دانلود مقاله در مورد کنترل فعال نامتمرکز سازه‌های بلند با پسخور شتاب ۱۱ ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحه : ۱۱ صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏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.
‏۱) 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.
‏۲) روابط حاکم
‏۱-۲) 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:
(۱)
‏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 {۱} بردار ستونی است که تمام مولفه‏‌‏های آن عدد یک می‏‌‏باشد. ماتریس‏‌‏های رابطه به شرح زیر بوده و نحوه ریز کردن سیستم نیز مطابق شکل ۱ می‏‌‏باشد.
‏زیرسازه ۱
‏زیرسازه ۲
‏زیرسازه ۳
‏شکل (۱) مدل سازه‏‌‏ای یک ساختمان بلند
‏(‏۲‏)
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)
xid‏: جابجایی طبقه i‏ام نسبت به طبقه زیرین آن (Drift‏)
‏ماتریس میرایی C‏ میرایی رایلی با رابطه C=a1K+a2M‏ درنظر گرفته شده است.
‏ماتریس H‏ در حالتی که x‏ جابجایی نسبت به دستگاه اینرسی باشد، به صورت زیر است:
‏(۳)
‏و در حالتی که x‏ جابجایی بین طبقه‏‌‏ای باشد، ماتریس H‏ با استفاده از ماتریس Tdrift‏ که ماتریس تبدیل جابجایی نسبی به جابجایی بین طبقه‏‌‏ای است، به صورت زیر تعریف می‏‌‏شود:
‏(۴)
‏ در فضای حالت با تعریف بردار حالت، معادله سیستم به صورت زیر درمی‏‌‏آید:
‏(۵)
‏(۶)
‏در حالت جابجایی نسبی
‏در حالت جابجایی بین طبقه‏‌‏ای
‏حال اگر مطابق شکل (۱) هرچند طبقه کنار هم به صورت یک زیرسیستم انتخاب کنیم، در این صورت به عنوان مثال برای موردی که سه زیرسیستم داشته باشیم و برحسب جابجایی‏‌‏های نسبت به دستگاه اینرسی معادلات دینامیکی سیستم به صورت زیر درمی‏‌‏آید: