دانلود مقاله در مورد كنترل فعال نامتمركز سازه‌هاي بلند با پسخور شتاب 11 ص

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: