Geri Dön

Control of separation clutch system for clutch closing

Debrıyaj kapatma sırasında ayırıcı debrıyaj kontrolu

PDF İndir

  1. Tez No: 632955
  2. Yazar: BERKAN KAÇMAZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 75

Özet

Ulaşım, modern dünya için önemli bir konudur. Yıllardır, içten yanmalı motorlu araçlar sektöre hakim olmuştur. Gelişen teknolojiler sayesinde giderek daha fazla araç insanlar tarafından kullanılabilir hale geldi. Bunun sonucu olarak bazı problemler de ortaya çıktı. Petrol arzının yenilenebilirliği konusunda artan şüphe, daha iyi yakıt ekonomisi beklentileri ve özellikle içten yanmalı motorlardan kaynaklanan karbon ve azot atığı emisyonlarının çevresel etkileri konusunda artan endişeler, otomotiv sektörünün alternatif yaklaşımlara yönelmesine sebep olmuştur. Her ne kadar bu konuları çözmek için farklı birçok alternatif fikir bulunmuş ve çalışılmış olsa da, hibrit elektrikli araçlara odaklanıldı. Böylece hibrit araçlar son yıllarda dünyada daha popüler hale geldi. Hibrit elektrikli araçların sınıflandırılması için birçok perspektif olmasına rağmen, bunlar seri hibrit, paralel hibrit ve bunların kombinasyonları ile anlatılabilecek daha karmaşık olanlar olarak gruplandırılabilir. Seri hibrit araçlarda elektrik motor, aracı sürmek için tek tork kaynağı iken içten yanmalı motor yalnızca bataryayı şarj etmek için kullanılır ve mekanik bir bağlantı ile tekerleklere bağlanmaz. Öte yandan, paralel hibrit araçlarda, hem içten yanmalı motor hem de elektrik motoru araç için tork kaynağı olarak kullanılabilir. Bununla birlikte çeşitli güç aktarma organı yapılandırmaları ile farklı sürüş modlarına olanak tanınmış olur. Paralel hibrit araçlar, aracın elektrifikasyon özelliklerine bağlı olarak mikro hibrit, hafif hibrit ve tam hibrit gibi sınıflandırılabilir. Genel olarak paralel hibrit araçlarda, sadece elektrikli mod, sadece içten yanmalı mod, takviye modu gibi çeşitli sürüş modları vardır. Ayrıca bu araçlarda çeşitli hibrit güç aktarma yapılandırmaları vardır. En yaygın olanlardan biri, paralel bir hibrit yapı olan P2 hibrit aracıdır. Bu tipte, elektrik motoru ve içten yanmalı motor bir ayırma kavraması ile ayrılır ve aracın iki çekiş kaynağını bağladığı için kavrama sırasında bu kavramanın kontrol edilmesi önemlidir. Bu tez çalışmasında, gerçek zamanlı pratik bir problem olan P2 tipi hibrit araç sistemlerinde elektrik motor ve içten yanmalı motor arasında bulunan ayırıcı debriyaj sisteminin kapatma kontrolüne teorik bir çözüm sunmak amaçlanmıştır. Yapılan çalışmada, ayırıcı debriyaj sisteminin kapatma sırasındaki kontrolü için öncelikle birer klasik kontrol yöntemi olan oransal-integral-türevsel denetleyici (PID) ve oransal-integral oransal-türevsel denetleyici (PI-PD) kontrol yapıları kullanılmıştır. Bundan