Geri Dön

Mathematical Modeling and Active Vibration Control of a Motor Grader Operator Cabin Using PID and LQR Methods

PID ve LQR Yöntemlerini Kullanarak Bir Motor Greyder Operatör Kabininin Matematiksel Modellenmesi ve Aktif Titreşim Kontrolü

  1. Tez No: 1024647
  2. Yazar: MİHRİBAN TURACAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ULAŞ BELDEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Matematik, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mathematics, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Aktif Titreşim Kontrolü, Operator Kabini, Motor Greyder, Tüm Vücut Titreşimi, Elastomer Takoz, İletim Oranı, Active Vibration Control, Operator Cabin, Motor Grader, Whole-Body Vibration, Elastomeric Mount, Transmissibility
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Çankaya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

ÖZET PID VE LQR YÖNTEMLERİNI KULLANARAK BİR MOTOR GREYDER OPERATÖR KABİNİNİN MATEMATİKSEL MODELLENMESİ VE AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ TURACAN, MİHRİBAN MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Ulaş BELDEK Ortak Danışman: Dr. Hilal BİNGÖL Savunma Yapılan Eylül 2026, 79 Toprak işleme makinelerinin operatörleri uzun ve kesintisiz çalışma süreleri boyunca tüm vücut titreşimine maruz kalmaktadır. Motor greyder, bıçağın zemine doğrudan girmesi ve karşılaştığı direncin sürekli değişmesi nedeniyle bu açıdan zorlayıcı bir durum oluşturur. Bu çalışmada, kabini sekiz elastomer takoz istasyonu üzerinde duran Hidromek HMK 480/600MG model motor greyderin operatör kabinine iletilen dikey titreşim incelenmiştir. Saha ölçümleri, kabin tabanında ve takoz düzlemindeki şasi üzerinde, makinenin sol ve sağ taraflarında olmak üzere dört noktada kaydedilmiştir. Zemine temas eden üç çalışma koşulu 1024 Hz örnekleme hızıyla kayıt altına alınmış ve ölçüm kampanyası aynı gün içinde iki takoz istasyonu sökülerek tekrarlanmıştır. Böylece iki konfigürasyon, zemin koşulu, operatör ve makine ayarları değişmeden karşılaştırılabilmiştir. Ölçülen iletim oranı sekiz takozda 0,62 iken altı takozda 0,57'ye düşmektedir. Kabin için üç serbestlik dereceli rijit cisim modeli kurulmuştur. Yük taşıyan takoz elemanının sertliği, kabin ağırlığı altındaki 3,96 mm ölçülen statik çökmesinden elde edilmiş ve statik olarak 29,05 kgf/mm, dinamik olarak 37,76 kgf/mm bulunmuştur. Sönüm katsayısı ölçülememiş, model tepkisinin ölçüme uydurulmasıyla belirlenmiştir; tek parametre üç bağımsız koşula karşı tanımlanmıştır. Elde edilen dikey doğal frekans sekiz takozda 9,04 Hz, altı takozda 7,83 Hz'dir. Ölçülen şasi spektrumunun modelden geçirilmesi, ölçülen kabin ivmesini ortalama %4,5 hatayla yeniden üretmektedir. Uyarım frekansı, ölçülen şasi spektrumunun 2–60 Hz bandındaki enerji ağırlıklı merkezi olarak 13,65 Hz bulunmuştur. Buna göre iki takozun çıkarılmasıyla frekans oranı 1,51'den 1,74'e yükselmekte ve sistem √2 izolasyon eşiğinin daha üstüne taşınmaktadır. Çıkarılacak çift olarak ağırlık merkezine en yakın olanlar seçilmiş, bu seçim kalan takoz kümesinin boyuna dengesizliğini −242,8 mm'den −10,2 mm'ye ve dikey–yunuslama bağlaşım terimini yirmi dört kat azaltmıştır. Çıkarılan takozların yerine, ortak mod uyarımının saf dikey kuvvet üretmesini sağlayacak biçimde ağırlık merkezinin boyuna hizasına yerleştirilen aktüatörlerin kullanıldığı bir konfigürasyon için iki kontrol stratejisi tasarlanmıştır. Aktarılan takoz kuvvetinin yüzde doksanını iptal eden PID tabanlı yasa, etkin rezonansı 7,83 Hz'den 2,48 Hz'e indirmekte ve ortalama %57,5 azaltma sağlamaktadır. Mutlak kabin ivmesi üzerine kurulan doğrusal karesel regülatör %81,4 azaltma sağlamakta olup, ağırlıklandırmanın belirleyici olduğu gösterilmiştir: aynı regülatör yapısı, kontrol ağırlığına bağlı olarak %53 ile %93 arasında sonuç vermektedir. Aktüatör dinamiği ideal kabul edilmek yerine birinci mertebeden gecikme ile temsil edilmiştir. En yüksek aktüatör talebi 0,60 kN olup ticari hidrolik ünitelerin kapasitesi dahilindedir ve genel iletim oranı 0,62'den 0,05'e inmektedir.

