دانلود مقاله در مورد كنترل فعال نامتمركز سازه‌هاي بلند با پسخور شتاب 11 ص
دسته بندي :
مقاله »
مقالات فارسی مختلف
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 11 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
كنترل فعال نامتمركز سازه‌هاي بلند با پسخور شتاب
چكيده:
پاسخ سازه‌هاي بزرگ مقياس و بلند را مي‌توان با بهره‌گيري از الگوريتمهاي كنترل فعال مناسب و بكار بردن عملگرها در طبقات كاهش داد و استفاده از روشهاي نوين كنترل جهت رسيدن به ترازهاي ايمني بالا در اين راستا مي‌باشد. در اين مقاله روش كنترل نامتمركز سازه‌هاي بلند با پسخور شتاب ارائه شده است. در روش كنترل نامتمركز، يك سازه بزرگ به چند زيرسازه كوچكتر تقسيم شد و براي هر زيرسيستم، الگوريتم كنترل مخصوص آن استفاده ميشود. زيرسيستمهاي مختلف با يكديگر همپوشاني داشته و در نقاط مشترك با يكديگر تبادل اطلاعات خواهند داشت. الگوريتم مورد استفاده جهت كنترل سازه، الگوريتم كنترل بهينه لحظه‌اي با بهره‌گيري از پسخور شتاب بوده و در انتها يك نمونه عددي جهت الگوريتم پيشنهاد شده در اين مقاله و بررسي نتايج آن با حالت كنترل متمركز ارائه گرديده است.
واژههاي كليدي: كنترل، نامتمركز، سازه‌هاي بلند، پسخور.
1) مقدمه
سازه‌هاي بلند از انواع سيستم‌هاي سازهاي ميباشند كه ضرورتاً در كنترل لرزشهاي آن بايد از كنترل غيرمتمركز استفاده شود. اين لرزشها ميتوانند شامل دو دسته لرزشهاي كلي و لرزشهاي موضعي شوند. از طرفي با توجه به بزرگي اين سازهها، مطمئناً بهره‌گيري از يك مركز كنترلي ارتعاشات براي اين ساختمان منطقي نبوده و بايد از چند مركز كنترل ارتعاشات استفاده شود.
در سازه‌هاي بلند از چندين نوع سيستم باربر گرانشي و زلزله استفاده ميشود كه غيرمتمركز كردن كنترل سازه تا اندازه زيادي به سيستم باربر جانبي بستگي دارد. در واقع بحث نامتمركز كردن كنترل در ترازها، در جهت بالا بردن ايمني كنترل ارتعاشات سازه‌هاي بلند بوده و در اين حالت در صورت از كار افتادن يكي از مغزهاي كنترل با سريسازي خودكار سيستم مي‌توان كنترل ارتعاشات سازه را به زيرسيستم سالم سپرد.
به طور كلي كنترل فعال (Active control) سازهها شامل دو بخش الگوريتمهاي موردنياز جهت بدست آوردن مقدار نيروي كنترل و مكانيزمهاي اعمال نيرو مي‌باشد. در اين نوع كنترل، از الگوريتمهاي گوناگوني كه داراي ديدگاههاي متفاوتي ميباشند، استفاده ميشود. الگوريتمهايي نظير كنترل بهينه، كنترل بهينه لحظه‌اي (Instantaneous Optimal Control)، جايابي قطبي (Pole Assignment)، كنترل فضاي مودي (IMSC)، پالس كنترل و الگوريتمهاي مقاوم (Robust) مانند H2، H∞، كنترل مود لغزشي (Sliding Mode Control) و غيره از جمله الگوريتمهاي بكار رفته در كنترل سازه ميباشند.
كنترل غيرمتمركز در آغاز در مورد سيستم‌هاي قدرت بكار رفته و سپس توسط افرادي مانند يانگ و سيلژاك (Yanng & Siljack) گسترش يافته است. در اين كنترل، ونگ و ديويدسون (Wan g & Davidson) مساله پايداري سيستم را بررسي كردند. آنها يك شرط لازم و كافي را براي اينكه سيستم تحت قوانين كنترلي با پسخور محلي و جبران‌سازي ديناميكي پايدار باشد، بيان كردند. يانگ و همكاران (Yang et al) روش مود لغزشي را براي اينكه كنترل غيرمتمركز سيستم‌هاي بزرگ مقياس، زير اثر ورودي خارجي و با وجود عامل تاخير زماني در متغيرهاي حالت ارائه كردند. طرح كنترل شامل يك قانون كنترلي غيرمتمركز و يك فوق صفحه سوئيچينگ از نوع انتگرالي است. آنها ابتدا قانون كنترل غيرمتمركز را به گونه‌اي تعيين كردند تا شرايط رسيدن كلي (Global Reaching low) برقرار شود.
كنترل غيرمتمركز در مهندسي عمران اولين بار توسط ويليامز و ژو (Williams & Xu) در سازه‌هاي فضايي انعطاف‌پذير بررسي شد. سپس رياسيوتاكي و بوساليس (Ryaciotaki & Boussalis) از روش كنترل تطبيقي مدل مرجع (Reference Adaptive Control Theory Model) براي تعيين قانون كنترلي غيرمتمركز استفاده كردند. ديكس و همكاران (
Dix et al) چندين روش غيرمتمركز را براي سازه‌هاي فضايي بيان كردند. هينو و همكاران (Hino et al) در مورد مسئله كنترل يك سازه ساختماني چند درجه آزادي مانند يك ساختمان بلندمرتبه با بهره‌گيري از كنترل تطبيقي ساده غيرمتمركز بحث كرده‌اند. رفويي و منجمي‌نژاد (Rofooei & Monajeminejad) نسبت به كنترل نامتمركز سازه‌هاي بلند با بهره‌گيري از كنترل بهينه لحظه‌اي اقدام نمودند. آنها ابتدا به بررسي دلايل ضرورت استفاده از كنترل غيرمتمركز پرداخته شده و سپس با طراحي كنترل‌كننده‌ها و ماتريس بهره (Gain Matrix) به بررسي دو حالت كنترل يكي با بهره‌گيري از پسخور سرعت و ديگري كنترل با بهره‌گيري از پسخور سرعت و جابجايي پرداختند.
