بخشی از مقاله
مقدمه :
مکانیزمهای کنترل نیمه فعال، تکامل طبیعی تکنولوژی استهلاک انرژی غیر فعال می باشند چرا که این ابزار
سیستم های سازگار را برای بهبود بازدهی و هوشمندی شامل می شوند. این ابزار اغلب تحت عنوان میراگرهای قابل کنترل یا هوشمند مورد اشاره قرار می گیرند. از آنجائیکه استراتژی های کنترل نیمه فعال از نظر ماهیت استهلاکی، ذاتاً پایدار و نیازمند به انرژی کم برای راه اندازی می باشند لذا مکانیزمهای کنترل نیمه فعال می توانند در تعداد زیادی از کاربردهای عمرانی همانند کنترل فعال و غیر فعال به کار روند.[1]. از میان ابزار کنترل نیمه فعال، ابزار سیال قابل کنترل که شامل میراگرهای ER و MR میباشند حاوی هیچ قسمت متحرکی به غیر از پیستون نیستند وبه همین خاطر بسیار قابل اعتماد بوده ونسبت به دیگر ابزار کنترل نیمه فعال جذاب تر در کنترل نیمه فعال سازه می باشند. این میراگرها در اصل از لحاظ ساخت معادل میراگرهای هیدرولیک متعارف می باشند با این تفاوت که مشخصات سیال موجود در آنها می تواند با اعمال میدانهای مغناطیسی ایجاد شده توسط جریانهای به کار رفته تغییر یابد. اگرچه این دو میراگر مشابه یکدیگر میباشند ولی میراگر MR به ولتاژ کمتری نیاز داشته و به دلایل اجرایی و ایمنی بسیار جذاب می باشد.
الگوریتمهای کنترل نیمه فعال متعددی برای استفاده با میراگر MR در مطالعات عددی پیشنهاد شده اند [2] و نتایج نشان داده است که عملکرد سیستم کنترلی تا حد زیادی وابسته به انتخاب الگوریتم کنترلی است. بنابراین یک چالش در استفاده از مکانیزم کنترل نیمه فعال برای سازهها، ایجاد یک الگوریتم کنترل مناسب است. نشان داده شده است که الگوریتم کنترل Clipped-Optimal Control برای استفاده با میراگر MR در سازههای خطی مؤثر بوده است (6-3] بنابراین در این مقاله به منظور کنترل سازه از این الگوریتم کنترل استفاده شده است. در بخش های بعدی ابتدا مدل سازی میراگر MR و سپس الگوریتم کنترل نیمه فعال استفاده شده در این مطالعه به طور مختصر بیان می گردد. در نهایت با استفاده از یک مثال عددی به بررسی پارامترهای تاثیرگذار در عملکرد میراگرهای MR در کاهش پاسخ لرزه ای سازه های خطی پرداخته خواهد شد.
2 توصیف و مدل سازی مکانیزم کنترلی نیمه فعالی
مدل سازی مناسب برای مکانیزم کنترل نیمه فعال، برای پیش گویی مطلوب رفتار سیستمهای کنترل شده
لازم و ضروری است. از میان مدلهای ارائه شده برای میراگر MR مدل مکانیکی بر کا-ون اصلاح شده که در
شکل (1) نشان داده شده است قادر به پیش گویی مناسب رفتار ابن میراگر بر روی دامنهای وسیعی از ورودیها می باشد 7 .
در اینجا سختی القاگر توسط k1 و میرایی ویسکوز مشاهده شده در سرعتهای بزرگتر توسط C0ارائه می شود. یک میراگر که توسط C1 بیان میشود در مدل لحاظ شده تا عدم کارآیی غیر خطی در حلقه های نیرو- سرعت مشاهده شده در دادههای آزمایشگاهی در سرعتهای پایین را معرفی نماید. K0به منظور کنترل سختی در سرعتهای بزرگ بوده وX0 تغییر مکان اولیه ی فنر با سختی K1 است. لذا نیروی اسمی تولید شده توسط القاگر می باشد. با تنظیم پارامترهای مدل می توان شکل حلقه های هیسترسیس را برای المان تسلیم کنترل نمود. برای در نظر گرفتن وابستگی نیرو به ولتاژ اعمال شده به محرک جریان و جریان مغناطیسی حاصله، اسپنسر و همکاران [7| فرمولهای زیر را پیشنهاد نموده اند:
V ولتاژ دستور داده شده به محرک جریان و یک ثابت می باشد. پارامترهای میراگر MR با استفاده از بهینه سازی و به منظور مطابقت مدل تعمیم یافته با دادههای آزمایشگاهی بدست آمده طی آزمایشهای متعدد، تعیین می شوند.
3 الگوریتم کنترل نیمه فعالی
یکی از الگوریتم هایی که برای استفاده با میراگر MR مؤثر نشان داده شده است الگوریتم کنترل
Clipped-Optimal میباشد که توسط دایک و همکاران [[7 پیشنهاد گردیده است. این الگوریتم یک کنترلر بهینه ی خطی طراحی می نماید به طوریکه این کنترلر نیروی کنترل مطلوب را مبتنی بر بردار اندازه گیری شده Y (شامل پاسخ سازه نیروی کنترل و نویز اندازه گیری شده) و همچنین نیروی اعمال گردیده به سازه تعیین میکند، به عبارت دیگر:
تبدیل لاپلاس می باشد . درحقیقت تبدیل لاپلاس تابع انتقال فیلتر کالمن بوده و میتواند با استفاده از روشهای ترکیب زیادی بدست آید. در اینجا برای این منظور از استراتژی های استفاده می شود. بنابراین برای طراحی کنترلر شتاب مطلق زمین یک نویز سفید ثابت در نظر گرفته می شود و یک اندیس عملکرد نامتناهی به صورت زیر انتخاب می گردد:
در صورتیکه ماتریسهای جرم، سختی و میرایی سازه باشد در حالت پسخور شتاب ماتریسی C برابر است با:
از آنجا که پاسخ میراگر MR وابسته به پاسخهای موضعی سیستم سازهای است، نیروی تولید شده توسط میراگر MR نمی تواند دستور داده شود؛ فقط ولتاژ اعمال شده به محرک جریان برای میراگر MR میتواند به طور مستقیم تغییر یابد. الگوریتم مربوط به انتخاب ولتاژ دستوری Vبه صورت رابطه ی زیر بیان می گردد:
