جانمایی بهینه تاندون‌های فعال با در نظر گرفتن انواع عدم‌قطعیت‌ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

10.22034/ceej.2023.57541.2273

چکیده

در طراحی سیستم‌های کنترل فعال، بهینه‌یابی تعداد و محل محرک‌ها نه­ تنها نقش مهمی در کنترل سازه‌ها دارند، بلکه منجربه پیاده‌سازی مقرون به‌صرفه سیستم کنترلی می‌شوند. جهت جایابی بهینه محرک‌ها، توابع هزینه و شاخص‌های تصمیم مختلفی می‌توانند توسط طراح بررسی شوند. اما باتوجه به حضور اجتناب‌ناپذیر انواع عدم‌قطعیت‌ها در سیستم‌های کنترل فعال مانند تأخیر زمانی، عدم‌قطعیت پارامترها و خطای سنسورها/ محرک‌ها، بایستی عدم‌قطعیت‌های مذکور در طراحی کنترل‌کننده لحاظ شوند. در این پژوهش، جانمایی بهینه محرک‌ها برای سیستم کنترلی تاندون‌های فعال در حضور انواع عدم‌قطعیت‌ها بررسی می‌شود و تأثیر هریک از آن‌ها ارزیابی می‌شود. بدین‌منظور، هفت سازه برشی سه طبقه و 31 سازه برشی پنج طبقه با جایگیری مختلف تاندون‌های فعال تحت ارتعاش زلزله ساختگی در نظر گرفته می‌شوند. با بررسی حضور هم‌زمان تأخیر زمانی و عدم‌قطعیت پارامتری نشان داده می‌شود که برخی حالات جایگیری تاندون‌های فعال به عدم‌قطعیت پارامترها حساس‌تر بوده و کنترل‌کننده طراحی شده تأخیر زمانی مجاز کمتری را پوشش می‌دهد. بنابراین، عدم‌قطعیت پارامتری در جانمایی بهینه تاندون‌های فعال می‌تواند نقش اساسی داشته باشد. همچنین پاسخ‌های جابه‌جایی، سرعت، شتاب و نیروی کنترلی در حضور تأخیر زمانی و عدم‌قطعیت پارامترها ارزیابی شده و عملکرد هرکدام از حالات جایگیری تاندون‌های فعال بررسی می‌شوند. بررسی خطای سنسورها/ محرک‌ها به‌همراه عدم‌قطعیت‌های پارامترها و تأخیر زمانی نشان می‌دهد که این نوع عدم‌قطعیت در تعیین جانمایی بهینه تاندون‌های فعال نقش چندانی ندارد. بنابراین می‌توان از عدم‌قطعیت خطای سنسورها/ محرک‌ها در جایابی بهینه تاندون‌های فعال صرف‌نظر کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimally Placement of Active Tendons with Consideration of Various Uncertainties

نویسندگان [English]

