زلزله، زمین‌لرزه، سنسور، نگاشت، مشتق، شهریور

دیوارها می ریزد. 1/6> 8 ویران کننده ماشین های در حال حرکت غیر قابل کنترل می شوند. دودکش ها می افتند. ساختمان های ضعیف ویران می شوند. 1/6< 9 خانمان برانداز بعضی از خانه ها فرو می ریزند. زمین می شکافد. لوله ها می‌ترکند. 9/6> ادامه جدول1-2 10 فجیع زمین شکاف های فراوان پیدا می کند. تعدادی از ساختمان‌ها ویران می شوند. لغزش گسترش پیدا می کند. 3/7> 11 بسیار فجیع بیش تر ساختمان ها و پل ها فرو می ریزند، جاده ها و خط آهن ها، لوله ها و کابل ها ویران می شوند. بلایای ثانویه بروز می کنند. 1/8> 6000 بمب یک مگاتنی
12 بنیان کن ویرانی کامل، درختان از زمین بیرون می آیند، زمین مانند موج به حرکت در می آید. 1/8< همچنین جدول 1-3 مهم ترین زلزله های نیم قرن اخیر در ایران را نشان می دهد[15].
جدول 1-3) مهم ترین زلزله های نیم قرن اخیر در ایران
زمان وقوع زلزله ( هجری شمسی ) مطابقت با مقیاس ریشتر محل وقوع زلزله
1341 ، 10 شهریور ساعت 22 و 50 دقیقه 3/7 ( بوئین زهرا ) قزوین
1347 ، 9 شهریور ساعت 14 و 20 دقیقه 3/7 ( دشت بیاض ) خراسان
1351 ، 31 فروردین 9/6 ( قیرو کارزین ) فارس
1357 ، 25 شهریور ساعت 19 و 36 دقیقه 4/7 طبس خراسان
1360 ، 21 خرداد ساعت 2 و 54 دقیقه بامداد 3/7 ( گلباف ) کرمان
1369 ، 31 خرداد ساعت 30 دقیقه و 38 ثانیه 3/7 ( رودبار ) گیلان
ادامه جدول 1-3
1375 ، 10 اسفند ساعت 16 و 28 دقیقه 5/5 اردبیل
1376 ، 20 اردیبهشت ساعت 12 و 27 دقیقه 1/7 ( اردکولِ قاین ) خراسان
1382 ، 5 دی ماه ساعت 5 و 26 دقیقه و 52 ثانیه 5/6 ( بم ) کرمان
1389 ، 6 شهریور ساعت 18 و 20 دقیقه 8/5 ( زاوه ) تربت حیدریه خراسان
1391 ، 21 مرداد ساعت 16 و 53 دقیقه و 15 ثانیه 2/6 (اهر ، هریس و ورزقان ) آذربایجان شرقی
سنسور تشخیص زلزلهسنسور تشخیص زلزله یک آونگ فیزیکی است که از یک جرم (ممکن است برای ثبت زمین‌لرزه‌های نزدیک، 500 گرم باشد و برای ثبت زمین‌لرزه‌های دور حتی سه چهار کیلوگرم باشد) که به محوری وصل شده و با اصطکاک بسیار بسیار کم می تواند نوسان کند، تشکیل شده است. کوچکترین تکان، این جرم متحرک و متصل به محور را مدتها به نوسان درآورد. برای کنترل نوسان این آونگ یک دستگاه میراگر به آن اضافه شده است(شکل 1-1).
شکل 1-1) ساختمان سنسور تشخیص زلزله
اگر جرم این آونگ را به صورت یک سیم پیچ بسازیم و محور آن را بین آهنربایی قوی قرار دهیم، وقتی آونگ نوسان می کند، با قطع میدان مغناطیسی آهنربا جریان برق بسیار ضعیفی در سیم پیچ القا می شود. این جریان برق توسط دستگاه تقویت کننده بزرگ می شود و سپس وارد یک دستگاه حساس به نام گالوانومتر می شود و خروجی آن به پردازنده خواهد رفت برای ثبت دقیق تر ارتعاش زمین می‌توان از سه لرزه سنج که به ارتعاشات زمین در امتدادهای بالا به پایین، شمال به جنوب و شرق به غرب حساس هستند بهره جست. چون معلوم است سنسور چند هزار مرتبه حرکت را تقویت نموده، از روی نگاشت معلوم می شود که زمین چقدر جابجا شده است. به طور مثال اگر روی نگاشت قائم (بالا به پایین) بزرگترین دامنه 23میلیمتر یا 23000 میکرون باشد و تقویت سنسور هم صدهزار باشد، آنوقت دامنه واقعی جابجایی زمین در امتداد قائم برابر 23/0 میکرون می شود (شکل 1-2).
