بررسی عملکرد سازه بلند مرتبه مجهز به کنترلگر فازی نوع 2 عمومی تحت تحریک لرزه ای

شهابیان مقدم, فرزانه; شریعتمدار, هاشم

doi:10.22065/jsce.2024.456045.3409

بررسی عملکرد سازه بلند مرتبه مجهز به کنترلگر فازی نوع 2 عمومی تحت تحریک لرزه ای

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

فرزانه شهابیان مقدم ¹

هاشم شریعتمدار ²

¹ فارغ التحصیل دکتری ،دانشکده مهندسی ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

10.22065/jsce.2024.456045.3409

چکیده

با توجه به اینکه تا کنون هیچ گزارشی مبنی بر استفاده از سیستم‌های فازی نوع 2 عمومی در کنترل سازه‌های مهندسی عمران ارائه نشده است و با توجه به موفقیت‌های روز افزون کاربرد این الگوریتم در علوم دیگر، اهمیت پرداختن به این سیستم‌ها به منظور کنترل سازه‌های عمرانی کاملا مشخص می‌گردد. عدم قطعیت جزء پارامترهایی می‌باشد که سیستم‌های کنترلی همیشه با آن سروکار دارند؛ مطالعه و به کارگیری الگوریتم‌های نوینی که این عدم قطعیت‌ها رو بتواند به خوبی مدیریت کند کاملا لازم و ضروری به نظر می‌رسد. ماهیت فازی توابع عضویت در سیستم‌های فازی نوع 2 عمومی درجات آزادی اضافه تری را جهت طراحی سیستم در اختیار قرار می‌دهند، لذا سیستم‌های فازی نوع 2 عمومی پتانسیل بالاتری برای در نظر گرفتن عدم قطعیت‌ها دارند. به منظور ارزیابی اثربخشی سیستم کنترل فازی نوع 2 عمومی پیشنهادی، سیستم‌های کنترل فازی نوع 1، نوع 2 بازه‌ای و یک کنترلگر بهینه خطی (LQG) به عنوان روش کنترل کلاسیک نیز طراحی شده و مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته‌اند. عملکرد کنترلگر‌ها بر روی سازه 20 طبقه مبنا با رفتار غیر خطی از طریق شبیه‌سازی کامپیوتری در محیط نرم افزار MATLABارزیابی شده است. با مقایسه پاسخ‌های مختلف سازه‌ مجهز به چهار کنترلگر پیشنهادی می‌توان نتیجه گرفت که سیستم‌های مجهز به کنترلگر فازی نوع 2 عمومی در مقایسه با سیستم‌های کنترلی دیگر در کاهش پاسخ‌های سازه و جلوگیری از خسارت رسیدن به اعضای سازه بهتر عمل کرده و می-توان با آسودگی خاطر از سیستم‌های فازی نوع 2 عمومی در کاربردهای عمرانی بهره جست. امید می‌رود این پژوهش بتواند سرآغازی برای کاربرد ابزار قدرتمند فازی نوع 2 عمومی در مباحث مهندسی عمران و به خصوص کنترل سازه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

سازه بلند مرتبه

کنترلگر فازی نوع 2 عمومی

کنترل فعال سازه

سازه مبنا با رفتار غیر خطی

تحریک لرزه ای

موضوعات

کنترل فعال و غیر فعال سازه ها

عنوان مقاله English

Assessing the performance of a high rise building equipped with general type 2 fuzzy controller under seismic excitation

نویسندگان English

Farzaneh Shahabian Moghaddam ¹

Hashem Shariatmadar ²

¹ PhD graduate ,Engineering faculty ,Ferdowsi university of Mashhad, Mashhad,Iran

² Associated professor, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

چکیده English

So far no reports have been presented for the use of general type 2 fuzzy systems to control civil engineering structures. Considering the increasing success of this algorithm in other fields the importance of addressing general type 2 fuzzy systems becomes evident. Control systems always deal with Uncertainty; therefore, studying innovative algorithms that can effectively manage uncertainty seems necessary. The fuzzy membership functions in general type 2 systems provides additional degrees of freedom for design, giving these systems a higher potential for considering uncertainties. To evaluate the effectiveness of the proposed general type 2 fuzzy control system, type 1 and interval type 2 fuzzy systems and a linear quadratic Gaussian controller (LQG) as a classic control method have been designed.. The performance of the controllers on a 20-story nonlinear benchmark structure has been evaluated through computer simulation in MATLAB. By comparing the responses of the structure equipped with these four proposed controllers, it can be concluded that general type 2 fuzzy controller performs better in reducing structural responses and preventing damage to structural members. It is hoped that this research can serve as a starting and encouraging point for the application of powerful general Type 2 fuzzy tool in civil engineering purposes, especially in structural vibration control.

