel alandr. Bu teori; ele alnan bir sistem için tanmlanan deer fonksiyonunun minimize edilmeye çallmas esasna dayanmaktadr. Süspansiyon sistemleri için de optimal denetim teorisini uygulamak mümkün olmaktadr. Bunun için öncelikle süspansiyon sistemlerinin performans ölçütlerinin ortaya konulmas gerekmektedir. Sam ve ark. (2000) ile Gao ve ark. (2006) tarafndan bu en önemli olan dört ölçüt; sürü konforu, sürü güvenlii, süspansiyon çalma

23 14 aral ve sönümleyici gücü olarak sralanmtr. Bunlardan son üçünün gerçekte sadece sisteme ait snrlandrmalardan ibaret olduu, sadece ilk ölçütün minimize edilmesi gerektii görülmektedir. Sam ve arkadalarna göre; bir süspansiyon sistemi için denetim kanunlarn tasarlarken güdülen strateji, son üç performans ölçütünü istenilen deer aralklarnda tutarken düey dorultulu gövde ivmelenme deerini minimize etmeye çalmak eklinde olmaldr. Roh ve Park (1998) ile He ve McPhee (2005) çalmalarnda bu ölçütler nda bir deer fonksiyonu tanmlamlar ve optimal denetim stratejisinin amac olarakta bu deer fonksiyonunu minimize etmeye çalmay koymulardr. He ve McPhee (2005) seçtikleri uygun arlklandrma katsaylar ile LQG (Linear Quadratic Gaussian) algoritmalar kullanarak pasif sistem ile elde edilen gövde ivmelenmesi deerlerinde yaklak %30 azalma salamlardr. Kendi gelitirdikleri ve içerisinde genetik, LQG ve Kalman filtre algoritmalar gibi yöntemleri birletiren iki farkl A-i-O (All in One) algoritmas ile de yine gövde ivmelenmesi deerlerinde pasif sisteme göre %50 ve %65 azalma salamlardr.

24 15 3. MATERYAL VE METOD Günümüzde karayolu tatlarnda arlkl olarak pasif titreim kontrolü uygulanmaktadr. Pasif titreim kontrollü süspansiyon sistemlerindee araç titreimlerini bastrma ilevi geleneksel sönümleyici tarafndan salanmaktadr. Ancak, son yllarda karayolu tatlarnda ek enerji gereksiniminee ihtiyaç duyan ve bir veya birden çok eyleyici kullanmn gerektiren aktif titreim kontrolü konusundaki aratrmalarr giderek güncellik kazanmaktadr. Bu tezz kapsamnda oluturulacak aktif titreim kontrol sisteminde araç titreimleri bastrma yeteneini arttrmak amacyla tat gövdesi ile tekerlek grubu arasna bir dorusal eyleyici eklenecektir. Böylece,, sistemdeki viskoz sönüm kuvvetine ilave bir sönümleme kuvveti eklenmi olacak, sistem aktif f titreim kontrollü bir süspansiyon sisteminee dönüecektir. Tez çalmas kapsamnda a öncelikle bir karayolu tatnaa ait iki serbestlik dereceli çeyrek tat modeli oluturulacak, modele aktif titreim kontrolü gerçekletirmek üzere bir lineer servomotor yerletirilecektir. ekil3.1. de görülen aktif titreim kontrol sisteminin matematiksel modeli elde edildikten sonra ms kütlesine ait titreimleri kontrol ederek sürü konforunu ve yol tutuunu gelitirecek farkl türlerde kontrolcüler tasarlanacaktr. Gelitirilecek kontrolcüleri in PID ve e Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk tabanl kontrolcüler olmas öngörülmektedir. MATLAB Simulink ortamnda yaplacak benzetimlerle gelitirilen farkl f türlerdeki kontrolcülerin performans mukayese edilerek bu kontrolcülerin kullanlabilirlii irdelenecektir. ekil 3.1 Lineer sevomotor eklenerekk oluturulan aktif a titreim kontrol sistemi

25 16 Araç-yol etkileimini incelemek üzere yaplacak bilgisayar benzetimlerinde yaygn olarak kullanlan sinüzoidal, basamak fonksiyonu, trapez fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlükleri kullanlacaktr. Literatürde bulunan birçok çalmada yol düzgünsüzlüü olarak sinüs, rampa, step fonksiyonlar gibi hazr fonksiyonlar kullanlmaktadr. Bunlara ek olarak gelitirilen sistemin rasgele deien yol düzgünsüzlüü etkisindeki performans da incelenecektir. Tez çalmas kapsamnda, gelitirilen çeyrek araç modelinin ADAMS ortamnda kat modeli oluturulacak, oluturulan model MATLAB/Simulink ortamna aktarlacak, MATLAB/Simulink ortamnda yaplan bilgisayar simülasyonu sonuçlar sistemin matematikselmodeli kullanlarak yaplan simülasyon sonuçlar ilekarlatrlarak ADAMS modelinin kullanlabilirlii irdelenecektir.

26 17 4. KARAYOLU TAITLARINDA TTREM KONTROLÜ Karayolu tatlarnda yoldan ya da sürüten kaynaklanan titreimleri sürü güvenliini azaltmadan bastrmak için süspansiyon sistemlerinden faydalanlmaktadr. Bu sistemlerin hepsi deiik özellikte elemanlardan oluabilmesine ramen sonuç olarak ayn amaca hizmet etmektedir. Süspansiyon sistemleri tat üzerinde tekerlek grubu ile tat gövdesi arasna yerletirilerek titreimlerden kaynaklanan etkilerin azaltlmasna çallmaktadr. Bununla birlikte bu sistemler farkl görevleri de ayn anda yerine getirmektedirler. Tatlardaki süspansiyon sistemlerinin görevlerini aadaki gibi maddeler halinde de sralamak mümkündür: Sürü esnasnda tekerlekler ile birlikte çalarak yolcular veya tanan yükü korumak ve sürü konforunu iyiletirmek amacyla yol yüzeyinin yapsndan kaynaklanan titreimleri, salnmlar ve ani oklar sönümleyerek bastrmak ya da yumuatmaktr. Böylece ayn zamanda asi ve kaporta da korunmu olmaktadr. Aks grubunun üzerinde tat kütlesini tamakta ve deiken koullara göre bu ikisi arasndaki geometrik dengeyi salamaktadr. Tekerlekler ve yol arasndaki temasn kaybolmamasn ve belirli bir kuvvette sabit kalmasn salayarak tatn güvenli manevralar (dönüler, erit deitirmeler, ani duru ve kalklar vb. gibi) yapmasna olanak vermektedir. Yol yüzeyi ve tekerlekler arasndaki oluan sürtünmeye bal olarak oluan sürü ve fren kuvvetlerini tat gövdesine iletmektedir. Görüldüü üzere süspansiyon sistemlerinin ana amac sönümleme eylemini gerçekletirmektir. Bu sönümleme özelliklerine göre süspansiyon sistemlerini kendi içlerinde snflandrmak mümkün olmaktadr. Yoldan gelen ya da sürü eklinden kaynaklanan titreimleri sönümleme özelliklerine göre tat süspansiyon sistemleri 3 ana grupta ele alnmaktadr: Pasif Süspansiyon Sistemleri Yar Aktif Süspansiyon Sistemleri Aktif Süspansiyon Sistemleri

27 Titreim Sönümleme Özelliklerine Göre Tat Süspansiyon Sistemleri Pasif Süspansiyon Sistemleri Bir pasif süspansiyon sistemi karakteristik deerleri sabit olan ve tat seyri esnasnda bu deerleri deimeyen elemanlardan (yani geleneksel yay ve sönümleyici) olumaktadr. Bu karakteristik deerler sistem tasarmclar tarafndan tatn tasarm esnasnda istenilen amaçlar (sürü konforu ve sürü güvenlii) gerçekletirecek dorultuda belirlenmekte ve araç üzerine montajlanmaktadr. Pasif süspansiyon sistemlerinde bu noktadan sonra eleman deerlerinin deitirilmesinin tek yolu yeni deeri tayan elemanlarn sisteme taklmasdr. ekil 4.1. Pasif süspansiyon sistemi yaps ekil 3.1 deki gibi bir pasif süspansiyon sistemi yay üzerinde enerji depolayabilme ve sönümleyici vastasyla da bu enerjiyi databilme yeteneine sahiptir. Bu yap; tat gövdesini ve süspansiyon sistemi blounu temsil eden yayl kütle ve tekerlek ile balant elemanlarn temsil eden yaysz kütleden olumaktadr. Sistemdeki yaylanma katsaylar k ve sönümleme katsaylar ise c harfi ile temsil edilmekte ve bu parametre deerleri sürü esnasnda deitirilememektedir. Günümüz tatlarnda farkl modeller için kullanlan tüm tat parametrelerinin tipik deerleri Ek- 1 de verilmitir (Ahmed 2001). Süspansiyon sisteminin oluturulmasnda, üzerindeki tüm yükü tayabilecei ekilde bir kez yay seçildikten sonra geriye istenilen sönümleme etkisini salayacak sönümleyici katsaysnn belirlenmesi kalmaktadr. Sistem için eer küçük bir sönümleme katsays seçilirse; yayl ve yaysz kütlenin doal frekanslarna sahip bir yol bozukluu ile karlaldnda tat gövdesinde rezonans hareketleri gözlenmektedir.

28 19 Buna karn yoldan gelen yüksek frekansl bileenlere karn iyi izolasyon salamaktadr. Büyük bir sönümleme katsays seçildiinde ise; tersi biçimde rezonans hareketlerinde azalma görülmektedir. Ancak bununla birlikte yüksek frekansl titreimlere kar daha az izolasyon salamaktadr. Yani tat gövdesinde daha fazla titreim hissedilmektedir. Farkl yol ve sürü koullarnda konfor ve güvenlik ölçütlerini ayn ekilde muhafaza etmek için tat süspansiyon sisteminde yer alan parametrelerin deitirilebilmesi gerekmektedir. Ancak pasif süspansiyon sistemlerinde bu parametreler deitirilemediinden tat üreticisi, uygun yol koulu (otoban, ehirleraras yol, bozuk yol vb.) ya da sürü ekline (spor kullanm, ekonomik kullanm vb.) göre balangçta istedii deerde (yumuak, orta, sert gibi) eleman kullanmaktadr Yar Aktif Süspansiyon Sistemleri Pasif süspansiyon sistemlerinde, tatn oluturulmas esnasnda yaplan süspansiyon sistemi parametrelerinin seçimi ileminin seyir esnasnda yaplabilir olmas yar aktif süspansiyon sistemlerinin ortaya çk nedenini oluturmaktadr. Bu türden sistemlerde pasif yay eleman yerini korurken sönümleyici, sönümleme katsays dardan ayarlanabilir olan modelleriyle deitirilmitir. Ancak pasif süspansiyon sistemlerinde parametre deiimi gibi bir eylem mevcut olmadndan bu ilem için fazladan bir enerji kaynana ihtiyaç duyulmazken, yar aktif süspansiyon sistemlerinde sönümleme katsaysn ayarlama ve denetleyici sistemler ile alglayclar çaltrmak için harici bir enerji kaynana ihtiyaç duyulmaktadr. ekil 4.2. Yar aktif süspansiyon sistemi yaps

29 20 ekil 3.6 da yaps verilen sistemden de görüldüü üzere; yar aktif süspansiyon sistemlerinde pasif sistemden farkl olarak sönümleme kuvveti ayarlanabilir bir sönümleyici sistemde mevcuttur. Gerekli sönümleme kuvveti, alglayclar vastasyla tat üzerinden toplanan veriler kullanlarak denetim stratejisinde belirlenen metotla denetleyici tarafndan hesaplamakta ve sönümleyiciye bunun için gerekli iaretler gönderilerek sönümleme katsays ayarlanmaktadr. Bu noktada önemli olan, sönümleme kuvvetinin hem sönümleme katsaysna hem de sönümleyicinin bal hzna (tat gövdesi ve tekerlek grubu hzlar fark) bal olmasdr. Yar aktif sönümleme sistemleri sönümleme katsaysnn deerinin deitirilme aralna göre iki ayr grupta ele alnabilmektedir. Bunlara ilikin sönümleme katsays deiim grafikleri ekil 3.7 da görülmektedir. Açk Kapal yar aktif süspansiyon sistemleri Sürekli deiken yar aktif süspansiyon sistemleri ekil 4.3. Yar aktif süspansiyon sistemleri için sönümleme katsaysnn deer aralklar a. açk kapal ve b. sürekli deiken sistemler için Yukardaki ekilde sönümleyici bal hzna bal sönümleme kuvveti grafikleri verilen bu yar aktif süspansiyon sistemlerinden ilki olan açk kapal yapda; denetim algoritmas tarafndan belirlenen ölçütlere göre sönümleyici ya açk ya da kapal konuma geçmektedir. Açk konuma geçtiinde ekil 3.7.a daki grafikte görüldüü gibi sert (yüksek) sönümleme katsaysna sahip olmaktadr. Kapal konuma geçtiinde ise yumuak (düük) sönümleme katsaysn almaktadr. deal koullarda kapal konumda iken sönümleme katsaysnn sfr olmas gerekir ancak pratikte bunu salamak mümkün olmadndan salanabilecek en küçük katsay bu deer olarak alnmaktadr.

30 21 Sürekli deiken yapda ise, açk kapal yapda olduu gibi sönümleyici açk ya da kapal konumlara geçmektedir. Ancak açk konumda iken sönümleyicinin yaps farkl sönümleme katsays deerlerini salayabilecek ekilde düzenlenmitir. ekil 3.7.b deki grafikte gölgeli ksm sönümleme katsaysnn farkl deerler alabildii aral göstermektedir. Denetim algoritmas tarafndan belirlenen ölçütlere göre sönümleyici, gölgeli ksmdaki kesikli çizgilerle gösterilen sönümleme katsays deerlerinden birine ayarlanabilmektedir. ekil 3.7.b de de görüldüü üzere yar aktif sistemlerle taral alan dnda sönümleme deerleri elde edilememektedir. Yar aktif süspansiyon sistemlerinde ekil 3.7 deki grafiklerde de görüldüü üzere istenilen her sönümleme katsays deerinin elde edilemeyii ve sönümleme kuvvetinin hala tat gövdesi ve tekerlek grubunun hareketine baml olmas yüzünden ortaya çkan kstlamalar aktif süspansiyon sistemlerinin kullanlmasyla giderilmeye çallmaktadr. Aktif süspansiyon sistemlerinde, pasif sistemlerdeki yay eleman sönümleyicinin tipine ve kullanm ekline göre bazen yerini korumakta bazen de tamamyla sistemden kaldrlmaktadr. Sönümleme katsays ayarlanabilir olan sönümleyici de yerini bir eyleyiciye brakmaktadr. Aktif süspansiyon sistemlerindeki eyleyici; enerji bakmndan tamamen bir harici kaynaa baml ancak tat hareketlerine baml olmayan bir sönümleme kuvveti kaynadr. Yay elemann içermeyen yaplarda tat gövdesinin tüm arl da eyleyici tarafndan dengelenmektedir. Bunun sonucu olarak daha da fazla bir enerji ihtiyac ortaya çkabilmektedir. Yukarda bahsedildii gibi eyleyici tipine ve kullanm ekline göre aktif süspansiyon sistemlerinin farkl modelleri mevcuttur. ekil 3.8 de iki farkl model yaps görülmektedir. ekil 3.8.a da tat gövdesi sistemdeki yay tarafndan desteklenmektedir. Böylece gövdenin arl duraan koullarda dengelenmi olmaktadr. Eyleyici sadece yoldan ve sürü eklinden kaynaklanan hareketleri bastrmak için sönümleme kuvveti oluturmak amacyla kullanlmaktadr. ekil 3.8.b de ise yayl ve yaysz kütlelerin arasnda sadece eyleyici bulunmaktadr. Eyleyici ürettii kuvvet ile hem tat gövdesinin arln tamakta hem de tatn hareketinden kaynaklanan titreimlerin önüne geçmeye çalmaktadr. Süspansiyon sistemi olarak bu model tercih edilen tatlarda ayn zamanda tatn yerden yüksekliini ayarlamakta mümkün olmaktadr. Böylece yol tipine (otoyol, ehirleraras yol, off-road gibi) ya da sürü ekline

31 22 (ekonomi, konfor, sportif) göre seçimler yaplarak tattan daha fazla konfor ve sürü performans elde edilebilmektedir. ekil 4.4. Aktif süspansiyon sistemi yaplar a. yay destekli aktif model b. tam aktif model Aktif süspansiyon sistemleri getirdikleri performans artna ramen harici bir enerji kaynana gereksinim duymalar yüzünden bu türden süspansiyon sistemi kullanan araçlar için bir maliyet art ve kompleks bir yapya sebep olabilmektedir. Bununla birlikte gelien teknoloji ile birlikte maliyetlerde düme ve yaplarda da basitlemeler gözlenmektedir. 4.2 Çeyrek Tat Modeli En basit yapdaki süspansiyon modeli olan iki serbestlik dereceli çeyrek tat modeli ekil 4.5 de görülmektedir. Bu modelde M 1 ile gösterilen yayl kütle tüm tat arlnn 1/4 üne eit alnmaktadr. M 2 ile gösterilen yaysz kütle ise tekerlek ve buna bal olan aks grubunun arldr. k katsaylar ve b katsaylar ise srasyla yaylanma ve sönümleme katsaylardr. X1 ve X2 ise W yol giriinin etkisiyle oluan düey dorultulu yer deitirmelerdir. Tatn düey dorultudaki titreim hareketlerinin incelenmesi için yeterli bir modeldir.

32 23 ekil 4.5 Tat süspansiyon sistemi çeyrek tat modeli ki serbestlik dereceli çeyrek tat modeli üzerinde görülen parametreler aadaki gibidir: Tablo 4.1 Süspansiyon Sistemi Parametreleri Çeyrek Tat Kütlesi Süspansiyon Kütlesi Süspan Sisteminin Yay Katsays Tekerlein Yay Katsays Süspansiyon Sisteminin Sönüm Katsays Tekerlein Sönüm Katsays Aktif Süspansiyon Sistemli Çeyrek Tat Modeli Pasif süspansiyon sistemine sahip çeyrek tat modelinde titreimleri bastrma ilevi geleneksel sönümleyici tarafndan salanmaktadr. Bu model üzerinde sönümleme kuvvetini ayarlayarak sistemin titreimleri bastrma yeteneini arttrmak amacyla yayl ve yaysz kütle arasna (tat gövdesi ile tekerlek grubu arasna) bir eyleyici ilavesi yaplabilmektedir. Böylece ilave bir sönümleme kuvveti salanm olmakta ve sistem aktif bir süspansiyon sistemine dönümektedir. Eyleyici ilavesinden sonra çeyrek tat modeli ekil 4.6 deki hali almaktadr.

33 24 ekil 4.6 Aktif Süspansiyon Sistemi Çeyrek Tat Modeli Görüldüü üzere bu yeni modelde geleneksel sönümleyici varln sürdürmektedir. Bu sayede eyleyicinin yükü bir miktar azaltlmaktadr. Geleneksel sönümleyicinin yetersiz kald anlarda eyleyici devreye girerek ürettii ekstra sönümleme kuvveti ile süspansiyon sisteminin titreimleri bastrma yeteneini arttrmaktadr. Tablo 4.2 Aktif Süspansiyon Sistemi Parametreleri Çeyrek Tat Kütlesi 350 kg Süspansiyon Kütlesi 40 kg Süspansiyon Sisteminin Yay Katsays N/m Tekerlein Yay Katsays N/m Süspansiyon Sisteminin Sönüm Katsays 600 Ns/m Tekerlein Sönüm Katsays 800 Ns/m Kontrol Kuvveti N Newton Hareket denklemleri ile sistemin modellenmesi Fiziksel modelden matematiksel ifadeler elde edebilmek için öncelikle çeyrek tat modelinde kuvvetler dengesinden yola çkarak hareket denklemlerini oluturmak gerekmektedir.

34 25 (3.1) (3.2) ekil 4.7 Serbest Cisim Diyagramlar Görüldüü gibi aktif süspansiyon sistemi dorusal olan iki denklemden meydana gelmektedir. Sistemin sahip olduu serbestlik derecesi 2 olduu için iki ayr hareket denklemi bulunmutur Sistemin Lagrange Hareket Denklemi ile modellenmesi Bir dinamik sistemin hareket denklemlerinin bulunmas için genel bir yaklam olan Lagrange formülasyonu kullanlr. Lagrange L hareket denklemleri, sistemin potansiyel enerjisi V ve kinetik enerjisi T arasndaki fark olarak tanmlanr. (3.3) Kütlelerin kinetik enerjileri toplam; (3.4) (3.5) Yay elemanlarnn potansiyel enerjileri toplam; (3.6) (3.7) Sönüm elemanlarnn sya dönüen enerjilerinin toplam; (3.8) (3.9)

35 26 Toplam kinetik enerji ve toplam potansiyel enerji fark; (3.10) Sistemin birinci hareket denklemi (3.11) (3.12) (3.13) (3.14) (3.15) Sistemin ikinci hareket denklemi (3.16) (3.17) (3.18) (3.19) (3.20) Lagrange sonras bulunan son denklemler; (3.21) (3.22)

36 27 Görüldüü gibi aktif süspansiyon sistemi dorusal olan iki denklemden meydana gelmektedir. Sistemin sahip olduu serbestlik derecesi 2 olduu için iki ayr hareket denklemi bulunmutur Dorusal Sistemin Transfer Fonksiyonlarnn Elde Edilmesi Dorusal sistemin transfer fonksiyonunu bulmak için ilk olarak sistem denklemlerine Laplace dönüümü uygulamamz gerekir. Her iki denklemin laplace dönüümünü alrsak sistemin girii ve çk arasndaki ilikiyi gösteren transfer fonksiyonunu elde etmi oluruz. (3.23) (3.24) (3.25) (3.26) (3.27) (3.28) (3.29) (3.30) (3.31) (3.32)

