طراحی کنترل کننده ترکیبی فازی-عصبی تطبیقی و PID برای کاهش ارتعاشات سازه در برابر زلزله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق، موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران

2 گروه برق،موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران

چکیده

در این مقاله یک روش جدید مبتنی بر ترکیب سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی و کنترل‌کننده تناسبی-مشتقی-انتگرالی (PID) جهت کاهش ارتعاشات سازه ارائه شده است. الگوریتم کنترلی پیشنهادی علاوه بر دارا بودن ویژگی‌های کنترل‌کننده کلاسیک PID، از ماهیت تطبیقی شبکه عصبی و استنتاجی منطق فازی جهت استخراج توابع عضویت مناسب با توجه به دامنه ارتعاشات سازه نیز بهره می‌برد. به منظور تنظیم ضرایب PID جهت طراحی کنترل‌کننده پشنهادی، و نیز برای شناسایی پارامترهای سازه آزمایشگاهی از الگوریتم بهینه‌سازی نهنگ استفاده شده است. با در نظر گرفتن داده‌های واقعی شتاب زمین مربوط به چهار زلزله با نام‌های السنترو، نورثریج، آتن و مکزیکوسیتی عملکرد کنترل‌کننده پیشنهادی بر روی یک سازه چهار طبقه بررسی شده است، سپس نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی با کنترل‌کننده‌های مرسوم از قبیل کنترل‌کننده فازی به تنهایی و روش کنترلی مبتنی بر سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی مقایسه شده است. باتوجه به نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی، روش ترکیبی پیشنهادی که استفاده توامان از سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی به همراه کنترل کننده PID می-باشد، دارای عملکرد بهتری نسبت به سایر کنترل‌کننده های طراحی شده برای سازه در کاهش جابه‌جایی و شتاب طبقات ساختمان می‌باشد. نتایج نشان‌دهنده کاهش بیشینه شتاب لرزش طبقات سازه با استفاده از روش کنترل پیشنهادی نسبت به دو روش متداول کنترل فازی و کنترل استنتاج فازی-عصبی تطبیقی به میزان 36.2 برای زلزله ال‌سنترو، 35.4 برای زلزله نورثریج، 27.7 برای زلزله آتن و مقدار 22.5 درصد برای زلزله مکزیکوسیتی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design of a hybrid ANFIS-PID controller for vibration mitigation of a structure against earthquake

نویسندگان [English]

  • Seyed Mahdi Hadad Baygi 1
  • javad faraji 1
  • Ali Karsaz 2
1 dept. of electrical engineering, Khorasan Institute of Higher Education, Mashhad, Iran
2 dept.of electrical engineering, Khorasan Institute of Higher Education, mashhad, Iran
چکیده [English]

This paper proposes a new hybrid controller based on combining the ANFIS method and PID controller, for vibration mitigation of structural system. The proposed controller although has the PID controller features, create a fuzzy inference system that has fewer bugs and errors than neural networks in calculations. The whale optimization algorithm is used for optimum tuning the PID parameters and also for identification of parameters related to the experimental structure. Considering four well-known earthquake real data (ground acceleration) namely, El Centro 1940, Northridge 1994, Athens 1999 and Mexico City 1999, the performance of the proposed controller is evaluated. Then the results are compared with two other controllers namely, fuzzy logic control and ANFIS, which are designed for a four-degree of freedom building which is equipped with active tuned mass damper (ATMD). The simulation results show that the proposed method which is a combination of two controllers namely, ANFIS and PID, performs better than other strategies with are developed. The results obtained from the simulation show the better performance of the proposed method than the other control methods in reducing the structural responses in terms of displacement and acceleration of all floors. The results show that the maximum acceleration related to the building’s floors while using proposed method has improvement of 36.3% for the El Centro, 35.4% for the Northridge, 27.7% for the Athens and 22.5% for the Mexico City earthquakes regarding two other common controllers namely, fuzzy control and ANFIS control.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active control of structure
  • fuzzy control
  • ANFIS control
  • whale optimization algorithm
  • Hybrid ANFIS-PID