کنترل فعال نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب 11 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 11

کنترل فعال نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب

چکیده:

پاسخ سازه‌های بزرگ مقیاس و بلند را می‌توان با بهره‌گیری از الگوریتم‌های کنترل فعال مناسب و بکار بردن عملگرها در طبقات کاهش داد و استفاده از روش‌های نوین کنترل جهت رسیدن به ترازهای ایمنی بالا در این راستا می‌باشد. در این مقاله روش کنترل نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب ارائه شده است. در روش کنترل نامتمرکز، یک سازه بزرگ به چند زیرسازه کوچکتر تقسیم شد و برای هر زیرسیستم، الگوریتم کنترل مخصوص آن استفاده می‌شود. زیرسیستم‌های مختلف با یکدیگر همپوشانی داشته و در نقاط مشترک با یکدیگر تبادل اطلاعات خواهند داشت. الگوریتم مورد استفاده جهت کنترل سازه، الگوریتم کنترل بهینه لحظه‌ای با بهره‌گیری از پسخور شتاب بوده و در انتها یک نمونه عددی جهت الگوریتم پیشنهاد شده در این مقاله و بررسی نتایج آن با حالت کنترل متمرکز ارائه گردیده است.

واژه‌های کلیدی: کنترل، نامتمرکز، سازه‌های بلند، پسخور.

1) مقدمه

سازه‌های بلند از انواع سیستم‌های سازه‌ای می‌باشند که ضرورتاً در کنترل لرزش‌های آن باید از کنترل غیرمتمرکز استفاده شود. این لرزش‌ها می‌توانند شامل دو دسته لرزش‌های کلی و لرزش‌های موضعی شوند. از طرفی با توجه به بزرگی این سازه‌ها، مطمئناً بهره‌گیری از یک مرکز کنترلی ارتعاشات برای این ساختمان‌ منطقی نبوده و باید از چند مرکز کنترل ارتعاشات استفاده شود.

در سازه‌های بلند از چندین نوع سیستم باربر گرانشی و زلزله استفاده می‌شود که غیرمتمرکز کردن کنترل سازه تا اندازه زیادی به سیستم باربر جانبی بستگی دارد. در واقع بحث نامتمرکز کردن کنترل در ترازها، در جهت بالا بردن ایمنی کنترل ارتعاشات سازه‌های بلند بوده و در این حالت در صورت از کار افتادن یکی از مغزهای کنترل با سری‌سازی خودکار سیستم می‌توان کنترل ارتعاشات سازه را به زیرسیستم سالم سپرد.

به طور کلی کنترل فعال (Active control) سازه‌ها شامل دو بخش الگوریتم‌های موردنیاز جهت بدست آوردن مقدار نیروی کنترل و مکانیزم‌های اعمال نیرو می‌باشد. در این نوع کنترل، از الگوریتم‌های گوناگونی که دارای دیدگاه‌های متفاوتی می‌باشند، استفاده می‌شود. الگوریتم‌هایی نظیر کنترل بهینه، کنترل بهینه لحظه‌ای (Instantaneous Optimal Control)، جایابی قطبی (Pole Assignment)، کنترل فضای مودی (IMSC)، پالس کنترل و الگوریتم‌های مقاوم (Robust) مانند H2، H∞، کنترل مود لغزشی (Sliding Mode Control) و غیره از جمله الگوریتم‌های بکار رفته در کنترل سازه می‌باشند.

کنترل غیرمتمرکز در آغاز در مورد سیستم‌های قدرت بکار رفته و سپس توسط افرادی مانند یانگ و سیلژاک (Yanng & Siljack) گسترش یافته است. در این کنترل، ونگ و دیویدسون (Wan g & Davidson) مساله پایداری سیستم را بررسی کردند. آنها یک شرط لازم و کافی را برای اینکه سیستم تحت قوانین کنترلی با پس‌خور محلی و جبران‌سازی دینامیکی پایدار باشد، بیان کردند. یانگ و همکاران (Yang et al) روش مود لغزشی را برای اینکه کنترل غیرمتمرکز سیستم‌های بزرگ مقیاس، زیر اثر ورودی خارجی و با وجود عامل تاخیر زمانی در متغیرهای حالت ارائه کردند. طرح کنترل شامل یک قانون کنترلی غیرمتمرکز و یک فوق صفحه سوئیچینگ از نوع انتگرالی است. آنها ابتدا قانون کنترل غیرمتمرکز را به گونه‌ای تعیین کردند تا شرایط رسیدن کلی (Global Reaching low) برقرار شود.