منجمي‌نژاد و رفويي در ارتباط با كنترل غيرمتمركز در سازه‌هاي بلند، در ادامه به بررسي الگوريتم مود لغزشي (Sliding Mode) به صورت غيرمتمركز پرداختند. مراحل طراحي كنترل‌كننده در روش مود لغزشي شامل دو مرحله است. مرحله اول شامل طراحي سطوح لغزش بوده و مرحله دوم طراحي رابطه كنترل يا قانون رسيدن (Reaching Law) را در بر مي‌گيرد. بايد توجه داشت كه نامتمركز بودن كنترل، قابليت اعتماد به پايداري سيستم را افزايش داده و در صورت از كار افتادن كنترل يكي از زيرسيستم‌ها، سيستم كنترل دچار آسيب كلي نخواهد گرديد. كنترل نامتمركز مي‌تواند در دو حالت با درنظر داشتن تاثيرات درجات آزادي مشترك بين زيرسيستم‌ها و يا بدون درنظر داشتن اين تاثيرات انجام شود كه البته در حالت با درنظر داشتن تاثيرات درجات آزادي به پايداري هر زيرسيستم و كل سيستم كنترل مي‌توان اطمينان بيشتري داشت.
در مقاله حاضر كنترل متمركز و نامتمركز سازه‌هاي بلند در حالت سه بعدي با درنظر داشتن درجات آزادي مشترك بين زيرسازه‌ها و اثر دوگانه آنها بر يكديگر بررسي گرديده است. الگوريتم مورد استفاده كنترل بهينه لحظه‌اي (Instantaneous Optimal Control) مي‌باشد كه توسط آقايان يانگ و همكارانش بسط داده شده و از پسخور شتاب جهت محاسبه نيروهاي كنترل استفاده گرديده است. روش نامتمركز كردن كنترل در اين مقاله بر اساس تعداد درجات آزادي بوده و نمونه‌هاي عددي نيز با بكارگيري الگوريتم كنترل نامتمركز حل و نتايج آنها با حالت كنترل متمركز مقايسه گرديده و ارائه شدهاند.
2) روابط حاكم
1-2) كنترل نامتمركز و روابط وابسته
مدل ساختمان برشي در حالت دو بعدي درنظر مي‌باشد. در اين مدل هر طبقه به صورت يك درجه آزادي مدل ميشود كه به دو تراز بالا و پايين بوسيله يك فنر برشي و يك ميراگر متصل شده است. مقالات زيادي در حوزه كنترل سازهها بر اساس اين مدل نگاشته شدهاند. منجمي‌نژاد و رفويي مدل سازهاي را به صورت ساختمان برشي درنظر گرفته است و روابط مربوطه را بدست آوردهاند. در اين حالت معادله ديفرانسيل حاكم بر رفتار ديناميكي يك مدل سازهاي دوبعدي به صورت زير است:
(1)
كه در آن M ماتريس جرم، K ماتريس سختي، C ماتريس ميرايي، H ماتريس موقعيت كنترلرها، U فرمان كنترلي، شتاب زلزله وارد بر ساختمان، بردار تغيير مكانهاي طبقات و {1} بردار ستوني است كه تمام مولفههاي آن عدد يك مي‌باشد. ماتريسهاي رابطه به شرح زير بوده و نحوه ريز كردن سيستم نيز مطابق شكل 1 مي‌باشد.
زيرسازه 1
زيرسازه 2
زيرسازه 3
شكل (1) مدل سازهاي يك ساختمان بلند
(2)
n: تعداد طبقات ساختمان؛
r: تعداد كنترل كنندهها؛
ki: سختي برشي طبقه iام؛
mi: وزن طبقه iام.
در اين روابط، xi را مي‌توان به دو صورت زير تعريف كرد:
xire: جابجايي طبقه iام نسبت به يك دستگاه اينرسي (تغيير مكان اينرسي)
xid: جابجايي طبقه iام نسبت به طبقه زيرين آن (Drift)
ماتريس ميرايي C ميرايي رايلي با رابطه C=a1K+a2M درنظر گرفته شده است.
ماتريس H در حالتي كه x جابجايي نسبت به دستگاه اينرسي باشد، به صورت زير است:
(3)
و در حالتي كه x جابجايي بين طبقهاي باشد، ماتريس H با استفاده از ماتريس Tdrift كه ماتريس تبديل جابجايي نسبي به جابجايي بين طبقهاي است، به صورت زير تعريف ميشود:
(4)
در فضاي حالت با تعريف بردار حالت، معادله سيستم به صورت زير درميآيد:
(5)
(6)
در حالت جابجايي نسبي
در حالت جابجايي بين طبقهاي
حال اگر مطابق شكل (1) هرچند طبقه كنار هم به صورت يك زيرسيستم انتخاب كنيم، در اين صورت به عنوان مثال براي موردي كه سه زيرسيستم داشته باشيم و برحسب جابجاييهاي نسبت به دستگاه اينرسي معادلات ديناميكي سيستم به صورت زير درميآيد: