طراحی کنترلر فعال بهینه‌ی سازه‌ها با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی

Abstract

از مهم‌ترین اهداف روش‌های کنترل بهینه‌ی سازه‌ها، دستیابی به حد مطلوب ارتعاشات با صرف انرژی کنترلی حداقل است. در دهه‌های اخیر الگوریتم‌های کنترلی بسیاری پیشنهاد شده‌اند. بخش عمده‌ای از این روش‌ها از طریق بهینه‌کردن یک شاخص عملکرد مرتبه‌ی دوم اقدام به محاسبه‌ی نیروهای کنترل می نمایند. وجود فرضیات ساده‌کننده در فرمول‌بندی، محدودیت روش‌های بهینه‌سازی مورد استفاده در بهینه‌سازی شاخص عملکرد و همچنین عدم ملاحظه‌ی اثر تحریک خارجی در محاسبه‌ی نیروهای کنترل، عملاً حصول جواب بهینه برای مساله‌ی کنترل را دور از دسترس می‌سازد. در این پژوهش الگوریتم کنترلی ارائه می‌شود که با بهره‌گیری از روش بهینه‌‌سازی فراکاوشی تکامل تفاضلی به عنوان یک روش نوین و توانمند که تاکنون بطور گسترده‌ای در کنترل سازه‌ها مورد استفاده قرار نگرفته، شاخص عملکرد سنتی را بهینه می‌نماید. عناصر ماتریس بهره‌ی کنترل توسط روش تکامل تفاضلی به نحوی در فضای مساله جستجو می‌شوند تا منجر به کمینه شدن شاخص عملکرد گردند. روند تکراری الگوریتم پیشنهادی و عدم نیاز به حل معادله‌ی دیفرانسیل ریکاتی، ملاحظه‌ی اثر تحریکات زلزله را در محاسبه‌ی نیروهای کنترلی ممکن می سازد. نتایج حاصل از روش مذکور در سازه‌های نمونه تحت تاثیر رکوردهای زلزله‌ی مختلف بیانگر کاهش پاسخ‌ها و نیروهای کنترلی مورد نیاز نسبت به تنظیم‌کننده‌ی خطی مرتبه‌ی دوم LQR است. همچنین، ماکزیمم نیروی کنترل و ماکزیمم پاسخ تغییرمکان و نه شاخص بنچ‌مارک که در سازه‌های کنترل‌شده سنجیده می‌شود نیز محاسبه و با روش LQR مقایسه شده‌اند. کاهش این شاخص‌ها در حالت اعمال روش پیشنهادی نسبت به روش LQR نیز بیانگر کارایی روش ارائه شده در کنترل بهینه‌ی ارتعاشات سازه‌ها می باشد.