Tekerlekli zırhlı aracın doğrusal matris eşitsizlikleri tabanlı H-sonsuz kontrolör ile aktif titreşim kontrolü
Active vibration control of wheeled armoured vehicle with H-infinity controller based on linear matrix inequalities
Yazar: MUHAMMED FATİH ÇAKIR
Danışman: DOÇ. DR. MERAL BAYRAKTAR ; DOÇ. DR. HAKAN YAZICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aktif süspansiyon = Active suspension ; Doğrusal matris eşitsizlikleri = Linear matrix inequalities ; Lagrange denklemi = Lagrange equation ; Tekerlekli taşıtlar = Wheeled vehicles

Özet:
Askeri teknolojiler ülkeler için büyük öneme sahiptir. Bu sebeple özellikle gelişmiş ülkeler yüksek miktarlarda askeri yatırım yapmaktadır ve ordularını günün şartlarına adapte etmektedirler. Buna paralel olarak askeri zırhlı araçlarda bir dönüşüm yaşandığı, paletli zırhlı araçların yerini tekerlekli zırhlı araçlara bıraktığı görülmektedir. Tekerlekli zırhlı araçların hareketi sırasında zorlu yol ve arazi şartlarından dolayı personelde yorulmalar meydana gelmekte, sağlık durumlarında olumsuzluklar ortaya çıkmaktadır.  Ayrıca sağlık sorunları sebebiyle görevlerde aksaklıklar yaşanmaktadır. Bu çalışmada 8x8 tekerlekli zırhlı araçlarda aktif süspansiyon sistemi için kontrolör tasarımı gerçekleştirilerek askeri personelde oluşabilecek yorgunlukların azaltılması hedeflenmiştir. Yorgunluk kavramı esasen konfor, dolayısıyla aracın dikey ivmesi ile ilgilidir. Bu sebeple fiziksel model olarak 8x8 tekerlekli zırhlı araca ait iki serbestlik dereceli 1/8 taşıt modeli tercih edilmiştir. Bunun yanı sıra 8x8 tekerlekli zırhlı araç uzun aks mesafesine sahip olduğu için kafa vurma ve yuvarlanma hareketlerinin ivmeleri de konfor, dolayısıyla yorgunluk kavramı ile ilişkilidir. Kafa vurma ve yuvarlanma hareketlerinin ivmelerini de analiz edebilmek amacıyla 8x8 tekerlekli zırhlı araca ait on bir serbestlik dereceli tam taşıt modeli de fiziksel model olarak kullanılmıştır. Lagrange denklemi ile her iki fiziksel modele ait hareket denklemleri elde edilmiştir. Aktif süspansiyon sistemi için doğrusal matris eşitsizlikleri (DME) tabanlı durum geri beslemeli ve statik çıkış geri beslemeli H-sonsuz kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. ISO 8608 standartlarına göre oluşturulan bozucu yol profili etkisi altında tasarlanan kontrolörlerin performansı benzetim çalışmaları ile sınanmıştır. Tasarlanan kontrolör yapıları ile ivme ve yer değiştirme genliklerin azaltılmıştır. Tercih edilen doğrusal matris eşitsizlikleri tabanlı durum geri beslemeli ve statik çıkış geri beslemeli H-sonsuz kontrolör ile askeri personelde zorlu yol ve arazi şartları sebebiyle oluşabilecek yorgunlukların önlenebileceği kanıtlanmıştır.

Abstract:
Military technologies are critical for countries. Therefore, developed countries in particular provide high levels of military expenditures to adapt their armies to existing conditions. In this regard, it is seen that there has been a transformation in military armoured vehicles. Currently, tracked armoured vehicles have gradually begun to be replaced by wheeled armoured vehicles. During the motion of wheeled armoured vehicles, fatigue occurs in personnel due to challenging road and terrain conditions. This issue may adversely affect staff well-being, and consequently, there are disruptions in duties because of ill health. This study aims to reduce the fatigue which may occur in military personnel by designing a controller for the active suspension system in 8x8 wheeled armoured vehicles. The concept of fatigue is essentially about comfort, hence the vehicle's vertical acceleration. Thus, a two-degree-of-freedom 1/8 vehicle model belonging to the 8x8 wheeled armoured vehicle is preferred as the physical model. Moreover, since the 8x8 wheeled armoured vehicle has a long wheelbase, pitch and roll motion accelerations are also related to the concept of comfort and, thus, fatigue. To analyze these accelerations, the full vehicle model with eleven degrees of freedom of the 8x8 wheeled armoured vehicle is also used as the physical model. The Lagrange equation is utilized to obtain the equations of motion for both physical models. State feedback and static output feedback H-infinity controller based on linear matrix inequalities design is realized for the active suspension system. The performance of the controllers designed according to ISO 8608 standards under the influence of the disturbance path profile is verified with simulation analyses. The amplitudes of acceleration and displacement are decreased with the designed controller structures. It has been proven that fatigue, which may occur in military personnel due to challenging road and terrain conditions, can be prevented with the preferred linear matrix inequalities state feedback and static output feedback H-infinity  controller based on linear matrix inequalities.