کنترل فعال سازه¬های دارای کابل کششی با رفتار غیرخطی با استفاده از کنترل سوئیچینگ
محورهای موضوعی : مهندسی برق-کنترلسعید کیان زاده 1 , سید سعید توکلی افشاری 2 * , ناصر پریز 3 , حامد قوهانی 4
1 - دانشکده مهندسی برق وکامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی برق وکامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
3 - استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
4 - دانشیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
کلید واژه: کنترل فعال, کابل کششی, کنترل سوئیچینگ, سازه غیرخطی, کنترل لرزهای.,
چکیده مقاله :
استفاده از کنترلکنندههای فعال یکی از روشهای موثر کنترل لرزهای در سازهها می‌باشد. با استفاده از روش کنترل فعال می‌توان در هر لحظه متناسب با نیروی خارجی اعمال شده به سازه، نیروی کنترلی را به گونه‌ای تنظیم نمود که سازه کمترین تنش یا تغییر شکل ممکن را تحمل کند. یکی از مسائل مهم در کنترل لرزهای سازهها مسئله رفتار غیرخطی سیستم می‌باشد. در این پژوهش سازه‌ای با کابل کششی که سختی غیرخطی دارد، توسط یک روش جدید کنترلی به نام کنترل سوئیچینگ کنترل می‌شود. در این روش کنترلی، مساله غیرخطی به چندین مساله خطی تبدیل شده و برای هر بخش یا زیرسیستم خطی، یک کنترل‌کننده بهینه طراحی می‌شود. سپس با مشخص کردن محدوده و مرز هر قسمت، به محض فعال شدن هر زیرسیستم، کنترل‌کننده مربوط به همان زیرسیستم فعال شده و با تغییر زیر سیستم فعال،کنترل‌کننده نیز متناسب با آن تغییر می‌کند. مزیت این روش کنترلی نسبت به سایر روشهای کنترلی که برای سیستمهای غیرخطی بکار گرفته می‌شود در این است که در روشهای کنترلی دیگر، طراحی کنترل‌کننده در طی زمان تحریک درلحظه انجام شده و نیاز به حجم بالای محاسبات درهر لحظه می‌باشد. اما در روش کنترل سوئیچینگ، کنترلکنندههای سیستم از قبل طراحی شده و در زمان بارگذاری فقط عمل سوئیچینگ بین کنترل‌کننده‌ها انجام می‌شود. در انتها کارایی این روش با چند مثال عددی نشان داده شده است
The use of active controllers is one of the effective methods of seismic control in structures. Using this method, the control force can be adjusted at any time to the external force applied to the structure in such a way that the structure is subjected to the least possible stress or deformation. One of the important issues in seismic control of structures is the problem of nonlinear behavior of the system. In this study, a structure with a nonlinear hard tendon cable is controlled by a new control method called switching control. In this control method, the nonlinear problem is transformed into several linear problems and an optimal controller is designed for each segment or subsystem. By specifying the range and boundary of each segment, the controller corresponding to a subsystem is then activated accordingly. The advantage of this control method over other control methods applied to nonlinear systems is that in the latter the controller should be designed online and, hence, a high volume of computations is required. Using the switching control method, however, the pre-designed controllers are selected when subsystems are changed. Finally, the efficiency of the proposed method is illustrated by several numerical examples
[1] M. Fahimi Farzam, B. Alinejad, R. Maroofiazar, H. Kazemi Sormoli, “Passive Control of Vibrations of High-Rise Structure Using Tuned Liquid Damper under Wind and Earthquake Excitations”, Amirkabir J. Mech Eng., vol. 53, no. 11, pp. 5367-5388, February 2022 (in Persian).
[2] R. Karami Mohammadi, A Salehi Ziyarani, “Passive control using optimally tuned mass dampers and its performance in nonlinear behavior structures”, Sharif Civil Engineering, vol. 32, no. 2, pp. 107-115, 2016 (in Persian).
[3] M. Ramezani, M. S. Labafzadeh, “Passive and semi-active vibration control of base-isolated structure under blast loading at medium to long distances”, Amirkabir J. Civil Eng., vol. 54, no. 2, pp. 97-100, 2022 (in Persian).
[4] H. Shariatmadar, S. Golnargesi, “Structural Control with Active Tuned Mass Damper Using Type 2 Interval Fuzzy Logic Controller for Seismic Excitation”, Sharif Civil Engineering, vol. 31, no. 2, pp. 21-32, August 2015 (in Persian).
[5] A. Amini, A.R Faraji, M. Mohammadimehr, “Vibration Suppression of Composite Plate Reinforced by Carbon Nanotubes on Elastic Foundation Using Active Control Method”, Journal of Science and Technology of Composites, vol. 7, no. 4, pp. 1243-1254, March 2021 (in Persian).
[6] F. Amini, A. Mohajeri, M. Javanbakht , “Semi-active control of isolated and damaged structures using online damage detection”, Smart Materials and Structures, vol. 24, no. 10, August 2015 (in Persian).
[7] M. Mohebbi, H. Rasooli Dabbagh, S. Moradpoor, “Seismic Vibration Control of Nonlinear Structures Using Semi-Active Synchronized Mass Damper Mechanism”, Amirkabir Journal of Civil Engineering(Civil and Environmental Engineering), vol. 46, no. 2, pp. 117-131, 2015 (in Persian).
[8] A. Preumont, M. Voltan, A. Sangiovanni, B. Mokrani, D. Alaluf, “Active Tendon Control of Suspension Bridges, Smart Structures And Systems”, Smart Structures and Systems, An International Journal, vol.18 no.1, pp. 31-52, 2016.
[9] A. Saeidi, R. Vahdani, “Active vibration control of smart building frames by active tendon”, 10th International Congress of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, 2015 (in Persian).
[10] F. Y. Cheng, H. Jiang, K. Lou, “Smart Structures: Innovative Systems for Seismic Response Control”, 2008.
[11] Z. Sun, S. Sam Ge, “Switched Linear Systems: Control and Design”, January 2005.
[12] D. Liberzon, “Switching in Systems and Control”, Springer Science & BusinessMedia, New York, 2003.