Trade-offs in active suspension design

Abstract

Bu tezde, kesikli zaman, doğrusal, zamandan bağımsız sistemlerin tanıyımı için düzgün aralıklı olmayan spectrum ölçümleri kullanılarak yüksek tutarlı altuzay algoritması önerilmiştir. Bunun yanında, analitik fonksiyonları, birim çemberin sonlu alt setleri üzerindeki reel ve imajiner ölçümlerinden elde eden altuzay algoritması geliştirilmiştir. Altuzay tanıyımı ve Lagrange-Sylvester interpolasyon problemi arasındaki ilişki kurulmuştur.Çeyrek araç aktif süspansiyon modeli için kapalı döngü frekans yanıtları üzerindeki noktasal kısıtlamalar ve uzlaşım eğrileri türetilmiştir. Lastik sönümleme katsayısının aktif süspansiyon sistem tasarımı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. H2-optimal ve çok amaçlı kontrol kapsamında çeyrek, yarım ve tam araç modelleri için rms ve rms kazanç kısıtlamaları çalışılmıştır. Çok amaçlı süspansiyon kontrol problemi konveks, karışık H2/H? sentez problemi olarak formüle edilmiştir ve doğrusal matris eşitsizlikleri kullanılarak çözülmüştür. Çeyrek ve yarım araç modellerinde kapalı döngü rms yanıtlarının lastik sönümleme katsayısına olan bağlılığı araştırılmıştır. Daha sonra problem çeyrek ve tam araç modelleri için konveks ve düzgün olmayan optimizasyon problemi olarak yeniden formüle edilmiştir ve HIFOO araç kutusu kullanılarak çözülmüştür. Çeyrek ve yarım araç modellerinde lastik sönümleme katsayısının tam olarak bilinmediği varsayılarak politopik lastik sönümleme katsayısı belirsizlikleri için gürbüz kontrolcüler tasarlanmıştır. Son olarak, ticari kamyon için üç serbestlik derecesine sahip kabin modeli türetilmiştir ve doğrusal-kare-Gaussian (LQG) tasarım yöntemi kullanılarak aktif süspansiyon sistemi tasarlanmıştır.

In this thesis, a strongly consistent subspace algorithm for the identification of discrete-time, linear time invariant systems from nonuniformly spaced power spectrum measurements is proposed. A byproduct subspace algorithm to construct analytic functions from evaluations of their real or imaginary parts on finite subsets of the unit circle is developed. A connection between the subspace identification and the Lagrange-Sylvester interpolation problems is established.Pointwise constraints and trade-offs on closed-loop frequency responses are derived for a quarter-car active suspension model. The influence of tire damping on the design of an active suspension system is analyzed. The rms and the rms gain constraints for the quarter, half, and full-car suspension models are studied in the H2-optimal and multi-objective control frameworks. For the quarter and half-car models, the dependance of closed-loop rms responses on the tire damping is investigated. The multi-objective suspension control problem is formulated as a convex mixed H2/H? synthesis problem for the quarter, half, and full-car models and solved by using linear matrix inequalities. Next, the problem is re-formulated as a non-convex and non-smooth optimization problem for the quarter and full-car models and is solved by using HIFOO toolbox. Then, for the quarter and half-car models the assumption that tire damping coefficient is exactly known is relaxed and robust controllers to cope with polytopic tire damping uncertainties are designed. Finally, a prototype three-degrees-of freedom cabin model for a commercial truck is derived and an active suspension system is designed by using the linear-quadratic-Gaussian design methodology.