Control Strategies for Active Suspension with Pneumatic Actuators

• Main Author: LI, YUCHAO
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2016
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-194174

Skogsindustrin är en stor del av Sveriges ekonomi. Med hjälp av den så kallade kapa till längd metoden, vilket betyder att träden först kapas till lämplig längd och sen forslas de till sidan av en väg med hjälp av "forwarders", går det det uppnå hög produktivitet och automatisering. Dock är den ojämna terrängen ett problem för operatörernas hälsa vilket gör det viktigt att undersöka hur man kan förbättra arbetsförhålladena för dem genom att förbättra dämpningen i skogsmaskinerna. Detta examensarbete fokuserar på operatörens säte och med hjälp av en prototyp av av stolen som är upphängd på pneumatiska aktuatorer, ett reglersystem har designats för att redusera de vertikala och horizontella vibrationerna. Med hjälp av en PD kontroller som yttrelops positions kontrol strategier, två olika SMC kontroller och en MPC kontroller har jämnförts via simulering som innreloop strategi. Den bättre SMC strategin valdes, systemet implementerades via en modellbaserad strategi och systemet testades utan last. När systemet utsattes för vertikal vibration med en amplitud på 25 mm och en lateral amplitud på 20 mm med varierad frekvens från 0.5 Hz till 1 Hz, kan ocilleringarna reduseras med över 75% i båda riktningarna. Det nuvarande resultatet tros vara begränsat på grund av asymetri i systemet samt ostabilt luftflöde. Resultatet visar att föreslagen regler strategi är lovande för att redusera både laterala och vertikala vibrationer. Fördelen med modelbaserad utveckling är också väluppskattad under framtagningsprocessen. === The forest industry in Sweden plays an important role in its economy. Via the so-called cut-tolength approach, which means that trees are first cut to equal lengths by harvesters and then picked up and transported to roadsides by forwarders, can high productivity and automation be achieved. Meanwhile, rough territory in forest has become a threat to operators’ health. Therefore, it is of great interest to investigate possible improvement for suspensions of forest machineries. This work focuses on suspension of operator’s seat. Based on an undercarriage prototype with pneumatic actuators, a control system is designed to reduce both vertical and lateral vibration. With PD controller as outer-loop position control approach, two different SMC controllers and one MPC unit have been compared via simulation as inner-loop approaches. Then the better SMC approach was picked and the whole system was implemented via a model-based approach and the system was tested without load. When subjected to vertical vibration with an amplitude of 25 mm and lateral one with amplitude of 20 mm with frequencies varying from 0.5 Hz to 1 Hz, reduction of oscillation can be more than 75% in both directions. The current performance is believed to be limited because of asymmetry of the system and instability of air source. The results of tests indicate that proposed control approach is promising to reduce both vertical and lateral vibration. The advantages of model-based development approach is also highly appreciated all along the development process.