Süspansiyon sistemlerinin dışbükey optimizasyon tabanlı "L2" kontrolü
"L2" control of suspension systems based on convex optimization
Yazar: ALİ FAZIL UYGUR
Danışman: PROF. DR. GALİP CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aktif süspansiyon = Active suspension ; Doğrusal matris eşitsizlikleri = Linear matrix inequalities

Özet:
Aktif süspansiyon sistemleri, pasif süspansiyon sistemlerinden farklı olarak bünyelerindeki pasif bileşenlerin, eyleyiciler tarafından sağlanan ilave kuvvetlerle hareket ettirilmesi sayesinde oluşurlar ve aktif süspansiyonlar kullanılmak suretiyle geniş bir frekans bandında süspansiyon sistemlerinin kontrolü gerçekleştirilebilmektedir.Şasi ile tekerlek aksamı arasına bir yay ve bir sönüm elemanı yerleştirilmek suretiyle gerçeklenen geleneksel pasif süspansiyon sistemleri, taşıtlar için söz konusu olan çeşitli performans ölçütleri arasında bir tavizleşme ortaya koyarlar. Aktif süspansiyon sistemleri kullanılarak arzulanan performansın yakalanması amacıyla, bu güne kadar birçok kontrol tasarım tekniği denenmiştir ve bu konudaki araştırma ve geliştirme faaliyetleri yoğun bir şekilde sürdürülmektedir.Bu tezde, eyleyici doyumuna maruz kaldığı düşünülen süspansiyon sistemleri için sürüş konforu ve süspansiyon sapması gibi performans gereklerinin teminine odaklanacak, bir kontrol tasarımı amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, sistemin performans çıkışlarına dair L2 kazancının minimize edilmesini sağlayacak, L2 optimal kontrolcünün tasarımı ele alınmıştır. Söz konusu tasarım, hem nominal sistem için hem de parametrelerin zamanla değiştiği LPD sistem yapısı üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu anlamda eyleyici doyumu probleminin LPD sistem yapısı ile birlikte ele alınmış olması, kontrolcü tasarmına yeni bir yaklaşım olarak ortaya çıkmaktadır.Tasarım probleminin ele aldığı performans gerekleri ve eyleyiciler üzerindeki doyum sınırlaması, lineer matris eşitsizlikleri cinsinden ifade edilen kısıtlara dönüştürülmüş ve ilgili kontrolcü söz konusu kısıtlara dayalı, dışbükey optimizasyon probleminin çözülmesi yoluyla elde edilmiştir. Dolayısıyla bu yaklaşım, taşıt süspansiyonlarına dair kontrol sistemi tasarımının, dışbükey kısıtlara sahip bir optimizasyon problemi olarak ele alınmasını mümkün kılmaktadır.Kontrolcünün farklı yol koşulları altındaki performansı ise, çeyrek taşıt süspansiyon modeli üzerindeki benzetim çalışmalarıyla sınanmıştır.Tasarlanan L2 optimal kontrolcünün eyleyiciler üzerindeki doyum olgusu gözetilerek gerçekleştirilmiş olması, gerçek sistemlere uygulanabilirliği açısından da bir avantaj sunmaktadır.

Abstract:
Unlike passive suspension, active suspension system work through movements their passive components by means of additional forces provided by the actuators. It is possible to control suspension systems over a wide frequency range using active components.Conventional passive suspension systems, which are realized by placing a spring and damper between the car body and whell assembly, provide a tradeoff between various performance requirements related to vehicle suspension systems. Many control design techniques that use active suspension systems have been tested till now. Research and development activities on active suspension systems have been going strong.In this thesis it is aimed to design a controller which focuses to provide performance requirements such as comfort and suspension deflection for a suspension system under actuator saturation. For this purpose, L2 optimal controller which is designed to minimize L2 gain of the system outputs is discussed. The design is implemented for the nominal system and Linear Parameter Varying LPV system structure. In this sense, the addressing of actuator saturation problem together with LPV system structure introduces a new approach to controller design.Performance specifications that have been taken into design problem and saturation bound on actuators are transformed to constraints which can be expressed in terms of linear matrix inequalities, and the related controller is obtained via solving convex optimization problems over those constraints. Therefore, using this approach, for vehicle suspension systems, it is possible to consider controller design problem as an optimization problem with convex constraints.Performance of the controller is tested under different road conditions via simulation studies for quarter car suspansion model.Since L2 optimal controller is designed by considering the saturation about actuators, it provides an advantage in terms of applicability on real systems.