This paper investigates the effect of employing an inerter on the performance of active suspension systems. A quarter-car model with cubic-nonlinear spring is considered. The inerter is installed in parallel with the primary suspension spring and damper. First, feedback linearization (FBL) is used to linearize the mathematical model. Then the linear quadratic regulator (LQR) is adopted to control the suspension system. The proposed design is ride comfort-oriented and considers structural constraints. Numerical simulations are executed for passive systems with different values of inertance. Results show that employing an inerter to the passive suspension can improve the ride comfort performance by more than 32%. Employing an inerter to active suspension systems can also improve the ride comfort and reduce actuator force significantly. The actuator force can be reduced by 25%. However, the results also show that the uncaring selection of the inerter can dramatically degrade the performance of the suspension system.
Układy sterowania wykorzystujące regulatory predykcyjne bardzo często wymagają wprowadzenia do ich struktury mechanizmów umożliwiających estymację niedostępnego pomiarowo stanu obiektu. Zależnie od przypadku nieosiągalne mogą być informacje o różnej liczbie zmiennych stanu. Szeroko stosowanymi układami pozwalającymi na uzyskanie niezbędnych informacji o stanie obiektu są obserwator Luenbergera oraz różnego typu filtry Kalmana. Autorzy proponują metodę syntezy obserwatora Luenbergera opartą na optymalizacji wzmocnienia owego obserwatora, przy czym wyznacznik jakości uzyskanego wzmocnienia wykorzystywanego przez optymalizator stanowi ogólna jakość regulacji układu sterowania z regulatorem predykcyjnym. Opracowana metoda pozwala na uzyskanie, z punktu widzenia przyjętego kryterium, obserwatora o właściwościach lepszych niż analogiczny układ, którego syntezę przeprowadzono przy wykorzystaniu równania Sylvestera oraz klasycznego filtru Kalmana, mimo występowania zakłóceń. Metoda zaprezentowana zostanie na przykładzie układu predykcyjnego sterowania systemem aktywnego zawieszenia.
EN
MPC Driven control systems very often are requiring the introduction of a mechanism predicting the state of the object unavailable for measurements. Depending on the case, a different number of state variables will be unobtainable. Widely used systems to obtain essential data of the condition of an object are Luenberger state observer and different types of Kalman filters. The authors propose a new method of Luenberger observer synthesis based on Luenberger gain optimization using performance index corresponding to generalized system performance. The developed method allows us to obtain better-performing observer from the point of view of the adopted criterion, compared to similar estimators derived from the Sylvester equation and classic Kalman filters, even despite the occurrence of disturbances. The developed method will be presented on an example of an active suspension system with MPC.
The paper presents a review of the suspension solutions used on the street vehicle up to the now a days, finalising with presentation of their damping characteristics and with evaluation of their advantages or disadvantages. Long time the suspension systems have been dominated by the classic passive suspensions realized with metallic springs, shock absorbers with constant damping coefficients and anti-roll bars, excepting some luxury and sport cars using semi-active and active suspensions. There are presented some semi-active suspension solutions with continuous or discontinuous damping characteristics adjustment and the evolution of the Citroen and other active suspensions. All of them improve in some matter the performances but all of them have not ability to recuperate energy and has auxiliary energy consumption so last period the electromagnetically shock absorbers are researched, the paper presenting some of them. The paper also presents magneto rheological MR damper, solutions for adjustable passive shock absorbers and solutions for passive shock absorbers with variable damping coefficient with the stroke, e.g. Monroe Sensa Trac, Citroën Solution and VZN solution, with their damping characteristics and performances.
W artykule omówiono zagadnienia związane z konstrukcyjnymi rozwiązaniami aktywnych zawieszeń kół jezdnych stosowanych w pojazdach. Przedstawiono ogólna ideę stosowania aktywnych zawieszeń. Problematykę omówiono w oparciu o przykłady stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych różnych rodzajów aktywnych zawieszeń. Podkreślono istotne charakterystyczne cechy tych rozwiązań. Zwrócono uwagę na kompromis pomiędzy wymaganiami komfortu, a bezpieczeństwem jazdy.
EN
The article discusses issues related to structural solutions of active suspensions of road wheels used in vehicles. There is presented the general idea of using active suspensions. Discussed issues are based on the examples of design solutions for various types of active suspensions. It underlines the relevant characteristics of specific solutions. Attention was drawn to a compromise between the requirements of comfort, safety and driving.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
An optimal way to select parameters of a driver’s seat of a special vehicle, which contributes directly to an increase in driving comfort is presented in the work. A mathematical model of the vehicle was formulated by using of joint coordinates and homogenous transformations. A maneuver of driving over obstacles in a form of a speed bump of different heights and lengths is presented. A subject of the investigations was to select such damping parameters and driver’s seat stiffness to minimize amplitudes of vibrations present in this subassembly. An influence of a form of an objective function and a selection of decisive variables on quality of the optimization results obtained was analyzed.
