کنترل نیمه فعال سازه سه طبقه محک به کمک شبکه سنسورهای بی‌سیم

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 5، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 42، تیر 1402، صفحه 73-88   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2023.79624.1195

نویسندگان

سید حسین فضائلی حسینی نژاد¹؛ عباس کرم الدین^{* 2}

¹دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

²دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران.

چکیده

کنترل سازه ها به منظور جلوگیری از آسیب جدی به سازه‌ها، به یک موضوع برجسته در مهندسی زلزله تبدیل شده است. در سیستم های سنتی کنترل سازه از سیم برای ارتباط بین سنسورها، محرک‌ها، کنترل کننده‌ها و یکپارچه سازی کل سیستم به عنوان یک شبکه واحد استفاده می‌شد. بهره جوئی از سنسورهای بی‌سیم به منظور اندازه‌گیری، ارتباط و کنترل در سازه‌ها با پیشرفت تکنولوژی افزایش یافته است. از مزایای دیگر این سیستم، سهولت در پیاده سازی و کاهش هزینه های نصب می‌باشد. در این مقاله سازه سه طبقه غیر‌خطی محک به همراه میراگر مغناطیسی (MR) که به شبکه سنسورهای بی‌سیم مجهز شده است، مورد بررسی قرار گرفته است. سازه‌ی تحت تحریک زلزله در محیط شبیه ساز متلب 2018، با یک شبکه حسگر بی‌سیمِ شبیه سازی شده توسط TOSSIM ترکیب می‌شود. برای شبیه سازی واقعی شبکه از نویز و سیگنال‌های بی‌سیمِ جمع آوری شده از یک سازه واقعی استفاده شده است. در این شبکه از یک پروتکل دسترسی چندگانه تقسیم زمان TDMA استفاده شده است. این پروتکل به هر سنسور زمان خاصی برای ارسال اطلاعات اختصاص می‌دهد. برای کنترل پاسخ های سازه‌ی محک ازیک کنترل کننده فازی-ژنتیک استفاده شده است. سپس سازه مجهز به سنسورهای بی‌سیم و باسیم، تحت تحریک زلزله های مختلف مورد بررسی، مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. بررسی معیارهای ارزیابی و نمودار های تاریخچه زمانی نشان از عملکرد مناسب سیستم بی‌سیم در کاهش پاسخ های سازه دارد. در عین حال سیستم بی‌سیم، باعث افزایش اندک میزان میانگین جابجائی و شتاب طبقات نسبت به حالت باسیم شده است.

کلیدواژه‌ها

سازه محک؛ سنسور های بی‌سیم؛ سازه غیرخطی؛ میراگر مغناطیسی؛ کنترل نیمه فعال

مراجع

1. -H. Loh et al., "Experimental verification of a wireless sensing and control system for structural control using MR dampers," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, vol. 36, no. 10, pp. 1303-1328, 2007.
2. R. Farrar, G. Park, D. W. Allen, and M. D. Todd, "Sensor network paradigms for structural health monitoring," Structural Control and Health Monitoring, vol. 13, no. 1, pp. 210-225, 2006.
3. P. Lynch and K. J. Loh, "A summary review of wireless sensors and sensor networks for structural health monitoring," Shock and vibration digest, vol. 38, no. 2, pp. 91-130, 2006.
4. Wang, R. A. Swartz, J. P. Lynch, K. H. Law, K.-C. Lu, and C.-H. Loh, "Application of Decentralized Wireless Sensing and Control in Civil Structures," in US-Taiwan Workshop on Smart Structural Technology for Seismic Hazard Mitigation, Taipei, Taiwan, 2006.
5. P. Lynch and K. H. Law, "Decentralized control techniques for large-scale civil structural systems," in Proc. of the 20th Int. Modal Analysis Conference (IMAC XX), pp. 406-413, February 4, 2002.
6. Sun, B. Li, S. J. Dyke, C. Lu, and L. Linderman, "Benchmark problem in active structural control with wireless sensor network," Structural Control and Health Monitoring, vol. 23, no. 1, pp. 20-34, 2016.
7. E. Linderman, Smart wireless control of civil structures. University of Illinois at Urbana-Champaign, 2013.
8. Y. Fallah and T. Taghikhany, "Time‐delayed decentralized H2/LQG controller for cable‐stayed bridge under seismic loading," Structural Control and Health Monitoring, vol. 20, no. 3, pp. 354-372, 2013.
9. A. Swartz and J. P. Lynch, "Strategic network utilization in a wireless structural control system for seismically excited structures," Journal of structural engineering, vol. 135, no. 5, pp. 597-608, 2009.
10. Ohtori, R. Christenson, B. Spencer Jr, and S. Dyke, "Benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings," Journal of engineering mechanics, vol. 130, no. 4, pp. 366-385, 2004.
11. J. Dyke, F. Yi, S. Frech, and J. D. Carlson, "Application of Magnetorheological Dampers to Seismically Excited Structures, 361," in Proceedings of the 17th International Modal Analysis Conference, vol. 3727, p. 410, March 1999.
12. Spencer Jr, S. Dyke, M. Sain, and J. Carlson, "Phenomenological model for magnetorheological dampers," Journal of engineering mechanics, vol. 123, no. 3, pp. 230-238, 1997.
13. Fazaeli Hosseini Nejad and A. Karamodin, "Semi-active control of three-story benchmark structure using LQG algorithm with a fuzzy-genetic system," Journal of Structural and Construction Engineering, vol. 9, no. 5, pp. 107-123, 2022 .(in Persian)