هدف از انجام این پایان نامه ارایه راهکاری برای کاستن از آلایندگی و مصرف سوخت یک موتور اشتعال جرقه ای، با استفاده از مکانیزم زمان بندی متغیر سوپاپ تخلیه در سرعت های مختلف است.به این منظور، ابتدا یک مدل شبه بعدی، ترمودینامیکی، دوناحیه ای و سیکل باز در محیط matlab توسعه داده شد. در گام بعد، مدل مذکور با نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه و صحه گذاری قرار گرفت. پس از حصول اطمینان از کارکرد درستِ مدل، به جهت تسریع فرآیند شبیه سازی، یک شبکه عصبی با استفاده از نتایج مدل شبیه ساز، توسعه یافت. در مدل شبکه عصبی مذکور، متغیرهای ورودی لحظات باز و بسته شدن سوپاپ تخلیه بوده و قدرت، گشتاور، میزان nox و مصرف سوخت، متغیرهای خروجی هستند. در ادامه با استفاده از روش بهینه سازی چندهدفه، زمان بندی های بهینه سوپاپ تخلیه در دورهای مختلف موتور به دست آمده است. سرانجام زمان بندی های سوپاپ تخلیه برای سه حالت کم آلاینده، کم مصرف و پرشتاب ارایه و نتیجه گیری شده که استفاده از سازوکار زمان بندی متغیر سوپاپ تخلیه از آلاینده nox و مصرف سوخت کاسته و بر گشتاور تولیدی موتور می افزاید.

با افزایش مقبولیت و کاربرد گسترده موتورهای دیزل در جهان، مساله آلایندگی این موتورها نیز بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. به علت ماهیت رقیق سوز این موتورها، اکسیدهای نیتروژن (nox) و ذرات معلق عمده آلاینده های خروجی هستند. کاهش گزینشی nox با استفاده از آمونیاک روشی است که در سالهای اخیر بطور ویژه ای مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه ابتدا یک مدل ریاضی از مبدل کاتالیزوری scr توسعه داده شده است. این مدل توانایی شبیه سازی تغییرات غلظت اجزای شیمیایی مورد نظر و نیز دمای گاز و دمای بستر کاتالیزور را به صورت تابعی از زمان و مکان دارد. برای حل دستگاه معادلات مشتق جزیی ازیک روش تفاضل محدود موسوم به روش خطوط استفاده شده است. نتایج مدل توسعه یافته، با نتایج دو مدل معتبر دیگر مقایسه شده اند. در بخش دوم، به منظور تسریع فرآیند بهینه سازی، مدل ریاضی با مدل شبکه عصبی جایگزین شده است. برای شبیه سازی حالات مختلف ورودی به مبدل scr ، تست کالیبراسیون اتحادیه اروپا به کار رفته است. برای هر حالت، یک شبکه عصبی مجزا آموزش داده و تست شده است. سپس، بهینه سازی چندمنظوره تزریق آمونیاک با الگوریتم ژنتیک در نرم افزار matlab انجام شده است. هدف از بهینه سازی، یافتن مقدار بهینه آمونیاک مورد نیاز برای بیشینه کردن میزان کاهش nox و کمینه کردن میزان آمونیاک خروجی از مبدل بصورت همزمان است.

در این پژوهش یک استراتژی کنترلی در خودروی هیبرید الکتریکی موازی با هدف کاهش مصرف سوخت طراحی شده است. خودروهای هیبرید الکتریکی از دو منبع (الکتریکی و احتراقی) برای تولید توان خود استفاده می کنند و استراتژی کنترلی روشی است که براساس آن انرژی بین اجزا اصلی خودرو (موتور الکتریکی، موتور احتراقی، باتری و ...) توزیع می شود. در مدل استفاده شده برای خودروی هیبریدی، از یک جعبه دنده cvt استفاده شده است. این جعبه دنده ها بیشمار نسبت دنده بین دو محدوده بالایی و پایینی خود دارند و کنترل هدفمند آنها نقش کلیدی در کاهش مصرف سوخت و آلایندگی خودرو دارد. هدف استراتژی کنترلی، کنترل سرعت موتور احتراقی و موتور الکتریکی برای بدست آوردن بالاترین راندمان، توسط انتخاب بهترین نسبت دنده در هر لحظه است. کنترلر طراحی شده ابتدا پنج وضعیت برای حرکت خودرو در نظر می گیرد، سپس توان درخواستی از طرف راننده را به عنوان ورودی پذیرفته و با توجه به وضعیت شارژ باتری، بهترین وضعیت حرکت را از بین حالات موجود انتخاب می کند. در ادامه، کنترلر با مراجعه به منحنی های بهینه محاسبه شده برای موتور احتراقی و موتور الکتریکی سرعت بهینه موتور مورد نظر و نسبت دنده را طوری تعیین می کند تا در هر لحظه خودرو بالاترین راندمان مصرف سوخت را داشته باشد و از فدا شدن پارامترهای عملکردی نیز جلوگیری شود. کاهش مصرف سوخت الزاما با کاهش آلایندگی همراه نیست، بنابراین به منظور پیشگیری از افزایش بیش از حد آلاینده ها، یک تابع هزینه بین مصرف سوخت و تولید آلایندگی تعریف شده است. استفاده از این تابع این امکان را به کنترلر می دهد تا ضمن کاهش مصرف سوخت از افزایش بی رویه آلاینده ها نیز جلوگیری کرده و همواره آنها را در یک محدوده مشخص نگاه دارد. کنترلر تا حد امکان از بازیابی نیروی ترمزی نیز استفاده می کند. در بخشی از کنترلر cvt برای تشخیص وضعیت حرکتی مناسب از منطق فازی استفاده شده است. در قسمت شبیه سازی از مدلهای موجود در نرم افزار advisor استفاده شده و به منظور کاهش زمان انجام محاسبات یک شبکه عصبی از مدل خودروی هیبریدی آموزش داده شده است. نتایج حاصل از اعمال استراتژی کنترلی روی سیکلهای رانندگی ftp آمریکا، nedc اروپا و 1015 ژاپن محاسبه شده اند، سپس به منظور دستیابی به نتایج مطلوبتر پارامترهای کنترلر فازی توسط الگوریتم ژنتیک بهینه سازی شده است. مقایسه نتایج بهینه سازی شده با نتایج حاصل از اعمال کنترلر اولیه، بر موفقیت استراتژی پیشنهادی در کاهش مصرف سوخت، حفظ آلاینده ها و پارامترهای عملکردی خودرو در محدوده خواسته شده دلالت می کند.

با توسعه تکنولوژی و استفاده بیش از پیش از انرژی جهت تسهیل کارها، آلودگی هوا نیز در شهرهای بزرگ رو به افزایش است. بخش عمدهای از این آلودگی به دلیل تردد خودروهایی است که از انرژیهای فسیلی استفاده میکنند. به همین دلیل در بیشتر کشورهای اروپایی، استفاده از دوچرخه روزبهروز افزایش مییابد. در همین راستا، دوچرخههای برقی و هیبریدی نیز در حال توسعه هستند و اقبال عمومی برای استفاده از این وسایل نقلیه روبه افزایش است. در این پروژه سعی کردهایم با استفاده از فناوری هیبرید (ترکیبی) و استفاده همزمان از نیروی عضله و الکتریسیته، استفاده از دوچرخه را راحتتر کنیم، بویژه در شهری همچون تهران که دارای مسیرهای سراشیبی بسیار است. بنابراین با استفاده از یک گیربکس دندهسیارهای، توان پای انسان را با توان یک موتور الکتریکی 250 جمع کردهایم بگونهای که در مواقع لزوم بتوان از مجموع هر دو انرژی استفاده کرد، علاوه بر اینکه می- w توان از هرکدام از آنها نیز بطور جداگانه استفاده کرد. واژههای کلیدی: دوچرخه هیبریدی - هیبرید موازی – گیربکس دندهسیارهای – رگولاتور باک – درایور چاپر

در این تحقیق مدلی از یک خودروی هیبرید پیل سوختی ارائه و در محیط نرم افزار سیمولینک شبیه سازی شده است. اجزایی که در این قسمت مدل سازی شده اند عبارتند از: سیستم پیل سوختی، مبدل جریان مستقیم، باتری، سیستم انتقال قدرت و موتور الکتریکی و خودرو. مدل دینامیکی که برای سیستم تولید توان پیل سوختی ارائه شده است توانایی پیش گویی رفتار گذرا و حالت پایدار سیستم تحت بار را داراست. این مدل در کل از چهار زیرشاخه تشکیل یافته است که عبارتند از: مدل تأمین هوای (اکسیژن) کاتد، مدل تأمین سوخت (هیدروژن) به آند، مدل استک پیل سوختی و مدل مدیریت آب و حرارت سیستم. در این مدل از مدیریت آب صرف نظر شده است و فرض می کنیم این قسمت از سیستم به خوبی کنترل شده و سیستم در شرایط مورد نظر ما حفظ می شود. در ادامه یک مدل استاتیکی برای مبدل جریان آورده شده است. باتری نیز از نوع لیتیوم-یون و از محیط نرم افزار سیمولینک انتخاب گردیده است. موتور الکتریکی نیز قابلیت ذخیره ی انرژی از ترمزگیری بازیاب را دارا می باشد. در نهایت مدلی طولی برای خودرو آورده شده است. در پایان یک مدل شبکه ی عصبی برای سیستم خودرو و موتور الکتریکی پیشنهاد گردیده است. در ادامه با استفاده از یک کنترلر استاتیک سیستم به گونه ای تنظیم شده که همواره در بیشینه ی بازده کار کند. دمای استک نیز با استفاده از یک کنترلر pid کنترل شده است. نتایج حاکی از آن است که این دو کنترلر به خوبی عمل می کنند. پس از آن منحنی قطبش و نمودار بازده ی پیل بر حسب چگالی جریان بدست آمده است. نتیجه ای که از این دو نمودار حاصل می شود آن است که چگالی جریان باید حداکثر مقدار 0/9 را داشته باشد تا از اتلافات در سیستم جلوگیری شود. بنابراین با توجه به مشخصات این سیستم بیشینه ی جریان پیل سوختی باید 252 آمپر باشد. سپس مدل پیل سوختی ارائه شده با یک واحد تولید توان پیل سوختی نکسا تطبیق داده شده است و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی صحه گذاری گردیده و نتایج قابل قبولی به دست آمده است. در انتها کل سیستم خودروی هیبرید پیل سوختی شبیه سازی شده است. توان مورد نیاز موتور به ازای ورودی های مختلف هم به طور واقعی و هم به صورت پیش بینی توسط شبکه عصبی محاسبه شده است. نتایج حاکی از آن است که این مدل شبکه ی عصبی به خوبی می تواند توان مورد نیاز موتور را پیش بینی کند. در ادامه برای کنترل سطح شارژ باتری سه کنترلر پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی با دو سیکل رانندگی شهری و بزرگراه حاکی از آن است که استفاده از کنترلر سوم باعث می شود که هیدروژن کمتری مصرف شود و دلیل این امر آن است که هرچه جریان کشیده شده از پیل سوختی کمتر باشد، مصرف سوخت آن نیز کمتر است. در واقع همان گونه که پیش بینی نیز می شد، می توان گفت که منبع کمکی توان (در این جا باتری) باعث بهبود عملکرد خودرو و کاهش مصرف سوخت هیدروژن می شود.

طراحی، مدلسازی و ساخت خودروهای دوچرخ در سالهای اخیر بسیار مورد توجه محققان بوده است. مهمترین پارامتر در طراحی این خودروها، تحلیل پایداری و طراحی کنترلر جهت اعمال سیگنال کنترلی مناسب برای حفظ تعادل خودرو می باشد. از معروف ترین مدل های ساخته شده-ی این نوع خودرو، مدل سگوِی است که تحقیقات زیادی در مورد این مکانیزم انجام پذیرفته است. در این تحقیق، از یک مدل خودروی دوچرخ شامل دوچرخ، یک پایه، یک مکانیزم دیفرانسیل و یک بازو به همراه صندلی (که نمایانگر موقعیت سرنشین هستند)، با قابلیت تبدیل به یک خودروی صنعتی استفاده خواهد شد. ضرورت انجام تحقیق، لزوم روی آوردن به چنین خودروهایی درآینده ی نزدیک به دلیل داشتن قابلیت های عدم آلودگی محیط زیست، کاهش ترافیک و عدم نیاز به استفاده از سوخت های فسیلی می باشد. در این پژوهش، ابتدا مروری بر کارهای انجام شده در این مورد انجام می گیرد؛ سپس مدل مناسب برای خودروی مورد نظر پیشنهاد می گردد و بر مبنای این مدل، معادلات دینامیکی خودرو به دست می آید. در مرحله بعد، با استفاده از روش انتگرال توسعه یافته، تابع لیاپانوف مناسب برای سیستم غیرخطی مورد مطالعه به دست می آید و سپس، سیگنال کنترلی بر مبنای تابع لیاپانوف سیستم حاصل می شود. از آنجایی که سیگنال کنترلی ارائه شده دارای عبارات ناپیوسته است، لذا، شرایط حل فیلیپاف برای بررسی هموار بودن رفتار سیستم در هنگام برخورد با صفحات ناپیوستگی مورد تحلیل قرار می گیرد. همچنین، با استفاده از روش خطی سازی فیدبک، به کنترل مدل موردنظر پرداخته می شود و نتایج حاصل از اعمال روش خطی سازی فیدبک و روش انتگرال توسعه یافته مقایسه می گردد. در آخر، برای نشان دادن اعتبار تحلیل های تئوری صورت پذیرفته، عمل شبیه سازی در نرم-افزار متلب انجام می شود و نتایج حاصل از اعمال قوانین کنترلی حاصل شده بر مدل موردنظر در مسیرهای مستقیم و ناهموار مختلف نشان داده می شود.