شکل 1-2) نمونه ای از یک لرزه نگاشت با بیشینه دامنه 23 میلیمتر
همانطور که گفتیم، این دامنه واقعی می تواند نماینده بزرگی باشد و اگر فاصله زمین‌لرزه تا سنسور هم اندازه گیری شود، می توان بزرگی زلزله را برآورد کرد. در موارد دقیق تر مثلاً دوره حرکت نوسانی ثبت شده و مشخصات سنسور نیز منظور می شود. زمین‌لرزه را برحسب شدت تکان و مشاهده اثر آن به دوازده درجه تقسیم کرده اند، اما بزرگی زلزله باید از روی نگاشت آن محاسبه کرد و آن هم یک محاسبه لگاریتمی در پایه ده می باشد. البته بزرگی زلزله یک درجه قراردادی است و انرژی واقعی یک زمین‌لرزه را نشان نمی دهد، اما می توان از طریق آن به طور نسبی زمین‌لرزه‌ها را با هم مقایسه کرد. چنانچه زمین‌لرزه رودبار یک بزرگی مثلا 8/6 می دهد اما زلزله گرمسار بزرگی 2/5 دارد. بین بزرگی و انرژی هم رابطه وجود دارد و می توان به طور تخمینی مقدار انرژی زمین‌لرزه را حساب کرد. برای تعیین محل زمین‌لرزه به این نکته توجه داریم که همان طور که گفته شد، تعداد گروههای موجهای زمین‌لرزه زیاد است. یک گروه بنام موج P با سرعت زیاد اول می رسد. گروه دوم موج S است که با سرعتی 7/1 برابر کمتر از موج P کمی دیرتر می رسد. هر چقدر فاصله زمین‌لرزه از محل وقوع تا ایستگاه ثبت کننده بیشتر باشد، اختلاف زمان رسیدن موج P و S زیادتر می شود و از این ویژگی می فهمیم که زمین‌لرزه در چه فاصله ای اتفاق افتاده است (شکل 1-3).
شکل 1-3) شمایی از یک نگاشت سه مولفه
موج اول P و بعد S موج به پایگاه زلزله نگاری می رسد اختلاف زمانی موجهای Pو S بیانگر فاصله زمین لرزه از ایستگاه است. به طور مثال اگر این اختلاف 25 ثانیه باشد، فاصله حدود دویست کیلومتر است. چون نگاشت در سه جهت تهیه می شود با یک ترسیم هندسی جهت زلزله را می شود تشخیص داد. سنسور می تواند با ثبت ارتعاشات زمین و بررسی آنها، زمان، محل و بزرگی زمین‌لرزه را مشخص کند. بدیهی است که هر چه تعداد این ایستگاهها بیشتر باشد، می توان اطلاعات بیشتری به دست آورد.
کنترل کننده PID 
یک روش کنترل سازه استفاده از کنترل PID می باشد. کنترل کننده PID یک ابزار متعارف است که کاربرد اصلی آن در صنعت می باشد و معمولا برای کنترل و تنظیم سرعت، دما  ، جریان ، فشار و … استفاده شود. کنترل کننده PID را می توان در نزدیکی سنسور و یا ابزار تنظیم کنترل قرار داد و به وسیله مانیتور، کنترل و بررسی را با استفاده از آن انجام داد. یکی دیگر از کاربرد های کنترل کننده PID را می توان کنترل تغییر پیوسته یک تنظیم گر دانست که امکان دارد این کار به کمک ابزار های تغیر پالس برای خروجی های الکتریکی یا بوسیله باز و بسته گر یک دریچه انجام شود. برای مثال کنترل کننده حرارت  PID صرفا از دما برای وارون عمل خروجی استفاده می نماید. بیشترین توان عملیات زمانی است که دمای موجود زیر دمای در نظر گرفته شده است و کمترین توان اعمالی زمانی است که دما بالای نقطه در نظر گرفته شده باشد. این نوع کنترل کننده معمولا برای تزریق و یا خارج نمودن دما، از خنک کننده اضافی استفاده می نماید و در اکثر مواقع به کنترل کننده های افزون کننده نیاز دارند. کنترل کننده PID سیگنال های مربوط به یک سنسور را از یک ترموکوپل دریافت می کند و به مقدار مشخصی مثل درجه سانتی گراد تبدیل می کند. پس از آن مقدارهای اندازه گیری شده را از دمای در نظر گرفته شده کم می کند تا میزان خطا را مشخص نماید. از خطا در یک بازه زمانی میانگین می گیرند و پس از آن در ثابت ضرب می شود و در مرحله بعد با جریان خروجی کنترلر