(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu

(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu(Luận án tiến sĩ) Ứng dụng lý thuyết mờ và đại số gia tử trong điều khiển dao động kết cấu

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS BÙI HẢI LÊ

TS BÙI VĂN BÌNH

Hà Nội – 2021

Trang 3

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Bùi Hải Lê và TS Bùi Văn Bình Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TS Bùi Hải Lê TS Bùi Văn Bình

NGHIÊN CỨU SINH

Trần Quý Cao

Trang 4

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn : PGS.TS Bùi Hải Lê – Viện Cơ Khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và TS Bùi Văn Bình – Khoa Cơ khí – Trường Đại học Điện lực Các thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thành viên khác trong nhóm nghiên cứu, đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian tôi thực hiện luận

án

Tôi chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô Bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu, Viện Cơ khí, Viện đào tạo Sau đại học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt thời gian tôi nghiên cứu tại trường

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình đã thông cảm, tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

NGHIÊN CỨU SINH

Trần Quý Cao

Trang 5

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC BẢNG xiii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tóm lược về dao động kết cấu 5

1.2 Các phương pháp làm giảm dao động có hại của kết cấu 6

1.3 Điều khiển chủ động dao động kết cấu 7

1.3.1 Khái niệm 7

1.3.2 Máy kích động và các phương thức điều khiển chủ động 8

1.3.2.1 Các loại máy kích động 8

1.3.2.2 Các phương thức điều khiển 9

1.3.3 Phương trình trạng thái điều khiển chủ động kết cấu 10

1.4 Tình hình nghiên cứu và một số nhận xét 11

1.4.1 Điều khiển chủ động kết cấu 11

1.4.2 Điều khiển dao động kết cấu sử dụng lý thuyết mờ 15

1.4.3 Điều khiển sử dụng lý thuyết đại số gia tử 21

1.5 Đề suất nội dung nghiên cứu của luận án 22

1.6 Kết luận chương 22

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

2.1 Dao động của hệ rời rạc nhiều bậc tự do 23

2.2 Phương pháp điều khiển dựa trên lý thuyết mờ 29

2.2.1 Các khái niệm 29

2.2.1.1 Tập mờ 29

2.2.1.2 Các phép toán trên tập mờ 30

2.2.1.3 Hợp thành mờ 30

2.2.1.4 Giải mờ 31

2.2.1.5 Biến ngôn ngữ 31

2.2.2 Bộ điều khiển chủ động kết cấu dựa trên lý thuyết mờ 32

Trang 6

iv

2.2.2.1 Mờ hóa 32

2.2.2.2 Cơ sở luật mờ 33

2.2.2.3 Hợp thành mờ 34

2.2.2.4 Giải mờ 35

2.2.3 Nhận xét về bộ điều khiển mờ truyền thống 35

2.3 Điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử 36

2.3.1 Giới thiệu 36

2.3.2 Ý tưởng và các công thức cơ bản của HA 36

2.3.2.1 Sơ đồ điều khiển 38

2.3.2.2 Chuẩn hóa và giải chuẩn 39

2.3.2.3 Cơ sở luật HA 40

2.3.2.4 Hợp thành HA 40

2.4 Giới thiệu tối ưu và tối ưu đa mục tiêu 42

2.4.1 Bài toán tối ưu 42

2.4.1.1 Khái niệm bài toán tối ưu 42

2.4.1.2 Phân loại bài toán tối ưu 42

2.4.2 Các dạng bài toán tối ưu kết cấu 43

2.4.2.1 Bài toán tối ưu tiết diện ngang 43

2.4.2.2 Bài toán tối ưu cấu trúc 44

2.4.2.3 Bài toán tối ưu tổng chi phí 44

2.4.3 Bài toán tối ưu đa mục tiêu 45

Chương 3: THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN HAC 47

3.1 Ảnh hưởng của các tham số mờ của các biến đến hiệu quả điều khiển của HAC 47

3.1.1. Xét trường hợp tham số độc lập fm(c) = 0.5 và (h) = 0.5 47

3.1.2. Xét trường hợp các tham số độc lập fm(c - ) = 0.3 và (h - ) = 0.7 49

3.1.3. Xét trường hợp tham số độc lập fm(c) = 0.4 và (h) = 0.6 52

3.2 Tối ưu tham số mờ của các biến ngôn ngữ của bộ điều khiển dựa trên đại số gia tử 55

3.3 Thiết kế tối ưu các hệ số điều chỉnh của luật điều khiển của HAC 56

3.4 Thuật toán và chương trình tính 59

Trang 7

v

Chương 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN SỐ 61

4.1 Thiết kế tối ưu HAC dựa trên tham số mờ của các biến 61

4.1.1 Mô hình khảo sát 61

4.1.2 Các thông số của bộ điều khiển HAC 63

4.1.3 Các thông số của bộ điều khiển opHACs 64

4.2 Thiết kế tối ưu HAC dựa trên hệ số điều chỉnh của các luật điều khiển 77

4.2.1 Mô hình dầm công xôn 77

4.2.2 Mô hình tòa nhà 3 tầng 83

4.3 Các kết quả mô phỏng khác 90

4.3.1 Bài toàn rời rạc 1 bậc tự do 90

4.3.1.1 Điều khiển tối ưu HAC dựa trên khoảng xác định của các biến trạng thái 91

4.3.1.2 Điều khiển tối ưu đa mục tiêu tham số mờ của HAC 93

4.3.2 Bài toán rời rạc 5 bậc tự do 95

4.3.3 Điều khiển kết cấu khung không gian dựa trên HAC với sự trợ giúp của phần mềm ANSYS 98

4.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của trọng số luật mờ đến hiệu quả điều khiển dao động của con lắc 101

4.3.4.1 Đối tượng khảo sát 101

4.3.4.2 Mô phỏng số 103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108

KẾT LUẬN 108

KIẾN NGHỊ 108

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 109

CỦA LUẬN ÁN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

Trang 8

vi

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ABS Hệ thống giằng chủ động

AMD Thiết bị giảm chấn chủ động

CPU time Thời gian tính toán

GA Thuật toán di truyền - Genetic Algorithm

HA Đại số gia tử - Hedge Algebras

HAC Bộ điều khiển mờ dựa trên đại số gia tử - Hedge

Algebras Control

LQG Liner Quadratic Gaussian

LQR Liner Quadratic Regulator

MBBC Modified Bang-Bang Controller

Mup, Mlow Giá trị ranh giới của miền tham chiếu của các biến trong

miền SQM

opHAC Bộ điều khiển tối ưu dựa trên lý thuyết đại số gia tử

opHACi_El Bộ điều khiển tối ưu mờ dựa trên đại số gia tử sử dụng

dữ liệu huấn luyện từ trận động đất ElCentro

opHACi_Im Bộ điều khiển tối ưu mờ dựa trên đại số gia tử sử dụng

dữ liệu huấn luyện từ trận động đất ở Imperial

opHACi_No Bộ điều khiển tối ưu mờ dựa trên đại số gia tử sử dụng

dữ liệu huấn luyện từ trận động đất ở Northridge PSO Tối ưu hóa bầy đàn

SQM Ánh xạ ngữ nghĩa định lượng - Semantically Quantifying

Mapping SSMC Saturated sliding mode controller

SQS Mặt ngữ nghĩa định lượng hay mặt luật

Trang 9

AX Cấu trúc đại số gia tử của một biến ngôn ngữ với tập

LNe Hơi âm - Little Negative

VNe Rất âm – Very Negative

LPo Hơi dương - Little Positive

VPo Rất dương – Very Positive

{ } Vectơ hệ số cho gia tốc mặt đất của trận động đất

{ },U u Vectơ lực điều khiển

( )

Trang 10

 ,2 Các hằng số tích phân trong thuật toán Newmark

[a, b] Miền tham chiếu của một biến ngôn ngữ

Trang 11

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các phương pháp điều khiển dao động kết cấu 7

Hình 1.2 Phương thức điều khiển thứ 1 9

Hình 1.5 Tòa nhà Kyobashi Seiwa và thiết bị AMD 12

Hình 1.6 Thiết bị AMD chính và AMD phụ 12

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo của AMD 13

Hình 1.8 Tháp truyền hình Nanjing, AMD dạng đai và máy kích động 13

Hình 1.9 AMD lắp tại tháp truyền hình Nanjing 14

Hình 1.10 Biến thiết kế khi tối ưu dạng của hàm thuộc tam giác 18

Hình 1.11 Tối ưu hóa hệ luật 20

Hình 2.1 Các cấu trúc tòa nhà thông minh có điều khiển chủ động: (a) giằng chủ động và (b) bộ giảm chấn khối chủ động 23

Hình 2.2 Mô hình và sơ đồ thân tự do cho các kết cấu có điều khiển giằng chủ động 24

Hình 2.3 Mô hình và sơ đồ thân tự do cho các cấu trúc với AMD 27

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của FC tỉ lệ - vi phân 32

Hình 2.5 Mờ hóa chuyển vị x 33 i Hình 2.6 Mờ hóa vận tốc x 33 i Hình 2.7 Mờ hóa biến điều khiển ui 33

Hình 2.8 Ví dụ về mờ hóa không đảm bảo thứ tự ngữ nghĩa 35

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HAC tỉ lệ - vi phân 39

Hình 2.10 Chuẩn hóa 40

Hình 2.11 Đường cong ngữ nghĩa định lượng – phép nhân 41

Hình 2.12 Đường cong ngữ nghĩa định lượng – phép cộng 41

Hình 2.13 Mặt cong ngữ nghĩa định lượng 41

Hình 2.14 Tập giải pháp khả thi và tập Pareto 45

Hình 3.1 Các ánh xạ ngữ nghĩa định lượng  khi  = 0.5;  = 0.5 48

Hình 3.2 Lưới số HA (phẳng) khi fm(c) = (h) = 0.5 49

Trang 12

x

Hình 3.4 Lưới số HA (không phẳng) với fm(c) = 0.3, (h) = 0.7 51

Hình 3.6 Lưới số HA (không phẳng) với trường hợp fm(c) = 0.4, (h) = 0.6 53

Hình 3.7 Một số giá trị ngôn ngữ điển hình 54

Hình 3.8 Mặt cong ngữ nghĩa định lượng 57

Hình 3.9 Điều chỉnh các luật mờ 57

Hình 3.10 Sơ đồ thuật toán điều khiển chủ động kết cấu 60

Hình 4.1a Mô hình kết cấu nhà 3 tầng chịu tải gia tốc tại liên kết 61

Hình 4.1b Sơ đồ điều khiển của bộ điều khiển 62

Hình 4.2a chuẩn hóa các biên ngôn ngữ sang SQMs 63

Hình 4.2b Giải ngữ nghĩa biến điều khiển 63

Hình 4.3 SQMs tối ưu của các biến ngôn ngữ cho bộ điều khiển opHAC1_El 66

Hình 4.6 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tầng thứ nhất 67

Hình 4.7 Đáp ứng theo thời gian của gia tốc tuyệt đối tầng thứ 3 68

Hình 4.8 Đáp ứng theo thời gian của lực điều khiển 68

Hình 4.9 Tập Pareto giữa hàm mục tiêu F 1 và F 2 69

Hình 4.12 SQMs tối ưu của các biên ngôn ngữ bộ điều khiển opHAC4_El 70

Hình 4.13 Quan hệ biến thiên (%) của các hàm mục tiêu F F và 1, 2 F 703 Hình 4.14 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tương đối của tầng một 71

Hình 4.15 Đáp ứng theo thời gian của gia tốc tuyệt đối tầng 3 71

Hình 4.16 Đáp ứng theo thời gian của lực điều khiển 72

Hình 4.17 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tương đối tầng 1 72

Hình 4.18 Đáp ứng theo thời gian của gia tốc tuyệt đối tầng 3 72

Hình 4.19 Đáp ứng theo thời gian của luật điều khiển 73

Hình 4.20 Quan hệ biến thiên (%) của các hàm mục tiêu F F và 1, 2 F 733 Hình 4.21 Quan hệ biến thiên (%) của các hàm mục tiêu F F và 1, 2 F 743 Hình 4.22a Mô hình dầm công xôn 77