PL
W pracy przedstawiono sposób doboru optymalnych parametrów fotela kierowcy pojazdu specjalnego, który bezpośrednio przyczynia się do zwiększenia komfortu jazdy. Model matematyczny pojazdu sformułowano korzystając ze współrzędnych złączowych i przekształceń jednorodnych. Przedstawiono manewr przejazdu przez przeszkody w postaci progów zwalniających o różnej wysokości i długości. Przedmiotem badań było dobranie takich parametrów tłumienia i sztywności fotela kierowcy, aby zminimalizować amplitudy drgań występujące w tym podzespole. W pracy skoncentrowano się na analizie wpływu postaci funkcji celu oraz doboru zmiennych decyzyjnych na jakość uzyskanych wyników optymalizacyjnych.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper proposes a controller based upon H∞ control approach in order to improve the vehicle performance under two different road profiles. In this study, there are two control targets that they are car body travel and suspension deflection. In fact, H∞ controller is responsible for minimizing the infinity norm of two subsystems. The first one is from car body travel to road disturbance and second is from suspension deflection to road disturbance. These two control targets must be improved by a logical control input that is determined by H∞ control approach. In order to improve the performance of the quarter-car, weighting functions are also defined. Disturbance that is the system input is considered as two types of road profiles, harmonic and random. The results show that the H∞ controller is able to improve the quarter-car performance for both roads. In addition, the sensitivity analysis is done to show that the active suspension system is able to work when sprung mass changes as may be occurred when passengers added.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with application of the disturbance-observer (DO) based control to a quarter car active suspension system with uncertain parameters.The DO counteracts disturbances by feedforward compensation computed on the basis of the control input, the state feedback and the nominal system model. The proposed control scheme is verified experimentally on a mechatronic laboratory model.
PL
Artykuł przedstawia układ sterowania pojedynczej osi aktywnego zawieszenia pojazdu z zastosowaniem obserwatora zakłóceń (DO). Obserwator przeciwdziała zakłóceniom poprzez kompensację w torze głównym obliczaną na podstawie sygnału sterującego i sprzężenia stanu z nominalnym modelem obiektu. Zaproponowany sposób sterowania został zweryfikowany eksperymentalnie.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with the design and optimisation of a control system for active vibration isolators. This paper presents a control system structure that is based on the inverse dynamics of active force actuator and the primary controller. The primary controller settings are evaluated using the multi-criteria optimization procedure. In succession, the proposed method of control system design is investigated by using an active seat suspension, as an exemplary vibration isolation system.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Rozwój technologiczny oraz przemysłowy pociąga za sobą coraz to nowe niebezpieczeństwa związane z przetwarzaniem, magazynowaniem oraz transportem materiałów niebezpiecznych. Zdarzenia z ostatnich lat wyraźnie wskazują, że niezbędne jest wdrożenie technologii podwyższających skuteczność, bezpieczeństwo oraz szybkość działania jednostek ratowniczych.
EN
Examples of industrial disasters in chem. industry were presented. Uses of an unmanned fire engine and turbine fire tenders were characterized in detail.
Artykuł zawiera propozycję aktywnego zawieszenia kabiny maszyny roboczej, redukującego drgania, wynikające z przejazdu maszyny w warunkach terenowych. Mechanizm zawieszenia, umieszczony pomiędzy ramą maszyny a kabiną, działa w wybranych czterech stopniach swobody. Sformułowano model kinematyki i dynamiki mechanizmu zawieszenia. Wyprowadzono zależności na chwilowe prędkości napędów, powodujące redukcję drgań kabiny. Opracowano układ regulacji i współpracujący z nim układ pomiarowy.
EN
An active suspension is proposed to control the cab vibrations in a heavy machine during the ride in rough terrain. The suspension, placed between the frame and cab, is able to handle 4 selected DOFs. The kinematic and dynamic model of the suspension is developed. Relationship are derived that yield the instantaneous drive velocity, leading to vibration suppression. The control system and the supporting measurement system are designer.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper develops a nonlinear backstepping design scheme for the active control of vehicle suspension systems using a nonlinear full car model with seven degrees of freedom. The non-linear control law is designed to improve ride comfort and reduce the displacement and the acceleration of the sprung mass in the heaving, rolling, and pitching directions. To demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy, several simulations are performed on the nonlinear system. They show that active suspension based on backstepping scheme gives superior performances over passive suspension.
