Έλεγχος έξυπνων κατασκευών με εφαρμογή στο αντικείμενο του πολιτικού μηχανικού

Abstract

Η χρήση των τεχνολογιών του ενεργού ελέγχου σε έξυπνες κατασκευές παρουσιάζεται σε αυτή τη διατριβή. Μια έξυπνη κατασκευή μπορεί να οριστεί ως μια κατασκευή ή ένα δομικό στοιχείο με ενσωματωμένους αισθητήρες και ενεργοποιητές καθώς και ένα σύστημα ελέγχου που βοηθάει την κατασκευή να αντιδράει αυτόματα σε εξωτερικά ερεθίσματα που ασκούνται σε αυτή και μετά να καταστέλλει ανεπιθύμητες επιδράσεις ή να βελτιώνει επιθυμητές επιδράσεις. Ως παράδειγμα μελετάται μια έξυπνη δοκός με ενσωματωμένους πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές με στόχο την καταστολή των ταλαντώσεων κάτω από ντετερμινιστικές και στοχαστικές φορτίσεις. Αρχικά, εξετάστηκε το κριτήριο του γραμμικού τετραγωνικού ελέγχου με χρήση παρατηρητή και έγινε ρύθμιση της κατακόρυφης θέσης της στη θέση ισορροπίας της. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν πιο προχωρημένες τεχνικές ελέγχου όπως το κριτήριο H∞. Το πλεονέκτημα του ελέγχου H∞ οφείλεται στη δυνατότητα να λάβουμε υπόψη στους υπολογισμούς το χειρότερο αποτέλεσμα των αβέβαιων διαταραχών και του θορύβου του συστήματος. Είναι δυνατόν να συνθέσουμε ένα H∞ ελεγκτή που θα είναι εύρωστος έως ένα προκαθορισμένο ποσοστό σφαλμάτων μοντελοποίησης. Τα αποτελέσματα είναι πολύ καλά και παρατηρείται καταστολή της ταλάντωσης ακόμα και για πραγματική αιολική φόρτιση, με τις τάσεις των πιεζοηλεκτρικών να βρίσκονται εντός των ορίων αντοχής τους. Θέλοντας να μειωθούν οι υπολογιστικές απαιτήσεις του μοντέλου, μειώθηκε η τάξη του ελεγκτή, με τη βοήθεια μη παραμετρικής και μη κυρτής βελτιστοποίησης, και χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή HIFOO. Η καλή απόδοση του ελεγκτή διατηρήθηκε ακόμα και για πολύ μικρότερο βαθμό του συστήματος. Στη συνέχεια θέλοντας να ληφθούν υπόψη οι αβεβαιότητες μοντελοποίησης, εξαιτίας των διαφορών ανάμεσα στο πραγματικό μοντέλο και στο μαθηματικό μοντέλο προσομοίωσης, ελέγχθησαν τα εύρωστα χαρακτηριστικά του ελεγκτή H∞. Τέλος λαμβάνοντας υπόψη τις μη γραμμικότητες του συστήματος που παραλείπονται κατά τη μοντελοποίηση, την ανακριβή γνώση των τιμών και των παραμέτρων του μοντέλου και τη φυσιολογική μεταβολή των τιμών κατά τη διάρκεια λειτουργίας των κατασκευών, εισάγονται οι αβεβαιότητες μοντελοποίησης. Έγινε ανάλυση και σύνθεση ενός εύρωστου μ-ελεγκτή, με τη βοήθεια της επαναληπτικής μεθόδου D – K. Συγκρίθηκαν και σχολιάστηκαν τα αποτελέσματα με τη χρήση των διαφορετικών ελεγκτών.