Trang 13

xi

Hình 4.22b Tải hình xung 78

Hình 4.23 Sự phân bố hệ số điều chỉnh cho bộ điều khiển tHAC 79

Hình 4.24 Đáp ứng theo thời gian của độ võng đầu tự do của dầm (mm) 80

Hình 4.25 Đáp ứng theo thời gian của mômen điều khiển (Nmm) 80

Hình 4.26 Đáp ứng theo thời gian của độ võng đầu tự do của dầm, tải trọng xung (h× 0,8) 81

Hình 4.27 Đáp ứng theo thời gian của độ võng của đầu tự do của dầm, vận tốc ban đầu (h× 1.2) 82

Hình 4.28 Đáp ứng theo thời gian của độ võng của đầu tự do của dầm, độ võng ban đầu (h) 82

Hình 4.29 Phân phối hệ số điều chỉnh cho tHAC1 (a) và tHAC2 (b) 83

Hình 4.30 Đáp ứng thời gian của chuyển vị tầng 1, gia tốc tuyệt đối ở tầng 3 và lực điều khiển u trong trận động đất El Centro 85

Hình 4.31 Sự thay đổi % với chỉ tiêu chuyển vị 86

Hình 4.32 Sự thay đổi % với chỉ tiêu gia tốc tuyệt đối 86

Hình 4.33 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tầng 1 và gia tốc tuyệt đối tầng 3 87 Hình 4.34 Chuyển vị và gia tốc lớn nhất của các tầng trong trận động đất Northridge 88

Hình 4.35 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tầng 1 và gia tốc tuyệt đối tầng trên cùng trong trận động đất Imperial Valley 88

Hình 4.36 Chuyển vị tương đối và gia tốc tuyệt đối lớn nhất của các tầng 89

Hình 4.37 Đáp ứng theo thời gian của chuyển vị tầng 1 và gia tốc tuyệt đối tầng trên cùng trong trận động đất Imperial Valley 89

Hình 4.38 Chuyển vị và gia tốc lớn nhất của các tầng trong trận động đất Imperial90 Hình 4.39 Mô hình kết cấu 1 bậc tự do chịu tải gia tốc tại liên kết 90

Hình 4.40 Chuyển vị tương đối 92

Hình 4.41 Gia tốc tuyệt đối 92

Hình 4.42 Lực điều khiển 92

Hình 4.43 Tập Pareto của các mục tiêu F 1 và F 2 93

Hình 4.44 Chuyển vị tương đối 94

Hình 4.45 Gia tốc tuyệt đối 95

Hình 4.46 Lực điều khiển 95

Trang 14

xii

Hình 4.47 Mô hình nhà 5 tầng chịu tải động đất 96

Hình 4.48 Chuyển vị tương đối của tầng 1 theo thời gian 96

Hình 4.49 Gia tốc tuyệt đối của tầng 5 theo thời gian 97

Hình 4.50 Lực điều khiển theo thời gian 97

Hình 4.51 Chuyển vị x 3 (m) trong trường hợp không có điều khiển 98

Hình 4.52 Chuyển vị x 3 (m) trong trường hợp có điều khiển 99

Hình 4.53 Mô hình khung không gian: a) Mô hình nguyên lý thực tế, b) Mô hình mô phỏng 99

Hình 4.54 Chuyển vị theo phương x (mm) của đỉnh khung 100

Hình 4.55 Gia tốc tuyệt đối theo phương x (m/s2) của đỉnh khung 100

Hình 4.56 Ứng suất tương đương lớn nhất (MPa) của kết cấu 100

Hình 4.57 Mô hình con lắc 101

Hình 4.58 Sơ đồ điều khiển 101

Hình 4.59 Mờ hóa các biến ngôn ngữ 102

Hình 4.60 Suy luận mờ và giải mở của FC 102

Hình 4.61 Ảnh hưởng của trọng số a1 đối với luật 1 103

Hình 4.62 Ảnh hưởng của các trọng số luật đến thời gian đưa con lắc trở về vị trí cân bằng, điều kiện đầu 1 103

Hình 4.63 Ảnh hưởng của các trọng số luật đến thời gian đưa con lắc trở về vị trí cân bằng, điều kiện đầu 2 104

Hình 4.64 Ảnh hưởng của các trọng số luật đến thời gian đưa con lắc trở về vị trí cân bằng, đk đầu 3 104

Hình 4.65 Ảnh hưởng của các trọng số luật đến thời gian đưa con lắc trở về vị trí cân bằng, đk đầu 4 104

Hình 4.66 Đáp ứng của góc lệch và vận tốc góc của con lắc, điều kiện đầu 1 106

Trang 15

xiii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng FAM 34

Bảng 2.2 Bảng tham chiếu của các biến 39

Bảng 2.3 Bảng SAM 40

Bảng 3.1 Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = (h) = 0.5 48

Bảng 3.2 Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = 0.3, (h) = 0.7 51

Bảng 3.3 Biểu diễn số của cơ sở luật HA khi fm(c) = 0.4, (h) = 0.6 53

Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng khi tham số mờ thay đổi 55

Bảng 3.5 Khảo sát số ảnh hưởng của hệ số điều chỉnh đến kết quả biến đầu ra 58

Bảng 4.1 Các giá trị cực đại của các phản ứng của kết cấu trong trường hợp động đất ở El Centro 67

Bảng 4.2 So sánh thời gian CPU của các bộ điều khiển mờ truyền thống 74

Bảng 4.3 So sánh giữa các bộ điều khiển mờ tối ưu trong trường hợp động đất ở Northridge 76

Bảng 4.4 So sánh giữa các bộ điều khiển mờ tối ưu trong trường hợp động đất Imperial Valley 76

Bảng 4.5 Giá trị lớn nhất của độ võng ở đầu tự do của dầm 81

Bảng 4.6 Kết quả mô phỏng 84

Bảng 4.7 So sánh hiệu quả các bộ điều khiển 91

Bảng 4.8 Tỷ lệ thay đổi (%) của các mục tiêu 94

Bảng 4.9 Các chỉ tiêu F 1 và F 2 97

Bảng 4.10 Hệ luật mờ ban đầu 102

Bảng 4.11 Hệ luật mờ mới 1 105

Bảng 4.12 Hệ luật mờ mới 2 105

Trang 36

21

đến những khó khăn trong việc tối ưu bộ điều khiển mờ truyền thống trong điều khiển nói chung và điều khiển dao động kết cấu nói riêng

1.4.3 Điều khiển sử dụng lý thuyết đại số gia tử

Lý thuyết đại số gia tử (HA) được phát minh vào năm 1990 [61-65] Các nghiên cứu của lý thuyết HA đã chứng minh rằng các giá trị ngôn ngữ của một biến ngôn ngữ có thể được sắp xếp theo một thứ tự thích hợp theo giá trị ngữ nghĩa của chúng Hơn nữa, các giá trị này có thể được biểu diễn bằng các số thực, là giá trị của các ánh xạ ngữ nghĩa định lượng (SQM) Những đặc điểm này cho phép bỏ qua việc sử dụng các tập mờ khi mô hình hóa các giá trị ngôn ngữ của một biến ngôn ngữ và thể hiện một lợi thế đáng kể của cách tiếp cận lý thuyết HA [62-64, 66-68]

Lý thuyết HA lần đầu tiên được thực hiện trong điều khiển mờ vào năm 2008 [69]

Ở trong tài liệu tham khảo [70] đã tối ưu hóa bộ điều khiển mờ dựa trên đại

số gia tử (HAC) trong điều khiển ổn định theo phương thẳng đứng của một hệ con lắc ngược liên kết lò xo – giảm chấn chịu tải dõi theo có chu kỳ (time-periodic follower force)

Trong [71] đã thiết kế bộ điều khiển HAC trong điều khiển chủ động dao động kết cấu nhà 4 tầng chịu tải động đất sử dụng thiết bị điều khiển cáp chủ động đặt ở tầng 1

Cùng với các nghiên cứu trên, trong [72] đã thiết kế bộ điều khiển HAC để điều khiển lớp đối tượng nhà cao tầng chịu tải động đất với các thiết bị điều khiển cáp chủ động, trong đó, sơ đồ suy luận của HAC bằng nội suy trên mặt hình học của

hệ luật được đề suất

Với [73] đã thiết kế bộ điều khiển HAC để điều chủ động dao động của kết cấu nhiều bậc tự do chịu tải gia tốc tại liên kết có kể đến các tham số không chắc chắn của hệ thống và giới hạn của máy kích động

