کنترل فعال سازه‌ها در مهندسی عمران
راندمان پایین و معایب دستگاه‌های کنترل غیرفعال در کاهش اثرات لرزه‌ای و پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های ریز پردازنده، حسگرها و عملگرها منجر به تکامل یک مفهوم کنترل جدید به نام کنترل فعال شده است.
معرفی کنترل فعال سازه‌ها
سیستم‌های کنترل فعال با بهره‌گیرى از یک منبع انرژى خارجى و بر طبق بک الگوریتم خاص، نیروى فعال مورد نیاز سازه را محاسبه کرده و با استفاده از جک‌هاى هیدرولیکى و یا الکترومغناطیسى به سازه وارد مى‌نمایند و پاسخ‌هاى دینامیکى سازه را کاهش مى‌دهند. یکى دیکر از ملزومات این سیستم‌ها نصب حسکرهایی در قسمت‌هاى مختلف سازه مى‌باشد که این حسگرها با اندازه‌گیرى مقدار تحریکات خارجى و یا با اندازه‌گیرى مقدار یاسخ هاى سازه در هر لحظه و انتقال این اطلاعات به یک سیستم تصمیم گیرى مرکزى (کنترلکر)، اطلاعات مورد نیاز این سیستم جهت تعیین بهترین مقدار نیروى کنترلى را فراهم می‌نمایند.
یک سیستم کنترل فعال سازه دارای قسمت های زیر می‌باشد:
- حسگرها که پیرامون سازه به منظور اندازه‌گیری تحریکات خارجی یا متغیرهای پاسخ سازهای و یا هر دوی آنها قرار می‌گیرند.
- کنترل کننده‌ها که برای پردازش اطلاعات اندازه‌گیری شده و محاسبه نیروی کنترلی لازم مورد نیاز هستند. این محاسبات بر اساس یک الگوریتم کنترلی مشخص، انجام می‌شوند.
- عملگرها که معمولا به وسیله منبع انرژی خارجی به منظور تولید نیروهای لازم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کنترل فعال ابتدا در سایر علوم نظیر هوافضا، مکانیک ظهور پیدا کرده و سپس وارد مهندسی عمران شده است. کنترل فعال در مهندسی عمران به دلیل، سنگین و عظیم بودن سازه‌ها و همچنین نامشخص بودن بارهای خارجی از قبل، کمی با سایر علوم متفاوت بوده و الگوریتم‌های کنترلی مختص خود را دارد.
الگوریتم‌های کنترل فعال سازه‌ها
الگوریتم‌های کنترلی را می‌توان به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد. در ادامه به تعدادی از این الگوریتم‌ها اشاره می‌شود.
- کنترل بهینه خطی کلاسیک (Linear Quadratic regulator)
- کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID)
- کنترل کننده فازی (Fuzzy Logic Control)
- کنترل کننده مود لغزشی (Sliding Mode Control)
- الگوریتم انتساب قطب (Pole Assignment)
معایب سیستم‌های کنترل فعال سازه ها
یکى از معایب اصلى این سیستم‌ها وابستگى به یک منبع بزرگ انرژى خارجى است و این وابستگى درست در لحظه‌اى است که قطع منابع انرژى دور از انتظار نمى‌باشد. همچنین تامین این انرژی عظیم با هژینه بالا و مشکلاتی همراه است.
از دیگر معایب این سیستم‌ها امکان ایجاد یک سرى رفتارهاى ناهنجار غیرقابل پیش بینى در جریان اعمال نیروى کنترل به سازه مى باشد.
مجموعه این معایب باعث شده است که این سیستم‌ها علیرغم داشتن توانایى بالا در کاهش باسخ هاى لرزه‌اى سازه‌ها، چندان مورد استقبال قرار نگیرند.
نتیجه‌گیری
سیستم‌های کنترل فعال سازه‌ها برای برطرف کردن مشکلات کنترل غیرفعال معرفی شدند. سیستم‌های فعال معمولا دارای عملکرد بهتری از سیستم‌های غیرفعال هستند اما به دلیل هزینه‌های بالا و عدم اطمینان به این سیستم‌ها، آنطور که باید مورد استقبال قرار نگرفتند.
آیا این نوشته برایتان مفید بود؟
