Modelado analítico y control inteligente de un sistema de suspensión activa para un cuarto de vehículo

Resumen

Las sistemas de suspensión activa y semiactiva se utilizan con mucha frecuencia en la industria automotriz, aeroespacial, civil, etc. ya que permiten un mejor control de la vibración a la que está expuesta toda estructura mecánica en movimiento o bajo la acción de fuerzas externas. Para el diseño del controlador para un sistema de suspensión se requiere de la elaboración de un modelo que reproduzca de manera rápida y efectiva la cinemática y la dinámica. Así, esta tesis propone aportaciones para el modelado analítico y control inteligente de estos sistemas. En primer lugar, se propone un modelo analítico bidimensional de una suspensión McPherson. El desarrollo de este modelo matemático está basado en las ecuaciones del movimiento mediante la utilización de la técnica de la matriz de desplazamiento y en combinación con las ecuaciones de Euler-Lagrange aplicadas a la dinámica del sistema en términos de sus coordenadas generalizadas. Asimismo, se presenta un modelo analítico de determinación de los parámetros equivalentes para el sistema de suspensión McPherson, usando los conceptos de centro instantáneo de rotación y razón de instalación. Se obtiene una expresión general para la rigidez equivalente del resorte en función del movimiento vertical del neumático, la cual incluye el comportamiento no lineal. Después, se propone la aplicación del método de optimización por enjambre de partículas para el ajuste de los factores de escala de un controlador borroso normalizado. Este controlador borroso basado en reglas heurísticas modifica la fuerza del actuador del sistema de suspensión activa en base a la realimentación del error y la tasa de error del desplazamiento de la masa suspendida. Se ha definido una función objetivo no lineal para minimizar la suma de los errores cuadráticos del desplazamiento del chasis en un determinado periodo de tiempo y la sobreoscilación. Este método se ha comparado experimentalmente con otras estrategias de control sobre una planta física.