Bộ điều khiển HAC trượt để điều khiển chủ động kết cấu [74] đã được thiết

Hơn nữa, mô hình toán học của HAC để xác định các biến điều khiển từ các biến trạng thái có thể được biểu diễn dưới dạng công thức tường minh [73] Do đó, HAC có thể đóng góp đáng kể vào lĩnh vực điều khiển quá trình nói chung cũng như các vấn đề giảm đáp ứng động lực của các kết cấu cơ học chịu các kích thích động ngoài

Trang 37

22

Như vậy, với các phương pháp điều khiển sử dụng lý thuyết đại số gia tử, những hạn chế của lý thuyết mờ đã được giải quyết Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây áp dụng HA chưa thực hiện các bài toán tối ưu đơn/đa mục tiêu đối với tham số mờ của các biến cũng như tối ưu hóa hệ luật điều khiển để nâng cao hiệu quả điều khiển và làm cho hệ luật phù hợp hơn với đối tượng được điều khiển cụ thể

Dựa vào những lý do nêu trên, trong luận án này tập trung vào vấn đề điều khiển chủ động dao động của kết cấu nhiều bậc tự do sử dụng lý thuyết mờ và Đại

số gia tử Trong đó, tập trung vào điều chỉnh/cải tiến để nâng cao hiệu quả hoạt động của bộ điều khiển theo 2 hướng:

- Thiết kế tối ưu đa mục tiêu tham số mờ của các biến ngôn ngữ

- Tối ưu hệ luật sử dụng sử dụng hệ số điều chỉnh (tuning coe icient) luật điều khiển

Dao động có hại của các kết cấu là vấn đề không thể tránh được trong thực tế

kỹ thuật và việc nghiên cứu bài toán giảm dao động có hại của các kết cấu vẫn mang tính thời sự

Nhiều phương pháp, phương tiện và phương tiện giảm dao động của các kết cấu khác nhau đã được nghiên cứu và ứng dụng Các nghiên cứu trong luận án sẽ tập trung vào tối ưu bộ điều khiển chủ động kết cấu dựa trên lý thuyết mờ và đại số gia tử

Trên cơ sở phân tích ưu, nhược điểm của các công trình nghiên cứu được công bố trên các tạp chí/hội nghị uy tín, NCS đã đề suất các nội dung cần nghiên cứu trong luận án là: (1) Thiết kế tối ưu đa mục tiêu tham số mờ của các biến ngôn ngữ; (2) Tối ưu hệ luật sử dụng sử dụng hệ số điều chỉnh (turning coe icient) luật điều khiển

Trang 38

23

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong chương này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu các cơ sở lý thuyết chính phục vụ cho luận án bao gồm các kiến thức liên quan đến dao động của hệ nhiều bậc tự do, điều khiển dựa trên lý thuyết mờ và điều khiển dựa trên lý thuyết đại số gia tử

Xét mô hình kết cấu tòa nhà n tầng một khoang chịu động đất được trang bị

các giằng chủ động ở một số tầng, như trên Hình 2.1

Hình 2.1 Các cấu trúc tòa nhà thông minh có điều khiển chủ động: (a) giằng chủ

động và (b) bộ giảm chấn khối chủ động

Hệ thống giằng chủ động này có nhiều bộ truyền động thủy lực điều khiển van servo được gắn trên hệ thống giằng của cấu trúc Mỗi tầng của cấu trúc tòa nhà

có thể hoặc có thiết bị truyền động hoặc không có thiết bị điều khiển Các sàn

không có thiết bị điều khiển sẽ không cần hệ thống giằng Khi kết cấu tòa nhà n tầng được trang bị r bộ truyền động, r ≤ n, các phương trình chuyển động của một

hệ thống cấu trúc thông minh như vậy dưới tác dụng của địa chấn có thể là cấu trúc thông minh dưới tác dụng hệ thống điều khiển chủ động [77]

Trang 39

tốc mặt đất tuyệt đối; x i là chuyển vị tương đối của tầng thứ i được xác định bởi

Trong đó x i và i lần lượt là chuyển vị tuyệt đối của mặt đất và tầng thứ i

Phương trình có thể được viết lại như sau:

Trang 40

m

m m

Định dạng
Số trang	130
Dung lượng	13,63 MB