sonra, bir optimal kontrol yöntemi olan standart yapıdaki doğrusal kuadratik regülatör (LQR) ve daha sonrasında bu yönteme ek olarak ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR kullanılmıştır. Son olarak, sisteme farklı bir optimal kontrol yöntemi olan model öngörülü kontrolcü yapısı da uygulanmıştır. İlk olarak, ayırıcı debriyaj sistemi araçtaki diğer güç aktarma organlarından (örneğin içten yanmalı motor ve elektrik motoru) ayrı bir ünite olarak düşünülmüştür. Daha sonra bu fiziksel sistemin matematik sistem modeli incelenmiş ve durum-uzay modeli elde edilmiştir. Ardından, sistem durum uzay modelinden elde edilen transfer fonksiyonu kullanılarak klasik bir PID kontrolörü ile kontrol edilmiştir. Sonrasında, PID kontrol kullanılmış sistem cevabı sonuçlarında ortaya çıkan aşım sorununu çözmek ve daha kapsamlı kontrol olanakları sağlamak için PID yöntemine göre farklı avantajları olan ve daha gelişmiş bir kontrol yapısına sahip olan PI-PD kontrolör, sistemin kontrolü için kullanılmıştır. Sistem cevapları analiz edildiğinde PI-PD kontrolörün klasik PID'ye göre aşım problemlerini çözmede daha başarılı olduğu gözlemlenmiştir. Bir fiziksel sistem kontrolü için sistemin durum-uzay matematiksel modeline sahip olmak, kontrolör tasarımcısına optimal kontrol yöntemlerini kullanabilme olanağı tanır. Bu sebeple, sistemin kontrolü, statik bir kontrolör yapısına sahip olan LQR kontrol ile gerçekleştirilmiştir. Sistemin matematik modeline göre ilk başta bozucu olarak kabul edilen sinyaller (giriş şaftındaki tork değişimi ve çıkış şaftındaki tork değişimi), aslında sensörler üzerinden ölçülebilir veya diğer kontrol üniteleri tarafından hesaplanabilir. Bu sebeple, klasik LQR yapısından hareket ile bu bozucu sinyaller sistem için ölçülebilir bozucular olarak kabul edilerek ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR kontrolörü sistem için kullanılmıştır. Ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR, kullandığı bozucu sinyal bilgileriyle klasik LQR ile kontrol edilen sisteme kıyasla daha iyi sonuçlar göstermiştir. Diğer bir deyişle ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR, klasik LQR yapısından daha iyi performans göstermiştir. Ayrıca, benzetim sonuçlarına göre ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR'ın çok büyük dinamik sistem modeli değişikleri olmadıkça dayanıklı bir yapıya sahip olduğu da gözlemlenmiştir. Daha sonra, sistemin kontrolü için klasik bir model öngörülü kontrolcü, LQR yöntemindekine benzer bir şekilde, ölçülebilir bozucu yapısına sahip olarak tasarlanmıştır. Ayırıcı debriyaj sisteminde çalışma sırasında sistemin parametreleri dinamik olarak değiştiğinden sistemin matematiksel modelinin de değiştiği göz önünde bulundurulmuştur. Model öngörülü kontrolcü algoritması