The paper presents nonlinear Model Predictive Control algorithm applied to full-active four-dimensional magnetic bearing system MBC500 being produced by Magnetic Moments, USA. The system is nonlinear due to the measurement units and the current amplifiers (actuators). Nonlinear model of the system has been established basing on the phenomenological description with parameters identified. The model is used to predict response of the suspension system. The control law bases on this prediction as it is in the linear case. However, in the nonlinear case this control law is suboptimal because it assures only that the states and controls are feasible. The feasibility means that the rotating shaft-ends deviation form the nominal position is below the limit as well as the control signals do not exceed constraints. The performance of the active suspension control system is compared with lead compensators being build in the MBC500 system as well as with weighted minimumvariance control and linear quadratic regulator with observer. It is shown that nonlinear MIMO predictive control assures significant improvement of the control quality.
PL
W pracy przedstawiony jest nieliniowy algorytm sterowania predykcyjnego zastosowanego do aktywnego tłumienia drgań w zawieszeniu magnetycznym laboratoryjnego modelu maszyny wirnikowej MBC500 firmy Magnetic Moments. Sterowany obiekt jest nieliniowy z uwagi na hallotronowy pomiar położenia końców wirującego wałka oraz nieliniową charakterystykę wzmacniaczy prądowych zasilających układ elektromagnetyczny. Parametry nieliniowego modelu fenomenologicznego zostały zidentyfikowane specjalną procedurą optymalizacyjną. Za pomocą modelu wyznacza się predykcję wyjścia układu drgającego podczas wirowania wału. Predykcję wykorzystuje się do obliczania sterowania. Nieliniowość powoduje jednak, że tak sformułowane prawo sterowania nie jest optymalne ze względu na kwadratowy wskaźnik jakości. Jednakże dopuszczalność rozwiązania w sensie spełnienia ograniczeń na przemieszczenia końców wałka zapewnia stabilność układu. Jego działanie porównane jest w pracy z działaniem wbudowanych regulatorów PD, regulatora minimalizującego wariancję oraz regulatora liniowo-kwadratowego.
Active suspension systems are used to increase ride comfort and safety of vehicles. Optimal results can be achieved if disturbances from the track are known in advance. Usually, this causes a problem as track excitations cannot be measured until they take effect on the vehicle. Here, we present an approach to disturbance compensation for railway vehicles coupled in a network. Information on stationary arising track disturbances are gathered by vehicles and stored locally at track sections. By repeated runs over a respective section this information is iteratively optimized and can be used for the disturbance compensation in subsequent vehicles. The developed optimization algorithm is described. Design criteria are derived from digital control theory. The procedure was implemented on a testbed for a semi-vehicle with three degrees of freedom, where its usability was proved. The results are discussed and, finally, some aspects of generalization are considered.
PL
Układy zawieszeń aktywnych stosowane są w celu zwiększenia komfortu i bezpieczeństwa ruchu pojazdów. Optymalne parametry pracy takich zawieszeń uzyskuje się, gdy zaburzenia od drogi znane są z góry. Zwykle jednak zaburzenia te mogą być dopiero zmierzone, gdy zaczynają już oddziaływać na pojazd. W pracy zaprezentowano metodę kompensacji zakłóceń ruchu na przykładzie pojazdów szynowych poruszających się w sieci. Informacje o nierównościach toru pojawiających się stacjonarnie zbierane są i przechowywane dla poszczególnych sekcji toru. Poprzez kolejne przejazdy pociągów wzdłuż tych sekcji informacje są iteracyjnie optymalizowane tak, aby mogły zostać wykorzystane przez następny pociąg. W artykule opisano zaproponowany algorytm optymalizacji. Kryteria strukturalne procedury zaczerpnięto z teorii sterowania cyfrowego. Algorytm wdrożono do stanowiska doświadczalnego modelu pociągu o trzech stopniach swobody. Badania pokazały skuteczność wprowadzonej metody sterowania. Rezultaty badań przedyskutowano także pod kątem możliwości ich uogólnienia na inne typy pociągów.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule pokrótce omówiono układy pierwszego oraz drugiego stopnia usprężynowania charakterystyczne dla pociągów dużych prędkości. Przedstawiono ogólną charakterystykę i cel stosowania układów przechyły nadwozia na łukach oraz podano cechy konstrukcyjno-użytkowe, jakie powinny spełniać nowoczesne wózki.
EN
The paper comprises: a short presentation of primary and secondary suspension systems which are characteristic for high speed trains, a general characteristics and application purpose of a vehicle body tilt on track curves, as well as a summary of constructional and operational features which should distinguish modern bogie design.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The increase in vehicle speed, unsuitable road conditions and comfort demand have resulted in extensive research on vibration control of vehicle systems. In this paper, firstly, a specific passenger car (with a conventional suspension system) was considered including the vertical body displacements for sinusoidal road functions. Secondly, passive and active vibration control cases are studied to eliminate the body deflections. Thirdly, a new calculation method, namely artificial neural networks (ANN), for control force values was proposed for the active suspension system. In ANN application, feed-forward, multi-layer perceptron and back-propagation algorithm are used. By training calculated control values the required values were obtained by using ANN application. The analysis is performed in frequency domain.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.