طراحي كنترل‌كننده‌ي فازي بهينه‌‌شده براي كاهش پاسخ سازه در برابر نيروهاي زلزله

Design of an Optimized FLC System for Seismic Structural Response Reduction

با توجه به بررسي سوابق پژوهشي، مطالعات قابل‌توجهي در به‌كارگيري الگوريتم‌هاي فراكاوشي براي بهينه‌سازي كنترل‌كننده‌ي فازي بر روي سازه‌هاي مجهز به ATMD صورت نگرفته است، لذا انجام پژوهش با تمركز بر بهينه‌سازي كنترل‌كننده‌هاي فازي الزامي به‌نظر مي‌رسد. اين نوشتار به بررسي كاربرد ميراگر جرمي تنظيم‌شده‌ي فعال (ATMD) براي كنترل پاسخ لرزه‌‌يي يك سازه‌‌ي واقعي 11 طبقه پرداخته است. نيروي كنترل فعال از تركيب كنترل‌كننده‌ي منطق فازي (FLC) و الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات (PSO) به‌دست آمده است. اين كنترل‌كننده‌ي فازي بهينه‌شده، PSFLC ناميده شده است. در اين مطالعه، معيار بهينه‌سازي، كمينه‌كردن تغييرمكان بام سازه است. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده از بهينه‌سازي براي 4 زلزله‌ي مرجع، كنترل‌كننده‌ي PSFLC با ضرايب عمومي معرفي شده است. عملكرد كنترل‌كننده‌ي پيشنهادي (PSFLC) براي زلزله‌هاي مختلف ارزيابي و تغييرمكان‌ و جذر مجموع مربعات تغييرمكان بام سازه (RMS) با كنترل‌كننده‌هاي PSFLC و FLC محاسبه و با يكديگر مقايسه شده است. نتايج نشان مي‌دهد، در حالي ‌كه نيروي كنترل بيشينه در هر دو كنترل‌كننده اختلاف چنداني با هم ندارند، كنترل‌كننده‌ي PSFLC تغييرمكان و RMS تغييرمكان بام سازه را 10 الي 30 درصد بيشتر از كنترل‌كننده‌ي FLC كاهش مي‌دهد. بنابراين كنترل‌كننده‌ي فازي بهينه‌شده (PSFLC) جايگزيني براي كنترل‌كننده‌ي فازي معمولي (FLC)، براي كاهش بيشتر پاسخ لرزه‌يي سازه‌ها پيشنهاد مي‌شود.

The construction of high-rise and light-weight buildings is widespread. These structures are highly flexible, usually have low damping levels, and are sensitive to dynamic loads such as earthquakes. Consequently, structural control devices are becoming an integral part of structural systems. ATMD is an active structural device successfully used for suppressing building vibrations. This study focuses on application of an active tuned mass damper (ATMD) for controlling the response of an 11-story realistic building. The control action is achieved by combination of a fuzzy logic controller (FLC) and the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The fuzzy logic controller is used to handle the uncertainty and nonlinearity phenomena, while the Particle Swarm method is used for optimization of the fuzzy system, known as PSFLC. Minimization of the top floor displacement has been used as the optimization criteria. The optimization process of the fuzzy logic system has been performed for an 11-story building with an active tuned mass damper placed on the top floor, under earthquake excitations recommended by the International Association of Structural Control (IASC) committee. Hachinohe and El Centro earthquakes are used for far-field ground motion and Kobe and Northridge earthquakes as near-field ground motion. Performance of the designed PSFLC has been checked for different disturbances of both far-field and near-field excitations. It is found that the active tuned mass damper system, driven by a fuzzy logic controller, with the help of the Particle Swarm method, is highly effective in reducing the maximum displacement of the building and the Root Mean Square (RMS) displacement of the top floor. The results show that although the maximum required control force in PSFLC and FLC systems are approximately the same, PSFLC decreases peak displacement and the RMS displacement of the top floor by about 10%-30% more than that of the FLC.