طراحي كنترلگر صندلي در مدل نيم خودرو براي حالت نشسته بدن انسان در وضعيت‌هاي مختلف ارتعاشي

The Design of a Seat Controller for the Half Car Model in Various Vibrating Conditions Using the Seated Human Body Situation

رانندگان وسايل نقليه در طول رانندگي به‌طور دائم در معرض ارتعاش تمام بدن قرار دارند كه اين مسئله ممكن است منجر به بروز اختلالات اسكلتي- عضلاني، عصبي، قلبي عروقي، گوارشي و بروز ساير بيماري­ هاي شغلي ناشي از ارتعاش گردد. در اين مقاله ابتدا معادلات سيستم ديناميكي غير‌خطي بدن نشسته انسان بر روي مدل نيم خودرو به‌صورت تحليلي بررسي مي‌شود و معادلات با استفاده از سري تيلور خطي‌سازي مي‌گردد. سپس معادلات به‌دست آمده در فضاي حالت توسط نرم‌افزار متلب به شكل عددي تحليل مي‌شود و براي طراحي كنترل‌كننده چند‌متغيره از تحقق كانونيكال و تبديلات همانند استفاده مي­ گردد. در نهايت با استفاده از الگوريتم ژنتيك، بهينه­ سازي عملكرد كنترل‌كننده سيستم ديناميكي با هدف كاهش ارتعاشات وارد بر كل بدن انجام مي‌گردد. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه با درنظر گرفتن برآيند دوجهت، ميزان شتاب RMS وزني در دو راستاي افقي و عمودي از بدن انسان، بدون كنترلگر برابر با m/s2 2/76 است، با استفاده از كنترلگر به ميزان m/s2 0/27 مي‌رسد و با به‌كار بردن كنترل بهينه اين ميزان به m/s2 0/06 كاهش مي‌يابد؛ كه نشان مي­ دهد راهبرد كنترلي عملكرد قابل قبولي داشته و به‌خوبي موجب كاهش ارتعاشات وارد بر بدن شده است.

A drivers’ body is continuously under various vibrations, resulting in different physical disorders such as muscle-skeletal defects, neurogenic diseases, cardiovascular problems, gastrointestinal disorders, etc. In this paper, firstly the nonlinear dynamic equations of a seated human body in the half car model are investigated analytically and linearized by means of the Taylor series. Then the obtained equations are analyzed numerically by the state-space method and employed for the design of multivariable controllers using the canonical and similar transformations. Finally, the controller performance of the system is optimized to suppress the transferred vibrations to the human body using the Genetic Algorithm (GA). The results show the RMS of human body acceleration in both the horizontal and vertical directions, to be 2.76m/s2 and 0.27m/s2, with and without the controller, respectively. It decreases to 0.06m/s2 with an optimized controller; which indicates that the controller acts satisfactorily and efficiently mitigates the human body vibrations.