Έλεγχος συστήματος ενεργητικής ανάρτησης σε περιβάλλον veDYNA και Simulink

Abstract

Μια από τις εφαρμογές της τεχνολογίας του αυτομάτου ελέγχου είναι ο έλεγχος των σύγχρονων αυτοκινήτων. Είναι γεγονός ότι το σύγχρονο αυτοκίνητο δεν μπορεί πλέον να ταξινομηθεί στην κατηγορία των αμιγώς μηχανολογικών τεχνουργημάτων. Από τη συνεργασία της κλασικής και της σύγχρονης θεωρίας ελέγχου με την τεχνολογία των Η/Υ, αναδύθηκαν πολλά νέα και βελτιωμένα συστήματα στο χώρο της τεχνολογίας των αυτοκινήτων. Η εργασία αυτή εφαρμόζει έναν εικονικό έλεγχο μέσα από την προσομοίωση του περιβάλλοντος veDYNA (vehicle dynamics analysis), και αφορά το σχεδιασμό και τη μοντελοποίηση ενός ελεγκτή, ο οποίος ρυθμίζει τη λειτουργία της ανάρτησης στο μοντέλο οχήματος του περιβάλλοντος αυτού. Το περιβάλλον veDYNA είναι ιδανικό για την προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς των οχημάτων και ενδείκνυται για την ανάπτυξη συστημάτων ελέγχου οχημάτων σύμφωνα με τη μεθοδολογία Model-Based Design. Χρησιμοποιούμε τον αλγόριθμο ελέγχου του γραμμικού τετραγωνικού ρυθμιστή (LQR) τον οποίο μοντελοποιούμε στο Simulink. O αλγόριθμος αυτός βασίστηκε σε ένα μαθηματικό υπόδειγμα πλήρους μοντέλου αυτοκινήτου (full car model) επτά βαθμών ελευθερίας (7-DOF). Τα κριτήρια βελτιστοποίησης του αλγορίθμου αυτού προσαρμόζονται στα βασικά κριτήρια απόδοσης των αναρτήσεων: το κριτήριο ευστάθειας του οχήματος, το κριτήριο άνεσης των επιβατών, και το κριτήριο ελαχιστοποίησης του κόστους ελέγχου. Προτείνεται λοιπόν ένας ελεγκτής LQR ο οποίος, μέσω της προσομοίωσης του veDYNA, αποδεικνύεται ότι βελτιώνει αισθητά την ευστάθεια του οχήματος και την άνεση των επιβατών μέσα από ένα συγκεκριμένο κόστος ελέγχου. Η εγκατάσταση αυτού του ελεγκτή μετατρέπει το σύστημα συμβατικής/παθητικής ανάρτησης ενός οχήματος, το οποίο είναι ένα σύστημα περιορισμένων δυνατοτήτων, σε σύστημα ενεργητικής ανάρτησης.

One of the applications of automatic control's technology is the control of modern cars. It is a fact that the modern car can no longer be classified in the category of purely mechanical artifacts. The collaboration of classical and modern control theory with computers' technology emerged many new and improved systems in the field of car technology. This thesis implements a virtual control through the simulation of veDYNA (vehicle dynamics analysis) environment, and deals with the design and modelling of a control system which regulates suspension's behavior in the vehicle model of veDYNA. veDYNA environment is ideal for simulating the dynamic behavior of wheeled vehicles and is appropriate to develop vehicle control systems via Model-Based Design methodology. We use the control algorithm of linear quadratic regulator (LQR) which is modelled in Simulink. This algorithm is based on the mathematical model of a full car model with seven degrees of freedom (7-DOF). The optimization criteria of our algorithm are adapted to the basic performance criteria of a car suspension: the vehicle's stability criterion, the passenger's comfort criterion, and the criterion of minimizing the cost control. We propose an LQR controller that proves the noticeable improvement of vehicle stability and passenger comfort while having a particular cost control, through veDYNA simulation. The installation of LQR controller converts the conventional/passive suspension system of a vehicle, which is a system of limited capacity, to an active suspension system.