büyük ölçüde matematiksel modelin fiziksel sistemi doğru bir şekilde ifade etmesine bağlıdır. Bu yüzden bu sistem dinamiklerine karşı daha gelişmiş bir yapı olan çoklu model öngörülü kontrolcü yapısı dinamik sistemin kontrolü için de uygulanmıştır. Buna ek olarak, sistemde bir Kalman filtresi uygulanmıştır. Buradaki amaç, gerçek sistem dinamiklerine karşı daha uygun bir yaklaşım sağlayarak sistem geri bildirimini bu filtreden elde etmektir. Son olarak, sistemin kontrolü için kullanılan yapılardan PI-PD kontrolörü, ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR ve çoklu model öngörülü kontrolcü yapılarına sahip sistem yanıtları karşılaştırılarak bu yöntemler arasında bir değerlendirme yapılmıştır. Kontrol yöntemlerinin karşılaştırılması için sistem yanıtlarına bağlı hesaplanan bir performans endeksi ve kontrolcü çıktılarına bağlı hesaplanan bir kontrolör maliyeti göz önünde bulundurulmuştur. Ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR ve çoklu model öngörülü kontrolcü yapılarının benzetimleri için sistemin gerçek dinamik özelliklerine karşı bir çözüm olarak sunulan Kalman filtresi kullanılmıştır. PI-PD kontrolcü, tek giriş-tek çıkış kontrol yapısına sahip olması sebebiyle sadece kayma hızını kontrol edebilir; bu da sistemin iki çıkışını kontrol etmeyi zorlaştırır. Dolayısıyla, performans endeksi açısından en kötü sistem yanıtına PI-PD sistem cevabı sahiptir. Çoklu model öngörülü kontrolöre sahip sistem sonucu performans endeksi dikkate alındığında en iyi sonuca sahipken, ölçülebilir bozucu yapısına sahip LQR'ın kullanıldığı sistem sonucu performansı değeri diğer iki yöntem arasında elde edilmiştir. Ayırıcı debriyaj sistemini kompakt bir ünite olarak ele alarak araçtaki diğer güç aktarım organlarından bağımsız olarak analiz etmek bu çalışmanın faydalarından biridir. Ayırıcı debriyaj kapatma algoritmalarının çoğu, güç aktarım sistemlerindeki diğer elemanları birlikte kontrol etmeye çalışır. Endüstride yapılan çoğu çalışma ve uygulamanın aksine, bu çalışmadaki sistem, elektrik motoru, içten yanmalı motor ve şanzıman gibi güç aktarma sisteminin diğer elemanlarından bağımsız olarak kabul edilmiştir. Bu diğer yapıların etkileri de incelenen sistem için birer bozucu olarak kabul edilmiştir. Sistemin kontrolüne yönelik çözüm için önce klasik sonra da daha karmaşık yapılar kullanılarak farklı kontrol yöntemleri ele alınmıştır. Ayrıca, kontrolörler için geri bildirim mekanizması için gerçek zamanlı sistemin geri bildirimi sırasındaki kısıtlamalar ve sitemin çalışması sırasında oluşan dinamik model değişiklikleri de göz önüne alınarak farklı yapılar düşünülmüştür. Böylece kullanılan yöntemlerde, benzetim yapılırken gerçek zamanlı sistemde oluşabilecek problemler için daha uygun çözümler oraya konulmaya çalışılmıştır.

Özet (Çeviri)

Transportation is an essential subject in the modern world. For years, internal combustion engine-based vehicles dominated the industry. With advancing technologies, more and more vehicles became available to people; thus, resulted in some issues. Increasing doubt about oil supply renewability, expectations of better fuel economy and growing concerns for the environmental effect of carbon and nitrogen waste emissions resulting primarily from internal combustion engines have driven the industry to alternate approaches. Although there are several alternative ideas for these issues, hybrid electric vehicles have been focused and become more popular in the world in recent years. Although there are several perspectives for classifying the hybrid electrical vehicles, they can be grouped into series hybrid and parallel hybrid, and more complex ones with combinations of these. In the series hybrid, the electric motor is the only torque source for driving the vehicle. In contrast, the internal combustion engine is used to charge the battery only and is not connected to wheels by a mechanical link. On the other hand, in a parallel hybrid, both engine and electric motor can be used as torque sources for vehicles. There are various configurations in terms of power structure with the opportunity of driving modes. Parallel hybrid structures can be classified depending on the electrification capabilities of the vehicle, such as micro-hybrid, mild hybrid, and full hybrid. In a general representation of parallel hybrid vehicles, there are various driving modes such as electric-only mode, internal combustion mode only, boost. Also, in parallel hybrid vehicles, there are various types of hybrid powertrain structures. One of the most common ones is the P2 hybrid vehicle, which is a parallel hybrid structure. In this type, the electric motor and internal combustion engine are separated via a separation clutch, and it is essential to control this clutch during engaging since it connects the two traction sources of the vehicle. The thesis aims to provide a theoretical solution to the real-time practical problem, particularly for P2 hybrid vehicle systems, the separation clutch closing control. Classical control methods such as proportional-integral-derivative (PID), proportional-integral proportional-derivative PI-PD, optimal control methods such as linear quadratic regulator (LQR), LQR with known disturbances, and model predictive control methods are applied for control of the system. Initially, the mathematical system model is examined, and the state-space model is determined by separating the system from other parts (e.g., engine and electric motor) of the powertrain and considering it as a single unit. Then, a classical PID controller is used for control of the system. After that, a PI-PD controller, which is a more sophisticated method, is used in the system to solve the overshoot issue and provide more comprehensive control possibilities using the PI-PD due to its advantages over PID. By analyzing the results, it is deduced that the performance of PI-PD controller is better over classical PID in terms of overshoot in system response. A state-space model empowers the controller designer to use optimal control methods. So, control of the system is performed via an LQR controller, which has a static controller structure. The disturbances (input and output torque changes) for the system can be measured via sensors or calculated by other control units. Thus, considering disturbances as known features for the system, LQR with known disturbances structure is used for control of the system. The LQR with known disturbances outperformed the classical LQR considering system response with the additional information. Additionally, LQR with known disturbance is relatively robust according to simulations with the dynamic system model during operation. After that, a classical MPC controller is designed for a nominal system with known disturbances structure similar to the LQR approach. The multi-MPC structure is also implemented for control of the system for dynamic model changes during operation since the MPC algorithm highly depends on the accuracy of the model. For providing a more realistic approach, system feedback information is obtained from a Kalman filter. The system responses with PI-PD controller, LQR with known disturbances, and multi-MPC structures are compared in terms of the determined performance index and controller cost. LQR and MPC structures are implemented with Kalman filter in simulations. PI-PD can only control the slip speed due to the single input-single output control structure, which makes it harder to control two outputs of the system. Hence it has the worst system response in terms of the performance index. The system with the Multi-MPC controller has the best result considering the performance index while LQR with known disturbances, whereas the LQR controller performance, is between these two methods. Considering the separation clutch system as a compact unit is one of the benefits of this study. Most control approaches of clutch closing algorithms try to control other elements in powertrain together. Unlike most studies and applications in the industry, the system in this study is considered as independent from other elements of the powertrain system, such as electric motor, engine, and transmission in control perspective. The solution for controlling the system is provided with different control methods using classical and more sophisticated structures. Moreover, the real-time aspects of the system, such as feedback for the controller and dynamic model changes during operation, are also considered for simulating the controllers to provide more suitable solutions for practical problems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    855463

    Otomotiv döküm parça talep tahmininin yapay sinir ağları ile modellenmesi ve arıma yöntemi ile karşılaştırmalı analizi

    Modeling automotive casting part demand forecasting with artificial neural networks and comparative analysis with arima method

    SELİNAY KAYALI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MERVE CENGİZ TOKLU

  2. Tez No

    745083

    İstihbarat örgütlerinin hukuk sınırları içerisinde kalabilmesi için kontrol ve denetimi: İngiltere ve Almanya incelemeleri

    Control and oversight of intelligence organizations to keep within the limits of the law: England and Germany studies

    MEHMET VASIF EVCEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kamu YönetimiMilli Savunma Üniversitesi

    İstihbarat Çalışmaları Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ ERAY GÜÇLÜER

  3. Tez No

    845275

    Kuvvetler ayrılığı bağlamında hükümet sistemlerine göre yasamanın yürütmeyi denetim mekanizmaları

    Legislative control mechanisms of the executive according to government systems in the context of separation of powers

    HATİCE KÜBRA ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Kamu YönetimiSelçuk Üniversitesi

    Siyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ŞAHİN

  4. Tez No

    488362

    Vapor phase synthesis of smart membranes for macromolecule separation applications

    Makromolekül ayırma uygulamaları için buhar fazında sentezlenmiş akıllı membranlar

    ALI TUFANI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖZDE İNCE

  5. Tez No

    104811

    Memurların yargılanması ve memurların ve diğer kamu görevlilerinin yargılanması hakkında kanunun düzenlenmesi

    Judgemend of officials and act relevant to officials and the other civil servants being judged

    FATMA KARAKAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Hukukİstanbul Üniversitesi

    Kamu Hukuku Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÇETİN ÖZEK

Geri Dön