37 Sistemin Durum Uzay Modeli Aktif süspansiyon sistemi dinamiini tanmlayan dier bir gösterim ekli ise sistemin durum uzay modelidir. Durum deikeni modellerinin altnda yatan temel kavram, herhangi bir anda sistemin dinamik koulunun sistemin durumu ile tamamen tanmlanm olmasdr. Durum, x1(t), x1(t), x n (t) durum deikeni takm ile ifade edilir. Giriler ile birlikte durum deikenlerinin bilgisi sistemin gelecekteki durumunun durum denklemlerinden bulunmasna olanak salar. (3.33) (3.34) (3.35) (3.36) (3.37) (3.38) (3.39) (3.40)

38 Sistemin Frekans Cevab Frekans cevab analizi dorusal, zamanla deimeyen sistemlerin incelenmesinde kontrol sistemleri tasarmcsna önemli bir tasarm anlay kazandrmaktadr. Frekans cevab, sinüzoidal giri ve çk sinyalleri arasndaki genlik ve faz farklarn ifade etmektedir. Frekans cevab analizi, sinüzoidal giri sinyali ve gürültü içeren sistemlerin sürekli rejim cevabn (sistemin cevabn) belirlemeye yardmc olur. Ayrca frekans boyutunda geri besleme sistemin kararllnn belirlenmesini, kazanç ve faz kavramlarnn kurulmasn salar. Bu kavramlara bal olarak daha iyi kazanç ve faz snrlar elde etmek için düzenlenen sistemlerin frekans cevabn deitirmeyi amaçlayan kontrol tasarm metotlar gelitirilmitir. Bir Bode diyagram nin genlik ve faznn ifade edilmesidir. Burada pozitif frekanslar içeren frekans vektörüdür. ekil 4.8 Sistemin transfer fonksiyonuna ait bode diyagram Sistemin Kök Yer Erisi Kapal çevrim bir kontrol sisteminin geçici durum davrannn temel özellikleri, kapal çevrim kutuplarndan belirlenir. Problemlerin çözümlenmesinde, kapal çevrim kutuplarnn karmak say düzleminde yerleimi önemlidir. Kapal çevrim sistemlerinin incelenmesi ve tasarmnda kapal çevrim kutuplarnn ve sfrlarnn s düzleminde arzu

39 30 edilen konumda yerleimini salamak üzere açk çevrim kutuplarnn ve sfrlarnn ayarlanmas gerekir. Kapal çevrim kutuplar, öz yapsal denklemin kökleridir. Bu kökleri bulmak için öz yapsal polinomun çarpanlara ayrlmas gerekir. Özyapsal denklemin köklerinin bulunmasnda kök yer erisi yöntemi kullanlr. Bu yöntem kapal çevrim transfer fonksiyonu ile açk çevrim transfer fonksiyonu arasndaki mevcut bantya dayanr. Sistemin transfer fonksiyonlar, (3.41) (3.42) ekil 4.9 Sistemin kök yer erisi grafii

40 31 Elde edilen açk çevrim kutuplar, i i i i Bu kutuplar arasndan, en küçük sönümleme oranl sanal eksene en yakn olanlar baskn kutuplardr ( i). ekilden birbirine yakn iki kompleks elenik kutup ve iki kompleks elenik sfr olduu görülmektedir. Bu kutup ve sfr çiftleri sanal eksene oldukça yakndr. Bir dorusal sistemin öz yapsal (karakteristik) denkleminin sa yar düzlemde kutuplar varsa sistem kararsz olur. Sistemin karakteristik denkleminin köklerinin (kutuplarn) tamam sol yar düzlemde olduu için sistem kararldr Routh Hurwitz Kararllk Kriteri Routh-Hurwitz kriteri bir polinom denkleminin pozitif gerçel ksml köklerinin bulunup bulunmadn denklemi çözmeden belirlemeye yarar. Routh-Hurwitz kriteri özellikle yüksek dereceden polinomlarda köklerin incelenmesinde önemli kolaylk salar. Otomatik denetim sistemleri uygulamalarnda sistem kararll bu yöntemle özyapsal denklemin köklerinden incelenebilir. Sistemin transfer fonksiyonlar, (3.43) (3.44) Sistemin özyapsal denklemi, Sistem parametrelerini denklemde yerine koyup düzenlersek özyapsal denklemimiz aadaki hali alr,

41 32 Routh tablosu oluturmak için denklemin katsaylarn ile sadeletirirsek, Tablo 3.1. Sistemin Routh Tablosu 0, , , , , , Routh tablosuna göre 1. Sütundaki elemanlardan hiç birinin iaret deitirmedii görülmektedir. Bu durumda sa yar düzlemdeki köklerin says Routh dizisinin ilk sütunundaki iaret deiiklii saysna eit olup sfrdr. Bu durumda sistem Routh kararllk kriterinin yeterlilik artn salamakta olup kararldr.

42 33 5. KONTROLCÜ TASARIMI Bu bölümde çeyrek araç modeli aktif titreim kontrolü için gerçekletirilen kontrolcü tasarmlar anlatlmaktadr. Sistemin kontrolü için PID kontrolcü ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü tasarlanm, Bilgisayar simülasyonlar ve irdeleme ksmnda bu kontrolcülerin giri olarak kullanlan yol düzgünsüzlüklerine karlk vermi olduklar kontrol cevaplar grafikler halinde verilmitir. PID kontrolcü tasarm bulank mantk kontrolcü tasarmna göre daha kolay ve basittir. Bilindii gibi, PID kontrol teknii; oransal (P), integral (I) ve türevsel (D) etkinin bir arada kullanld ve referans giri ile gerçek çk arasndaki hataya etki eden üç parametreden meydana gelmektedir. Çalmada kullanlan PID kontrolcünün kazanç parametrelerinin belirlenmesi Matlab/Simulink ortamnda optimize edilmitir ve PID Kontrol ksmnda ayrntl bir ekilde anlatlmtr. Sistemin kontrolü için kullanlan bulank mantk kontrolcü tasarmnda yapay sinir a taban kullanlmtr. Yapay sinir ann bulank mantk kontrolcülerin tasarmnda kullanlmas tasarmcya baz avantajlar salamaktadr. Bu avantajlar; Üyelik fonksiyonlarnn saysnn belirlenmesi, Üyelik fonksiyonlarnn eklinin (üçgen, gaussvb) belirlenmesi, Kontrolcü giri ve çklarna göre üyelik fonksiyonlarnn hangi aralkta yerletirilmesi gerektii, Kontrolcü giri ve çkna göre kurallarn oluturulmas, Kural saysnn belirlenmesi eklinde sralanabilir. ekil 5.1 Çeyrek Araç Modeli Aktif Titreim Kontrolü Blok diyagram

43 PID Kontrol PID kontrol üç temel kontrol etkisinin (P, I, D) birleiminden meydana gelmitir. PID kontrol organnn çk ve kontrol yasas veya (4.1) (4.2) eklinde ifade edilir ve buradan transfer fonksiyonu (4.3) olarak ifade edilir. ekil 5.2 PID kontrol yaps PID kontrol, üç temel kontrol etkisinin üstünlüklerini tek bir birim içinde birletiren bir kontrol etkisidir. integral etki sistemde ortaya çkabilecek sürekli rejim hatasn sfrlarken türev etkide, yalnzca PI kontrol etkisi kullanlmas haline göre sistemin ayn bal kararll için cevap hzn artrr. Buna göre PID kontrol organ sistemde sfr sürekli rejim hatas olan hzl bir cevap salar. PID kontrol organ dierlerine göre daha karmak yapda olup o oranda pahaldr. Burada K p, K i ve K d parametrelerinin uygun bir ayar ile iyi bir kontrol salanabilir. Eer bu katsaylar uygun bir ekilde ayarlanmayacak olursa, PID kontrolün salayaca üstün özelliklerden yararlanlamayabilir. Bir sistem için PID kontrolör tasarm yaplmak istendiinde, sistemden arzu edilen cevabn elde edilmesi için Sistemin açk çevrim cevabnn bulunmas ve sistem cevabn iyiletirilmesi için neyin gerektiinin belirlenmesi Yükselme zamannn gelitirilmesi için sisteme orant kontrol eklenmesi

44 35 Maksimum aama miktarnn azaltlmas için sisteme türev kontrol ilave edilmesi Sürekli rejim hatasnn yok edilmesi için sisteme integral kontrol eklenmesi Uygun cevap bulununcaya kadar K p, K j ve K d kazanç deerlerinin ayarlanmas gerekmektedir. Son olarak da örnein sistem için en uygun cevap PD kontrol ile salanyorsa, sisteme integral etkinin ilave edilmesine gerek yoktur. Sistemin davranm en iyi ekilde deitiren kontrol o sistem için en iyi en ideal kontroldür. Bir kontrol sisteminden iyi bir performans elde edebilmek için kontrol edicinin en uygun biçimde ayarlanmas gerekir. Kontrol organnn tipine bal olarak, orant kazanc K p nin, integral kazanc K j nin ve türev kazanc K d nin en uygun ekilde ayarn salayan yöntemler mevcuttur. Kontrol edilen sistem karakteristiklerinin yaklak olarak bilinmesi halinde K p, K i ve K d nin ayarlanmas gerektii deerleri belirlenebilir. Bu parametrelerin nihai deerlerinin ayan sistemin sürekli rejim ve dinamik davran arasnda bir uyuma salayacak ekilde saptanr. Kontrol organ ayarnda genelde analitik ve deneysel olmak üzere iki yol mevcuttur. Kontrol organnn tipi, kontrol edilen sistem ve ölçme eleman dinamik davranlarnn bilinmesi halinde, kontrol organ tipine göre mevcut bulunan K p, K j ve K d parametrelerinin en uygun deeri analitik olarak hesaplanabilir. Bu hesaplamalarda bir takm optimizasyon ölçütleri kullanlr. Hesaplar teknik yönden mümkün olmakla beraber ilemler oldukça kark ve zordur. Basit hallerde dahi bilgisayar çözümlerine gerek olmakta ve çeidi saysal veya analog hesap yöntemleri kullanlmaktadr. Kontrol organ ayarnda analitik yol fazla karmak ve uzun olduundan uygulamalarda daha çok deneysel yöntemler kullanlr Bu çalmada çeyrek tat süspansiyon sisteminin farkl yol dzgünsüzlüklerine kar aktif titreim kontrolü PID kontrolcü kullanlarak yaplmtr. Sistem performansn incelemek amacyla yaplan simülasyonlarda alt farkl yol düzgünsüzlüü fonksiyonu kullanlmtr. Yaplan simülasyonlarda Matlab/Simulink/PID Toolbox yazlm kullanlmtr. PID kontrolcü kazanç parametreleri Kp, Ki ve Kd önce deneme yanlma yöntemi kullanlarak daha sonra PID Toolbox optimizasyonu yaplarak ayarlanmtr. Bu yaklama göre Kp= , Ki= ve Kd= eklinde elde edilmitir. PID kontrolcü kullanlarak oluturulan sistemin kapal çevrim blok

45 36 diyagram ekil 4.3 de verilmitir. Buna göre X1-X2 yani tat gövdesine yay ve sönüm elemanndan sonra gelen deplasman fark sistemin çk olarak ele alnmtr. Farkl yol fonksiyonlar sisteme etki eden bozucu giriler olarak tanmlanmtr. Son olarak PID kontrolcünün çk U kontrol kuvveti olarak uygulanmtr. Elde edilen simülasyon sonuçlar çalmann Aratrma Sonuçlar ve Tartma bölümünde ayrntl olarak verilmitir. 5.2 Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol Bulank küme kavram ilk olarak 1965 ylnda California Üniversitesi öretim üyelerinden aslen Azerbaycan l Prof. Lotfi Zadeh tarafndan bir makale ile ortaya atlm ve hzla gelierek birçok bilim adamnn ilgisini çeken, aratrmaya açk yeni bir konu olmutur. Bulank küme teorisinin ortaya atlmasndan sonra Zadeh 1973 te yaynlad notlarnda bulank küme teorisinin en iyi yaklaklkla insann karar verme sistemini modelleyebilecek yapda olduu fikrini ileri sürmütür. Geçen zaman içerisinde bulank kontrolün dayand bulank mantn, insan düünme yapsna ve dilsel deikenlerine klasik mantktan çok daha yakn olduu kabul edilmitir (Wang 1997). Prof. Zadeh tarafndan kullanlan bulank mantk, temelde çok deerli mantk, olaslk kuram, yapay zeka ve yapay sinir alar alanlar üzerinde oturtulmu olup olaylarn oluum olaslndan çok olabilirlii ile ilgilenen bir kavram tanmlamaktadr. Olaslk ve bulank kavramlar arasndaki en önemli farklln bir deterministik belirsizlik olmasdr (Kaynak ve ark. 1992) te bulank küme kavram ve 1968 de bulank algoritmalar, Zadeh ve 1970 te bulank karar verme yöntemleri, Zadeh ve Bellman tarafndan ortaya atlmtr te, Zadeh Kompleks Sistemlerin ve Karar Verme lemlerinin Analizine Yeni Bir Yaklam adyla bulank kontrolün temelini atan bir makale yaynlamtr. Zadeh bu makalesinde dilsel deikenleri ve insan bilgisini formüle etmek için EER-SE kurallarn kullanmay önermitir lerde gerçek sistemler için bulank kontrolcüler kullanlmtr. Bulank mantkla kontrol, ilk olarak 1975 de Mamdani ve arkadalar tarafndan bir buhar makinesinin bulank kural tabanl kontrolü ile balamtr. Bu uygulama sonucunda, dorusal olmayan kontrol problemleri için bulank kontrolcülerin klasik kontrolcülere göre çok daha kolay gelitirildii ve oldukça iyi sonuçlar verdii belirtilmitir de ilk kez bir çimento frnnn kontrolü için bir bulank kontrolcü gelitirilmitir.

46 37 Bulank mantk kontrolcü tiplerinden biri de adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcüdür. Bir bulank mantk kontrolcü tasarmnda, üyelik fonksiyonlarnn ekli ve kural tabannn oluturulmas büyük önem tamaktadr. Bu tür kontrol tekniinde, kontrolcünün giri ve çk parametreleri yapay sinir anda eitilerek bu giri ve çklara göre bulank mantk kontrolcünün üyelik fonksiyonlar ve kural taban oluturulur. Kontrolcü giri ve çklarna göre eitilen üyelik fonksiyonlarnn ekli ve says kullanc tarafndan, üyelik fonksiyonlarnn hangi aralkta nasl yerletirilecei ise yapay sinir andan elde edilen bilgiler nda yaplr. Kontrolcünün adaptif olarak tanmlanmas ise farkl giri ve çk deerlerine kendini ayarlayabilir olmasndan gelmektedir. Adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrol tekniinde kontrolcünün çklar klasik bulank mantk kontrolcülerin çklar gibi dilsel deikenler ile ifade edilmez. Kontrolcünün yaps Sugeno tip bulank mantk yaps içerdii için kontrolcü çklar ya sabit yada dorusal art gösteren deerlerden meydana gelmektedir. Bunun sebebi ise giri çk ilikisini en az hata orannda bulmaya çalan kontrolcünün yapay sinir a tabanndan gelmektedir. Yapay sinir a tabanl bulank mantk çkarm sistemi Sugeno tip bulank mantk çkarm sisteminin parametrelerini belirlemek için hibrit örenim algoritmas kullanr. Bu yöntem yapay sinir ana verilen eitim verilerini hesaplamak ve üyelik fonksiyonlarnn paremetrelerini bulmak için en küçük kareler metodu ve geri yaylm algoritmasn kullanr. Bu türde kontrolcüler sistemin dinamik davran elde ediltikten sonra, sistemin farkl giri deerlerindeki cevabna göre eitilir. Bir baka eitim yolu ise sistem üzerinde performans istenilen ekilde olmayan farkl kontrol(pid, LQR ve klasik bulank mantk kontrolcü...vb gibi) tiplerinin giri ve çk verilerini kullanarak yapmaktr Durulatrma lemi Bir bulank mantk kontrolcüde kural tabanndaki doru olan kurallar çalr. Durulatrma prosesi doru üyelik fonksiyonlarndan yararlanarak kontrol yüzeyini oluturur. Durulatrma ilemi kontrol sinyalini gerçek kontrol çkna dönütürür. Sugeno tip bulank mantk kontrolcünün tasarmnda arlklarn ortalamas veya arlklarn toplam durulatrma metotlar kullanlr. Dorusal olmayan sistemlerin adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolünde genellikle arlklarn ortalamas durulatrma metotu kullanlr. Bu metotun matematiksel ifadesi ise u ekildedir.

47 38 u N i1 N i1 w z i w i i (4.4) Adaptif Yapay Sinir A Sinir alar, biyolojik sinir sistemleri elemanlarnn paralel ilevlerinden meydana gelmektedir. Doadaki gibi, an ilevi bu elamanlar arasndaki iletiim ile belirlenir. Belirli bir fonksiyonu gerçekletirmek için, bu elemanlar arasndaki balant deerlerini (arlklar) ayarlayarak bir sinir an eitmek mümkündür. Genellikle sinir alar ayarlanabilir yada eitilebilir böyllelikle belirli bir giri ile istenilen çk elde edilebilir. ekil 5.3 de bir sinir ann yaps gösterilmektedir. Burada istenilen çk deeri ile an çk deeri karlatrlarak a eitilir. Bu ilem a çk deeri ile istenilen çk deeri eitleninceye kadar devam eder. ekil 5.3 Yapay sinir a yaps. Genelde bu türde pek çok giri / hedef çiftleri bir a eitmek için gerekmektedir. Sinir alar görüntü tanma, tanmlama, snflandrma, konuma, görme ve kontrol sistemleri gibi çeitli alanlarda karmak ilevleri gerçekletirmek amac ile kullanlmaktadr. ekil 5.4 de görüldüü gibi adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk çkarm sistemi 5 katmandan oluur. Her katmandaki düümlerin çklar O i,l ile tanmlanr. Burada l katman i ise o katmandaki düümü ifade etmektedir.

48 39 ekil 5.4 Adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk çkarm sistemi yaps. Katman 1: Üyelik derecelerinin oluturulmas Birinci katmandaki her bir düüm aada verilen bir düüm fonksiyonunu kullanr. A Burada i (x) ve B ( y) i 2 herhangi bir bulank üyelik fonksiyonuna uyumlandrlabilir. O, ( x), i 1, 2 (4.5) i l yada A i O i, l ( y), 3, 4 B i 2 i (4.6) Burada x ve y düüm girilerini, A i ve B i-2 bulank kümenin bu düümler olan ilikisini ifade etmektedir. Katman 2: Bu katmandaki her bir düüm, kurallarn çarpm ile elde edilen arl O w ( x) ( ), 1, 2 2, i i Ai Bi y i (4.7) eklinde hesaplar. Katman 3: Bu katmandaki i nci düüm, i nci kuraln arlnn tüm arlklarn toplamna orann aadaki ekilde belirler. O 3, i wi wi, i 1, 2 (4.8) w w 1 2 Burada wi normalize edilmi arlk olarak adlandrlr. Katman 4: Bu katmanda, her bir i düümü aadaki fonksiyona sahiptir: p, q, r O wi f wi ( p x q y r ) (4.9) 4, i i i i i i i i

49 40 Burada w i üçüncü katmann çkdr ve {pi, qi, ri}parametre setidir. Bu katmandaki parametreler, lineer parametreler olarak bilinir. Katman 5: Bu katmanda tek bir düüm, gelen bütün iaretlerin toplam olan genel çk aada ifade edildii gibi hesaplar: i wi f 5 l wi fi (4.10) w O, i i i Hibrit Örenme Algoritmas Adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcünün sinir anda ileri hibrit örenme algoritmas kullanlr. ekil 5.5 de ileri hibrit örenme algoritmal yapay sinir ann eitim gösterilmektedir. leri hibrit örenme algoritmasnda düüm çklar katman 4 e kadar iletilir ve a sonucu en küçük kareler metodu kullanlarak belirlenir. Öncül parametre deerleri ayarlandnda genel çk sonucu, parametrelerin bir lineer kombinasyonu olarak ifade edilebilir. ekil 5.5 leri hibrit örenme algoritmal yapay sinir ann eitimi. Adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk çkarm sisteminin yapsn ifade etmek için birinci derece Takagi-Sugeno modelden oluan iki bulank eer-ise kurallar kullanlr. ki giri ve iki kuraldan oluan Takagi-Sugeno bulank çkarm sistemi ekil 5.6 de görülmektedir.

50 41 ekil 5.6. ki giri ve iki kuraldan oluan Takagi-Sugeno bulank çkarm sistemi. Kural 1: Eer (x is A 1 ) ve (y is B 1 ) ise (f 1 = p 1 x + q 1 y + r 1 ). Kural 2: Eer (x is A 2 ) ve (y is B 2 ) ise (f 2 = p 2 x + q 2 y + r 2 ). Burada x ve y girileri, A i ve B i bulank kümeleri, f i bulank kurallar tarafndan belirlenen bulank bölge içindeki çklar, p i, q i ve r i eitim sürecinde belirlenen tasarm parametrelerini ifade etmektedir. w1 f w w w 1 f 1 1 w 2 2 f f 2 1 w2 w w 1 2 f 2 w1 xp1 w1 yq 1 w1 r 1 w 2xp2 w1 yq 2 w 1 r 2 Bu denklemde p 1, q1, r1, p2, q2 and r 2 dorusal sonuç parametreleridir. f p1 q 1 r 1 w 1x w1 y w1 w2x w2 y w1 XW p2 q 2 r2 (4.11) Burada X giri matrisini, W her kuraln arlk vektörünü ifade etmektedir. Teorem 1: Eer X matrisi kare matris ise o zaman X matrisinin tersi X -1 dir. Bu 1 durumda f XW denklemine göre W X f eit olur. Teorem 2: Eer X matrisi kare matris deilse o zaman f XW denkleminde W u elde etmek T T için X in sahte tersi olan hesaplanr. X * X X X kullanlr. Bu durumda W X f olarak * 1

51 42 Bu aamada, önceki bölümde tasarlanan PID kontrolcünün giri ve çk deerleri ile eitilen ve yine MATLAB/Simulink/ANFIS Toolbox kullanlarak oluturulan yapay sinir a tabanl bulank mantk (YSABM) kontrolcü tasarlanmtr. Sistemin matematiksel modeli üzerine yine konum (X1-X2) geri beslemesi yaplarak kontrolcünün performans irdelenmitir. Bulank mantk kontrolcünün girileri; konum hatas ( ex1 X 2 ) ve konum hatasnn zamana göre deiimi ( e X1 X 2 ) olarak alnmtr. Buna göre YSABM kontrolcü iki giri bir çktan meydana gelmektedir. Kontrolcü çk PID kontrolcüde olduu gibi kontrol kuvveti U'dur. Aada farkl yol girileri için ayr ayr tasarlanan YSABM kontrolcünün Gbell tip üyelik fonksiyonlar verilmitir. Üyelik fonksiyonlarndaki dilsel deikenler sras ile (ÇÇK) çok çok küçük, (ÇK) çok küçük, (OK) orta küçük, (K) küçük, (S) sfr, (B) büyük, (OB) orta büyük ve (ÇB) çok büyük eklinde tanmlanmtr. Sadece basamak girii için tasarlanan YSABM kontrolcü her bir giri deeri için sekiz üyelik fonksiyonuna sahiptir. Dierlerinde be üyelik fonksiyonu tanmlanmtr. ekil.5.7 Adaptif yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü blok diyagram.

52 43 Üyelik Derecesi K S B OB ÇB Konum Hatas x 10-4 ekil 5.8 Konum hatas girii için üyelik fonksiyonlar (Sinüs yol profili 1.giri) Üyelik Derecesi K S B OB ÇB Konum Hatasnn Deiimi x 10-3 ekil 5.9 Konum hatas deiimi girii için üyelik fonksiyonlar (Sinüs yol profili 2.giri)

53 44 1 ÇÇK ÇK OK K S B OB ÇB Degree of membership Konum Hatas x 10-3 ekil 5.10 Konum hatas girii için üyelik fonksiyonlar (Step yol profili 1.giri) Üyelik Derecesi MaxK ÇÇK ÇK OK K MinK S B Konum Hatasnn Deiimi ekil 5.11 Konum hatas deiimi girii için üyelik fonksiyonlar (Step yol profili 2.giri)

54 45 Üyelik Derecesi ÇK 1 K S B ÇB Konum Hatas x 10-4 ekil 5.12 Konum hatas girii için üyelik fonksiyonlar (Trapez yol profili 1.giri) Üyelik Derecesi ÇK 1 K S B ÇB Konum Hatasnn Deiimi x 10-3 ekil 5.13 Konum hatas deiimi girii için üyelik fonksiyonlar (Trapez yol profili 2.giri)

55 46 Üyelik Derecesi ÇK 1 K S B ÇB Konum Hatas x 10-4 ekil 5.14 Konum hatas girii için üyelik fonksiyonlar (Çift trapez yol profili 1.giri) Üyelik Derecesi ÇK 1 K S B ÇB Konum Hatasnn Deiimi x 10-4 ekil 5.15 Konum hatas deiimi girii için üyelik fonksiyonlar (Çift trapez yol profili 2.giri) Tablo 4.3. YSABM Kontrolcüler Tasarm Parametreleri YSABM (sinüs) YSABM (basamak) YSABM (trapez) YSABM (çift trapez) 2 giri 1 çk 2 giri 1 çk 2 giri 1 çk 2 giri 1 çk Her giri için 5 üyelik fonksiyonu Her giri için 8 üyelik fonksiyonu Her giri için 5 üyelik fonksiyonu Her giri için 5 üyelik fonksiyonu 25 kural 64 kural 25 kural 25 kural Hibrit eitim Hibrit eitim Hibrit eitim Hibrit eitim

56 47 algoritmas algoritmas algoritmas algoritmas 100 epok 100 epok 100 epok 100 epok 1552 eitim 200 test datas kullanlmtr eitim 150 test datas kullanlmtr 1552 eitim 100 test datas kullanlmtr 1552 eitim 150 test datas kullanlmtr Durulatrma (arlklarn ortalamas) Durulatrma (arlklarn ortalamas) Durulatrma (arlklarn ortalamas) Durulatrma (arlklarn ortalamas) Çk dorusal Çk dorusal Çk dorusal Çk dorusal Sinüs yol girii için tasarlanan YSABM kontrolcü örnek kural taban u ekildedir; Eer hata K ve hatann deiimi K ise kontrol kuvveti [ ]. Eer hata S ve hatann deiimi ÇK ise kontrol kuvveti [-1.041e e ]... ekil.5.16 YSABM kontrolcünün yapay sinir a yaps.

57 48 6. BLGSAYAR SMÜLASYONLARI VE RDELEME Bu bölümde, tez çalmas kapsamnda tasarlanan kontrolcülerin araç titreimlerinin aktif kontrolündeki baarsn belirlemek ve karlatrmak amacyla yaplan bilgisayar simülasyonlarnn sonuçlar sunularak yorumlanmtr. Bilgisayar simülasyonlar Matlab/Simulink ortamnda yaplmtr. Bilgisayar simülasyonlar için öncelikle gelitirilen aktif titreim kontrol sistemine ait matematiksel model elde edilmi, sistemin MATLAB/Simulink ortamnda blok diyagram oluturularak sistemin belirlenen baz yol düzgünsüzlüü fonksiyonlar girii altndaki davran simüle edilmitir. Simülasyonlarda, sistemin hem aktif titreim kontrolü uygulanmayan pasif durum davran hem de PID Kontrolcü ve Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrolcü kullanlan aktif durum davranlar incelenmi, elde edilen sonuçlar grafikler eklinde sunularak yorumlanmtr. Aktif titreim kontrol sisteminin Matlab/Simulink ortamnda oluturulan blok diyagram modeli ekil 6.1 de verilmitir. ekil 6.1 Sistemin Matlab/Simulink Modeli Blok Diyagram Sistemin ADAMS modeli oluturulmu ve sistemi kontrol etmek için Adams/Control modülü kullanlarak ADAMS ile ortak çalan ve simülasyon srasnda sistemin hareketini izleyebileceimiz yeni bir Matlab/Simulink modeli oluturulmutur. 6.1 Yol Düzgünsüzlüü Fonksiyonlar Gelitirilen aktif titreim kontrol sisteminin performansn incelemek ve deerlendirmek üzere bazlar ilgili literatürden alnan alt farkl yol profili fonksiyonu belirlenmitir. Bunlar srasyla trapez fonksiyonu biçimli, trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli, sinüs fonksiyonu biçimli, basamak fonksiyonu biçimli,

58 49 kutu fonksiyonu biçimli, genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profilleridir. Tatn farkl hzlarda seyrini modellemek amacyla yol düzgünsüzlüü fonksiyonu zamana kar yükseklik fonksiyonu eklinde düünülmütür. Trapez fonksiyon eklindeki yol düzgünsüzlüü ekil 6.2 de verilmi olup düzgünsüzlüün genlii 100 mm dir. 0.1 Deplasman [m] Zaman [s] ekil 6.2. Trapez fonksiyon eklindeki yol düzgünsüzlüü Trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli yol düzgünsüzlüü ekil 6.3 de verilmi olup düzgünsüzlüün genlii 100 mm dir. 0.1 Deplasman [m] Zaman [s] ekil 6.3. Trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli yol düzgünsüzlüü

59 50 Farkl seyir hzlarndaki sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlükleri ekil da verilmi olup bu yol profillerinin tümünde düzgünsüzlüün genlii 100 mm dir. 1 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil 6.4 Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,5 Hz) 1 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil 6.5. Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,3 Hz)

60 51 1 Deplasman [m] Zaman [s] ekil 6.6. Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,15 Hz) Basamak fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü ekil 6.7 de verilmi olup düzgünsüzlüün genlii 100 mm dir Deplasman [m] Zaman [s] ekil 6.7. Basamak fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü Kutu fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü ekil 6.8 de verilmi olup çukurun uzunluu 500 mm, derinlii 100 mm dir. Aracn seyir hz 60 km/h ve 100 km/h olarak kabul edilmitir.

61 Derinlik [m] Uzunluk [m] ekil mm uzunluunda 100 mm derinliinde çukur profili ekil 6.9 da genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profili verilmitir. Kutu fonksiyonlarnn genlii -100 ile 100 mm arasnda rasgele deimektedir. Her bir kutunun uzunluu 1 s dir. 50 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil 6.9. Genlii Rasgele Deien Kutu Fonksiyonlar Dizisi Biçimli Yol Profili 6.2 Çeyrek Tat Modeli Pasif Durum Bilgisayar Simülasyonlar Çeyrek tat modelinde, farkl yol profilleri uygulanarak sistemin herhangi bir kontrol uygulanmad (pasif) durumdaki çklarnn (X1, X2) deiimi elde edilmitir. ekil 4.1 de görüldüü gibi kontrol kuvveti U sfr olduundan sistemin çk deerleri

62 53 X1, X2 sadece yol düzgünsüzlüü W ya bal olarak deimektedir. Baka deyile, pasif durumda çeyrek tat modelinin çklar olarak tanmlanan X1 ve X2 konum deikenleri sadece yol düzgünsüzlüü W ya bal olarak deimektedir. ekil 6.10 Çeyrek araç süspansiyon sistemi giri ve çklar MATLAB/Simulink Ortamnda Pasif Durum Simülasyonu Bu bölümde sistemin Matlab/Simulink modeli kullanlarak elde edilen pasif durum simülasyon cevaplar verilmitir. Önceden belirlenen yol düzgünsüzlüü fonksiyonlar Matlab/Simulink bloklar kullanlarak modellenmi ve sisteme giri olarak uygulanmtr. Sistemin Simulink modeli alt sistem oluturularak bir kutu içerisine gömülmütür. Kontrolcü kullanlmad için kontrol kuvveti (U) sfr olarak girilmitir. Pasif durum Matlab/Simulink modeli ekil 6.11 de verilmitir. ekil 6.11 Süspansiyon Sistemi Pasif Durum Matlab/Simulink Modeli ADAMS Ortamnda Pasif Durum Simülasyonu

63 54 ki serbestlik dereceli çeyrek araç modelinin pasif cevabnn ADAMS ortamnda analizini yapmak üzere sistemin ADAMS ortamnda modellenmesi yaplmtr. Öncelikle ADAMS ortamnda aracn ve tekerlein kütlelerini temsil eden üç boyutlu kat cisimler oluturulmu ve daha sonra bu kat cisimler birbirlerine yay ve sönüm elemanlaryla balanmtr. ekil 6.12 ADAMS Program ile sistemin oluturulmas Sistemin ADAMS programnda oluturulan modeli ekil 6.13 de görülmektedir. Oluturulan model üzerinde sistem parametreleri tanmlandktan sonra istenilen yol düzgünsüzlüü fonksiyonu uygulanarak sistemin pasif durum cevab elde edilmitir. ekil 6.13 Sistemin ADAMS modeli

