فهرست مطالب
فصلنامه مکانیک هوافضا
سال دهم شماره 1 (پیاپی 35، بهار 1393)
- دینامیک، ارتعاشات و کنترل
- تاریخ انتشار: 1392/10/07
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-13در این مقاله مدل سازی دینامیکی یک صفحه پایدار ژیروسکوپی سه محوره با لحاظ کردن حرکات زاویه ای جسم حامل بررسی شده است. پس از بررسی مدل های به دست آمده، ابتدا پاسخ آزاد سیستم و سپس پاسخ حلقه بسته سیستم تحت کنترلرهای خطی PID و LQR، شبیه سازی و بررسی شده است. نتایج حاصل در این مقاله نشان داده که با انتخاب صحیح ماتریس های وزنی، کنترلر LQRاز قابلیت بهتری نسبت به PID در پایدارسازی سکوی ژیروسکوپی برخوردار است و سکو را در زمان کم و با میرایی بالا، پایدار می نماید.
کلیدواژگان: ژیروسکوپ، صفحه پایدارشده ژیروسکوپی، مدل سازی دینامیکی، کنترلر PID، کنترلر LQR -
صفحات 15-23در این مقاله قوانین کنترل دینامیک طولی خودرو برای خودروهای سواری توضیح داده شده است. به منظور کنترل سرعت خودرو در بزرگراه ها و کنترل فاصله خودرو در ترافیک شهری، یک سیستم کنترلی طراحی شده است که با استفاده از کنترل دریچه گاز و پدال ترمز می تواند فاصله و سرعت خودرو را کنترل نماید. به این منظور مدل دینامیکی کاملی از دینامیک طولی خودرو، شامل موتور و سیستم انتقال حرکت آورده شده است. کنترلر شامل یک الگوریتم کنترل سرعت و یک الگوریتم کنترل فاصله است. قانون کنترلی پیشنهادی، پروفیل شتاب مطلوب، منطق انتخاب گاز - ترمز و یک الگوریتم کنترل گاز - ترمز را در خودروی کروز کنترل تطبیقی ارائه می دهد. عملکرد کنترلر سرعت و فاصله خودرو در موقعیت های مختلف، به صورت رضایت بخشی پاسخ داده است. استفاده از این قوانین باعث افزایش راحتی رانندگی و امنیت سرنشینان شده است.
کلیدواژگان: موتور اشتعال جرقه ای، کنترل طولی خودرو، کنترل بهینه خطی، دریچه گاز، ترمز -
صفحات 25-32در مقاله حاضر پاسخ دینامیکی (ارتعاشات گذرای) یک تیر ساندویچی سه لایه با شرایط مرزی لولایی و الاستومر مگنتورئولوژیکال در لایه میانی تحت بارگذاری های گذرای دلخواه بررسی شده است. الاستومر مگنتورئولوژیکال استفاده شده در این مدل سازی به صورت یک ماده ویسکوالاستیک با مدل کلوین ویت مدل شده است. اصل همیلتن همراه با معادلات کلاسیک تیر اویلر برنولی و معادلات سازگاری خطی شده تیرهای ساندویچی با هسته انعطاف پذیردر جهت عرضی برای استخراج معادلات حرکت کوپله دینامیکی و شرایط مرزی مربوطه به کار گرفته شده است. همچنین برای حل مسئله گذرا تحت بارگذاری های دلخواه (ضربه، بار متحرک و بار گسترده هارمونیک) و میدان های مغناطیسی مختلف از سری فوریه به همراه الگوریتم معکوس تبدیل لاپلاس داربین استفاده شده است. برای اعتبارسنجی مسئله از مقایسه حالت های حدی خاص با حل های موجود استفاده شده است.