Özet (Çeviri)

ABSTRACT MATHEMATICAL MODELLING AND ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A MOTOR GRADER OPERATOR CABIN USING PID AND LQR METHODS TURACAN, MİHRİBAN MECHATRONICS ENGINEERING MASTER'S THESIS Supervisor: Asst. Prof. Dr. Ulaş BELDEK Co-Supervisor: Dr. Hilal BİNGÖL Defense September 2026, 79 Operators of earthmoving machinery are exposed to whole-body vibration over long and uninterrupted working periods, and the motor grader represents a demanding case because the blade engages the soil directly and the resistance it meets changes continuously. This study examines the vertical vibration transmitted into the operator cabin of a Hidromek HMK 480/600MG motor grader, whose cabin rests on eight elastomeric mount stations. Field measurements were recorded at four points, on the cabin floor and on the chassis at the mounting plane, on the left and right sides of the machine. Three ground-engaging conditions were captured at a sampling rate of 1024 Hz, and the campaign was repeated on the same day with two mount stations removed, so that the two configurations could be compared without any change in ground condition, operator or machine settings. The measured transmissibility falls from 0.62 with eight mounts to 0.57 with six. A three-degree-of-freedom rigid-body model of the cabin was constructed. The stiffness of the load-bearing mount element was obtained from its measured static deflection of 3.96 mm under the cabin weight, giving 29.05 kgf/mm statically and 37.76 kgf/mm dynamically. The damping coefficient could not be measured and was identified by fitting the model response to the measurement, one parameter against three independent conditions. The resulting heave natural frequency is 9.04 Hz with eight mounts and 7.83 Hz with six. Passing the measured chassis spectrum through the model reproduces the measured cabin acceleration with a mean error of 4.5 per cent. The excitation frequency was obtained as the energy-weighted centroid of the measured chassis spectrum over 2 to 60 Hz, giving 13.65 Hz. The frequency ratio therefore rises from 1.51 to 1.74 when two mounts are removed, moving the system further above the isolation threshold of √2. The mount pair nearest the centre of gravity was selected for removal, which reduces the longitudinal imbalance of the remaining set from −242.8 mm to −10.2 mm and the heave–pitch coupling term by a factor of twenty-four. Two control strategies were designed for a configuration in which the removed mounts are replaced by actuators positioned at the longitudinal station of the centre of gravity, so that common-mode actuation produces pure vertical force. A PID-based law cancelling ninety per cent of the transmitted mount force reduces the effective resonance from 7.83 Hz to 2.48 Hz and achieves a mean reduction of 57.5 per cent. A linear quadratic regulator formulated on absolute cabin acceleration achieves 81.4 per cent, with the weighting shown to be decisive: the same regulator structure yields between 53 and 93 per cent depending on the control weight. Actuator dynamics were represented by a first-order lag rather than assumed ideal. The peak actuator demand is 0.60 kN, within the capacity of commercial hydraulic units, and the overall transmissibility falls from 0.62 to 0.05.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    716294

    Active vibration control and modeling of flexible manipulators with trapezoidal velocity profile actuations

    Trapez hız profili ile hareket ettirilen esnek manipülatörlerin aktif titreşim kontrolü ve modellenmesi

    MEHMET MERT İLMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞAHİN YAVUZ

  2. Tez No

    675740

    Development and control of an active torsional vibration damper for vehicle powertrains

    Taşıt güç aktarma sistemleri için aktif torsiyonel titreşim damperi geliştirilmesi ve kontrolü

    ALİŞAN YÜCEŞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATA MUGAN

  3. Tez No

    997597

    Dönme çırpınması kararlılığının pıd kontrollü kontrol yüzeyleri ile artırılması

    Whirl flutter stability augmentation via pid-controlled control surfaces

    BEDİRHAN YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ TATAR

  4. Tez No

    55760

    Magnetik askılı taşıma sisteminin kontrolü

    Başlık çevirisi yok

    ALİ DORAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. FUAT GÜRLEYEN

  5. Tez No

    363700

    Yatay eksenli çamaşır makinalarında titreşim ve gürültünün azaltılması amacıyla aktif ve yarı aktif kontrol uygulamalarının incelenmesi

    Investigation of active and semi-active control applications for reducing vibration and noise on horizontal axis washing machines

    BARIŞ CAN YALÇIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK EROL

Geri Dön