64 55 ADAMS programnda pasif durum simülasyonlar yapldktan sonra aktif titreim kontrolü uygulamak üzere sistemin Matlab/Simulink ortamndaki modeli oluturulmutur. Kontrol uygulamak için sistemin giri ve çk deikenleri ADAMS program üzerinde tanmlanmtr. Tanmlanan bu deikenler yol profili girii (W), araç gövdesinin deplasman (X1) ve tekerlek grubunun deplasman (X2) eklindedir. Bu tanmlamalar yapldktan sonra Adams/Control modülü kullanlarak sistemin Matlab/Simulink modeli elde edilmitir. Elde edilen bu modele Matlab/Simulink kullanlarak kontrol uygulanmtr. Simülasyon sonucu elde edilen aktif titreim kontrol sonuçlarnn daha önce çeyrek araç modelinin hareket denklemleri kullanlarak elde edilen Matlab/Simulink modelinin sonuçlar ile çakk olduu görülmütür. ADAMS ve Matlab/Simulink modellerine kutu fonksiyonu biçiminde verilen yol düzgünsüzlüü girii ayr ayr uygulanm ve elde edilen sonuçlara ait grafik ekil 6.14 de karlatrmal olarak verilmitir 10 5 ADAMS Matlab/Simulink X1-X2 [cm] Zaman [s] ekil 6.14 Basamak yol girii için Adams ve Matlab/Simulink Yazlmndan elde edilen sonuçlar ekil.6.15 de Adams/Control modülü kullanlarak elde edilen Matlab/Simulink modeli görülmektedir. Bu modelde simülasyon sonuçlar, ADAMS ve Matlab/Simulink yazlmlar e zamanl çaltrlarak elde edilmektedir. Bu model ile sistem ADAMS ortamnda simüle edilmektedir, sistemin girilerini ve bu girilere karlk elde edilen cevaplar Matlab/Simulink üzerinden gözlemleyebilmemize olanak salamaktadr. Model üzerinde sistemimizin yol düzgünsüzlüü girii görülmektedir ve bu giri ile ADAMS Plant blou üzerinden ADAMS ortamnda simülasyon gerçekletirkten sonra

65 56 X1 ve X2 olarak çeyrek tat kütlesinin ve süspansiyon kütlesinin deplasmanlarn vermektedir. ekil 6.15 Adams ve Matlab Co-Simulation Blok Diyagram Simulasyon balatldktan sonra sonuçlarn hesaplanmas srasnda ADAMS program otomatik olarak açlmakta ve hareketi animasyon eklinde gözlememize olanak vermektedir. ekil 6.16 ADAMS Program ile sistemin animasyonu

66 Çeyrek Tat Modeli Aktif Durum Bilgisayar Simülasyonlar PID Kontrol Aktif titreim kontrolü sisteminde kullanlmak üzere tasarlanan PID kontrolcünün kazanç parametreleri K p, K i, K d nin en uygun deerleri Matlab/Simulink/Control Toolbox/PID Control yazlm kullanlarak belirlenmi, Kp= , Ki= ve Kd= olarak elde edilmitir. PID kontrolcü kullanlarak oluturulan sistemin kapal çevrim blok diyagram ekil 6.17 de verilmitir. Buna göre X1-X2 deplasman fark sistemin çk olarak ele alnmtr. ekil 6.17 PID kontrolcü kullanlarak oluturulan sistemin kapal çevrim blok diyagram PID kazanç parametrelerinin optimize edilmesi ekil 4.3 de görülen PID(s) blou üzerinden yaplmaktadr. Bu blok kullancya Ziegler Nichols metodu ile hesaplanan kazanç parametrelerini manuel olarak girerek PID kontrolcü tasarlamasn salad gibi kontrolcü parametrelerini optimize etmek için Tune komutunu kullanmasna imkan vermektedir. ekil 6.18 de PID(s) blou üzerinden optimize edilerek hesaplanan kazanç parametreleri Matlab/Simulink ortamnda görülmektedir. ekil 6.18 Matlab/Simulink PID kazanç parametreleri optimizasyonu

67 Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol Bu bölümde PID kontrolcünün giri ve çk deerleri ile eitilen ve MATLAB/Simulink/ANFIS Toolbox kullanlarak tasarlanan yapay sinir a tabanl bulank mantk (YSABM) kontrolcü kullanlmtr. ekil 6.19 Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol Blok Diyagram 6.4 Bilgisayar Simülasyonu Sonuçlarnn Karlatrlmas Sinüs Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü Bu bölümde 0,5 Hz, 0,3 Hz ve 0,15 Hz frekansna sahip sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonlar etkisi altndaki sistemin aktif titreim kontrolü içimn edle edilen sonuçlar grafik eklinde karlatrmal olarak verilmitir. ekil 6.20 de frekans 0,5 Hz olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu görülmektedir. 1 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil 6.20 Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,5 Hz)

68 59 ekil 6.21 de 0,5 Hz frekans olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu etkisindeki araçta, pasif durum, PID kontrolcü kullanlmas ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlar için araç gövdesinin yer deitirmesine (X1) ait grafik verilmitir. Bu grafikten görüldüü gibi her iki kontrolcü de araç gövdesi titreimlerini önemli ölçüde azaltmaktadr. Aktif titreim kontrolünde YSABM kontrolcü daha baarl olup, YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda araç gövdesinin titreim genlii PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre % orannda azalmaktadr Pasif Mod PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil Sinüs Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisine Aktif ve Pasif Durum Cevaplar (0,5 Hz) ekil 6.22 de 0.5 Hz frekansa sahip sinüs fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki araçta PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. ekilden görüldüü gibi iki kontrolcünün uygulad kuvvetler yaklak ayn mertebede olmakla birlikte geçici rejim durumunda YSABM kontrolcünün uygulad eyleyici kuvveti daha az salnmldr.

69 x 104 YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.22 Sitemin 0,5 Hz Frekansl Sinüs Fonksiyonu biçimindeki Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti ekil 6.23 de frekans 0,3 Hz olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu görülmektedir. 1 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,3 Hz) ekil 6.24 de 0,3 Hz frekans olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu etkisindeki araçta, pasif durum, PID kontrolcü kullanlmas ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlar için araç gövdesinin yer deitirmesine (X1) ait grafik verilmitir. Bu grafikten görüldüü gibi her iki kontrolcü de araç gövdesi titreimlerini önemli ölçüde azaltmaktadr. Aktif titreim kontrolünde YSABM kontrolcü daha

70 61 baarl olup, YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda araç gövdesinin titreim genlii PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre % orannda azalmaktadr Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil 6.24 Sinüs Yol Profili Etkisindeki Aktif ve Pasif Durum Cevaplar (0,3 Hz) ekil 6.25 de 0.3 Hz frekansa sahip sinüs fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki araçta PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. ekilden görüldüü gibi iki kontrolcünün uygulad kuvvetler yaklak ayn mertebede olmakla birlikte geçici rejim durumunda YSABM kontrolcünün uygulad eyleyici kuvveti daha az salnmldr YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.25 Sitemin 0,3 Hz Frekansl Sinüs Fonksiyonu biçimindeki Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti

71 62 ekil 6.26 da frekans 0,15 Hz olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu görülmektedir. 1 Deplasman [m] Zaman [s] ekil Sinüs fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü (100 mm Genlik, 0,15 Hz) ekil 6.27 de 0,15 Hz frekans olan sinüs biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu etkisindeki araçta, pasif durum, PID kontrolcü kullanlmas ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlar için araç gövdesinin yer deitirmesine (X1) ait grafik verilmitir. Bu grafikten görüldüü gibi her iki kontrolcü de araç gövdesi titreimlerini önemli ölçüde azaltmaktadr. Aktif titreim kontrolünde YSABM kontrolcü daha baarl olup, YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda araç gövdesinin titreim genlii PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre % orannda azalmaktadr Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil Sinüs Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisinde Aktif ve Pasif Durum Cevaplar (0,15 Hz)

72 63 ekil 6.28 de 0.15 Hz frekansa sahip sinüs fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki araçta PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. ekilden görüldüü gibi iki kontrolcünün uygulad kuvvetler yaklak ayn mertebede olmakla birlikte geçici rejim durumunda YSABM kontrolcünün uygulad eyleyici kuvveti daha az salnmldr Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.28 Sitemin 0,15 Hz Frekansl Sinüs Fonksiyonu biçimindeki Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü ekil 6.29 de aracn 500 mm uzunluundaki ve 100 mm geniliindeki çukura girmesini ifade eden Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü fonksiyonu verilmitir.

73 Derinlik [m] Uzunluk [m] ekil mm uzunluunda 100 mm derinliinde çukur profili ekil 6.31 de kutu fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüüne sahip yolda 100 km/h hzla seyreden aracn PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki gövde titreimlerinin (X1) deiimine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Geçici rejim durumunda YSABM kontrolcü kullanlan sistemdeki araç gövdesine ait yer deitirme grafii daha az salnmldr Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] 8 10 ekil 6.30 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktif ve Pasif Durum cevab (50 cm uzunluunda 10 cm geniliinde çukur, 100km/h Hz)

74 PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil 6.31 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktif Durum cevab (50 cm uzunluunda 10 cm geniliinde çukur, 100km/h Hz) ekil 6.32 de kutu fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüüne sahip yolda 100 km/h hzla seyreden aracn PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda geçici rejim cevabnda kontrol kuvvetinin (U) genlii PID kontrolcü uygulanmas durumuna göre daha küçüktür. 5 x YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.32 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvvetleri (100km/h) (500 mm geniliinde 100 mm derinliindeki çukur)

75 66 ekil 6.34 de kutu fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüüne sahip yolda 60 km/h hzla seyreden aracn PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki gövde titreimlerinin (X1) deiimine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Geçici rejim durumunda YSABM kontrolcü kullanlan sistemdeki araç gövdesine ait yer deitirme grafii daha az salnmldr. X1 [cm] Pasif Durum PID YSABM Zaman [s] ekil 6.33 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktif ve Pasif Durum cevaplar (500 mm geniliinde 100 mm derinliindeki çukur, 60km/h Hz) PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil 6.34 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktif Durum cevaplar (500 mm geniliinde 100 mm derinliindeki çukur, 60km/h Hz) ekil 6.35 de kutu fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüüne sahip yolda 60 km/h hzla seyreden aracn PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici

76 67 kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda geçici rejim cevabnda kontrol kuvvetinin (U) genlii PID kontrolcü uygulanmas durumuna göre daha küçüktür. 5 x YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.35 Kutu Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvvetleri (60km/h) (500 mm geniliinde 100 mm derinliindeki çukur) Basamak Fonksiyonu Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü ekil 6.36 da Basamak fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu verilmitir Deplasman [m] Zaman [s] ekil Basamak fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü ekil 6.37 de basamak fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki aracn PID ve yapay sinir a tabanl bulank mantk kontrolcü kullanlmas durumlarndaki

77 68 gövde titreimlerinin (X1) deiimine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Geçici rejim durumunda YSABM kontrolcü kullanlan sistemdeki araç gövdesine ait yer deitirme grafii daha az salnmldr Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil Basamak Fonksiyonu Biçiminde Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Pasif Durum Cevab ekil 6.38 de basamak fonksiyonu biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki aracn PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarnda kontrol kuvvetinin (U) deiimi benzer davran göstermektedir. Kuvvet [N] x 10 4 YSABM PID Zaman [s] 8 10 ekil 6.38 Basamak Fonksiyonu Biçiminde Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti Trapez Biçimli Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü ekil 6.39 da trapez biçimli yol düzgünsüzlüü fonksiyonu verilmitir.