کلیدواژگان: سازه های هوشمند، مواد هوشمند، تیر، هسته MRE، مگنتورئولوژیکال، کاهش ارتعاشات، حوزه زمان، پاسخ گذرا -
صفحات 33-44معادلات غیرخطی شیرهای کنترل جریان اسپولی، دبی های کنترلی را از طریق پورت های شیر به پارامترهای آن مرتبط می سازند. این معادلات حالات شیرهای مرکز بحرانی، فراانطباقی و فروانطباقی را پوشش می دهند. عدم تساوی عرض اسپول ها و موقعیت خنثای نامتعارف اسپول های شیر نیز می تواند با استفاده از این مدل شبیه سازی شود. علاوه بر این، مدل ساده شده شیر کنترل جریان اسپولی با فرضیاتی می تواند برای سهولت تحلیل مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله دقت مدل کاملا غیرخطی در مقایسه با مدل ساده شده متعارف مورد تحلیل قرار -می گیرد. بر اساس مدل خطی مرتبه دوم یک سیستم سروهیدرولیک، آنالیز ابعادی مدل کاملا غیرخطی شیر نشان می دهد که دقت مدل مستقل از انتخاب یک دسته خاص از پارامترهای آن است. در واقع، خطای مدل برای یک مقدار معین از ضریب میرائی هیدرولیکی به مقادیر پارامترهای مدل وابسته نیست، به گونه ای که ترکیب این پارامترها منجر به یک ضریب میرائی ثابت می شود. بنابراین دقت مدل می تواند از قبل به کمک شبیه سازی تعیین شود. این نکته می تواند انعطاف پذیری بالایی را در اختیار طراح سیستم کنترل هیدرولیک قرار دهد تا از امکان استفاده از مدل ساده شده شیر بدون تعیین خطاهای مدل سازی اطمینان حاصل نماید. به دلیل اینکه سیستم های هیدرولیکی به ندرت فراتر از محدوده فرکانسی مورد نظر به حرکت در می آیند، می توان نتیجه گرفت که برای بسیاری از کاربردها، مدل ساده شیر بیان دقیقی ازدینامیک شیر را می تواند فراهم سازد.
کلیدواژگان: آنالیز ابعادی، شیر سروهیدرولیک، مدل غیرخطی، تحلیل دقت -
صفحات 45-54فرمان گیری بهبود یافته و پایداری مطلوب، دو جنبه مهم فرمان پذیری خودرو هستند. در این پژوهش، کنترلر بهینه غیر خطی مجهز به تخمینگر برای کنترل تغییرات زاویه چرخش (Yaw) از طریق اعمال فرمان اصلاحی به سیستم فرمان و نسبت به ورودی فرمان راننده، طراحی و اعمال شده است. برای اعمال کنترل مناسب از سیستم فرمان SBW (سیستم فرمان سیمی) استفاده شده است. به این منظور ابتدا یک مدل چهار درجه آزادی غیر خطی با متغیر های حالت زاویه غلت، سرعت طولی، نرخ زاویه چرخش و سرعت جانبی توسعه داده شده است. به منظور طراحی کنترلر که بر پایه مدل است با ساده سازی های منطقی به یک مدل ساده تر دست یافته شده است. در مدل ساده شده با 2 درجه آزادی خطی متغیرهای حالت نرخ چرخش و سرعت جانبی به عنوان متغیرهای حالت اصلی در فرمان پذیری استفاده شده است. برای بررسی رفتار سیستم کنترلی، ورودی کنترلی بهنیه به کمک روش همیلتون با توجه به مدل ساده شده، طراحی شده است. این کنترلر به سیستم 4 درجه آزادی خودرو که بر پایه اطلاعات خودرو Jeep Cherokee صحه گذاری شده، در جاده خشک و جاده با اصطکاک کم (خیس) اعمال شده است. به کمک شبیه-سازی تاثیر سیستم کنترلی بهینه SBW در مقایسه با شرایط خودرو بدون کنترلر مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و در نتیجه رفتار چرخشی خودرو بهبود یافته است. به این ترتیب زاویه فرمان اعمالی از طریق راننده به کمک سیستم کنترلی اصلاح می شود. در انتها یک سیستم سخت افزار در حلقه برای شبیه سازی کنترل خودرو به کار گرفته شده است. در این سیستم ECU کنترلی سیستم فرمان به رایانه متصل شده و خروجی های قابل اندازه گیری مدل را به عنوان ورودی دریافت می کند. این کنترلر می تواند خودرو را در شرایط جاده برفی و آزمون سینوسی به خوبی پایدار کرده و عملکرد مشابه کنترلر در شبیه سازی رایانه ای نشان می دهد.
کلیدواژگان: فرمان پذیری، تغییرات زاویه چرخش، سیستم فرمان سیمی، کنترل بهینه، تخمینگر، مدل غیر خطی -
صفحات 55-65در این مقاله امواج لم ایجاد شده با تحریک لایه پیزوالکتریک متصل به سازه برای شناسایی عیوب سطحی و زیرسطحی استفاده می شود. لایه پیزوالکتریک در لحظه اولیه به صورت محرک عمل می کند تا امواج لم را در سازه ایجاد کند و سپس این لایه پیزوالکتریک به عنوان حسگری عمل می کند تا انعکاس امواج لم از سطوح مختلف سازه را شناسایی کند. مدل اجزای محدودی برای تحلیل پاسخ لایه پیزوالکتریک و سازه تحت اثر سیگنال تحریک ارائه می شود و انتشار دو دسته امواج لم متقارن و پادمتقارن در سازه شبیه سازی می شود که با سرعت های مختلف نسبت به یکدیگر منتشر می شوند. انعکاس امواج لم در اثر برخورد با سطوح خارجی سازه یا سطوح عیوب داخلی آن با استفاده از مدل ارائه شده شناسایی می شود. عملکرد این روش برای سازه با یک یا دو شیار عرضی بررسی می شود که پهنای شیارها در مقایسه با ابعاد سازه بسیار کوچک است تا ترک عرضی در سازه را شبیه سازی کند. نتایج این تحلیل نشان می دهد که امواج لم ایجاد شده نسبت به این شیارهای عرضی بسیار حساس بوده و از انعکاس های آن می توان با دقت مناسبی موقعیت عیوب سطحی و داخلی سازه را شناسایی کرد.
کلیدواژگان: تحلیل سلامت سازه، امواج لم، امواج الاستیک، پیزوالکتریک، تحلیل اجزای محدود -
صفحات 67-75در این مقاله ارتعاشات عرضی تیر اویلر- برنولی با وجود قید اصطکاک خشک ضعیف در شرایط تکیه گاهی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه نیروی اصطکاک در شرایط مرزی به عنوان یک عامل غیرخطی نقش ایفا کرده و باعث غیرخطی شدن پاسخ می شود، فرکانس های طبیعی نیز برخلاف سیستم های خطی دچار تغییر شده و تابعی از نیروی اصطکاک می شود که خود نیروی اصطکاک در تکیه گاه ها نیز تابعی از پارامترهای دیگر است. محاسبه فرکانس های تیر و مدل سازی مناسب این شرایط مرزی همواره مورد علاقه پژوهشگران و محققان بوده است. در پژوهش حاضر با مدل سازی نیروی اصطکاک با استفاده از مدل غیرخطی الاستیک- پلاستیک والانیس و مدل کلاسیک اصطکاک کولمب نیروی اصطکاک در تکیه گاه ها مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل مسئله از روش شکل مودهای فرضی استفاده شده و معادلات به دست آمده با استفاده از روش عددی رانج-کوتا مرتبه 4 حل شده و این دو مدل با هم مقایسه شده اند. برای اعتبارسنجی نتایج از آزمایش مودال استفاده شده است. در نهایت با استخراج پارامترهای مدل والانیس نشان داده شده که این مدل، انطباق خوبی با نتایج آزمایش دارد. با توجه به ضعیف بودن نیروی اصطکاک موجود در بستر، اثر نرم شوندگی در نمودارهای پاسخ فرکانس مشاهده شده است.
کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی تیر، مدل والانیس، مدل کولمب، آزمایش مودال -
صفحات 77-86در این مقاله یک قانون هدایت نوین برای کانال سمت رهگیر های آشیانه یاب طراحی شده است. به دلیل استفاده از تئوری کنترل مد لغزشی، از معادلات غیرخطی حاکم بر هندسه درگیری استفاده شده و شتاب هدف نیز به عنوان نامعینی در نظر گرفته می شود. در این صورت نیازی به اندازه گیری یا تخمین دقیق مانور هدف در حین پرواز نبوده و تنها از کران بالای آن استفاده می شود. طبق ایده ناوبری موازی از نرخ چرخش خط دید بین رهگیر و هدف برای تعریف متغیر لغزش استفاده شده و قانون کنترل طوری طراحی می شود که این متغیر لغزش در مدت زمان محدودی به صفر برسد. برای تولید سیگنال کنترل هموار و حذف نوسانات آن، بخش ناپیوسته قانون هدایت با یک تابع پیوسته تقریب زده شده است. تنظیم صحیح پارامترهای کنترل کننده، باعث کاهش نیروی کنترل، زمان پرواز و تلفات سرعت رهگیر می شود. نتایج شبیه سازی -های گوناگون در حضور دینامیک واقعی سیستم کنترل یک رهگیر آشیانه یاب نشان می دهد که در مقایسه با روش های دیگر از جمله هدایت تناسبی، الگوریتم طراحی شده دارای کارایی بیشتری بوده و قادر است اهداف مانوردار را شکار کند.
کلیدواژگان: قانون هدایت، رهگیر آشیانه یاب، ناوبری موازی، کنترل مد لغزشی، اهداف مانوردار
-
Pages 1-13In this paper، dynamical modeling of a gyro stabilized platform in the presence of angular motions of the vehicle is studied. After introducing the computational models، the system is simulated first in an uncontrolled and then in closed loop mode using PID & LQR controllers، separately. Results show that both PID & LQR controllers have good capability to stabilize the gyro stabilized platform and can provide a fast and over damped process for it.Keywords: Gyroscope, Gyro Stabilized Platform, Dynamical Modeling, Pid Controller, Lqr Controller
-
Pages 15-23Adaptive cruise control (ACC) and stop-and-go scenarios are example of problems related with longitudinal control. Driver assistant systems currently under development by the most automotive manufactories around the world. This Research describes a vehicle speed & vehicle-to-vehicle distance control algorithm for vehicle cruise control and also vehicle stop-and-go cruise control. So first، a complete dynamic model of car has been simulated that consists of an SI engine، automatic transmission and tire. The vehicle longitudinal control scheme consists of a speed control algorithm and a distance control algorithm and throttle-brake control law. A desired acceleration for the vehicle has been designed using linear quadratic optimal control theory. It has been shown that the two proposed control laws provide good performance.Keywords: Adaptive Cruise Control (ACC), Mean Value SI Engine Model, Throttle, Brake, Stop, And, Go ACC, Linear Quadratic Regulator (LQR)
-
Pages 25-32Dynamic response (transient vibration) of a magnetorheological elastomer (MRE) based simply supported sandwich beam under various transient loads is investigated. The MRE is modeled as a Kelvin-Voigt viscoelastic material. Hamilton’s principle in conjunction with the classical Euler-Bernoulli beam equations and linearized compatibility relations of sandwich beams with transversely flexible cores is used to derive the equations of motion and pertaining boundary conditions. Fourier series and Durbin’s algorithm for the inversion of Laplace transform are used to solve the equations of motion for different transient loads (i. e. impulse، moving load، and uniformly distributed harmonic load) in different magnetic fields. Limiting cases are compared with the data in the classic literature as verification.Keywords: Smart Structures, Smart Materials, Beam, MRE Core, Magnetorheological, Vibration Suppression, Time Domain, Transient Response
-
Pages 33-44Nonlinear models of the flow control valves relate the control flows through the valve ports to the valve parameters. An integrated model covers thoroughly the critical-lapped، over-lapped and under-lapped valves. The non-equality of spool lands and incorrect null position of spools can also be simulated using this model. Moreover، the simplified model can be used base on some assumptions for ease of analysis. In this paper، an accuracy analysis is performed to compare a fully nonlinear valve model to the conventional simplified one. According to the second order linear model of a servohydraulic system، a non-dimensional analysis for the fully nonlinear model shows that the accuracy of the model is independent of the specific categories of its parameters. In fact، the model error for a certain amount of hydraulic damping coefficient does not depend on the model parameters، such that a combination of these parameters leads to a constant damping coefficient. Therefore، the accuracy of the model can already be determined using simulation. This point provides a high flexibility to the hydraulic control system designer to put up the possibility of using simplified models without any need to determine the model errors. Because the hydraulic systems are barely driven beyond the scope of the desired frequency، it can be concluded that for some applications، the simplified model of the valves can accurately express the valve dynamic.Keywords: Dimensional Analysis, Electro, Servo, Valve, Nonlinear Models, Precision Analysis