کنترل غیرمتمرکز در مهندسی عمران اولین بار توسط ویلیامز و ژو (Williams & Xu) در سازه‌های فضایی انعطاف‌پذیر بررسی شد. سپس ریاسیوتاکی و بوسالیس (Ryaciotaki & Boussalis) از روش کنترل تطبیقی مدل مرجع (Reference Adaptive Control Theory Model) برای تعیین قانون کنترلی غیرمتمرکز استفاده کردند. دیکس و همکاران (Dix et al) چندین روش غیرمتمرکز را برای سازه‌های فضایی بیان کردند. هینو و همکاران (Hino et al) در مورد مسئله کنترل یک سازه ساختمانی چند درجه آزادی مانند یک ساختمان بلندمرتبه با بهره‌گیری از کنترل تطبیقی ساده غیرمتمرکز بحث کرده‌اند. رفویی و منجمی‌نژاد (Rofooei & Monajeminejad) نسبت به کنترل نامتمرکز سازه‌های بلند با بهره‌گیری از کنترل بهینه لحظه‌ای اقدام نمودند. آنها ابتدا به بررسی دلایل ضرورت استفاده از کنترل غیرمتمرکز پرداخته شده و سپس با طراحی کنترل‌کننده‌ها و ماتریس بهره (Gain Matrix) به بررسی دو حالت کنترل یکی با بهره‌گیری از پس‌خور سرعت و دیگری کنترل با بهره‌گیری از پس‌خور سرعت و جابجایی پرداختند.

منجمی‌نژاد و رفویی در ارتباط با کنترل غیرمتمرکز در سازه‌های بلند، در ادامه به بررسی الگوریتم مود لغزشی (Sliding Mode) به صورت غیرمتمرکز پرداختند. مراحل طراحی کنترل‌کننده در روش مود لغزشی شامل دو مرحله است. مرحله اول شامل طراحی سطوح لغزش بوده و مرحله دوم طراحی رابطه کنترل یا قانون رسیدن (Reaching Law) را در بر می‌گیرد. باید توجه داشت که نامتمرکز بودن کنترل، قابلیت اعتماد به پایداری سیستم را افزایش داده و در صورت از کار افتادن کنترل یکی از زیرسیستم‌ها، سیستم کنترل دچار آسیب کلی نخواهد گردید. کنترل نامتمرکز می‌تواند در دو حالت با درنظر داشتن تاثیرات درجات آزادی مشترک بین زیرسیستم‌ها و یا بدون درنظر داشتن این تاثیرات انجام شود که البته در حالت با درنظر داشتن تاثیرات درجات آزادی به پایداری هر زیرسیستم و کل سیستم کنترل می‌توان اطمینان بیشتری داشت.

در مقاله حاضر کنترل متمرکز و نامتمرکز سازه‌های بلند در حالت سه بعدی با درنظر داشتن درجات آزادی مشترک بین زیرسازه‌ها و اثر دوگانه آنها بر یکدیگر بررسی گردیده است. الگوریتم مورد استفاده کنترل بهینه لحظه‌ای‌ (Instantaneous Optimal Control) می‌باشد که توسط آقایان یانگ و همکارانش بسط داده شده و از پس‌خور شتاب جهت محاسبه نیروهای کنترل استفاده گردیده است. روش نامتمرکز کردن کنترل در این مقاله بر اساس تعداد درجات آزادی بوده و نمونه‌های عددی نیز با بکارگیری الگوریتم کنترل نامتمرکز حل و نتایج آنها با حالت کنترل متمرکز مقایسه گردیده و ارائه شده‌اند.

2) روابط حاکم

1-2) کنترل نامتمرکز و روابط وابسته

مدل ساختمان برشی در حالت دو بعدی درنظر می‌باشد. در این مدل هر طبقه به صورت یک درجه آزادی مدل می‌شود که به دو تراز بالا و پایین بوسیله یک فنر برشی و یک میراگر متصل شده است. مقالات زیادی در حوزه کنترل سازه‌ها بر اساس این مدل نگاشته شده‌اند. منجمی‌نژاد و رفویی مدل سازه‌ای را به صورت ساختمان برشی درنظر گرفته است و روابط مربوطه را بدست آورده‌اند. در این حالت معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار دینامیکی یک مدل سازه‌ای دوبعدی به صورت زیر است:

(1)

که در آن M ماتریس جرم، K ماتریس سختی، C ماتریس میرایی، H ماتریس موقعیت کنترلر‌ها، U فرمان کنترلی، شتاب زلزله وارد بر ساختمان، بردار تغییر مکان‌های طبقات و {1} بردار ستونی است که تمام مولفه‌های آن عدد یک می‌باشد. ماتریس‌های رابطه به شرح زیر بوده و نحوه ریز کردن سیستم نیز مطابق شکل 1 می‌باشد.

