Çeyrek taşıt sisteminin parametrik olmayan yaklaşımla modellenmesi ne h∞ kontrolü

Bu tezde kullanılan deneysel sistem 108E089 numaralı TÜBİTAK projesi için geliştirilmiş olan çok girişli çok çıkışlı bir elektro mekanik sistemdir. Bu sistem bir aktif süspansiyon sistemini temsil etmektedir. Yolcu komfor sorunu bir mühendislik problemi alınarak bu sistemin modellenmesi ve kontrol uygulamaları yapılmıştır. Öncelile pasif süspansiyonlar, yarı-aktik süspansiyonlar ve aktif süspansiyonlar ve onların matematik modelleri gösterilmiştir. Bir aktif süspansiyon sisteminin elemanlarının mekanik karakteristikleri açıklanmıştır. Bu bilgilerin ışığında yay-damper-kütle mekanik sisteminin karakteristikleri incelenmiştir. Doğal frekans ve sönümleme oranı kavramları gözden geçirilmiştir. Matematiksel modelleme Lagrange enerji metodları kullanılarak yapıldı ve Newton'ın ikinci yasasını kullanarak yapılan modelleme metodu ile sağlaması yapılmıştır. Görülmüştürki sistemin gerçek parametreleri bilinen etiket değerlerinden farklıdır. Bu noktada parametrik olmayan sistem tanımlama metodları bu parametreleri düzeltmek için çalışmaya dahil edilmiştir. Deneysel sistemden darbe ve frekans cevabı karakteristikleri alınıp bir anlayış kazandırılmıştır. Frekans cevabı karakteristikleri bir dizi sinüs testi yapılarak bulunmuştur. Bir Bode-tipi grafik çizilip doğal frekansların yerleri ve sönümleme etkileri gözlemlenmiştir. Bu metodların sonucunda modifiye edilmiş bir matematiksel model bulunmuştur. MATLAB'ın sistem tanımlama araç kutusu ile 4. Dereceden durum uzayı yapısında bir kara-kutu modeli çıkarılmıştır. Gerekli veriler sistemden parametrik sistem tanımlama algoritmalarında kullanılmak için çok girişli çok çıkışlı olarak toplanmıştır. Parametreleri ayarlanmış matematiksel modelin ve kara-kutu modelinin geçerlilikleri deneysel sistemin cevabı ile kontrol edilerek garanti altına alınmıştır. Kontrol bölümünde, öncelikle bir sistemin H_∞ normu ve H_∞ kontrol teorisi açıklanmıştır. Sonrasında bu üç model (matematiki modifiye edilmiş matematik, kara-kutu) için H_∞ kontrolcüler tasarlanmıştır. Bir H_∞ kontrolcüler ile bir sistemdeki kazanç uç noktalarının düşürülmesi amaçlanmaktadır. Performans çıkışı üst kütlenin ivmesi olarak alınmıştır ve bu çıkışın kazanç uç noktaları bir araçtaki yolcuların komforunu etkileyen kritik bir faktördür. Simülasyonlarda görülmüştürki, H_∞ kontrolcüler her model için başarılı bir şekilde sistemin performans çıkışı kazanç tepelerini indirmektedir. Ancak deneysel sistem için göz önünde bulundurulması gereken bazı mekanik ve elektronik limitler vardır ve bulunan üç kontrolcüden ikisi bu sınırları bariz bir şekilde aşmaktadır. Bunun için eyleyicinin limitleri dahilinde kalacak şekilde satürasyon sağlayan bir kontrol uygulaması gerekmektedir. Kara-kutu modeli için tasarlanan kontrolcü iki limitide sağlamaktadır ve bu kontrolcü deneysel sistem üzerinde uygulanmıştır. Deneylere başlamadan önce, ikinci dereceden bir filtre tasarlanarak belli frekansları yükseltmek adına performans çıkışına eklenmiştir, bu sayede daha gerçekçi bir davranış elde edilmiştir. Deneyler gerçek sistemde yapıldığında sistemin performans çıkışının H_∞ normunun düşürüldüğü görülmüştür. Simülasyonlar ve deneyler değerleri rasgele atanmış olan sinüs dalgalarının toplamıyla elde edilen ve yol test yüzeylerini temsil eden girişlerle yapılmıştır.