Mert SEVER, Hasan Sefa ŞENDUR, Hakan YAZICI, Mehmet Selçuk ARSLAN

Biodinamik sürücü modeli içeren bir taşıt süspansiyon sisteminin durum türevi geri beslemeli LQR ile aktif titreşim kontrolü

Kontrolör tasarım problemi doğrusal matris eşitsizliklerinin yardımı ile dış bükey optimizasyon problemi olarak ifade edilmiştir. Kontrolör performansının sürüş konforu, güvenliği ve güç tüketimi açısından incelenebilmesi için süspansiyon, koltuk ve sürücü dinamiklerini içeren beş serbestlik dereceli bir model kullanılmıştır. Önerilen kontrolörün performansı, klasik durum geri beslemeli LQR kontrolör ile karşılaştırılarak, ISO2631 standardı sayesinde farklı yol pürüzlülüğü dereceleri ve sürüş hızları için sınanmıştır.Bu çalışmada, bir taşıt süspansiyon sisteminin aktif titreşim kontrolü için durum türevi geri beslemeli LQR kontrolör tasarımı önerilmiştir. Aktif titreşim kontrolü problemleri özelinde ivme-ölçerler yaygın olarak kullanıldıkları için durum değişkenlerinin türevleri olan hız ve ivme sinyalleri, durum değişkenleri olan hız ve konum sinyallerine kıyasla daha kolay elde edilebilmektedir. Bu yüzden literatürde sıklıkla karşılaşılan durum geri beslemeli aktif süspansiyon tasarımları yerine durum türevi geri beslemeli kontrol yapısı ele alınmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Durum türevi geri beslemeli LQR kontrol, aktif süspansiyon sistemleri, biodinamik sürücü modeli, doğrusal matris eşitsizlikleri