شکل (1) مدل سازه‌ای یک ساختمان بلند

(2)

n: تعداد طبقات ساختمان؛

r: تعداد کنترل کننده‌ها؛

ki: سختی برشی طبقه iام؛

mi: وزن طبقه iام.

در این روابط، xi را می‌توان به دو صورت زیر تعریف کرد:

xire: جابجایی طبقه iام نسبت به یک دستگاه اینرسی (تغییر مکان اینرسی)

کنترل غیرمتمرکز مدل‌های دو بعدی سازه‌های بلند با پسخور شتاب و تعمیم آن به حالت سه بعدی 60 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 61

گفتار نخست: کلیات

1-1) مقدمه

تامین پایداری سازه‌های عمرانی در برابر بارهای وارده بر آنها هدف اصلی طراحان و مهندسان عمران می‌باشد. هنوز هم ساختما‌ن‌ها، پل‌ها و دیگر سازه‌های ساخت بشر به عنوان سازه‌هایی غیرفعال به لحاظ پایداری تابع جرم و صلبیت خود در برابر بارهای خارجی بوده و توانایی مشخصی برای اینگونه بارها دارند. در چند دهه اخیر به دلایلی چون نرمی زیاد و اجتناب‌ناپذیر سازه‌های بلند، وجود محدودیت‌هایی در خصوص میزان لرزش حداکثر به لحاظ آسایش ساکنین، نیاز به ترازهای بالاتر ایمنی در سازه‌هایی با کاربردهای پراهمیت و همینطور ارزش بالای وسایل و تجهیزات داخلی و نصب شده در این سازه‌ها سبب شده‌اند که در نظر گرفتن ملاحظاتی ویژه برای سازه‌ها و محدود کردن دامنه لرزش آنها ضرورت یابد. بدین لحاظ روش‌های گوناگونی برای محدود کردن پاسخ سازه‌ها به تحریکات خارجی در قالب سیستم‌های کنترل غیرفعال (Passive Control) و کنترل‌ نیمه فعال (Semi-Active Control) و کنترل فعال (Active Control) در چند دهه اخیر ابداع و ارائه شده و برخی از آنها عملاً مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

در حوزه سیستم‌های کنترل غیرفعال روش‌هایی نظیر جدایش لرزه‌ای پی سازه (Base Isolated)، میراگرهای جرمی (TMD)، میراگرهای مایع (TLD) برای نیروی باد و میراگرهایی نظیر میراگرهای اصطکاکی، میراگرهای ویسکوالاستیک (FVD, SVD) و انواع گوناگون دیگر به کار گرفته شده‌اند.

در حوزه سیستم‌های فعال می‌توان به میراگرهای جرمی فعال (AMD)، سیستم کابل‌های فعال (AT)، القا کننده‌های پالسی (PIC)، سیستم‌های با سختی متغیر فعال و ....‌ اشاره نمود که با استفاده از انرژی خارجی قابل بهره‌برداری می‌باشند.

1-2) بیان موضوع و اهمیت آن

با توجه به محدود بودن میزان عملکرد سیستم‌های کنترل غیرفعال در سال‌های اخیر، کنترل فعال سازه‌ها به صورت شاخص‌تری نمود پیدا کرده و مورد توجه پژوهشگران و حتی طراحان قرار گرفته است. ایده کنترل و الگوریتم‌های مورد استفاده در آن پیش از آنکه در مهندسی عمران کاربردی شوند در سایر رشته‌های مهندسی نظیر برق، مکانیک، هوافضا و الکترونیک کاربرد گسترده‌ای داشته و دارند. هرچند در این رشته‌ها سیستم‌های موردنظر جهت کنترل مشابه موارد موجود در زمینه مهندسی عمران حجیم و با تعداد درجات آزادی بالا نبوده است.

کنترل فعال سازه‌های عمرانی، به طور کلی شامل دو بخش مکانیزم‌های اعمال نیرو و نیز الگوریتم‌های مورد نیاز جهت تعیین مقدار نیروی کنترل می‌باشند. در این راستا، از الگوریتم‌های کنترل نسبت به تعیین نیروهای مورد نیاز اقدام و سپس به کنترل‌کننده‌ها (Actuators) فرمان اعمال نیرو را می‌دهد. در کنترل فعال، از الگوریتم‌های گوناگونی که دارای دیدگاه‌های کنترلی متفاوتی می‌باشند، استفاده می‌شود. الگوریتم‌هایی نظیر کنترل بهینه، کنترل بهینه لحظه‌ای (Instantaneous Optimal Control)، جاگذاری قطبی (Pole Assignment)، کنترل فضای مودی (IMSC)، پالس کنترل و الگوریتم‌های مقاوم (Robust) مانند ، ، کنترل مود لغزش (Sliding Mode Control) و غیره از جمله الگوریتم‌های به کار رفته در کنترل سازه می‌باشند. هدف نهایی کلیه این روش‌، کاهش نیروی اعمال شده به سیستم با هدف حفظ عملکرد سیستم کنترل شده است.

با توجه به تعریف‌هایی که از کنترل فعال توسط آقای یائو (Yao) و سایر پژوهشگران [1] شده است یک سیستم کنترل فعال شامل بخش‌های زیر می‌باشد (شکل 1-1):

شکل (1-1): الگوریتم کلی کنترل فعال سازه

هنگامی که نیروهای کنترل صرفاً بر اساس پاسخ سازه‌ای محاسبه می‌شوند (حلقه 2) سیستم کنترل، حلقه بسته (Closed–Loop) و هنگامی که نیروهای کنترل صرفاً بر اساس انگیختگی بیرونی محاسبه شود (حلقه 1) سیستم کنترل حلقه باز (Open-Loop) نامیده شده و اگر هر دو حلقه محاسبه نیروهای کنترل به کار گرفته شوند سیستم کنترل حلقه بسته ـ باز (Closed–Open–Loop) نامیده می‌شود.

از نظر بزرگی، سیستم‌های کنترل را می‌توان در دو دسته سیستم‌های معمولی و سیستم‌های بزرگ مقیاس (Large Scale Systems) در نظر گرفت. در سیستم‌های معمولی، کنترل سازه به صورت متمرکز مناسب بوده و نیازی به تقسیم سیستم به سیستم‌های ریزتر نمی‌باشد ولی در سیستم‌های بزرگ مقیاس نظیر ساختمان‌های بلند و حجیم، اندازه سیستم کنترلی و حجم آن در انتقال و جابجایی اطلاعات و فرمان‌ها، به ویژه با توجه به اینکه نیروهای لرزه‌ای در مدت زمان کوتاهی (کمتر از دقیقه) بر سازه وارد می‌شوند، مشکل ایجاد کرده و تأخیر زمانی قابل توجهی در صدور فرمانها به وجود می‌آورد. بر این اساس تلاش می‌شود تا هر بخش از سیستم به صورت مستقل کنترل شود. به هر بخش زیرسیستم گفته شده و یک سیستم متشکل از تعدادمعینی زیرسیستم (Subsystem) خواهد بود.

شیوه ریز کردن یک سیستم به چند زیر سیستم بستگی به طرح سیستم از نظر سازه‌ای، درجات آزادی آن و میزان گستردگی فیزیکی آن دارد. در ادامه در خصوص شیوه‌های ریز کردن و الگوریتم‌های مورد استفاده جهت کنترل هر زیرسیستم بیشتر توضیح داده خواهد شد.

1-3) چارچوب پژوهش

سازه‌های بلند یکی از انواع سیستم‌های سازه‌ای حجیم می‌باشد که موضوع کنترل نامتمرکز در آن قابل بررسی می‌باشد. پژوهش حاضر پیرامون امکان نامتمرکز کردن نحوه عمل سیستم کنترل در این نوع سازه‌ها و بررسی پایداری سیستم سازه‌ای و نیز کارایی روش کنترل مورد استفاده تحت اثر تحریک‌های مختلف وارده بر سازه بوده و با حالت کنترل متمرکز مقایسه می‌شود.

1-4) موضوعات بررسی شده در هر گفتار

پیشنهاد رساله دکترای حاضر،‌شامل پنج گفتار می‌باشد. در گفتار دوم، الگوریتم‌های کنترل متمرکز سازه‌ها و کارهای انجام شده در این زمینه بررسی و مرور می‌گردند. گفتار سوم نیز بررسی الگوریتم‌های کنترل نامتمرکز سازه‌ها و کارهای انجام شده تا کنون را شامل می‌شود. روش‌های ریز کردن سیستم‌های سازه‌ای بلند با توجه به نوع سیستم‌ سازه‌ای باربر آنها قابل تعریف بوده و نمی‌توان بدون توجه به سیستم‌های انتقال بار گرانشی و جانبی طرح کنترل نامتمرکز را پیشنهاد داد. در انتهای این گفتار نیز به بررسی کارهای پژوهشگران در این زمینه پرداخته خواهد شد.

گفتار چهارم به پژوهش پیشنهادی و زمینه‌های کاری مورد نظر در این رساله می‌پردازد در این پژوهش الگوریتم پیشنهادی جهت نامتمرکز کردن کنترل سازه‌های بلند در حالت سه بعدی، به همراه حل یک نمونه مدل سه بعدی دو طبقه ارائه گردیده است. در این گفتار برنامه زمانبندی پژوهش نیز ارائه شده است. گفتار پنجم نیز شامل مراجع و پیوست‌‌ها می‌باشد.

کنترل فعال نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب 11 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 11

کنترل فعال نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب

چکیده:

پاسخ سازه‌های بزرگ مقیاس و بلند را می‌توان با بهره‌گیری از الگوریتم‌های کنترل فعال مناسب و بکار بردن عملگرها در طبقات کاهش داد و استفاده از روش‌های نوین کنترل جهت رسیدن به ترازهای ایمنی بالا در این راستا می‌باشد. در این مقاله روش کنترل نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب ارائه شده است. در روش کنترل نامتمرکز، یک سازه بزرگ به چند زیرسازه کوچکتر تقسیم شد و برای هر زیرسیستم، الگوریتم کنترل مخصوص آن استفاده می‌شود. زیرسیستم‌های مختلف با یکدیگر همپوشانی داشته و در نقاط مشترک با یکدیگر تبادل اطلاعات خواهند داشت. الگوریتم مورد استفاده جهت کنترل سازه، الگوریتم کنترل بهینه لحظه‌ای با بهره‌گیری از پسخور شتاب بوده و در انتها یک نمونه عددی جهت الگوریتم پیشنهاد شده در این مقاله و بررسی نتایج آن با حالت کنترل متمرکز ارائه گردیده است.

واژه‌های کلیدی: کنترل، نامتمرکز، سازه‌های بلند، پسخور.

1) مقدمه

سازه‌های بلند از انواع سیستم‌های سازه‌ای می‌باشند که ضرورتاً در کنترل لرزش‌های آن باید از کنترل غیرمتمرکز استفاده شود. این لرزش‌ها می‌توانند شامل دو دسته لرزش‌های کلی و لرزش‌های موضعی شوند. از طرفی با توجه به بزرگی این سازه‌ها، مطمئناً بهره‌گیری از یک مرکز کنترلی ارتعاشات برای این ساختمان‌ منطقی نبوده و باید از چند مرکز کنترل ارتعاشات استفاده شود.

در سازه‌های بلند از چندین نوع سیستم باربر گرانشی و زلزله استفاده می‌شود که غیرمتمرکز کردن کنترل سازه تا اندازه زیادی به سیستم باربر جانبی بستگی دارد. در واقع بحث نامتمرکز کردن کنترل در ترازها، در جهت بالا بردن ایمنی کنترل ارتعاشات سازه‌های بلند بوده و در این حالت در صورت از کار افتادن یکی از مغزهای کنترل با سری‌سازی خودکار سیستم می‌توان کنترل ارتعاشات سازه را به زیرسیستم سالم سپرد.

به طور کلی کنترل فعال (Active control) سازه‌ها شامل دو بخش الگوریتم‌های موردنیاز جهت بدست آوردن مقدار نیروی کنترل و مکانیزم‌های اعمال نیرو می‌باشد. در این نوع کنترل، از الگوریتم‌های گوناگونی که دارای دیدگاه‌های متفاوتی می‌باشند، استفاده می‌شود. الگوریتم‌هایی نظیر کنترل بهینه، کنترل بهینه لحظه‌ای (Instantaneous Optimal Control)، جایابی قطبی (Pole Assignment)، کنترل فضای مودی (IMSC)، پالس کنترل و الگوریتم‌های مقاوم (Robust) مانند H2، H∞، کنترل مود لغزشی (Sliding Mode Control) و غیره از جمله الگوریتم‌های بکار رفته در کنترل سازه می‌باشند.

کنترل غیرمتمرکز در آغاز در مورد سیستم‌های قدرت بکار رفته و سپس توسط افرادی مانند یانگ و سیلژاک (Yanng & Siljack) گسترش یافته است. در این کنترل، ونگ و دیویدسون (Wan g & Davidson) مساله پایداری سیستم را بررسی کردند. آنها یک شرط لازم و کافی را برای اینکه سیستم تحت قوانین کنترلی با پس‌خور محلی و جبران‌سازی دینامیکی پایدار باشد، بیان کردند. یانگ و همکاران (Yang et al) روش مود لغزشی را برای اینکه کنترل غیرمتمرکز سیستم‌های بزرگ مقیاس، زیر اثر ورودی خارجی و با وجود عامل تاخیر زمانی در متغیرهای حالت ارائه کردند. طرح کنترل شامل یک قانون کنترلی غیرمتمرکز و یک فوق صفحه سوئیچینگ از نوع انتگرالی است. آنها ابتدا قانون کنترل غیرمتمرکز را به گونه‌ای تعیین کردند تا شرایط رسیدن کلی (Global Reaching low) برقرار شود.

کنترل غیرمتمرکز در مهندسی عمران اولین بار توسط ویلیامز و ژو (Williams & Xu) در سازه‌های فضایی انعطاف‌پذیر بررسی شد. سپس ریاسیوتاکی و بوسالیس (Ryaciotaki & Boussalis) از روش کنترل تطبیقی مدل مرجع (Reference Adaptive Control Theory Model) برای تعیین قانون کنترلی غیرمتمرکز استفاده کردند. دیکس و همکاران (Dix et al) چندین روش غیرمتمرکز را برای سازه‌های فضایی بیان کردند. هینو و همکاران (Hino et al) در مورد مسئله کنترل یک سازه ساختمانی چند درجه آزادی مانند یک ساختمان بلندمرتبه با بهره‌گیری از کنترل تطبیقی ساده غیرمتمرکز بحث کرده‌اند. رفویی و منجمی‌نژاد (Rofooei & Monajeminejad) نسبت به کنترل نامتمرکز سازه‌های بلند با بهره‌گیری از کنترل بهینه لحظه‌ای اقدام نمودند. آنها ابتدا به بررسی دلایل ضرورت استفاده از کنترل غیرمتمرکز پرداخته شده و سپس با طراحی کنترل‌کننده‌ها و ماتریس بهره (Gain Matrix) به بررسی دو حالت کنترل یکی با بهره‌گیری از پس‌خور سرعت و دیگری کنترل با بهره‌گیری از پس‌خور سرعت و جابجایی پرداختند.

منجمی‌نژاد و رفویی در ارتباط با کنترل غیرمتمرکز در سازه‌های بلند، در ادامه به بررسی الگوریتم مود لغزشی (Sliding Mode) به صورت غیرمتمرکز پرداختند. مراحل طراحی کنترل‌کننده در روش مود لغزشی شامل دو مرحله است. مرحله اول شامل طراحی سطوح لغزش بوده و مرحله دوم طراحی رابطه کنترل یا قانون رسیدن (Reaching Law) را در بر می‌گیرد. باید توجه داشت که نامتمرکز بودن کنترل، قابلیت اعتماد به پایداری سیستم را افزایش داده و در صورت از کار افتادن کنترل یکی از زیرسیستم‌ها، سیستم کنترل دچار آسیب کلی نخواهد گردید. کنترل نامتمرکز می‌تواند در دو حالت با درنظر داشتن تاثیرات درجات آزادی مشترک بین زیرسیستم‌ها و یا بدون درنظر داشتن این تاثیرات انجام شود که البته در حالت با درنظر داشتن تاثیرات درجات آزادی به پایداری هر زیرسیستم و کل سیستم کنترل می‌توان اطمینان بیشتری داشت.

در مقاله حاضر کنترل متمرکز و نامتمرکز سازه‌های بلند در حالت سه بعدی با درنظر داشتن درجات آزادی مشترک بین زیرسازه‌ها و اثر دوگانه آنها بر یکدیگر بررسی گردیده است. الگوریتم مورد استفاده کنترل بهینه لحظه‌ای‌ (Instantaneous Optimal Control) می‌باشد که توسط آقایان یانگ و همکارانش بسط داده شده و از پس‌خور شتاب جهت محاسبه نیروهای کنترل استفاده گردیده است. روش نامتمرکز کردن کنترل در این مقاله بر اساس تعداد درجات آزادی بوده و نمونه‌های عددی نیز با بکارگیری الگوریتم کنترل نامتمرکز حل و نتایج آنها با حالت کنترل متمرکز مقایسه گردیده و ارائه شده‌اند.

2) روابط حاکم

1-2) کنترل نامتمرکز و روابط وابسته

مدل ساختمان برشی در حالت دو بعدی درنظر می‌باشد. در این مدل هر طبقه به صورت یک درجه آزادی مدل می‌شود که به دو تراز بالا و پایین بوسیله یک فنر برشی و یک میراگر متصل شده است. مقالات زیادی در حوزه کنترل سازه‌ها بر اساس این مدل نگاشته شده‌اند. منجمی‌نژاد و رفویی مدل سازه‌ای را به صورت ساختمان برشی درنظر گرفته است و روابط مربوطه را بدست آورده‌اند. در این حالت معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار دینامیکی یک مدل سازه‌ای دوبعدی به صورت زیر است:

(1)

که در آن M ماتریس جرم، K ماتریس سختی، C ماتریس میرایی، H ماتریس موقعیت کنترلر‌ها، U فرمان کنترلی، شتاب زلزله وارد بر ساختمان، بردار تغییر مکان‌های طبقات و {1} بردار ستونی است که تمام مولفه‌های آن عدد یک می‌باشد. ماتریس‌های رابطه به شرح زیر بوده و نحوه ریز کردن سیستم نیز مطابق شکل 1 می‌باشد.

شکل (1) مدل سازه‌ای یک ساختمان بلند

(2)

n: تعداد طبقات ساختمان؛

r: تعداد کنترل کننده‌ها؛

ki: سختی برشی طبقه iام؛

mi: وزن طبقه iام.

در این روابط، xi را می‌توان به دو صورت زیر تعریف کرد:

xire: جابجایی طبقه iام نسبت به یک دستگاه اینرسی (تغییر مکان اینرسی)

کنترل غیرمتمرکز مدل‌های دو بعدی سازه‌های بلند با پسخور شتاب و تعمیم آن به حالت سه بعدی 60 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 61

گفتار نخست: کلیات

1-1) مقدمه

تامین پایداری سازه‌های عمرانی در برابر بارهای وارده بر آنها هدف اصلی طراحان و مهندسان عمران می‌باشد. هنوز هم ساختما‌ن‌ها، پل‌ها و دیگر سازه‌های ساخت بشر به عنوان سازه‌هایی غیرفعال به لحاظ پایداری تابع جرم و صلبیت خود در برابر بارهای خارجی بوده و توانایی مشخصی برای اینگونه بارها دارند. در چند دهه اخیر به دلایلی چون نرمی زیاد و اجتناب‌ناپذیر سازه‌های بلند، وجود محدودیت‌هایی در خصوص میزان لرزش حداکثر به لحاظ آسایش ساکنین، نیاز به ترازهای بالاتر ایمنی در سازه‌هایی با کاربردهای پراهمیت و همینطور ارزش بالای وسایل و تجهیزات داخلی و نصب شده در این سازه‌ها سبب شده‌اند که در نظر گرفتن ملاحظاتی ویژه برای سازه‌ها و محدود کردن دامنه لرزش آنها ضرورت یابد. بدین لحاظ روش‌های گوناگونی برای محدود کردن پاسخ سازه‌ها به تحریکات خارجی در قالب سیستم‌های کنترل غیرفعال (Passive Control) و کنترل‌ نیمه فعال (Semi-Active Control) و کنترل فعال (Active Control) در چند دهه اخیر ابداع و ارائه شده و برخی از آنها عملاً مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

در حوزه سیستم‌های کنترل غیرفعال روش‌هایی نظیر جدایش لرزه‌ای پی سازه (Base Isolated)، میراگرهای جرمی (TMD)، میراگرهای مایع (TLD) برای نیروی باد و میراگرهایی نظیر میراگرهای اصطکاکی، میراگرهای ویسکوالاستیک (FVD, SVD) و انواع گوناگون دیگر به کار گرفته شده‌اند.

در حوزه سیستم‌های فعال می‌توان به میراگرهای جرمی فعال (AMD)، سیستم کابل‌های فعال (AT)، القا کننده‌های پالسی (PIC)، سیستم‌های با سختی متغیر فعال و ....‌ اشاره نمود که با استفاده از انرژی خارجی قابل بهره‌برداری می‌باشند.

1-2) بیان موضوع و اهمیت آن

با توجه به محدود بودن میزان عملکرد سیستم‌های کنترل غیرفعال در سال‌های اخیر، کنترل فعال سازه‌ها به صورت شاخص‌تری نمود پیدا کرده و مورد توجه پژوهشگران و حتی طراحان قرار گرفته است. ایده کنترل و الگوریتم‌های مورد استفاده در آن پیش از آنکه در مهندسی عمران کاربردی شوند در سایر رشته‌های مهندسی نظیر برق، مکانیک، هوافضا و الکترونیک کاربرد گسترده‌ای داشته و دارند. هرچند در این رشته‌ها سیستم‌های موردنظر جهت کنترل مشابه موارد موجود در زمینه مهندسی عمران حجیم و با تعداد درجات آزادی بالا نبوده است.

کنترل فعال سازه‌های عمرانی، به طور کلی شامل دو بخش مکانیزم‌های اعمال نیرو و نیز الگوریتم‌های مورد نیاز جهت تعیین مقدار نیروی کنترل می‌باشند. در این راستا، از الگوریتم‌های کنترل نسبت به تعیین نیروهای مورد نیاز اقدام و سپس به کنترل‌کننده‌ها (Actuators) فرمان اعمال نیرو را می‌دهد. در کنترل فعال، از الگوریتم‌های گوناگونی که دارای دیدگاه‌های کنترلی متفاوتی می‌باشند، استفاده می‌شود. الگوریتم‌هایی نظیر کنترل بهینه، کنترل بهینه لحظه‌ای (Instantaneous Optimal Control)، جاگذاری قطبی (Pole Assignment)، کنترل فضای مودی (IMSC)، پالس کنترل و الگوریتم‌های مقاوم (Robust) مانند ، ، کنترل مود لغزش (Sliding Mode Control) و غیره از جمله الگوریتم‌های به کار رفته در کنترل سازه می‌باشند. هدف نهایی کلیه این روش‌، کاهش نیروی اعمال شده به سیستم با هدف حفظ عملکرد سیستم کنترل شده است.