  • Hossein Ghaffarzadeh
  • Alireza Aran
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this research, active tendons' optimal placement based on an enumeration method has been investigated in the presence of various uncertainties such as parametric uncertainty, time delay, and sensor/actuator faults. To design the appropriate controller against uncertainties,  method has been used as a useful method according to the robust control theory.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optimally actuators placement
  • Active tendons
  • Parametric uncertainty
  • Time delay
  • Sensor faults
  • Actuator faults
Abdullah MM, Richardson A, Hanif J, “Placement of sensors/actuators on civil structures using genetic algorithms”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2001 Aug, 30 (8), 1167-1184. https://doi.org/10.1002/eqe.57
Amini F, Tavassoli MR, “Optimal structural active control force, number and placement of controllers”, Engineering Structures, 2005 Aug 1, 27 (9), 1306-1316. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2005.01.006
Aran A, Ghaffarzadeh H, Miller D, Talebian N, “Robust controller analysis and synthesis with consideration of various uncertainties for building structures”, Engineering Structures, 2024 Jun 1, 308, 117901. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.117901
Askari M, Li J, Samali B, “Cost-effective multi-objective optimal positioning of magnetorheological dampers and active actuators in large nonlinear structures”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2017 Jan, 28 (2), 230-253. https://doi.org/10.1177/1045389X16649449
Cha YJ, Agrawal AK, Kim Y, Raich AM, “Multi-objective genetic algorithms for cost-effective distributions of actuators and sensors in large structures”, Expert Systems with Applications, 2012 Jul 1, 39 (9), 7822-7833. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2012.01.070
Cheng FY, Jiang H, Lou K, “Smart structures: innovative systems for seismic response control”, CRC press; 2008 Feb 25. https://doi.org/10.1201/9781420008173
Cheng FY, Jiang H, Zhang X, “Optimal placement of dampers and actuators based on stochastic approach”, Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2002 Dec, 1, 237-249. https://doi.org/10.1007/s11803-002-0069-y
Darivandi N, Morris K, Khajepour A, “An algorithm for LQ optimal actuator location”, Smart Materials and Structures, 2013 Jan 28, 22 (3), 035001. https://doi.org/10.1088/0964-1726/22/3/035001
Ghaffarzadeh H, Aran A, Katebi J, “Robust analysis of the designed controller based on the critically damped condition, Journal of Civil and Environmental Engineering, 2024 Aug 22, 54 (115), 35-51. https://doi.org/10.22034/ceej.2023.54903.2215
Guo Y, Kareem A, “System identification through nonstationary data using time-frequency blind source separation”, Journal of Sound and Vibration, 2016 Jun 9, 371, 110-131. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2016.02.011
Gupta V, Sharma M, Thakur N, “Optimization criteria for optimal placement of piezoelectric sensors and actuators on a smart structure: a technical review”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2010 Aug, 21 (12), 1227-1243. https://doi.org/10.1177/1045389X10381659
Lezgy-Nazargah M, Elahi A, Pakizeh Tali M, “H∞ control method for seismically excited building structures with time-delay”, Journal of Vibration and Control. 2020 Jun, 26 (11-12), 865-884. https://doi.org/10.1177/1077546319890010
Li QS, Liu DK, Tang J, Zhang N, Tam CM, “Combinatorial optimal design of number and positions of actuators in actively controlled structures using genetic algorithms”, Journal of Sound and Vibration, 2004 Mar 5, 270 (4-5), 611-624. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00130-5
Liu DK, Yang YL, Li QS, “Optimum positioning of actuators in tall buildings using genetic algorithm”, Computers and Structures, 2003 Dec 1, 81 (32), 2823-2827. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2003.07.002
Lofberg J, “YALMIP: A toolbox for modeling and optimization in MATLAB”, In 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation (IEEE Cat. No. 04CH37508), 2004 Sep 2, 284-289. IEEE. https://doi.org/10.1109/CACSD.2004.1393890
Lu J, Thorp JS, Aubert BH, Larson LB, “Optimal tendon configuration of a tendon control system for a flexible structure”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 1994 Jan, 17 (1), 161-169. https://doi.org/10.2514/3.21173
Moon YS, Park P, Kwon WH, Lee YS, “Delay-dependent robust stabilization of uncertain state-delayed systems”, International Journal of Control, 2001 Jan 1, 74 (14), 1447-1455. https://doi.org/10.1080/00207170110067116
Nazarimofrad E, Farahani S, Zahrai SM, “Multiobjective optimal placement of active tendons to control irregular multistory buildings with soil-structure interaction”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2019 Mar, 28 (4), e1581. https://doi.org/10.1002/tal.1581
Nigdeli SM, Boduroğlu MH, “Active tendon control of torsionally irregular structures under near‐fault ground motion excitation”, Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, 2013 Oct, 28 (9), 718-736. https://doi.org/10.1111/mice.12046
Raji R, Hadidi A, Ghaffarzadeh H, Safari A, “Robust decentralized control of structures using the LMI H∞ controller with uncertainties”, Smart Structures and Systems, 2018, 22 (5), 547-560. https://doi.org/10.12989/sss.2018.22.5.547
Rao SS, Pan TS, Venkayya VB, “Optimal placement of actuators in actively controlled structures using genetic algorithms”, AIAA Journal, 1991 Jun, 29 (6), 942-943. https://doi.org/10.2514/3.10683
Rashidi H, Khanlari K, Zarfam P, Ghafory-Ashtiany M, “A novel approach of active control of structures based on the critically damped condition”, Journal of Vibration and Control, 2021 Jul, 27 (13-14), 1511-1523. https://doi.org/10.1177/1077546320944300
Rather F, Alam M, “Optimal placement of active tendons to control seismic structural response with dual irregularities-mass and stiffness”, InInternational Conference on Advances in Structural Mechanics and Applications 2021 Mar 26, 72-84, Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-98335-2_6
Rather F, Alam M, “Seismic control of structures with mass irregularities through optimally placed active tendons using multi-objective genetic algorithm. inrecent advances in earthquake engineering”, Select Proceedings of VCDRR, Springer Singapore 2021 2022, 357-370. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4617-1_29
Rather F, Alam M, “Seismic response control of structures with stiffness irregularities through optimally placed active tendons using multiobjective genetic algorithm”, InASPS Conference Proceedings, 2022 Dec 19, 1 (4), 1123-1128. https://doi.org/10.38208/acp.v1.631
Yang S, Morris K, “Comparison of linear-quadratic and controllability criteria for actuator placement on a beam”, In2014 American Control Conference, 2014 Jun 4, 4069-4074. IEEE. https://doi.org/10.1109/ACC.2014.6858961
Zhang D, Johnson EA, “Design of a VSDD brace control system for parameter estimation of shear structures”, In2009 American Control Conference, 2009 Jun 10, 4575-4580. IEEE. https://doi.org/10.1109/ACC.2009.5160688
Zhang J, Zhu Y, Li Z, Tu J, “Research on optimal placement of actuators of high-rise buildings considering the influence of seismic excitation on structural modes”, Buildings, 2021 Dec, 23, 12 (1), 8. https://doi.org/10.3390/buildings12010008