بخشی از مقاله
خلاصه
انتخاب جریان ورودی به میراگر مغناطیسی، اصلی ترین موضوع در کنترل هوشمند سازهها با استفاده از میراگر مغناطیسی است . لذا تحقیق پیشرو به ارائه روشی در جهت کنترل ارتعاشات این گونه سازهها با استفاده از روش فازی-عصبی اختصاص یافته است. این روش بر مبنای برقراری ارتباط بین پاسخهای سازه مرتعش به عنوان ورودی و ولتاژ اعمال شده به میراگر مغناطیسی به عنوان خروجی استوار است. مطابق با شبیه سازیهای انجام شده نشان داده شده است که در مورد کنترل نیمه فعال سازهها استراتژی کنترل بسیار اهمیت داشته و استراتژی فازی-عصبی عملکرد موثرتری نسبت به سایر کنترل کنندههای غیرفعال و لیاپانوف داشته است.
.1 مقدمه
در زمینه مهندسی عمران، الگوریتمهای کنترل و وسایل بسیاری با هدف نگهداری سازهها و اجزای درونی آنها از اثرات مخرب حوادث طبیعی نظیر بادها و زلزلهها پیشنهاد شدهاند. از جمله وسایلی که در گروه سیستمهای کنترل نیمه فعال قرار میگیرد میراگر مغناطیسی است که در تحقیقات قبلی، سودمندی استفاده از این نوع میراگر در کاهش ارتعاشات سازهها به اثبات رسیده است.
میراگر مغناطیسی از یک سیلندر حاوی سیال مغناطیسی و پیستونی که کویلی درانتهای آن تعبیه گردیده تشکیل شده است. سیال مغناطیسی مادهای است که تحت تأثیر میدان مغناطیسی، تنش تسلیم و ویسکوزیته آن افزایش مییابد. با حرکت پیستون سیال مغناطیسی از درون یک شکاف حلقوی مجاور کویل عبور میکند. در این مرحله میتوان با تغییر در جریان ورودی به کویل، شدت میدان مغناطیسی و در نتیجه مقدار نیروی تولید شده توسط میراگر را کنترل نمود.
الگوریتمهای مختلفی برای استفاده به همراه میراگر مغناطیسی پیشنهاد شدهاند که رایج ترین آنها کنترل بهینه کلیپ [1] ، استراتژی کنترل بر اساس تابع لیاپانوف [2]، کنترل تصادفی [3]، کنترل مود لغزشی پیوسته [4] و نیز کنترل کنندههای هوشمند که شامل کنترل کنندههای شبکههای عصبی مصنوعی 5]،[6 و کنترل کنندههای فازی [7] میشوند.
مزیتهای عمده استفاده از کنترل کنندههای فازی نظیر پایداری، توانایی کنترل رفتار غیر خطی سازهها و سادگی سبب شده است تا تحقیقات بسیاری در این زمینه انجام شود. ژی و همکارش برای کنترل سازه 3 طبقه مرتعش از ترکیب کنترل کننده فازی عصبی تطبیقی یا به عبارت دیگر انفیس و میراگر مغناطیسی استفاده کردند. آنها این سازه را تحت ارتعاش زمین لرزههای السنترو 1940 و هاچینوحه 1968 قرار داده و مقادیر پاسخ کنترل شده با استفاده از کنترلگر LQG 1 را برای آموزش کنترلکننده انفیس بکار گرفتند.
در انتها آنها گزارش کردهاند که مقدار حداکثر جابجایی طبقات اول، دوم و سوم در حالت کنترل شده نسبت به حالت کنترل نشده در زمین لرزه السنترو به ترتیب 78 ، 47 و 39 درصد و در زمین لرزه هاچینوحه به ترتیب 82، 52 و 42 درصد کاهش یافته است
ژو و ینگ برای کنترل سازه سه درجه آزادی مرتعش از میراگر تنظیم پذیر مغناطیسی با استراتژی کنترل فازی-عصبی استفاده کردند. در این تحقیق میزان جریان ورودی به میراگر مغناطیسی توسط یک سیستم کنترل فازی تعیین میگردد.
آنها برای جبران تأخیر زمانی، از شبکه فازی-عصبی جهت پیشبینی پاسخهای سازه کردند. آنها برای ارزیابی روش پیشنهادیشان سازه مذکور را تحت ارتعاش دو زمین لرزه السنترو و تفت قرار دادند و گزارش کردند که کنترل کنندهی شبکه فازی-عصبی نسبت به حالت کنترل نشده، میزان جابجایی طبقه سوم را به طور موثر کاهش داده و باعث افزایش ناچیزی در مقدار شتاب آن طبقه شده است
بیطرف و همکاران دو روش جهت کنترل پاسخهای سازه مرتعش با استفاده از میراگر مغناطیسی پیشنهاد کردند. در اولین روش، کنترل تطبیقی ساده شده، سیستم تحت کنترل مجبور به دنبال کردن پاسخ مطلوب است و در دومین روش از کنترل کننده فازی بهینه شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. آنها نتایج روشهای خود را با الگوریتمهای نظیر غیر فعال خاموش، غیرفعال روشن، کنترلر لیاپانوف، ماکزیمم اتلاف انرژی مقایسه کرده و نشان دادند که کنترلرهای انطباقی و فازی- ژنتیک میتوانند بصورت موثرتری پاسخهای شتاب و تغییر مکان سازه را کاهش دهند
در مطالعه حاضر، مسئله کاربرد سیستمهای کنترل هوشمند در کنترل سازهها مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از ترکیب کنترل کننده انفیس و میراگر مغناطیسی جهت کاهش پاسخ های سازه مرتعش استفاده شده است. از آنجا که انفیس روشی برای روند مدل سازی سیستم فازی با استفاده از مجموعه اطلاعات ورودی/خروجی است لذا برای تولید دادههای مطلوب سازه تحت ارتعاش پایه تصادفی قرار گرفته و از کنترل کننده LQR جهت محاسبه نیروی بهینه در لحظات زمانی مختلف استفاده میشود. در انتها نحوه عملکرد کنترل کنندههای غیرفعال روشن، غیرفعال خاموش، لیاپانوف و نیز روش ارائه شده در کنترل ارتعاشات یک سازه 3 طبقه مقایسه شده است.
.2 معادلات حاکم
معادله حرکت حاکم بر یک سازه کنترل شده با استفاده از میراگر مغناطیسی که تحت تاثیر نیروی زلزله قرار دارد
مطابق رابطه - 1 - میباشد.
که در آن بردار تغییر مکان طبقات سازه،شتاب زمین، ماتریس جرم سازه، ماتریس سختی سازه و ماتریس میرایی سازه هستند. در این تحقیق ماتریس میرایی سازه متناسب با ماتریسهای جرم و سختی در نظر گرفته شده است که با استفاده از رابطه رایلی - 2 - بدست میآید
