Çeyrek taşıt aktif süspansiyon modeli çıkarımı ve kontrolü
Quarter car active suspension system identification and control
Yazar: BİLAL EROL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AKIN DELİBAŞI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Taşıtta güvenlik ve konforun sağlanması için taşıtın süspansiyon sistemleri görevlerini tam bir şekilde yerine getirmesi gerekmektedir. Bunun sağlanması için öncelikle doğrusal olmayan bir yapıya sahip olan süspansiyon sisteminin uygun bir şekilde modellenmesi ve daha sonra bu model üzerinden performans kriterleri baz alınarak uygun kontrolör ile desteklenip bozucu etkisinin azaltılması sağlanmalıdır.
Bu tezde ilk olarak amaçlanan sistem kestirim teknikleri ile çeyrek taşıt aktif süspansiyon sisteminin modelinin çıkarılmasıdır. Gerçek zamanlı dinamik sistemlerin analizinde ilk ve en önemli adım, bu sistemin modelinin çıkarılmasıdır. Fiziksel yasalar çerçevesinde model çıkarım oldukça kapsamlı bilgi ve uğraş gerektirmektedir. Sistem tanımlama teknikleri ile gerçek sistemin modeli, hiçbir ön bilgiye gereksinim duyulmadan, sadece kestirimi yapılacak sisteme uygulanan giriş ve bunun sonucunda elde edilen çıkış verileri kullanarak çıkarılabilmektedir.  Model kestirimi Matlab altında bulunan System Identification Toolbox® kullanılarak yapılacak, elde edilen model sistem üzerinde gerçek zamanlı test edilecektir. Kestirim sonucu elde edilen modeller arasından daha uygun olan seçilip, bu model için perfomans çıkışı ile bozucu arasındaki transfer fonksiyonun sonsuz normunu minimize edecek, çıkış geri beslemeli H_∞ kontrolör tasarlanacaktır. 
Standart H_∞ kontrol problemlerinde çıkarılan kontrolcünün derecesi sistem derecesiyle aynı olmaktadır. Bu şekilde elde edilen kapalı çevrim sistemin derecesi bir kat daha artmış olmaktadır. İlk etapta bu durum düşük dereceli sistemler için uygulanabilir olduğu gözükse de, istenilen performanslara ulaşabilmek için giriş ve çıkışa konulabilecek filtrelerle sistemin derecesi artacaktır. Derecesi yüksek sisteme aynı dereceye sahip kontrolcünün de eklenmesiyle oluşan sistemde meydana gelebilecek ufak çapta bir hatanın bile çok daha olumsuz sonuçlara neden olabilecektir.  Ayrıca standart yöntemlerle elde edilecek yüksek dereceden kontrolcünün gömülü sistemlerde gerçeklenmesi oldukça güç bir uşraştır. Bu nedenlerden dolayı son yıllarda düşük ve sabit dereceli H_∞ kontrolcü tasarımı üzerine çalışmalar artmıştır. Fakat tasarımın konveks olmayan kümelerde tanımlı olması ve hali hazırda da konveks olmayan kümeler için bir çözüm bulunanaması, tasarımı güçleştirmektedir.
Bu tezde temel amaç ilk hedef doğrultusunda çeyrek taşıt süspansiyon sisteminin modelini sistem kestirim teknikleriyle çıkarılmasından sonra bu model üzerinden durum uzay tabanlı standart tam dereceden ve çokterimli tabanlı sabit dereceden H_∞ kontrolcü tasarımı geliştirmektir. Çokterimli tabanlı tasarımın temelinde bulunan konveks olmayan yapı Kesin Pozitif Gerçel Lemma ile konveks bir şekle indirgenmiştir.

Abstract:
In vehicles to ensure both safety and comfort the suspension system should carry out its duties in strict sense. To provide that firstly one should get a suitable model for the suspension system that has nonlinear structure, then via using this model and with taking into account the performance criterion an appropriate controller can be designed to minimize the road rougness effect onto vehicle. 
In this thesis the first aim is to derive the model of the quarter car active suspension system by using system identification techniques. In the analysis of real time dynamic system the first and the most important step is to derive the system model. Deriving the mathematical model by using physical laws is so difficult, it is needed a comprehensive knowledge and effort. On the other hand with using system identification there is no need any prior knowledge for deriving system model of a real time dynamic system, only thing to do is that firstly exciting the system with suitable input signals and observe the outputs, then using these inputs and outputs the system model can be derived. Matlab System Identification Toolbox® is used to derive the sytem model, and different types estimated models will be tested on the real system. After these tests, amoung models the more approapriate one will be selected and then for this model the output feedback  H_∞ controller will be designed to minimize the infinity norm of the transfer function between performance output and disturbance input.
In the standart H_∞ control theory, the designed controller has the same degree as the system. So with using this controller, the degree of the closed loop system is increased twofold. Initially it is seem to be feasible for the lower degree systems, but to achieve the perfomances at issue the filters should be used to weight inputs and outputs of the system, and so this will increase the degree of the system. After adding the same degree controller to the high degree system, the new controlled system can be affected more by even a little error. Further more the usage of the high controllers that obtained with using standart controller methods in the embedded system is not an easy work to accomplish. For these reasons recently the studies over the fixed reduced order H_∞ controller have been increased.  However, the fixed-order design problem is defined in a nonconvex cluster, and at peresent there is not any solving algorithm for general solution in nonconvex cluster, so that makes this approach a hard way.
The main purpose of this study is to develop full order H_∞ controler with using standart approach and fixed reduced order  H_∞ controler with using polynomial approach that will minimize infinity norm of the quarter car suspenson system which model derived by using system identification methods. The nonconvex structure is reduced to a convex shape with Strict Positive Real Lemma.