BÁO CÁO KHOA HỌC: ĐIỀU KHIỂN HỆ CẢN BÁN CHỦ ĐỘNG MR VỚI CÁC GIẢI THUẬT KHÁC NHAU NHẰM MỤC ĐÍCH TĂNG KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÔNG TRÌNH

Bài báo này phân tích khả năng giảm chấn của hệ cản bán chủ động MR, một hệ cản rất mới, chỉ đòi hỏi nguồn năng lượng tương đối nhỏ nhưng có khả năng đáp ứng rất tốt. Mô hình kết cấu sử dụng trong nghiên cứu là khung thép 3 tầng chịu tác động của 04 trận động đất thực tế: ElCentro, Hachinohe, Kobe, Northidge và một trận động đất nhân tạo AQuakeEarth. Hiệu quả giảm chấn của...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BÁO CÁO KHOA HỌC:ĐIỀU KHIỂN HỆ CẢN BÁN CHỦ ĐỘNG MR VỚI CÁC GIẢI THUẬT KHÁC NHAU NHẰM MỤC ĐÍCH TĂNG KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÔNG TRÌNH TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009ĐIỀU KHIỂN HỆ CẢN BÁN CHỦ ĐỘNG MR VỚI CÁC GIẢI THUẬT KHÁC NHAU NHẰM MỤC ĐÍCH TĂNG KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÔNG TRÌNH Nguyễn Minh Hiếu(1), Chu Quốc Thắng (2) (1)Trung Tâm Quy hoạch và Kiểm định Xây dựng Bình Định (2)Trường Đại học Quốc Tế, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 26 tháng 09 năm 2007, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 14 tháng 06 năm 2008) TÓM TẮT: Bài báo này phân tích khả năng giảm chấn của hệ cản bán chủ động MR,một hệ cản rất mới, chỉ đòi hỏi nguồn năng lượng tương đối nhỏ nhưng có khả năng đáp ứngrất tốt. Mô hình kết cấu sử dụng trong nghiên cứu là khung thép 3 tầng chịu tác động của 04trận động đất thực tế: ElCentro, Hachinohe, Kobe, Northidge và một trận động đất nhân tạoAQuakeEarth. Hiệu quả giảm chấn của kết cấu được tính toán dựa trên các thuật giải: Thuậtgiải Clipped-Optimal với trạng thái hồi tiếp chuyển vị,vận tốc; Thuật giải H2/LQG với trạngthái hồi tiếp gia tốc; Thuật giải Proposed Fuzzy Control, sử dụng công cụ toán học rất mạnhlà Fuzzy Logic trong bài toán điều khiển kết cấu; Thuật giải Gain-Scheduled Fuzzy Control vàThuật giải Self-Tuning Fuzzy Control, vừa sử dụng Fuzzy Logic vừa sử dụng các công cụ tốiưu hoá thông số điều khiển Kv. Tất cả các thuật giải trên đều được kết hợp với công cụ hỗ trợSimulink của Matlab. Mục đích của bài báo này là xem xét thuật giải điều khiển nào đem lạihiệu quả giảm chấn tốt nhất khi kết cấu chịu ảnh hưởng của động đất. Kết quả nghiên cứu đãchứng tỏ thuật giải Self-Tuning Fuzzy Logic, một giải pháp điều khiển mới, cho hiệu quả giảmchấn rất tốt, có khả năng áp dụng cho các công trình thực tế.1.GIỚI THIỆU Hiện nay, tại Việt Nam đã xuất hiện những trận động đất với tần suất nhiều hơn và cườngđộ mạnh hơn. Trong khi đó, qua những phương tiện thông tin chúng ta đã biết được hậu quảcủa chúng gây ra đối với cuộc sống con người trên thế giới thật là to lớn. Vì vậy, nhiệm vụ đặtra là phải giảm thiểu những thiệt hại nghiêm trọng đó một cách hiệu quả nhất. Một họ điều khiển bán chủ động đang được phát triển rất mạnh là hệ cản chất lỏng điềukhiển được (Controllable Fluid Damper). Hiện nay có hai chất lưu đang được sử dụng làmthành phần của hệ cản là ER và MR.Chất lưu ER (viết tắt của thuật ngữ Electro-Rheologicaltạm dịch là lưu biến điện) được phát hiện và ứng dụng trước tiên, nhưng lại tồn tại một số hạnchế nhất định. Còn chất lưu MR (viết tắt của thuật ngữ Magneto-Rheological, tạm dịch là lưubiến từ) được phát hiện sau nhưng có nhiều đặc điểm nổi trội hơn nên hiện nay đang đượcnghiên cứu rộng rãi trên khắp thế giới. Trong vài năm gần đây, trên nền tảng phát triển của lý thuyết Fuzzy Logic mạnh mẽ, hìnhthành nên một số giải thuật điều khiển có tính tư duy logic và trừu tượng cao. Bài báo đề cậptới việc ứng dụng các giải thuật đó cho hệ cản MR để điều khiển kết cấu nhằm tăng hiệu quảgiảm chấn cho công trình: Thuật giải Proposed Fuzzy Control Algorithm, sử dụng công cụtoán học rất mạnh là Fuzzy Logic trong bài toán điều khiển kết cấu; Thuật giải Gain-Scheduled Fuzzy Control và Thuật giải Self-Tuning Fuzzy Control, vừa sử dụng Fuzzy Logicvừa sử dụng các công cụ tối ưu hoá thông số điều khiển Kv. Các giải thuật này có thể giảiquyết được bài toán ứng xử phi tuyến của kết cấu. Một trong những thuận lợi khi lựa chọn cácgiải thuật này chính là sự phù hợp của nó với tập dữ liệu đầu vào có tính không chắc chắn.Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 75Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 20092.CÁC THUẬT GIẢI DÀNH CHO HỆ CẢN MR 2.1.Bài toán khảo sát Kết cấu khảo sát trong bài báo là khung thép 3 tầng (hệ MDOF), mô hình thu nhỏ của kếtcấu mẫu do Chung et al thiết kế [1]. Khi chịu tác nhân kích thích ngoài, chuyển vị của piston trong hệ cản cũng là chuyển vịcủa tầng 1. Lực cản phát sinh từ thiết bị được tính toán mô phỏng bằng công cụ Simulink củaMatlab. Bài báo nêu chi tiết Thuật giải Proposed Fuzzy Control, Thuật giải Gain-ScheduledFuzzy Control và Thuật giải Self-Tuning Fuzzy Control; còn Thuật giải Clipped-OptimalControl và Thuật giải H2/LQG Control xin tham khảo trong các tài liệu [1][2][3][4]. 2.2.Thuật giải Proposed Fuzzy Control: [5] Sơ đồ trình bày hệ điều khiển Proposed Fuzzy Control thể hiện như hình 1. Trong sơ đồ trên, các biến đầu vào của Fuzzy Controller được chọn là: chuyển vị tầng (x) .và vận tốc tầng ( x ). Biến đầu ra sẽ là điện áp ra lệnh tới hệ cản MR. Các qui luật điều khiển và hàm thuộc các biến đầu vào tham khảo trong [5] Để chuẩn hóa các biến đầu vào người ta đã sử dụng hệ số tỷ lệ Kd và Kv tương ứng dùngcho biến chuyển vị và vận tốc. Bằng v ...