Active vibration control of flexible panels using piezoelectric actuators- IIR filtering based adaptive approaches and an industrial demonstration

Abstract

Bu çalışmada amaç, düşük frekanslardaki titreşim seviyelerinin bastırılmasına yönelik adaptif aktif titreşim control yaklaşımlarının geliştirilmesi ve bunun yanısıra geri beslemeli kontrol yaklaşımı ile yol tabanlı titreşim problemlerinin ticari bir araç üzerinde çözümlenmesidir.İlk kısımda IIR filtreler ile çevrimiçi modelleme yaklaşımını birleştiren bir özgün yaklaşım geliştirilmiştir. Bir kompleks panel üzerinde geliştirilen yaklaşımın numerik ve deneysel gerçeklemesi yapılmıştır. PZT yamalar seçilen sensör ve tahrik kaynaklarıdır. 4 PZT yama yüzeye sabitlenmiş ve bunlardan bir tanesi istenmeyen titreşimi simüle etmek için kullanılmıştır. Diğer yamalardan bir tanesi kontrol kaynağı için kullanılmış, kalan yamalar ise sensör olarak değerlendirilmiştir. Belirlenen konfigürasyon kullanılarak geliştirilen kontrolör uygulanmıştır.İkinci kısımda ise, Steiglitz-McBride (SM) algoritması tabanlı özgün bir yaklaşım geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Gerçek bir aracın 4 te 1 i kullanılarak bir kompleks yapı oluşturulmuş ve geliştirilen yaklaşımın numeric ve deneysel uygulamasında kullanılmıştır. Yapı üzerine 3 adet PZT yama yapıştırılmıştır. 1 sallayıcı aracılığı ile istenmeyen titreşim simüle edilmiş ve 1 adet PZT yama kontrol kaynağı olarak kullanılmıştır. Kalan yamalar ise sensör olarak kullanılmış ve belirlenen konfigürasyonla kontrol uygulaması yapılmıştır.Son kısımda ise Doğrusal Karesel Gaus (LQG) tabanlı geri beslemeli kontrolcü kullanılarak aktif titreşim kontrol uygulaması Ford Araç Firması tarafından üretilen bir ticari araç üzerinde uygulanmıştır. Bu amaçla 2 adet PZT yama yüzey üzerine yapıştırılmış,1 adet yama kontröl kaynağı olarak kullanılırken diğeri ise sensör olarak kullanılmıştır. Belirlenen konfigürasyon ile kontrol uygulaması yapılmış ve gerçek yol üzerinde araç hareket halinde iken performans değerlendirilmiştir. PZT yamaya ek olarak 2 adet ivmeölçer aracılığı ile yapının uzak kısımlarındaki titreşim seviyeleri de gözlemlenmiştir.Tüm kısımlarda elde edilen sonuçlar göstermiştir ki; geliştirilen ve uygulanan yaklaşımların hepsi titreşim seviyesini azaltmada başarılı olmuş ve pasif yaklaşımlara etkili bir alternative olarak kullanılabilecekleri kanıtlanmıştır.

Consequences of severe vibrations may lead to decrease in service life or even cause damage on the components of a structure. The passive isolation techniques are not generally feasible and efficient for low frequency vibration suppression; instead, Active Vibration Control (AVC) can be used to suppress the low frequency vibrations. The contributions of this thesis in the field of AVC can be grouped in two main cathegories. First cathegory is to develop IIR filtering based adaptive approaches for active vibration control and demonstrate the efficiency of the developed methodologies on two different case studies. The other category is to develop a methodology to suppress vibration level on the wheelhouse of a newly designed commercial vehicle produced by Ford OTOSAN.The first case study on adaptive control includes an implementation of an IIR filter integrated with the online modelling secondary path modelling methodology to develop a novel controller configuration for AVC. In order to develop such a methodology, Filtered-U LMS (FULMS) algorithm is used to update the controller filter parameters while a recently developed online secondary path modelling algorithm continuously update the modeling filter parameters. The controller is implemented on a vehicle panel and piezoelectric patches (PZT actuators) are used as sensors and actuators for their low-weight, and high performance properties.The second case study on adaptive control includes implementation of Steiglitz-McBride (SM) IIR filtering technique for active vibration control. The Steiglitz-McBride algorithm is demonstrated on an experimental setup where the controller is implemented on a quarter body in white vehicle where PZT actuators are attached on one of the panels. Later, the algorithm is computationally enhanced by developing a novel approach (hybrid SM) which combines the frequency domain adaptive filtering methodology with the classical algorithm. Efficiency of the developed methodology is demonstrated both experimentally and numerically.Finally, an active vibration control methodology on a real vehicle is demonstrated for controlling the road induced disturbances. A vehicle produced by Ford-OTOSAN Company is used in the AVC studies. Two different feedback controller approaches, Positive Position Feedback (PPF) and Linear Quadratic Regulator (LQG), are implemented and compared. The resuls showed that both algorithms performed well at the problematic region. However, the vibration level at the higher modes are amplified when the PPF algorithm is used whereas this problem is eliminated when the LQG controller is used.All of the studies presented in this thesis demonstrate that the developed AVC approaches are effective in terms of vibration suppression and can be used effectively for solving vibration related problems in flexible panels.