در این پایان نامه به مدل سازی و کنترل یک سیستم ترمز بازیاب پرداخته شد. در فصل های اول تا سوم، اساس کار سیستم ترمز بازیاب و استراتژی های کنترلی آن تشریح شدند. با بررسی این استراتژی ها به این نتیجه رسیدیم که به خاطر سادگی و همچنین عملکرد قابل قبول استراتژی موازی، این استراتژی را انتخاب کنیم. با توجه به اینکه سیستم ترمز مکانیکی در استراتژی موازی، نیروی ترمز را با یک نسبت ثابت که از قبل تعیین شده است بین محور های جلو و عقب تقسیم می کند، می توانیم از یک سیستم ترمز هیدرولیکی معمولی استفاده کنیم. استراتژی های سری نیازمند سیستم ترمز هیدرولیکی پیشرفته تر و پیچیده تری هستند که به صورت الکترونیکی کنترل می شود. در فصل چهارم قسمت های مختلف سیستم ترمز بازیاب معرفی، و روابط ریاضی حاکم بر آنها به منظور مدل سازی ارائه شد. سپس با استفاده از همین مدل ها، در فصل پنجم سیستم را شبیه سازی کردیم. در فرآیند شبیه سازی، ابتدا از اثرات سیستم ضد قفل که در ترمز گیری های شدید وارد عمل می شود صرف-نظر کردیم و صرفا نحوه توزیع نیروی ترمز را مورد توجه قرار دادیم. از نتایج این قسمت متوجه شدیم که سیستم ما نیروی ترمز را درست منطبق با استراتژی موازی توزیع می کند. مشکل اینجا بود که چرخ های جلو در ترمز گیری های شدید قفل می شدند. با توجه به نقش کم ترمز بازیاب در ترمز گیری های شدید، نیازی به کنترل گشتاور الکتریکی برای جلوگیری از قفل شدن چرخ ها نیست، و کنترل گشتاور تولیدی سیستم ترمز هیدرولیکی کافی خواهد بود. برای کنترل سیستم ضد قفل به یک کنترلر مناسب نیاز داریم که با توجه به ویژگی های فراوان منطق فازی، در نهایت از یک کنترلر فازی tsk با ورودی های لغزش، تغییرات لغزش و شتاب، بهره بردیم. پس از ارائه توابع عضویت متغیر های ورودی و همچنین قواعد استنتاج فازی، عملکرد سیستم ترمز ضد قفل برای یکی از چرخ های جلو شبیه سازی شد. نتایج نشان می دهند که کنترلر فازی به خوبی وظایف خود را انجام می دهد. در قسمت آخر، برای بررسی میزان کارآیی سیستم ترمز بازیاب ارائه شده، مدل ساده یک خودروی هیبریدی الکتریکی سری را در سیکل رانندگی شهری ftp برای 1400 ثانیه شبیه سازی کردیم. برای شبیه سازی خودرو از اطلاعات مربوط به یک خودروی سمند سورن استفاده شد. ضمنا از اثرات واحد موتور احتراق داخلی - ژنراتور صرف نظر کردیم تا صرفا تاثیر سیستم ترمز بازیاب را مورد توجه قرار دهیم. تفاوت قابل توجه موجود بین سطح شارژ باتری، با استفاده از سیستم ترمز بازیاب، و سطح شارژ باتری در صورت عدم استفاده از سیستم ترمز بازیاب، نشان از ارزش و کارآیی بالای سیستم ترمز بازیاب دارد. سیستم ترمز بازیاب با استراتژی موازی، در بسیاری از سیکل های رانندگی شهری (این سیکل ها ماهیتا بسیار به یکدیگر شبیه هستند) می تواند بخش بزرگی از انرژی به هدر رفته در ترمز های خودرو (در بعضی از سیکل ها کل انرژی) را بازیافت کند که این امر باعث کمتر شدن مصرف سوخت وتولید آلاینده خودرو های هیبریدی می شود.

موتور، به عنوان منبع اصلی تولید قدرت در خودرو، یکی از منابع مهم تولید ارتعاشات نیز به شمار می رود. در این ارتباط نگه دارنده های موتور وظیفه کاهش ارتعاشات منتقل شده به بدنه خودرو و همچنین حفظ پایداری موتور را بر عهده دارند. بنابراین نوع نگه دارنده ها، موقعیت آن ها، زاویه قرارگیری و مشخصه های دینامیکی آن ها شامل سفتی و میرایی در کاهش ارتعاشات منتقل شده به بدنه خودرو، از اهمیت زیادی برخوردار است. این پایان نامه رفتار ارتعاشی موتور بر روی نگه دارنده ها را مورد مطالعه و با ارائه مدل ارتعاشی جامع، به پیش بینی رفتار سیستم پرداخته است. بدین منظور ابتدا معادلات حرکتی موتور بر روی خودرو استخراج شده و سپس، مدل سازی کامپیوتری بر اساس معادلات حرکتی مکانیزم و حل روابط نیوتنی قسمت های مختلف، صورت می گیرد. در این مدل سازی، توزیع جرمی در قطعات شاتون و میل لنگ، خارج از مرکز بودن گژن پین و مقدار اصطکاک بین دیواره سیلندر و پیستون مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین اثر برخی از پارامترهای طراحی نگه دارنده ها بر رفتار ارتعاشی موتور بررسی شده است. در بخش دیگر پایان نامه، با طرح مسئله بهینه سازی برای کاهش ارتعاش سیستم، پارامترهای نگه دارنده خودرو بهینه می شوند. بهینه سازی بر پایه کاهش ارتعاشات موتور و بدنه خودرو می باشد. در انتها با اعمال کنترلر بر سیستم غیرخطی، عملکرد نگه دارنده بهبود می یابد.

ربات تعادلی دو چرخ در سال های اخیر کاربردهای وسیعی در حوزه های حمل و نقل، نظامی و تفریحی پیدا کرده است. هدف از این پژوهش، شبیه سازی، طراحی و ساخت سامانه ربات دو چرخ در ابعاد آزمایشگاهی و چگونگی پیاده سازی کنترل کننده مورد نظر به منظور حفظ تعادل ربات است. در گام اول معادلات دینامیکی ربات بدست آمده و در محیط سیمولینک شبیه سازی شده است و نتایج آن توسط نرم افزار تحلیل دینامیکی آدامز صحه گذاری شده است. معادلات دینامیکی بدست آمده، به دو زیرسیستم مجزا شامل یک زیرسیستم با عملگر کافی و یک زیرسیستم دچار کمبود عملگر تفکیک شده است. به منظور رفع مشکل کمبود عملگر نسبت به درجات آزادی سیستم، از تئوری دینامیک-صفر برای طراحی سیستم کنترلی استفاده شده است. برای کنترل پایداری و تعقیب مسیر، طرح تلفیقی کنترل فازی-مود لغزشی ارائه گردیده است. تأثیر اغتشاش در شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته که نتایج نشان می دهد زمانی که حرکت چرخشی اتفاق می افتد، حرکت طولی نسبت به اغتشاش حساس نیست. در گام دوم، مراحل انتخاب اجزای مکانیکی و الکترونیکی و ساخت ربات بر اساس الگوریتم طراحی و ساخت انجام شده است. به منظور پیاده سازی الگوریتم کنترلی، نیاز به زاویه بدنه ربات است که این زاویه با ترکیب زوایای بدست آمده از شتاب سنج و جایروسکوپ و اعمال فیلترهای پایین گذر و بالا گذر روی آن ها به منظور حذف داده های نویزی، محاسبه شده است. در مرحله پیاده سازی، یک کنترل کننده pid برای حفظ تعادل ربات طراحی شده که پارامترهای این کنترل کننده به روش تجربی تنظیم شده است. نتایج موفق پیاده سازی، به ازای زاویه انحراف اولیه و همچنین وارد شدن نیروی اغتشاشی ارائه شده است.