PDF

___

1. Ulsoy G.A., Peng H. ve Cakmakci M., Automotive Control Systems, Cambridge University Press, New York, A.B.D., 2012.
2. Hedrick J.K. ve Butsuen T., Invariant Properties of Automotive Suspensions, Proc. IMechE. Part D: J. Aut. Eng., 204 (1), 21-27, 1990.
3. Hrovat D., Survey of Advanced Suspension Developments and Related Optimal Control Applications, Automatica, 33 (10), 21-27, 1997.
4. Yu S., Wang F., Wang J., Chen H., Full Car Active Suspension Based on H2/Generalised H2 Output Feedback Control, Int. J. Veh. Des., 68 (1), 37-54, 2015.
5. Chen H., Guo K.H., Constrained H∞ Control of Active Suspensions: An LMI Approach, IEEE Trans. Control Syst. Technol., 13 (3), 412-421, 2005.
6. Gahinet P., Apkarian P., A Linear Matrix Inequalities Approach to H∞ Control, Int. J. Robust Nonlinear Control, 4 (4), 421-448, 1994.
7. Gao H., Lam J., Wang C., Multi-Objective Control of Vehice Active Suspension Systems via Load Dependent Controller, J. Sound Vib., 290 (3), 654-675, 2006.
8. Onat C., Kucukdemiral I.B., Sivrioglu S., Yuksek I., LPV Model Based Gain Scheduling Controller for Full-Vehicle Active Suspension Systems, J. Vib. Control, 13 (11), 1629-1666, 2007.
9. Zuo L., Nayfeh A.S., Low Order Continous-Time Filters for Approximation of the ISO2631-1 Human Vibration Sensitivity Weightings, J. Sound Vib., 265 (2), 459-465, 2003.
10. van der Sande T.P.J., Gysen B.L.J., Besselink I.J.M., Paulides J.J.H., Lomonova E.A., Nijmeier H., Robust Control of an Electromagnetic Active Suspension System: Simulation and Measurements, Mechatronics, 23 (2), 204-212, 2013.
11. Sun W., Gao H., Kaynak O., Finite Frequency H∞ Control for Vehicle Active Suspension Systems, IEEE Trans. Control Syst. Technol., 19 (2), 416-422, 2011.
12. Li P., Lam J., Cheung K.C., Velocity-Dependent Multi-Objective Control of Vehicle Suspnesion with Preview Measurements, Mechatronics, 24 (5), 464-475, 2014.
13. Sever M., Yazici H., Disturbance Observer Based Optimal Controller Design for Active Suspension Systems, IFAC-PapersOnLine, 49 (9), 105-110, 2016.
14. Abdelaziz T.H.S., Valasek M., State Derivative Feedback by LQR for Linear Time Invariant Systems, IFAC Proceedings Volumes, 38 (1), 435-440, 2005. 15. Reithmeier E., Leitmann G., Robust Vibration Control of Dynamical Systems Based on the Derivative of the State, Arch. Appl. Mech., 72 (11-12), 856-864, 2003.
16. da Silva E.R.P., Assuncao E., Teixeira M.C.M., Cardim, R., Robust Controller İmplementation via State-Derivative Feedback in an Active Suspension System Subjected to Fault, IEEE Conference on Control and Fault-Tolerant Systems, Nice-Fransa, 752-757, 9-11 Ekim 2013.
17. Sever M., Şendur H.S., Yazıcı H., Arslan M.S., Electro Hydraulic Suspension System Design with Optimal State Derivative Feedback Controller, Anadolu University Journal of Science and Technology A- Applied Sciences and Engineering, 18 (4), 777-784, 2017.
18. Yazıcı H., Sever M., L2 Gain State Derivative Feedback Control of Uncertain Vehicle Suspension Systems, J. Vib. Control, 1077546317711335, 2017. https://doi.org/10.1177/1077546317711335
19. Zhao Y., Sun W., Gao H., Robust Control Synthesis for Seat Suspension Systems with Actuator Saturation and Time Varying Input Delay, J. Sound Vib., 329 (21), 4335-4353, 2010.
20. Du, H., Li, W., Zhang, N., Integrated Seat and Suspension Control for a Quarter Car With Driver Model. IEEE Trans. Veh. Technol., 61 (9), 3893-3908, 2012.
21. Yazici, H., Sever, M., Observer Based Optimal Vibration Control of a Full Aircraft System Having Active Landing Gears and Biodynamic Pilot Model. Shock Vib., 2016, 1-20, 2016.
22. Abdelaziz T.H.S., Valasek M., Pole-Placement for SISO Linear Systems By State-Derivative Feedback. IEE Proc. Control Theory Appl., 151 (4), 377-385, 2004.
23. Assunção E., Teixeira M.C.M., Faria F.A., Silva N.D., Cardim R., Robust State-Derivative Feedback LMI-Based Designs for Multivariable Linear Systems. Int. J. Control, 80 (8), 1260-1270, 2007.
24. Faria F.A., Assunção E., Teixeira M.C.M., Cardim R., Da Silva N.A.P., Robust State-Derivative Pole Placement LMI-Based Designs For Linear Systems. Int. J. Control, 82 (1), 1-12, 2009.
25. Boyd S., El Ghaoui L., Feron E., Balakrishnan V., Linear Matrix İnequalities İn System And Control Theory. Society For İndustrial And Applied Mathematics, Philadelphia, AB.D., 1994.
26. Lofberg, J., YALMIP: A toolbox for modeling and optimization in MATLAB, IEEE International Symposium on Computer Aided Control Systems Design, Taipei-Taiwan, 284-289, 2-4 Eylül, 2004.
27. Strum J.F., Using SeDuMi 1.02, a MATLAB Toolbox for Optimization Over Symmetric Cones. Optim. Method. Softw., 11 (1-4), 625-653, 1999.
28. Liberzon D., Calculus of Variations and Optimal Control Theory: A Concise Introduction, Princeton Press, New Jersey-A.B.D., 2012.