تحقیق کنترل فعال متمرکز و نامتمرکز سازه های بلند در حالت سه بعدی با پسخور جابجایی و سرعت

تعداد صفحات: ۲۲ | قابل ویرایش

چکیده

نیاز به ترازهای ایمنی بالاتر در سازه‌های بااهمیت، تامین پایداری و ایجاد محدودیت‌هایی در خصوص میزان لرزش به لحاظ احساس ایمنی ساکنین در سازه‌های بلند از اهداف اصلی طراحان و مهندسان عمران می‌باشد. در این گونه سازه‌ها بکارگیری سیستم‌های کنترل ارتعاشات سازه‌ای به صورت فعال و غیرفعال مرسوم بوده و برخی از آنها نیز کاربردی شده‌اند.

در این مقاله کنترل متمرکز سازه‌های بلند تشریح شده و در خصوص نامتمرکز کردن این کنترل به گونه‌ای که بر رفتار کلی سازه تاثیر مثبت داشته باشد، پژوهش گردیده است. در این پژوهش سازه به صورت سه بعدی مدل شده و الگوریتم کنترل فعال بهینه لحظه‌ای، با پسخور جابجایی و سرعت جهت حل معادلات کنترل استفاده شده است.

روابط حاکم بر پایداری سازه در حالت نامتمرکز و نوشتن الگوریتم حل معادلات به گونه‌ای که پایداری سازه در کلیه حالت‌ها برقرار باشد، بحث و اثبات گردیده و در انتها نمونه‌های عددی از حل روابط و معادلات حاکم با توجه به حالت‌های گوناگون از نامتمرکزسازی کنترل در سازه‌‌های بلند ارائه شده است.

یکی از حالت‌‌های نامتمرکزسازی کنترل به تقسیم سازه اصلی با تعداد ۳n درجه آزادی به زیرسازه‌‌هایی با تعداد ۳ni درجه آزادی گفته می‌شود که مجموع تعداد درجه آزادی زیر سازه‌ها برابر با تعداد درجه آزادی سازه اصلی می‌باشد.

واژه‌های کلیدی: سازه‌های بلند، متمرکز، نامتمرکز، سه بعدی، پسخور

مقدمه

کنترل فعال (Active Control) ‌سازه‌ها به طور کلی شامل دو بخش الگوریتم‌های مورد نیاز جهت بدست آوردن مقدار نیروی کنترل و مکانیزم‌های اعمال نیرو می‌باشد. در این نوع کنترل، از الگوریتم‌های گوناگونی که دارای دیدگاه‌های کنترلی 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 ، ، کنترل مود لغزش (Sliding Mode Control) و غیره از جمله الگوریتم‌های به کار رفته در کنترل سازه می‌باشند.

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 از تعداد معینی زیرسیستم (Subsystem) تشکیل می‌شود (شکل ۲).

روابط حالت متمرکز و نامتمرکز و مقایسه آنها

ساختمان بلند با n3 درجه آزادی و n طبقه شکل ۳ در نظر گرفته شده و تحت اثر شتاب زمین  قرار داده می‌شود. در حالت پیچشی فرض می‌شود سازه با سیستم کنترل ارتعاشی مجهز شده است. اگر جابجایی نسبی ترازهای مختلف سازه بلند نسبت به تراز پایه باشد، معادله حرکت سیستم ارتعاشی به شکل ماتریسی زیر می‌تواند نوشته شود:

در این حالت، ماتریس‌های  و U زیر می‌توانند تعریف شوند:

بردار تغییر مکان درجات آزادی سازه:

بردار نیروهای کنترل

که در آن: n: تعداد طبقات ساختمان و ۳a: تعداد کنترل کننده‌ها می‌باشد.

منابع

1. Hino, M. Lwal, Z. Mizurnoto, L. and Kohzawa, R., (1995), “Active vibration control of a muhl-degree-of-freedom structure by the use of decentralized simple adaptive control”, 4^th IEEE Conf. on Control Applications, 1995.
2. Hino, M. Lwal, Z. Mizurnoto, L. and Kohzawa, R., (1996), “Active vibration control of a multi-degree-of-freedom structure by the use of robust decentralized simple adaptive control”, Proc. of the 1996 IEEE InternationalConf. On Control Applications, Dearborn, Mi, Sep.
3. Rofooei, F.R. and Tadjbakhsh, L.G., (1993), “Optimal control of structures with acceleration, velocity and displacement feedback, J. Eng. Mech., ASCE,. 119(10).
4. Ryaciotaki-boossalis, H.A., (1988), “The use of decentralized control on the vibration suppression in large flexible dynamic systems”, Maple Press.
5. Tadjbakhsh, I.G. and Rofooei, F.R., (1992), “Optimal hybrid control of structures under earthquake excitation”, Earthq. Engrg. Struct. Dyn. 21, 233-252.
6. Savastuk, S.V. and Siljak, E.D., (1994), “Optimal decentralized control” Proc. Of American Control Conference, Baltimore, Maryland.
7. Siljak, D.D., (1996), “decentralized control computations: status and prospects”. Automatic Review of control 20: 131-141.