Real-time sinusoidal vibration cancellation using embedded systems
Gömülü sistemler kullanarak gerçek zamanlı sinüzoidal titreşim engelleme
- Tez No: 766654
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM ÜNSALAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Aktif titreşim sönümleme çeşitli mekanik sistemlerde, titreşimin sistem performansını etkileme, hasar veya gereksiz enerji üretme, kullanıcıya veya çevreye rahatsızlık verme gibi istenmeyen etkilerini önlemek için kullanılmaktadır. Aktif titreşim sönümleme kullanan bu sistemlerden biri de araba motorları için aktif takoz sistemleridir. Bu sistemler araba motorunun oluşturduğu titreşimi sönümlemek ve arabanın şasesini etkilemesini önlemek için kullanılır. Bu özel sistem için literatürde önerilen birçok yöntem vardır. Bunlar adaptif, klasik ve gürbüz kontrol yöntemleri olarak gruplandırılabilirler. Adaptif kontrol yöntemleri düşük seviye belirsizlikler altında daha iyi sonuçlar sağlar. Ancak performansları yüksek belirsizlikler altında düşer ve hatta kararsız hale gelebilirler. Öte yandan, klasik kontrol yöntemleri belirsizliklere karşı daha dayanıklıdır ancak daha kötü tepki sürelerine sahiptirler. Son olarak, gürbüz kontrol yöntemleri, yüksek belirsizlikler altında en iyi kararlılığa sahiptir, ancak bunu elde etmek için ortalama performanslarından kaybederler. Bu çalışmada, yüksek belirsizlikler altında daha iyi performansla çalışabilen yeni bir yöntem önermekteyiz. Önerilen yöntem, Kay'in yüksek gürültü seviyelerinde kullanılabilen sinüzoidal parametre tahmin algoritmasına dayanmaktadır. Ancak, bu yöntem gömülü uygulamalarda kullanabilmek için farklı iyileştirme adımları kullanılarak geliştirilmiştir. İlk olarak, hızlı Fourier dönüşümü kullanılarak kabaca bir frekans değeri bulunur. Daha sonra, Kay'in frekans kestiricisi bu kaba frekans etrafında seçilen bir arama algoritması ile kullanılır ve kesin frekans tahmin edilir. Bu adım, iki aşamalı bir arama yaklaşımı, önceden tanımlanmış arama tabloları ve yinelemeli hesaplamalar kullanılarak daha da geliştirilmiştir. Daha sonra gerçek zamanlı uygulama için kısmi giriş örneklemesi ve özel gerçek zamanlı faz gecikmesi hesaplamaları uygulanır. Frekans ve faz/genlik hesaplama bölümleri de faz tahmin doğruluğunu artırmak için farklı hızlarda ayrı olarak hesaplanır. Son olarak, önerilen yöntem bir Arm Cortex-M4 mikrodenetleyici üzerinde çalıştırılmıştır. Geri döngü simülasyonları, elektriksel deneyler ve mekanik deneyler gerçekleştirilmiş ve önerilen yöntem literatürdeki yöntemler ile karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Active vibration cancellation is used in various mechanical systems to prevent undesired effects of vibration such as affecting system performance, generating damage or waste energy, and causing discomfort to the user or the environment. One of these systems using active vibration cancellation is an active mount system for car engines. This system is used to cancel the vibration created by the car engine and prevent it from affecting the chassis of the car. There are many methods proposed in the literature for this particular system. They can be grouped as adaptive, classical, and robust control methods. Adaptive control methods provide better results under low uncertainties. But their performance drop under high uncertainties and they may even become unstable. On the other hand, classical control methods are more robust to uncertainties but have worse response times. Finally, robust control methods have the best stability under high uncertainties, but lose their overall performance to gain it. In this study, we propose a novel method to work with better performance under high uncertainties. The proposed method is based on Kay's sinusoidal parameter estimation algorithm, which can be used at high noise levels. However, it is improved for embedded implementation using different optimization steps. First, a crude frequency is found using a fast Fourier transform. Then, the exact frequency is estimated around this crude frequency using Kay's frequency estimator with a selected search algorithm. This step is further improved using a two-stage search approach, predefined look-up tables, and iterative calculations. Then for real-time implementation, partial input sampling, and specific real-time phase delay calculations are performed. Frequency and phase/amplitude calculation parts are also separated for increasing the phase estimation accuracy. Finally, the proposed method is implemented on an Arm Cortex-M4 microcontroller. The loopback simulations, electrical experiments, and mechanical experiments are performed and the proposed method is compared with the state of the art in literature.
Benzer Tezler
- Esnek eklemli ve esnek bağlı robot kolu kontrolü
Control of flexible link and flexible joint robot manipulator
İSMAİL HAKKI AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZAFER BİNGÜL
- Random vibration analysis of an optomechanical system mounted on an air platform
Hava platformu üzerine yerleştirilen bir optomekanik sistemin rastlantısal titreşim analizi
EGE YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÇALIŞKAN
- Francis Türbinli Tesislerde Dönen Vorteks Çekirdeğinin geçici rejimlere etkisinin rolü
An Investigation on the influence of rotating vortex rope on transiet working conditions for Francis turbine power plants
METİN GÜLEÇ
- A review of FFT algorithms and a real-time algorithm development for airborne vibration testing applications
FFT algoritmalarının incelenmesi ve uçuşta titreşim testi uygulamaları için gerçek zamanlı algoritma geliştirilmesi
OSMAN BİRKAN ÖZSEVEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA HELVACI
- Konsensüs kontrol ve esnek sistemlerin titreşim söndürme problemi
Consensus control and vibration supression problem of flexible structures
UMUTCAN KUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AFİFE LEYLA GÖREN