Taşıt titreşimlerinin durum ve çıkış türevi geri beslemesi ile doğrusal parametre değişimli dayanıklı kontrolü
Robust linear parameter varying control of vehicle vibrations with state and output derivative feedback
Yazar: MERT SEVER
Danışman: YRD. DOÇ. HAKAN YAZICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Durum uzay yöntemi = State space method ; Gürbüz denetim = Robust control ; Kontrol mühendisliği = Control engineering ; Kontrol yöntemleri = Control methods ; Süspansiyon sistemleri = Suspension systems ; Titreşim kontrolü = Vibration control

Özet:
Taşıt süspansiyon sistemlerinin tasarımı sürüş konforu ve güvenliği arasında kaçınılmaz bir ödünleşme içermektedir. Sürüş konforunun iyileştirilmesi için taşıt gövdesi ve sürücü yol kaynaklı titreşimlerden izole edilmelidir. Yol ile lastik arasındaki temasın kaybı ve mekanik hasardan korunmak için lastik ve süspansiyon sıkışması izin verilebilir limitlerde tutulmalıdır. Sonuç olarak, süspansiyon tasarım problemi, sürüş güvenliği limitlerine ulaşmadan yol kaynaklı titreşimlerin konfor üzerindeki etkisini minimize etmek olarak tanımlanmaktadır. Söz konusu problemin çözümünde optimal ve dayanıklı kontrol teknikleri son derece etkin bir şekilde kullanılabilmektedir. Son 25 yılda, Doğrusal Matris Eşitsizlikleri (DME) tabanlı yaklaşım optimal ve dayanıklı kontrolör tasarımında önemli bir rol oynamaktadır. Literatürdeki çalışmalar, DME tabanlı yaklaşımlar ile aktif süspansiyon tasarımına son derece umut vaat eden çözümler getirebildiğini göstermiştir.
DME tabanlı aktif süspasnyion uygulamalarında yoğunlukla durum geri beslemeli ve tam mertebeli dinamik çıkış geri beslemeli kontrol kanunları kulaılmaktadır. Durum geri beslemeli kontrol kanunları konum ve hız sinyallerinin ölçüme elverişli olduğu kabulü ile tasarlanmaktadır. Pratikte ise ivmeölçerler en yoğun kullanılan sensörlerdir ve konum sinyallerinin hassas bir şekilde elde edilmesi pek mümkün olmamaktadır. Tam mertebeli dinamik çıkış geri beslemeli kontrolörler kullanıldığında ise kapalı çevrim sistem mertebesi iki kat artmaktadır. Dahası, tam mertebeli kontrolörler gömülüsistemlerde karmaşık bir gerçeklenme sürecine sahip oldukları için uygulamada tercih edilmezler.
Durum Türevi Geri Beslemeli (DTGB) ve Çıkış Türevi Geri Beslemeli (ÇTGB) kontrol kanunları ise özellikle son onbeş yıldır araştırmacıların yoğun ilgisini çekmektedir. Yukarıda bahsi geçen unsurlar düşünüldüğünde DTGB ve ÇTGB kontrolörlerin umut vaat eden özelliklerini sıralayabiliriz. İlk olarak, konum ve hız sinyallerine kıyasla ölçüme daha elverişli olan hız ve ivme sinyallerinin geri beslenmesi gerekmektedir. İkinci olarak, söz konusu kontrol kanunları sıfırıncı mertebeden statik yapıda oldukları için kapalı çevrim mertebesinde artış görülmemektedir.
Bugüne kadar durum ve çıkış türevi geri beslemeli kontrol kanunları ile geleneksel kutup yerleştirme, Cebirsel Riccati Eşitlikleri (CRE) tabanlı LQ optimal kontrol, DME tabanlı dayanıklı kutup yerleştirme gibi problemler ele alınmıştır.
Bu yüksek lisans tezinde ise DME tabanlı LQ optimal kontrol ve L2 kazançlı bozucu bastırma problemlerini DME tabanlı dış bükey optimizasyon yaklaşımı ile DTBG ve ÇTGB kontrol kanunlarının tasarımı için dayanıklı ve parametre bağımlı tasarımlar sunulmuştur. Önerilen yöntemler ile aktif süspansiyon sistemlerine son derece etkin ve uygulanabilirliği yüksek çözümler getirildiği yapılan sayısal benzetim çalışmalar ile ortaya konmuştur.

Abstract:
Design of vehicle suspension systems impose a great trade-off between ride comfort and safety. In order to improve ride comfort, vehicle chassis and driver must be isolated from road induced vibrations. Tire deflection and suspension deflection are required to be kept within maximum allowable limits to prevent interrupted contact of wheels and road damage. The active suspension problem can then be considered as minimizing the effect of road induced vibrations on the ride comfort without reaching the safety limits. Optimal and robust control approaches can be efficiently used to solve the active suspension problem. In the last 25 years, Linear Matrix Inequalities (LMIs) based approach plays a major role on the design of optimal and robust controllers. In the literature, it has been shown that LMI based controller designs provide quite promising solutions for active suspension design.
State feedback and full order dynamic output feedback are mostly used control laws in LMI based active suspension applications. State feedback control laws are designed under the assumption of displacement and velocity signals are availeable for measurement. In practice, accelerometers are most common sensors and the displacement signals are not possible to obtain accurately. The closed loop system order is increased twofold when the full order dynamic output feedback controllers are employed. Moreover, full order controllers are not adequate for practical implementation due to the complex realization in the embedded systems.
In the last 15 years, State Derivative Feedback (SDF) and Output Derivative Feedback (ODF) controllers have been considered by many researchers. In the light of aforementioned consdierations, the SDF and ODF controllers appear as quite promising approach in the following aspects. Firstly, velocity and acceleration signals which are more available than dispalcment and velocity signals, need to be measured. Secondly, closed loop system order has not been increased, since they are static memoryless controllers with no additional dynamics.
Conventional pole assignment, Algebraic Riccati Equations (ARE) based LQ optimal control and LMI based robust pole placement problems have been studied by researchers with SDF and ODF control framework.
In this stuy, LMI based design of LQ optimal and L2 gain robust, parameter dependent controllers are presneted as a convex optimiazation problem. Effectivenss of the proposed methods on the active suspension problems has been demonstrated with numerical simulation studies.