Izrada upravljačkog programa eksperimentalnog postava za ispitivanje percepcije vozača o udobnosti vožnje

undergraduate thesis

• Title (english): Control software development for an experimental setup aimed at testing the driver comfort perception
• Author: Ivan Cvok
• Mentor: Joško Deur (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2017-03-03, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Tema završnog rada je izrada upravljačkog programa eksperimentalnog postava za ispitivanje percepcije vozača o udobnosti vožnje. Upravljački program je izrađen u LabVIEW programskom okruženju i implementiran na NI Compact RIO platformi. Vertikalne vibracije autosjedala generira linearni servopogon pri čemu se signal reference akceleracije ovješene mase dobiva iz simulacijskog četvrtinskog modela vozila implementiranog u upravljačkoj cRIO platformi s izvođenjem u realnom vremenu. Upravljački program se sastoji od tri glavna dijela: kaskadne regulacije pozicije servopogona s podređenim regulacijskim krugom brzine, regulacije ubrzanja te simulatora četvrtinskog modela vozila. Implementirani su i dijelovi programa za nadzor i vođenje eksperimentalnih rutina, te rutine za obradu i pohranjivanje mjerenih podataka.

Simulator četvrtinskog modela vozila je izrađen prema matematičkom modelu četvrtinskog modela vozila s pasivnim i aktivnim ovjesom koji su opisani u 2. i 3. poglavlju. Za upravljanje aktivnim ovjesom odabrana je LQR metoda optimalnog upravljanja čija je sinteza provjerena usporedbom rezultata s optimiranim trajektorijama varijabli stanja i upravljačke sile aktivnog ovjesa. Dana je i usporedba pasivnog i aktivnog ovjesa zasnovana na analizi postavljenih matematičkih modela i dobivenih simulacijskih rezultata za razne tipove podloga s ciljem dobivanja uvida u mogućnosti poboljšanja udobnosti vožnje uslijed ugradnje aktivnog ovjesa uz istovremeno zadržavanje performansi u pogledu upravljivosti vozila.

U poglavlju 4. je ukratko opisana struktura eksperimentalnog postava i dane su glavne značajke korištenih komponenti. U poglavlju 5. opisan je postupak identifikacije modela servopogona, te na temelju tog modela je provedena sinteza regulacijskih krugova pozicije, brzine i ubrzanja primjenom metode optimuma dvostrukog odnosa. Sinteza regulatora je provjerena na simulacijama u MATLAB/Simulink-u i LabVIEW-u, te je nakon implementacije algoritama projektiranih regulatora na FPGA integriranom krugu upravljačke jedinice cRIO, njihov rad i eksperimentalno provjeren na samom mjernom postavu.

U 6. poglavlju je opisana struktura i tijek izvođenja upravljačkog programa eksperimentalnog postava. Funkcionalnost programa je ispitana na eksperimentalnom postavu, te je izvršena provjera sigurnosnih mjera. Ustanovljeno je da je program funkcionalan, te da su sigurnosne mjere zadovoljene. Na kraju rada je dan pregled budućih nadogradnji i poboljšanja upravljačkog programa.

Abstract (english)

The bachelor‟s thesis deals with the control software development for an experimental setup aimed at testing the driver comfort perception for various suspension setups. The control software was developed in LabVIEW development environment and it is implemented in NI Compact RIO platform. Vertical vibrations of the car seat are generated by linear servodrive, with sprung mass acceleration reference generated in real-time by a quarter car model simulator implemented in the controller. Control software consists of three main parts: cascade position control structure with inner speed control loop, acceleration control loop and quarter-car model simulator. The rest of the software contains code for experiment supervision and control, and parts of code for acquisition, signal processing and data logging of measured data.

Quarter-car model simulator is made according to mathematical models of a quarter-car model with passive and active suspension presented in chapters 2 and 3. For active suspension control, the LQR linear optimal control method was chosen and the controller synthesis was validated by comparison with optimal trajectories of state variables and control inputs of active suspension. Also presented, is the comparison of passive and active suspension based on analysis of mathematical models and simulation results for different road surfaces to see to which extent the ride comfort can be improved without sacrificing road holding ability by using active suspensions.

Chapter 4 gives a brief overview of the experimental setup and key features of its components. In chapter 5, the identification of servodrive model parameters is given, which are then used in position, velocity and acceleration control loop synthesis. Control loops synthesis was done using damping optimum criterion and synthesis was validated in the Matlab/SIMULINK and LabVIEW simulation environments, and experimentally validated after implementation in the FPGA .

In Chapter 6 of the thesis the control software structure and flowchart are explained. Software‟s functionality was tested on the experimental setup, and all safety precautions were checked. It was concluded that the software is functional and that it meets all safety precautions. The thesis concludes with an insight on future works and refiments of software.

• Keywords: četvrtinski model vozila; LQR; aktivni ovjes; linearni servopogon; optimum dvostrukog odnosa; LabVIEW
• Keywords (english): quarter-car model; LQR; active suspension; linear servodrive; damping optimum criterion; LabVIEW
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:302283
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-05-22 18:58:44