با توجه به تعریف‌هایی که از کنترل فعال توسط آقای یائو (Yao) و سایر پژوهشگران [1] شده است یک سیستم کنترل فعال شامل بخش‌های زیر می‌باشد (شکل 1-1):

شکل (1-1): الگوریتم کلی کنترل فعال سازه

هنگامی که نیروهای کنترل صرفاً بر اساس پاسخ سازه‌ای محاسبه می‌شوند (حلقه 2) سیستم کنترل، حلقه بسته (Closed–Loop) و هنگامی که نیروهای کنترل صرفاً بر اساس انگیختگی بیرونی محاسبه شود (حلقه 1) سیستم کنترل حلقه باز (Open-Loop) نامیده شده و اگر هر دو حلقه محاسبه نیروهای کنترل به کار گرفته شوند سیستم کنترل حلقه بسته ـ باز (Closed–Open–Loop) نامیده می‌شود.

از نظر بزرگی، سیستم‌های کنترل را می‌توان در دو دسته سیستم‌های معمولی و سیستم‌های بزرگ مقیاس (Large Scale Systems) در نظر گرفت. در سیستم‌های معمولی، کنترل سازه به صورت متمرکز مناسب بوده و نیازی به تقسیم سیستم به سیستم‌های ریزتر نمی‌باشد ولی در سیستم‌های بزرگ مقیاس نظیر ساختمان‌های بلند و حجیم، اندازه سیستم کنترلی و حجم آن در انتقال و جابجایی اطلاعات و فرمان‌ها، به ویژه با توجه به اینکه نیروهای لرزه‌ای در مدت زمان کوتاهی (کمتر از دقیقه) بر سازه وارد می‌شوند، مشکل ایجاد کرده و تأخیر زمانی قابل توجهی در صدور فرمانها به وجود می‌آورد. بر این اساس تلاش می‌شود تا هر بخش از سیستم به صورت مستقل کنترل شود. به هر بخش زیرسیستم گفته شده و یک سیستم متشکل از تعدادمعینی زیرسیستم (Subsystem) خواهد بود.

شیوه ریز کردن یک سیستم به چند زیر سیستم بستگی به طرح سیستم از نظر سازه‌ای، درجات آزادی آن و میزان گستردگی فیزیکی آن دارد. در ادامه در خصوص شیوه‌های ریز کردن و الگوریتم‌های مورد استفاده جهت کنترل هر زیرسیستم بیشتر توضیح داده خواهد شد.

1-3) چارچوب پژوهش

سازه‌های بلند یکی از انواع سیستم‌های سازه‌ای حجیم می‌باشد که موضوع کنترل نامتمرکز در آن قابل بررسی می‌باشد. پژوهش حاضر پیرامون امکان نامتمرکز کردن نحوه عمل سیستم کنترل در این نوع سازه‌ها و بررسی پایداری سیستم سازه‌ای و نیز کارایی روش کنترل مورد استفاده تحت اثر تحریک‌های مختلف وارده بر سازه بوده و با حالت کنترل متمرکز مقایسه می‌شود.

1-4) موضوعات بررسی شده در هر گفتار

پیشنهاد رساله دکترای حاضر،‌شامل پنج گفتار می‌باشد. در گفتار دوم، الگوریتم‌های کنترل متمرکز سازه‌ها و کارهای انجام شده در این زمینه بررسی و مرور می‌گردند. گفتار سوم نیز بررسی الگوریتم‌های کنترل نامتمرکز سازه‌ها و کارهای انجام شده تا کنون را شامل می‌شود. روش‌های ریز کردن سیستم‌های سازه‌ای بلند با توجه به نوع سیستم‌ سازه‌ای باربر آنها قابل تعریف بوده و نمی‌توان بدون توجه به سیستم‌های انتقال بار گرانشی و جانبی طرح کنترل نامتمرکز را پیشنهاد داد. در انتهای این گفتار نیز به بررسی کارهای پژوهشگران در این زمینه پرداخته خواهد شد.

گفتار چهارم به پژوهش پیشنهادی و زمینه‌های کاری مورد نظر در این رساله می‌پردازد در این پژوهش الگوریتم پیشنهادی جهت نامتمرکز کردن کنترل سازه‌های بلند در حالت سه بعدی، به همراه حل یک نمونه مدل سه بعدی دو طبقه ارائه گردیده است. در این گفتار برنامه زمانبندی پژوهش نیز ارائه شده است. گفتار پنجم نیز شامل مراجع و پیوست‌‌ها می‌باشد.