78 Deplasman [m] Zaman [s] ekil Trapez fonksiyon eklindeki yol düzgünsüzlüü ekil 6.40 de aracn trapez biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki pasif durum ve aktif durum cevaplarna ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Aktif titreim kontrolünde YSABM kontrolcü daha baarl olup, Geçici rejim durumunda YSABM kontrolcü kullanlan sistemdeki araç gövdesine ait yer deitirme grafii daha az salnmldr 10 Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil Trapez Fonksiyonu Biçiminde Yol Düzgünsüzlüü Etkisinde Aktif ve Pasif Durum Cevaplar ekil 6.41 de trapez biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki aracn PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler

79 70 karlatrmal olarak verilmitir. PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarnda kontrol kuvvetinin (U) deiimi benzer davran göstermektedir YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.41 Trapez Fonksiyonu Biçiminde Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti Cevab Çift Trapez Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü ekil 6.42 da çift trapez yol düzgünsüzlüü fonksiyonu verilmitir. 0.1 Deplasman [m] Zaman [s] ekil Trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli yol düzgünsüzlüü ekil 6.43 de aracn çift trapez biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki pasif durum ve aktif durum cevaplarna ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Aktif

80 71 titreim kontrolünde YSABM kontrolcü daha baarl olup, Geçici rejim durumunda YSABM kontrolcü kullanlan sistemdeki araç gövdesine ait yer deitirme grafii daha az salnmldr Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil Trapez Fonksiyonu Biçiminde Çkl ve nili Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktiff ve Pasif Durum Cevaplar ekil 6.44 de çift trapez biçimli yol düzgünsüzlüü etkisindeki aracn PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarndaki eyleyici kuvvetlerine ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. PID ve YSABM kontrolcü kullanlmas durumlarnda kontrol kuvvetinin (U) deiimi benzer davran göstermektedir YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.44 Trapez Fonksiyonu Biçiminde Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Eyleyici Kuvveti Cevab

81 Genlii Rastgele Deien Yol Düzgünsüzlüü Etkisi Altnda Aktif Titreim Kontrolü ekil 6.45 de genlii rastgele deien yol düzgünsüzlüü fonksiyonu verilmitir. 50 Deplasman [cm] Zaman [s] ekil Genlii Rasgele Deien Kutu Fonksiyonlar Dizisi Biçimli Yol Profili ekil 6.46 da aracn genlii rastgele deien yol düzgünsüzlüü etkisindeki pasif durum ve aktif durum cevaplarna ait grafikler karlatrmal olarak verilmitir. Aktif titreim kontrolünde YSABM kontrolcünün daha baarl olduu gözlenmekte olup, YSABM kontrolcü kullanlmas durumunda araç gövdesinin titreim genlii PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre %60 orannda azalmaktadr. PID kontrolcü kullanlmas durumunda araç gövdesinin yer deitirmesi YSABM kontrolcü kullanlmas durumuna göre daha salnmldr.

82 Pasif Durum PID YSABM X1 [cm] Zaman [s] ekil 6.46 Genlii Rasgele Deien Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Aktif ve Pasif Durum Cevaplar ekil 6.47 de Genlii Rastgele Deien Yol Düzgünsüzlüü fonksiyonu etkisindeki araçta PID kontrolcü kullanlmas durumunda eyleyicinin uygulamas gereken kontrol kuvvetinin (U) genlii YSABM kontrolcü uygulanmas durumuna göre %60 düzeyinde yüksektir. Ancak, YSABM kontrolcü uygulanmas durumunda eyleyicinin uygulamas gereken kontrol kuvveti (U) PID kontrolcü uygulanmas durumuna göre daha yüksek frekansla deimektedir x 105 YSABM PID Kuvvet [N] Zaman [s] ekil 6.47 Genlii Rasgele Deien Yol Düzgünsüzlüü Etkisindeki Pasif Durum Cevab

83 74 Tasarlanan kontrolcülerin kullanld aktif titreim kontrol sisteminin basamak fonksiyonu biçimindeki yol düzgünsüzlüü etkisi altndaki cevabndan sistemin geçici rejim ve sürekli rejim cevab ile ilgili karakteristik deerlerin Tablo 4.3 de görüldüü gibi elde edilmitir. Tablo 4.3 ten görüldüü gibi Yapay Sinir A tabanl Bulank Mantk Kontrolcü kullanlmas durumunda sistemdeki ama daha düük,salnm frekans daha düüktür. PID ve Yapay Sinir A tabanl Bulank Mantk Kontrolcü kullanlmas durumlarnda sistemin yükselme zaman, yerleme zaman ve sürekli rejim hatas ayn kalmaktadr. Kontrolcü Türü Tablo 4.3. Sistemin Basamak Girii Altndaki Performans Maksimum Ama [cm] Yükselme Zaman [s] Performans Kriteri Yerleme Zaman [s] Sürekli Durum Hatas [cm] YSABM PID Yukardaki karlatrmalar sonucunda; iki serbestlik dereceli çeyrek tat modelinin dorusal eyleyici ile aktif titreim kontrolü için tasarlanan YSA Tabanl Bulank Mantk Tabanl (YSABM) kontrolcünün trapez fonksiyonu biçimli, trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli, sinüs fonksiyonu, kutu fonksiyonu biçimli, genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profilleri uygulanmas durumundaki performans PID kontrolcünün performans ile karlatrldnda Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda sistemin basamak cevabndaki amann daha düük olduu, PID kontrolcü kullanldnda sistemin basamak cevabnn salnml olmasna karn Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda sistemin basamak cevabnn salnmsz olduu, bu nedenle, geçici rejim davrannn Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre daha iyi olduu, Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda araç titreimlerinin genliinin PID kontrolcüye göre % 5-70 mertebesinde düük olduu, Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda dorusal eyleyici tarafndan uygulanan kuvvetin genel olarak

84 75 PID kontrolcü kullanlmas durumundaki eyleyici kuvveti ile ayn mertebede olduu, ancak, rasgele deien yol profili dndaki yol profillerinde geçici rejim durumunda Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlan araçtaki eyleyici kuvvetinin daha az salnml olduu, YSABM kontrolcü kullanlan araç, genlii rasgele deien yolda seyrederken eyleyici kuvvetinin salnmlarnn frekansnn PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre daha yüksek olduu gözlenmitir. Bu olumsuzluun, YSABM kontrolcünün eitiminde daha fazla veri kullanlmas durumunda alabilecei düünülmektedir. Elde edilen simülasyon sonuçlarna göre bu çalma kapsamnda tasarlanan Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcünün iki serbestlik dereceli çeyrek tat modelinin dorusal eyleyici ile aktif titreim kontrolünde PID kontrolcüye göre daha iyi performans gösterdii sonucuna varlmtr.

85 76 7. SONUÇLAR VE ÖNERLER 7.1 Sonuçlar Bu çalmada, karayolu tatlarnn sürü konforunun ve güvenliinin iyiletirilmesi amacna yönelik olarak yol yüzeyindeki düzgünsüzlüklerin yol açt araç titreimlerinin aktif kontrolü için dorusal eyleyici kullanlan bir yöntem sunulmutur. Çeyrek araç modeli olarak ele alnan sisteme ait matematiksel model Newton yasalar ve Lagrange Hareket Denklemi kullanlarak elde edilmitir. Sisteme ait transfer fonksiyonlar ve durum-uzay modeli elde edildikten sonra sistemin frekans cevab, kök yer erisi ve Routh dizisi elde edilerek sistemin kararll irdelenmitir. Tat titreimlerinin aktif kontrolünde kullanmak üzere PID ve Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk Kontrol (YSABM) için iki farkl kontrolcü tasarlanmtr. Matlab/Simulink ve ADAMS yazlmlar kullanlarak yaplan simülasyonlarda tasarlanan kontrolcülerin performans incelenmitir. Tasarlanan kontrolcülerin basamak fonksiyonu eklindeki yol düzgünsüzlüü kullanlmas durumundaki performans, maksimum ama, yerleme zaman, sürekli rejim hatas, yükselme zaman gibi performans kriterlerinin salanma durumu esas alnarak karlatrlmtr. ki serbestlik dereceli çeyrek tat modelinin MATLAB Simulink ortamnda yaplan bilgisayar simülasyon sonuçlarndan Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcünün PID kontrolcüye göre kontrolündeki baars irdelenmitir. Gelitirilen aktif titreim kontrol sisteminin farkl yol düzgünsüzlüüne sahip yollardaki performansn incelemek üzere alt farkl yol profili seçilmitir. Bunlar srasyla trapez fonksiyonu biçimli, trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli, sinüs fonksiyonu, basamak fonksiyonu biçimli, kutu fonksiyonu biçimli, genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profilleridir. Tatn farkl yol düzgünsüzlüüne sahip yollarda seyrini modellemek amacyla yol düzgünsüzlüü fonksiyonu zamana kar yükseklik fonksiyonu eklinde düünülmütür. Çalma kapsamnda tasarlanan PID ve YSA Tabanl Bulank Mantk Tabanl kontrolcülerin trapez fonksiyonu biçimli, trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli, sinüs fonksiyonu, kutu fonksiyonu biçimli, genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profilleri uygulanmas durumundaki davran Matlab/Simulink yazlm kullanlarak simüle edilmitir. Bilgisayar simülasyonlarndan elde edilen sonuçlar tablo ve grafikler eklinde sunulmutur.

86 77 Çalma kapsamnda iki serbestlik dereceli çeyrek tat modelinin dorusal eyleyici ile aktif titreim kontrolü için tasarlanan YSA Tabanl Bulank Mantk Tabanl (YSABM) kontrolcünün trapez fonksiyonu biçimli, trapez fonksiyonu çk ve trapez fonksiyonu ini biçimli, sinüs fonksiyonu, kutu fonksiyonu biçimli, genlii rasgele deien kutu fonksiyonlar dizisi biçimli yol profilleri uygulanmas durumundaki performans PID kontrolcünün performans ile karlatrldnda Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda sistemin basamak cevabndaki amann daha düük olduu, PID kontrolcü kullanldnda sistemin basamak cevabnn salnml olmasna karn Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda sistemin basamak cevabnn salnmsz olduu, bu nedenle, geçici rejim davrannn Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre daha iyi olduu, Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda araç titreimlerinin genliinin PID kontrolcüye göre % 5-70 mertebesinde düük olduu, Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlmas durumunda dorusal eyleyici tarafndan uygulanan kuvvetin genel olarak PID kontrolcü kullanlmas durumundaki eyleyici kuvveti ile ayn mertebede olduu, ancak, rasgele deien yol profili dndaki yol profillerinde geçici rejim durumunda Yapay Sinir A Tabanl Bulank Mantk kontrolcü kullanlan araçtaki eyleyici kuvvetinin daha az salnml olduu, YSABM kontrolcü kullanlan araç, genlii rasgele deien yolda seyrederken eyleyici kuvvetinin salnmlarnn frekansnn PID kontrolcü kullanlmas durumuna göre daha yüksek olduu gözlenmitir. Bu olumsuzluun, YSABM kontrolcünün eitiminde daha fazla veri kullanlmas durumunda alabilecei düünülmektedir. sonucuna varlmtr. Farkl yol düzgünsüzlüü fonksiyonlarna maruz çeyrek tat modelinin, titreim kontrolü uygulanmayan ve uygulanan pasif ve aktif durum davranlarnn incelenmesinde MATLAB/Simulink ve ADAMS yazlmlar kullanlmtr. Çeyrek araç için ADAMS yazlmndan elde edilen model ile çeyrek tat için elde edilen analitik modelin kullanld simülasyon sonuçlarnn uyum içinde olduu, iki serbestlik

87 78 dereceli çeyrek tatn modellenmesinde ADAMS yazlmnn kullanlabilecei sonucuna varlmtr. 7.2 Öneriler Bu çalmada, iki serbestlik dereceli çeyrek tat modelinin dorusal eyleyici kullanlarak aktif titreim kontrolü için tasarlanan PID ve YSA tabanl bulank mantk kontrolcülerin performans MATLAB/Simulink ve ADAMS ortamnda yaplan bilgisayar simülasyonlar ile incelenmitir. Bundan sonra yaplacak çalmalarda yol gerçek yol verileri kullanlarak elde edilen yol düzgünsüzlüü fonksiyonlarnn kullanlmas daha gerçekçi deerlendirme yaplmasn mümkün klacaktr. Simülasyonlarda, farkl araç hzlarnn kullanlmas durumunda tasarlanan kontrolcülerin performans için daha güvenilir yorumlar yaplabilecektir. Bu çalma kapsamnda tasarlanan kontrolcülerin davran, deneysel simülasyonlar yaplarak incelenip deneysel simülasyon ve bilgisayar simülasyonu sonuçlar karlatrlarak bilgisayar simülasyon sonuçlar geçerli klnabilir. Sistem modellenirken sistemde kullanlan eyleyicinin dinamii de göz önüne alnarak simülasyonlarda gerçee daha uygun modeller kullanlabilir. Bundan sonraki çalmalarda, sistemin aktif titreim kontrolünde daha baarl olabilecek farkl kontrolcüler tasarlanabilir. Bu kapsamda, yapay sinir a tabanl aralk Tip-2 bulank mantk kontrolcü ve hibrit kontrolcüler kullanlabilir.

88 79 KAYNAKLAR Ahmadan, M Active Control of Vehicle Vibration. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. vol.1, p Anonim, Measurement and Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Mechanical Vibration and Repeated Shock. London, England. British Standart BS Anonim, Mechanical Vibration and Shock - Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration - Part 1: General Requirements. International Organization for Standartization, Geneva, Italy. International Standart ISO Anonim, A Complete Spectrum of Products for Automation Systems Catalog. Parker Haniffin Corporation, USA. Anonim, 2004a. Anorad Linear Servo Motors Guide.Rockwell Automation, USA. Anonim, 2004b. Baldor Servo, Linear & Motion Control Products Guide. Baldor Electric Company, USA. Anonim, Süspansiyon Sistemleri. T.C. Milli Eitim Bakanl, Mesleki Eitim ve Öretim Sistemini Güçlendirme Projesi Ders Notlar, Ankara, sayfa. Bannatyne, R., Future Developments in Electronically Controlled Steering and Suspension Systems. In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Chen, P.C., A.C. Huang, Adaptive Sliding Control of Non-Autonomous Active Suspension Systems with Time-Varying Loadings. Journal of Sound and Vibration, vol. 282(2005): Chung, S.K., H.B. SHIN, High-Voltage Power supply for Semi-Active Suspension System with ER-Fluid Damper. IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.53, no.53, p Demerdash, S.M., Performance of Limited Bandwith Active Suspension Based on a Half Car Model, In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Demerdash, S.M., A.R. Plummer, D.A. Crolla, Digital Control for Active Suspension Systems, C498/19/068/95. In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p

89 80 Donahue, M.D., Implementation of an Active Suspension, Preview Controller for Improved Ride Comfort. MSc Thesis, The University of California at Berkeley, USA. Emura, J., S.Kakzak, F. Yamaoka, M. Nakamura Development of the Semi- Active suspension System Based on the Sky-Hook Damper Theory, In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Fscher, D., R Isermann, Mechatronic Semi-Active and Active Vehicle Suspensions. Control Engineering Practice 12(2004), p Gllespe, T.D., Fundamentals of Vehicle Dynamics. Society of Automotive Engineers Publications, Warrendale, PA, USA. Goldner, R.B., P. Zergan, J.R. Hull, A Preliminary Study of Energy Recovery in Vehicles by Using Regenerative Magnetic Shock Absorbers, Society of Automotive Engineers, 8 p. Gordon, T.J., R.S. Sharp On Improving The Performance of Automotive Semi- Active Suspension Systems Thorough Road Preview. Journal of Sound Vibration, 217(1): Grffn, M.J., Motion Sickness. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. Vol.2, p Grffn, M.J., Whole-Body Vibration. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. Vol.3, p He, Y., J. McPhee, Multidisciplinary Design Optimization of Mechatronic Vehicles with Active Suspensions. Journal of Sound and Vibration, vol. 283(2005): Hong, S.K., H.C. Sohn, J.K. Hedrck, Modified Skyhook Control of Semi Active Suspensions: A New Model, Gain Scheduling and Hardware-In-The-Loop- Tuning. Transactions of the ASME - Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, vol.124, p Hoogterp, F.B., J.H. Beno, D.A. Weeks, An Energy Efficient Electromagnetic Active Suspension System, In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale- PA, USA, p Hwang, S.H., S.J. Heo, K. Park, Design and Evaluation of Semi-Active Suspension Control Algorithms Using Hardware-In-The-Loop Simulations. Int. Journal of ehicle Design, vol.19, no.4, p

90 81 Isermann, R., On the Design and Control of Mechatronic Systems - A Survey. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.43, no.1, p Jordan, T.C., M.T. Shaw, Electrorheology. IEEE Transactions of Electrical Insulation, vol.24, no.5, p Kaynak O., Armaan, G Süreç Denetiminde Yeni Bir Yaklam Bulank Mantk, Otomasyon Dergisi, Temmuz-Austos. Karaçay, T., Bir Tatn Sürü Karakteristiinin Duraan Olmayan statistiksel Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara. 132 sayfa. Law, A.M., W.D. Kelton, Simulation Modelling and Analysis. McGraw Hill Higher Education Pubilication, New Jersey - USA, 544p. Lu, Y., T.P. Waters, M.J. Brennan, A Comparison of Semi-Active Damping Control Strategies for Vibration Isolation of Harmonic Disturbances. Journal of Sound and Vibration, vol. 280(2005): Mcconnell, K.G., Transducers for Absolute and Relative Motion. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. Vol.3, p MSI, 2005a. Eriim Tarihi: , Konu: Energy Generation Using PiezoFilm, Measurment Specialist Inc. USA. MSI, 2005b. Eriim Tarihi: , Konu: Piezo Film Sensors Technical Manual, part 6-18, Measurment Specialist Inc. USA. Pnkos, A., E. Shtarkman, Electronically Controlled Smart Materials in Active Suspension Systems, 96C004. In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Ramsbottom, M., D.A. Crolla, A.R. Plummer, Robust Adaptive Control of an Active Vehicle Suspension System. Proceedings of Institution of Mechanical Engineers, vol.213, part.d, p Ramsbottom, M., D.A. Crolla, Development and Analysis of a Prototype Controllable Suspension, In: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Robson, J.D., Road Surface Description and Vehicle Response. International Journal of Vehicle Design, vol.1, no.1, p Sayers, M.W., S.M. Karamhas, The Little Book of Profiling. University of Michigan Transportation Research Institute Ders Notlar, Michigan, USA.

91 82 Sharp, R.S., D.A. Crolla, Road Vehicle Suspension System Design - A Review. Vehicle System Dynamics, vol.16, p iren, M.N., Bir Yar Aktif Süspansiyon Sisteminin Tasarm ve Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Uluda Üniversitesi, Bursa. Teramura, E., S. Haseda, Y. Shmoyama, T. Abe, K. Matsuoka, Semi-Active Damping Control System with Smart Actuator. New Technologies and New Cars (1997): Thrupath, S.R., N.G. Naganathan, A New Class of Smart Automotive Active Suspensions Using Piezoceramic Actuation, n: R.K.Jurgen (Editor), Electronic Steering and Suspension Systems (1999), Society of Automotive Engineers, Warrendale-PA, USA, p Trevett, N.R., X-by-Wire, New Technologies for 42V Bus Automobile of the Future. Honors Thesis, South Carolina Honors College, USA. Walker, G.W., Constraints Upon the Achievable Performance of Vehicle Suspension System. PhD Thesis, Cambridge University, England. Wang, L.X A Course in Fuzzy Systems and Control, Prentice Hall, Hong Kong Univ. of Science and Technology, Hong Kong. Weeks, D.A., D.A. Brese, J.H. Beno, A.M. Guenn, The Design of an Electromagnetic Linear Actuator for an Active Suspension, Society of Automotive Engineers, 11 p. Weeks, D.A., J.H. Beno, A.M. Guenn, D.A. BREISE, Electromagnetical Active Suspension Demonstration for Off-Road Vehicles, Society of Automotive Engineers, 10 p. Wckert, J., Equations of Motion. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. Vol.3, p Wllams, R.A., Automotive Active Suspensions, Part.1: Basic Principles. Proceedings of Institution of Mechanical Engineers, vol.211, part.d, p Wllams, R.A., Automotive Active Suspensions, Part.2: Practical Considerations. Proceedings of Institution of Mechanical Engineers, vol.211, part.d, p Yang, B., Theory of Vibration. In: S. Braun, D. Ewins, S.S. Rao (Editors), Encyclopedia of Vibration (2002). Academic Press, San Diego, USA. Vol.3, p Yoshda, H., K. TANGE, K. MORKAWA, Development of Actuator for Suspension Control. Society of Automotive Engineers of Japan Review vol. 20 (1999):

92 83 ÖZGEÇM KSEL BLGLER Ad Soyad : Abdullah ÇAKAN Uyruu : T.C. Doum Yeri ve Tarihi : Alanya / Telefon : Faks : - [email protected] ETM Derece Ad, lçe, l Bitirme Yl Lise : A. Feyzi Alaettinolu Lisesi/Alanya 2004 Üniversite : Selçuk Üniversitesi 2010 Yüksek Lisans : Selçuk Üniversitesi Doktora : - DENEYMLER Yl Kurum Görevi 2010 Ertuna Mühendislik Ltd. ti. Proje Mühendisi 2011 MPG Makina Prodüksiyon Grubu A. Proje Mühendisi 2011 Selçuk Üniversitesi Aratrma Görevlisi UZMANLIK ALANI Makina Dinamii, Sistem Dinamii, Otomatik Kontrol, Mekanik Titreimler, YABANCI DLLER ngilizce YAYINLAR 1. Abdullah ÇAKAN, Mustafa TINKIR, Fatih Mehmet BOTSALI, Controller Comparison For Dicycle And Crane System By Using PD And Type-2 Fuzzy Logic International Journal of Arts and Sciences 2012 (IJAS 2012), Gottenheim-Germany, 8-13, April 2012