جمع می شود و در نتیجه خطای مربوط به حالت ماندگار در سیستم را نمایش می دهد. کنترل PID از حاصل جمع سه کنترل کننده تناسبی، انتگرالی و مشتق گیر تشکیل شده است. به عنوان مثال ما می خواهیم دمای هیتر را روی 50 درجه سانتیگراد تثبیت کنیم پس مقدار مطلوب ما برابر 50 می باشد. اگر ما سیگنالی به هیتر اعمال کنیم و دمای هیتر 50 درجه شود یعنی اینکه سیگنال خطا برابر با صفر شده پس فقط کنترل کننده تناسبی وارد عمل می شود و پروسه را کنترل می کند و قسمت انتگرالی و مشتق گیری ما مقدار صفر را خواهند داشت. اگر دمای اندازه گیری شده بیشتر یا کمتر از مقدار 50 شود آنگاه کنترل کننده انتگرالی و مشتق گیر وارد عمل خواهند شد تا پروسه را به مقدار مطلوب برسانند. وقتی این دو کنترل کننده وارد عمل خواهند شد که ما سیگنال خطا داشته باشیم. آنگاه قسمت انتگرالی از سیگنال خطا انتگرال می گیرد و قسمت مشتق گیر هم از سیگنال خطا مشتق می گیرد که حاصل جمع این سه خروجی PID ما می باشد. روشن است که کنترل PID چه کاربرد مهمی در پروسه ها مخصوصا پروسه های غیر قابل پیش بینی دارد. PID با استفاده خطا های قبلی و خطا های حال، آینده را پیش بینی کرده و تدابیری برای کنترل هر چه بهتر سیستم ایجاد می کند.
روش کلی تحقیق
با روشن شدن اهمیت موضوع، نیاز به کنترل فعال سازه برای دستیابی به ضریب اطمینان قابل قبول در کشورمان به شدت احساس می‌شود.روشهای قدیمی کنترل فعال سازه با استفاده از معادلات دیفرانسیل حلقه بسته و روشهایی مانند PID یا LQR بود که به دلیل حجم محاسبات، پیاده سازی را مشکل می ساخت. در این تحقیق پیاده سازی کنترل فعال سازه با استفاده از هوش مصنوعی انجام گرفته است. مشکل اصلی سیستم فازی، انتخاب بهترین قوانین در آن است به گونه‌ای که اگر طراح، قوانین را خوب انتخاب کند سیستم، پاسخ بهتری خواهد داشت. برای حل مشکل وابستگی مجموعه فازی، به هوش خبره، ایده‌ی نظارت یک الگوریتم بهینه‌سازی در این تحقیق مطرح شده است. به عبارت دیگر ما روی یک کنترل نظارتی برای مجموعه‌های فازی کنترلر کار می‌کنیم که با استفاده از الگوریتم ژنتیک کار نظارت را انجام خواهد داد.

فصل دوم
مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق
2-1- مروری بر ادبیات تحقیق
کنترل در سیستم‌های غیر‌فعال از پیش به شکل ثابت تعیین می‌شود که در مواجهه با شرایط جدید کارایی کمی دارد. بحث اصلی در سیستم‌های فعال استفاده از یک پردازنده با قابلیت پردازش خوب می‌باشد که ابتدا از هر پارامتر سازه، نمونه دیجیتالی بگیرد و سپس روش کنترلی مورد نظر را روی آن پیاده کرده و خطای حلقه بسته کنترل سازه را به حداقل برساند.در سال 2011 یانیک و همکاران روش‌های کنترل فعال و غیر فعال را مقایسه نموده و نشان دادند دو کنترل فعال می‌تواند در مهار سازه بسیار موثر باشد[1]. تاکنون روش‌های ریاضی گوناگونی برای کنترل فعال حلقه بسته مطرح شده است که می توان به کار دشموخ و همکاران اشاره کرد که از روش کنترل فعال LQR برای میرایی جرم سازه‌ها استفاده نمودند و به نتایج خوبی دست یافتند[2]. با توجه به مطالعات انجام شده در سال 2013 ژانگ و همکاران از روش کنترل مقاوم با استفاده از کنترلر فاز و بهره برای کنترل فعال سازه استفاده نمودند و نشان دادند کنترل حلقه بسته مقاوم، قادر به بهبود پاسخ تا حد زیادی می‌باشد[3]. هی و همکاران برای کنترل فعال سازه از عملگرهای فوتواستریکتیو که با نور ماورابنفش می‌توانند تغییر شکل دهند استفاده نمودند که یک روش نو می‌باشد.[4]. پیچیدگی محاسبات کنترلی در کنترل معمول حلقه بسته از یک سو حجم محاسبات را بالا برده و ممکن است پردازنده نتواند به شکل خوبی پردازش کند و در اصطلاح جا بماند. از سوی دیگر به علت به کار بردن معادلات غیر خطی و تقریب آن‌ها با مدل خطی ریاضی، در پاسخ نهایی سیستم خطای تقریب وجود دارد که باعث عدم قطعیت پاسخ می‌شود. دو عامل فوق استفاده از روش‌های کنترل هوشمند نظیر مجموعه‌های فازی یا شبکه‌های عصبی را، معقولانه‌تر می‌کند. در سال‌های اخیر استفاده از این سیستم‌ها در حل مسائل مربوط به سازه و خرابی‌های زلزله یا سونامی نتایج خوبی در پی داشته است. در همین راستا یانگ و همکاران روی تخمین میزان خرابی زلزله با استفاده از سیستم هوش مصنوعی بر مبنای فازی کار کردند و نشان دادند مجموعه فازی با متوسط خطای 10 درصد قادر به پیشبینی PGA می‌باشد[5]. کومار و همکاران از سیستم فازی برای کنترل فعال سگ دست با استفاده از سنسورهای پیزو بهره بردند[6]. سینگ و همکاران از تلفیق فازی و شبکه عصبی کوهنن برای تخمین منطقه تحت سونامی در شهر ایشینوماکی استفاده نمودند[7]. همچنین برای کنترل نیمه‌فعال سازه که با استفاده از دمپر انجام می‌گیرد نیز از روش‌های هوش مصنوعی استفاده شده است. هاروی و همکاران محدودیت‌های کنترل نیمه فعال را روی سازه نشان دادند[8]. همچنین پیزال و همکاران روی پاسخ دینامیکی سازه با کنترل نیمه فعال کار کردند و نشان دادند هوش مصنوعی منجر به کاهش حجم محاسبات خواهد شد[9]. کیم و همکاران و پاستیا و همکاران از روش فازی برای کنترل نیمه فعال سازه استفاده نمودند و به نتایج قابل ملاحظه‌ای دست یافتند[10] و [11]. پورزینلی و همکاران از سخت افزار VSCD به همراه مجموعه فازی برای کنترل نیمه فعال سازه استفاده نمودند که یک روش نو همراه با هوش مصنوعی می‌باشد[12].
2-2- سیستمهای فازیدر سال 1965در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی پروفسور لطفی زاده تئوری مجموعه های فازی و منطق فازی را مطرح کرد[14]. این تئوری برای مواجهه شدن با اکثر پدیده های جهان واقع که در آنها عدم قطعیت وجود دارد مورد استفاده قرار میگیرد. پس از آن که لطفی زاده در آن سالها تئوری خود را مطرح نمود، گردهمایی ها و کنفرانس های بسیاری در طول این سال ها در زمینه گسترش مفهوم عدم قطعیت و کاربرد این نظریه در زمینه های گوناگون صنعتی برگزار گردید و مقالات علمی زیادی در ژورنال ها به چاپ رسید. دربخشی از این فصل ویژگی ها و کاربردهای نظریه فازی در زمینه های مختلف را بررسی می کنیم.
2-3- تاریخچه مختصری از سیستم فازیمقاله کلاسیک پرفسور لطفی زاده درباره مجموعه فازی که در سال 1965به چاپ رسید[14]، سرآغاز جهتی نوین در علوم و مهندسی سیستم و کامپیوتر بود. این مقاله اساس تکنولوژی کنترل بر مبنای منطق فازی است که در اینده اثرات عمیق در طراحی سیستم های کنترل هوشیار خواهد داشت. گرچه منطق فازی کاربردی خیلی وسیع تر از منطق متداول دارد ولی پرفسور لطفی زاده معتقد است که منطق فازی اکسیر و نوشدارو نیست. وی میگوید “کارهای زیادی هست که انسان میتواند به آسانی انجام دهد در حالی که کامپیوترها و سیستمهای منطقی قادر به انجام آن نیستند. فازی یک فرا مجموعه از منطق بولی است که بر مفهوم درستی نسبی، دلالت می کند. منطق کلاسیک هر چیزی را بر اساس یک سیستم دوتایی نشان می دهد ( درست یا غلط، 0یا1، سیاه یا سفید) ولی منطق فازی درستی هر چیزی را با یک عدد که مقدار آن بین صفر و یک است نشان می دهد. مثلا اگر رنگ سیاه

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *