به گزارش گروه فناوری پیشرفته تیکنا، محققان دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به ارائه روشی برای طراحی سیستم های کنترلی برای بهبود رفتار لرزه‌ای سازه‌ها شدند.
پگاه نادرپورشاد، دانش آموخته دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و محقق طرح کنترل تطبیقی تحمل‌پذیر عیب مبتنی بر شبکه عصبی دینامیکی در سازه‌های بلند مرتبه گفت: استفاده از سیستم‌های کنترلی به منظور بهبود رفتار سازه‌ها در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله، در دهه‌های اخیر مورد توجه قرارگرفته‌است.
وی با بیان اینکه روش‌های کنترل سازه به سه دسته کلی غیرفعال، فعال و نیمه‌فعال تقسیم می‌شوند، افزود: روش کنترلی غیرفعال قابل اعتمادترین روش کنترلی است که در آن با نصب کردن وسیله‌ای به نام میراگر به سازه پاسخ سازه به تحریک زلزله کنترل میشود.
این محقق دانشگاه امیرکبیر ادامه داد: در واقع میراگر وسیله‌ای است که انرژی واردشده به سازه را در اثر زلزله میرا می‌کند. نمونه استفاده از سامانه‌های غیرفعال، در ساختمان بلند تایپه ۱۰۱ (Taipei۱۰۱) است که تا سال ۲۰۰۶ بالاترین تعداد طبقات مسکونی را داشته است.
پورشاد با یادآوری اینکه ابزارهای کنترلی غیرفعال توانایی انطباق با تغییر شرایط سازه‌ای و محیطی را ندارند، اظهار داشت: بنابراین محققان سعی‌کردند راهکارهای هوشمندانه‌تری را جهت کنترل ارتعاشات بکارگیرند. از این‌رو سیستم‌های فعال و نیمه‌فعال که علاوه بر داشتن میراگر یا عملگر هیدرولیکی به‌علت وجود کنترلگر (یعنی واحد پردازنده‌ای که مقدار مناسب ورودی کنترلی مورد نیاز به سازه را، متناسب با شرایط محیطی و سازه‌ای تعیین می‌کند) و حسگر انطباق‌پذیری بیشتر با تغییرات دارند، مورد توجه قرار گرفتند.
به گفته این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، سیستم‌های کنترل فعال با واردکردن نیرو یا انرژی خارجی زیاد پاسخ سازه را کنترل می‌کنند اما در سیستم‌های کنترلی نیمه‌فعال با استفاده از میراگرهای مخصوص بدون صرف انرژی زیادی پاسخ سامانه در برابر زلزله بهبود داده‌می‌شود.
پورشاد ادامه داد: بنابراین استراتژی کنترلی نیمه‌فعال بسیار مورد توجه قرار گرفت اما وقوع اتفاقات پیش‌بینی‌نشده مانند خرابی جزئی یا کلی در حسگرها و میراگرها می‌تواند باعث شود سامانه کنترلی سطح عملکرد مطلوب و یا پایداری خود را از دست‌بدهد بنابراین استفاده از راهبردهایی تحت عنوان کنترل تحمل‌پذیر عیب حائز اهمیت است.
وی همچنین اظهار داشت: از طرفی، انجام اقدام مناسب در جهت مقابله با نقص مستلزم تشخیص وقوع عیب، یافتن منبع و موقعیت و میزان آن است، از این‌رو می‌توان از شبکه عصبی با توانایی یادگیری نگاشت‌های پیچیده از یک مجموعه مثال‌ها و طبیعت وقف‌پذیر، بهره برد که به خصوص در کنترل و شناسایی سیستم‌ها با انواع عدم قطعیت‌ها کارکرد موفقیت آمیزی داشته‌اند.
محقق دانشگاه امیرکبیر با بیان اینکه برای طراحی کنترل گر نیاز به شناخت کامل و دقیق ویژگی‌های سازه یعنی جرم، سختی و میرا کنندگی ذاتی آن است که امری امکان‌ناپذیر است، گفت: از آنجایی که هر روز بر ابعاد و پیچیدگی‌های سازه‌های عمرانی افزوده میشود، توجه همزمان به عوامل مختلف عدم قطعیت و اثر آنها بر سامانه‌های کنترلی امری ضروری است.
پورشاد ادامه داد: ما موفق به طراحی سامانه کنترلی تطبیقی تحمل‌پذیر عیب حسگرها و میراگرها، مبتنی بر شبکه عصبی دینامیکی در سازه‌های بلند مرتبه شدیم.
وی همچنین گفت: همچنین تطبیقی بودن سامانه کنترلی طراحی‌شده این امکان را فراهم می‌آورد که بتوان به طور همزمان اثرات ناشناخته‌بودن ویژگی‌های سازه را نیز خنثی کرد.
مجری این طرح یادآور شد: در رساله حاضر برای طراحی سامانه کنترلی تحمل‌پذیر عیب همزمان در حسگرها و میراگرها، ابتدا با استفاده از ماتریس‌های تبدیل، سازه به دو زیر سازه تقسیم شده که هر کدام فقط متأثر از خرابی حسگر یا میراگر هستند و با طراحی یک مشاهده‌گر مبتنی بر شبکه عصبی دینامیکی عیب حسگرها و وضعیت سازه تخمین زده میشود.
پورشاد خاطرنشان کرد: در مرحله بعد، یک کنترل گر تطبیقی طراحی میشود که با قوانین تطبیق برگرفته‌شده از اثبات پایداری سامانه حلقه بسته بر عدم قطعیت و نامعلومی ویژگی‌های سازه غلبه می‌کند.
وی با بیان اینکه در این کنترل گر نیز همانند مشاهده‌گر از شبکه عصبی برای تخمین و جبران همزمان عیب میراگرها بهره گرفته می شود، گفت: روش پیشنهادی روی یک سازه ۳ طبقه مقیاس‌شده آزمایشگاهی که تحت تحریک زلزله بوده و مجهز به میراگرهای مگنتورئولوژیکال (میراگری مخصوص روش کنترلی نیمه‌فعال) است، تحت سناریوهای مختلف عیب در حسگرها و میراگرها پیاده‌سازی شد.
به گفته این محقق، نتایج نشان می‌دهند که مشاهده‌گر طراحی‌شده نقص حسگرها را به سرعت تخمین می‌زند و کنترلگر مبتنی بر شبکه عصبی نقص میراگرها را تخمین‌زده و همزمان جبران می‌کند.
پورشاد تصریح کرد: نتیجه این تحقیق همانند چراغی روشنگر برای مهندسان عمران و صنعت ساخت و ساز است که با روش کنترلی پیشنهادی و سامانه طراحی‌شده می‌توان رفتار سازه‌ها به خصوص سازه‌های مهمی چون بیمارستان و برج‌ها را با اعتمادپذیری بیشتر، در برابر تحریک زلزله کنترل کرد و مانع از آسیب و خرابی این سازه‌ها و مسدومیت و مرگ هزاران انسان شد.
وی اظهار داشت: طراحی این سامانه کنترلی سازه‌ها زمانی که عدم قطعیت در ویژگی‌های سازه، وقوع عیب همزمان در حسگرها و میراگرها، نویز در اندازه‌گیری‌های حسگرها و تحریک زلزله وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرد.
گفتنی است، بر اساس اعلام دانشگاه صنعتی امیرکبیر، استاد راهنمای این پروژه تورج تقی‌خانی عضو هیات علمی این دانشگاه است.