-
Pages 45-54A control algorithm for preventing vehicle from spinning and drifting and improving its handling، has been carried out by applying correction angle to the steered wheel، which is based on the optimal and adaptive theory، has been proposed in this paper. The nonlinear 4DOF model is initially developed; then it is simplified to 2DOF model with reasonable assumption to design observer and optimal controllers. Then a simplified model developed for steering system. The numerical simulation has been carried out، using a vehicle parameters for standard maneuvers in dry and wet roads. Simulation results show obviously the effects of nonlinear adaptive optimal controllers also on vehicle handling، moreover a hardware in the loop method has been applied to prove the controller ability in realistic situation.Keywords: Handling, Yaw Rate, Steer, by, Wire, Optimal Control, Observer, Nonlinear Model
-
Pages 55-65The paper concerns with the identification of the surface and subsurface defects based on Lamb wave generation and propagation in a structure with piezoelectric wafer active sensor. The piezoelectric wafer acts as an actuator at the initial instant for Lamb wave generation and then as sensor to monitor Lamb waves reflected from different surfaces of the structure. A finite element model is developed to analyze the response of the structure and piezoelectric wafer subjected to initial activation signal. The model simulates the generation of Lamb waves which are divided into symmetric and anti-symmetric waves propagating with different velocities. The reflection of Lamb waves from exterior surfaces of the structure or the surfaces of the defects are identified using the present model. The performance of the damage identification procedure is evaluated for a plate structure with single or multiple transverse grooves whose dimensions are very small compared to structural dimensions in order to simulate the transverse cracks in the structure. The results have shown that Lamb waves are very sensitive to transverse grooves and determine the location of transverse damages with a reasonable accuracy.Keywords: Structural Health Monitoring, Lamb Waves, Elastic Waves, Piezoelectric, Finite Element Analysis
-
Pages 67-75In the present paper، the transverse vibrations of Euler – Bernoulli beam along with the poor dry friction at the boundary conditions has been investigated. With special attention to the force of friction on the boundary conditions which plays a role as one non-linear factor and brings out nonlinear response، Natural frequencies also change despite the linear systems and these natural frequencies become a function of the force of friction and the force of friction in substrates also is a function of other parameters. The Calculation of the beam frequencies and the proper modeling of boundary conditions have been interesting for the researchers and scientists. Under present study، the force of friction at substrates is investigated through the friction force modeling by using nonlinear elastic - plastic Valanis model and also by the Classical Model of Coulomb friction. The assumed modes method for solving was used and the resulting equations by using Fourth Runge-Kutta numerical method have been solved. These two models have been compared and the results of modal testing were used for the validation. Finally، according to Valanis parameters، it was shown that this model has a positive relation with findings. Due to the weak of force of friction on the substrate، the softening effect of the frequency response-curves was observed.Keywords: Nonlinear Vibrations of Beam, Valanis Model, Coulomb Model, Modal Testing
-
Pages 77-86In this paper، a new guidance law for yaw channel of homing interceptors is designed. Because of using the sliding mode theory، the nonlinear equations of motion are used and the target acceleration is considered as an uncertainty. Therefore، the precise measuring or estimating of target acceleration is not required and only the upper bound of target maneuvers is used. A sliding surface is defined using the angle rate of the interceptor target line of sight. For producing a smooth control signal and removing the chattering of the guidance commands، the discontinuous term of guidance law has been approximated with a continuous function. Adjusting the parameter of sliding term leads to decreasing the missile control effort، the time of flight and velocity loses. Simulation results in the presence of a real control system dynamics of a homing interceptor show the effectiveness and robustness of the designed guidance law against maneuvering target in comparison with the proportional navigation algorithm.Keywords: Guidance Law, Homing Interceptor, Parallel Navigation, Sliding Mode Control, Maneuvering Targets
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.