بهبود کنترل لرزه ای سازه های قابی در برابر زلزله های دور و نزدیک گسل با استراتژی جدید کنترل گر بهینه خطی گوسی

در این مقاله الگوریتم اصلاح شده کنترل‌گر بهینه خطی گوسی برای کنترل موثرتر پاسخ لرزه‌ای سازه‌های قابی پیشنهاد می‌گردد. بارهای محیطی (نظیر زمین لرزه) در همان لحظۀ محاسبه و اعمال نیروی کنترل بر سازه، قابل اندازه گیری نیستند. از اینرو، این بارها در الگوریتمهای کنترل متداول از جمله تنظیم‌گر درجه دوم خطی و کنترل‌گر بهینه خطی گوسی، لحاظ نمی‌شوند. بنابراین فرمان کنترل‌گر بهینه lqg، صرفاً متناسب با حالت تقریبی سازه در لحظۀ اعمال نیروی کنترل است. در الگوریتم کنترل پیشنهادی، با بهره‌مندی از یک متغیر جدید، شتاب زلزله، در معادلۀ تخمین‌گر فیلتر کالمن و تنظیم‌گر بهینه درنظر گرفته می‌شود. بر اساس روش پیشنهادی، دو نوع استراتژی کنترل ارائه می‌گردد. فرمان کنترلی اول شامل نیروی کنترل، ضریبی از حالت تقریبی سیستم و خروجی سنجش حسگرها، در گام زمانی پیشین، است. این حالت تقریبی سیستم در فرمان کنترل اول توسط الگوریتم فیلتر کالمن متداول و شناخته شده محاسبه می‌گردد. در حالی‌که در استراتژی کنترلی دوم، نخست تخمین‌گر فیلتر کالمن بر اساس معادلات فضای حالت جدید اصلاح شده، و سپس از مقادیر حالت تقریبی سازه بدست آمده از آن، در محاسبۀ فرمان کنترل بهره گرفته‌ می‌شود. تحلیل عددی کنترل فعال سازه هفت طبقه، جهت ارزیابی تاثیر دو کنترل‌گر پیشنهادی در کاهش پاسخ لرزه‌ای سازه تحت زلزله‌های نزدیک و دور از گسل و مقایسه آنها با پاسخ سازه بدون کنترل و با کنترل‌گر متداول lqg، انجام گرفته است.همچنین حساسیت چند شاخص ارزیابی عملکرد کنترلگر هان سوت به تغییرپارامترهای کنترلی و آشفتگی سیستم یا عدم یقین ها بررسی میشود. نتایج تحلیل بیانگر عملکرد مطلوبتر کنترلگر پیشنهادی دوم، و پایداری و استواریآن تحت تغییرات گسترده عدم یقین هاست، به گونه ای که بیشترین کاهش در بیشینه جابه جایی را توام با صرف انرژی بسیار کم محقق میسازد.

Improvement in seismic control of frame structures against farfault and nearfault earthquakes with new strategy of Gaussian linear optimal control

In this paper, a modified linearquadraticGaussian (MLQG) optimal control algorithm is proposed for controlling the seismic response of frame structures. Environmental loads (e.g., earthquakes) at the moment of calculation and exertion of control forces to structures, can not be measured. So these loads are not included in the conventional control algorithms, such as linear quadratic regulator and linearquadraticGaussian control. Therefore the command of LQG optimal controller is merely a proportional feedback of estimated state of structure at the moment of exertion. This state approximation is performed by optimal state stimator or Kalman filter. In the proposed control algorithm, using a new variable, including control force andearthquake force, acceleration of gound motion, which is nonmeasurable duting exertion of control force, is considered in the state space equation of motion and also in both of Kalman Filter estimator and the optimal regulator. According to the proposed control algorithm, two ways are selected. So first command control are sum of the control force and ratios of the estimated state and measurement output of sensors, which are obtained and used in previous time step. The estimated state of system, used in the first command control, is calculated by the conventional and knownKalman Filter. but in second strategy of control, First, the Kalman Filter estimator is modified based on new state space equations, and then the estimated state of structure obtained from it, is used for calculation of command control. Numerical simulation of a sevenstorey structure with active control system under several farfault and nearfault earthquakes are performed to show effectiveness of two proposed controls on mitigation of structural responses and compare to those of a uncontrolled structure and a structure controlled with conventional control. Also sensitivity of some perforemance measures for controllers are investigated against changes of some controlling and perturbation parameters of systems or uncertainties. The alalysis results demonstrate that control performance of the proposed controllers, specially the second one, are better and also stable and robust under variations of uncertainties. So that the greatest reduction in maximum displacement (even up to 80 percent) compared to uncontrolled displacement of structure and meanwhile, very low energy consumption are attained by the second proposed control strategy.but in second strategy of control, First, the Kalman Filter estimator is modified based on new state space equations, and then the estimated state of structure obtained from it, is used for calculation of command control. Numerical simulation of a sevenstorey structure with active control system under several farfault and nearfault earthquakes are performed to show effectiveness of two proposed controls on mitigation of structural responses and compare to those of a uncontrolled structure and a structure controlled with conventional control. Also sensitivity of some perforemance measures for controllers are investigated against changes of some controlling and perturbation parameters of systems or uncertainties. The alalysis results demonstrate that control performance of the proposed controllers, specially the second one, are better and also stable and robust under variations of uncertainties. So that the greatest reduction in maximum displacement (even up to 80 percent) compared to uncontrolled displacement of structure and meanwhile, very low energy consumption are attained by the second proposed control strategy.