طراحی و اعتبار سنجی تجربی یک مشاهده‌گر حالت توسعه یافته برای تخمین عدم قطعیت‌ها و ورودی ناشناخته جاده در سیستم تعلیق مک فرسون یک چهارم خودرو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران

2 صنعتی سهند-مهندسی مکانیک

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله به طراحی و پیاده‌سازی عملی رویت‌گر حالت توسعه‌یافته بر روی دستگاه آزمایش سیستم تعلیق یک‌چهارم خودرو با مکانیزم مک‌فرسون در مقیاس واقعی و مجهز به حسگرهای متعدد پرداخته می‌شود. هدف این الگوریتم، تخمین عدم‌قطعیت‌های مدل و ورودی‌ نامعلوم جاده است که منجر به تعیین یک مدل دینامیکی دقیق برای سیستم تعلیق خودرو می‌گردد. در این روش، جمله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که شامل عدم‌قطعیت‌های مدل و ورودی‌های نامعلوم جاده است، به عنوان متغیرهای حالت جدید به سیستم اضافه شده و با استفاده از داده‌های مربوط به جابجایی‌های جرم معلق و غیرمعلق، این عدم‌قطعیت‌ها و ورودی‌های نامعلوم تخمین زده می‌شوند. در ادامه به طراحی یک فیلتر کالمن غیرخطی با ورودی نامعلوم جهت مقایسه با رویت‌گر حالت توسعه‌یافته پرداخته می‌شود. نتایج آزمایشگاهی با داده‌های واقعی که توام با خطاهای اندازه‌گیری است، حاکی از دقت بالاتر رویت‌گر حالت توسعه یافته در ایجاد یک مدل دینامیکی قابل اعتماد برای سیستم می‌باشد. ضمن اینکه ساختار این رویت‌گر در مقایسه با فیلتر کالمن با ورودی نامعلوم ساده‌تر بوده و تنظیم آن راحت‌تر است و از تعداد خروجی‌های کم‌تری استفاده می‌کند. هر یک از رویت‌گرهای طراحی شده در ساختار یک سیستم کنترل تعلیق فعال با کنترل‌کننده‌ بهینه غیرخطی استفاده می‌شود تا اهداف سیستم تعلیق را برآورده نماید. نتایج شبیه‌سازی‌ها به صورت نرم‌افزار در حلقه در محیط متلب/آدامز، عملکرد مناسب‌تر کنترل‌کننده با رویت‌گر حالت توسعه یافته را نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Experimental Validation of an Extended State Observer for Estimating of Uncertainties and Unknown Road Input in a Quarter car McPherson Suspension System

نویسندگان [English]

  • Zahra Ahangari Sisi 1
  • Mehdi Mirzaei 2
  • Sadra Rafatnia 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 صنعتی سهند-مهندسی مکانیک
3 Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

This paper presents the design and experimental implementation of the extended state observer (ESO) for a fabricated quarter-car suspension platform with a McPherson mechanism equipped with different sensors. This algorithm aims to estimate uncertainties and road input, and determines an accurate dynamic model for the vehicle suspension system. In the proposed method, the terms including uncertainties and unknown road input are added to the system as new state variables. Then, using data of sprung mass and unsprung mass displacements, these uncertainties and unknown inputs are estimated along with other state variables of the system. A nonlinear Kalman filter with unknown input is also designed to be compared with the ESO. The comparison results using the experimental data with measurement errors indicate the high accuracy of the ESO in constructing a precise dynamic model for the system. Meanwhile, the ESO uses fewer sensors and its regulation is easier. Both observers are used within the structure of active suspension system under an optimal nonlinear controller to provide the objectives of the suspension system. Co-simulation results of Adams/MATLAB show the better performance of the proposed controller using the ESO.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vehicle suspension system
  • Unknown road input
  • Extended state observer
  • Unknown input Kalman filter
  • Optimal Nonlinear Control