Büyük patlama büyük çöküş optimizasyon algoritması ile bulanık PID kontrolör tasarımı ve çeyrek araç süspansiyon sistemine uygulanması

Abstract

Bu çalışmada temel amaç çeyrek süspansiyon sistemi üzerinde aktif kontrolör tasarlayarak kullanıcı konforu iyileştirmesi sağlamaktır. Bu kapsamda kapalı çevrim kontrol sistemi için kontrolör olarak direk aksiyon tipi optimize bulanık PID kontrolör ele alınmıştır. Önerilen kontrolör tasarımında, kontrolör bünyesinde bulunan tüm değişkenler için büyük patlama büyük çöküş (BBBC) optimizasyon metodu kullanılmıştır. Bu metot içerisinde kontrolör yapısında bulunan hata katsayısı, hata türevi katsayısı, bulanık üyelik fonksiyonlarının değerleri ve PID kontrolöre ait oransal, türev ve integral katsayıları optimize edilmiştir. BBBC optimizasyon yöntemiyle optimize edilen parametreler sistemde işletilerek integral kare hatası (ISE) ve integral mutlak hatası (IAE) performans kriterleri açısından çeyrek araç pasif süspansiyon sistemi ve geleneksel PID kontrolör ile kıyaslanmıştır.Bu çalışmanın ilk kısmında giriş yapılan temel bakış açısının ardından ikinci kısımda kontrol kavramı ve bulanık mantık tabanlı kontrolör tasarımında bulunan tüm aşamalar detaylı olarak açıklanmıştır. Üçüncü kısımda bulanık mantık tabanlı kontrolörlerin, literatürde bulunan türlerine göre detaylı sınıflandırılması incelenmiştir. Dördüncü bölümde bu çalışma kapsamında tüm katsayıların optimizasyonunda kullanılan BBBC optimizasyon algoritması teorik olarak tüm detayları ile anlatılmıştır. Beşinci bölümde ise, çeyrek araç süspansiyon modelinin hareket denklemleri çıkarılarak modeli elde edilmiş ve beş farklı tipte yol profiliyle birlikte detaylı olarak açıklanmıştır. Son bölümde ise yapılan çalışma kapsamında BBBC optimizasyon metoduyla elde edilen direk aksiyon tipi bulanık PID kontrolörün ve farklı yol türleri üzerinde sistem davranışlarının performans kriterlerine göre pasif süspansiyon sistemi ve geleneksel PID kontrolör ile kıyaslamaları yapılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır.

The main purpose of this study is to improve user comfort by designing an active controller on a quarter car suspension system. In this context, a direct action type optimized fuzzy PID controller is considered as a controller for a closed loop control system. In the proposed controller design, the big bang big collapse (BBBC) optimization method is used for all variables within the controller. In this method, the error coefficient, error derivative coefficient, values of fuzzy membership functions and the proportional, derivative and integral coefficients of the PID controller in the controller structure have been optimized. The parameters optimized by the BBBC optimization method were operated in the system and compared with the quarter vehicle passive suspension system and conventional PID controller in terms of integral square error (ISE) and integral absolute error (IAE) performance criteria.Following the basic point of view in the first part of this study, the concept of control and all stages in fuzzy logic based controller design are explained in detail in the second part. In the third part, the detailed classification of fuzzy logic-based controllers according to their types in the literature is examined. In the fourth chapter, the BBBC optimization algorithm used in the optimization of all coefficients is theoretically explained in all details. In the fifth chapter, the motion equations of the quarter vehicle suspension model are derived and the model is obtained and explained in detail with five different types of road profiles. In the last part, within the scope of the study, the direct action type fuzzy PID controller obtained by the BBBC optimization method and the system behaviors on different road types were compared with the passive suspension system and traditional PID controller according to the performance criteria and the results were interpreted.