کلیدواژه‌ها English

High rise building

General Type-2 Fuzzy Controller

Active Control

Nonlinear Benchmark Structures

Seismic Vibration

[1] Wani, Z. R., Tantray, M., Farsangi, E. N., Nikitas, N., Noori, M., Samali, B., & Yang, T. Y. (2022). A critical review on control strategies for structural vibration control. Annual Reviews in Control, 54, 103-124.

[2] Ikeda, Y. (2004). Active and semi-active control of buildings in Japan. Journal of Japan Association for Earthquake Engineering, 4(3), 278-282.

[3] Jalaeefar, A., & Kiani, M. (2021). Assessing the Efficiency of an Active Viscous Damper in Near-Field and Far-Field Earthquakes. Journal of Structural and Construction Engineering, 8(6), 280-300.

[4] Fazaeli Hosseini Nejad, H. and Karamodin, A. (2022). Semi-active control of three-story benchmark structure using LQG algorithm with a fuzzy-genetic system. Journal of Structural and Construction Engineering, 9(5), pp.107-123.

[5] Bahrami Rad, A., Nouri, M., Katebi, J. and Mousavi Ghasemi, S.A. (2021). A Kalman Filter-based model predictive control scheme with actuator saturation consideration for active control of a nine-story benchmark SAC building. Journal of Structural and Construction Engineering, 8(8), pp.155-173.

[6] Soong, T.T. (1988). State-of-the-art review: active structural control in civil engineering. Engineering Structures, 10(2), pp.74-84.

[7] Zadeh, L.A. (1965). Fuzzy sets. Information and control, 8(3), pp.338-353.

[8] Mamdani, E. H. (1974, December). Application of fuzzy algorithms for control of simple dynamic plant. In Proceedings of the institution of electrical engineers (Vol. 121, No. 12, pp. 1585-1588). IET Digital Library.

[9] Zadeh, L.A. (1975). The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning—I. Information sciences, 8(3), pp.199-249.

[10] Carvajal, O., Melin, P., Miramontes, I., & Prado-Arechiga, G. (2021). Optimal design of a general type-2 fuzzy classifier for the pulse level and its hardware implementation. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 97, 104069.

[11] Ontiveros-Robles, E., Melin, P. and Castillo, O. (2018), “Comparative analysis of noise robustness of type 2 fuzzy logic controllers”, Kybernetika, 54(1), 175-201.

[12] Mittal, K., Jain, A., Vaisla, K.S., Castillo, O. and Kacprzyk, J. (2020), “A comprehensive review on type 2 fuzzy logic applications: Past, present and future”, Eng. Applicat. Artif. Intell. 95, 103916.

[13] Bahmaei, M. and Zahrai, S.M. (2022). Semi-active control of adjacent 3-and 9-story structures using type-1 and type-2 fuzzy algorithms. Journal of Vibration and Sound, 11(21), pp.30-45.

[14] Azadvar, M., Hajkazemi, H., & Karamoddin, A. (2018). structural damage control with interval type-2 fuzzy logic controller. AUT Journal of Civil Engineering, 2(2), 125-134.

[15] Ramezani1a, M., Bathaei, A., & Zahrai, S. M. (2019). Comparing fuzzy type-1 and-2 in semi-active control with TMD considering uncertainties. Smart Struct Systems, 23(2), 155-171.

[16] Al-Ghazali, A. S., & Shariatmadar, H. (2021, October). Hybrid active control of adjacent buildings interconnected by viscous dampers utilizing type-2 fuzzy controller considering soil-structure interaction. In Structures (Vol. 33, pp. 292-306). Elsevier.

[17] Hosseini Lavassani, S. H., & Shangapour, S. (2022). Interval type-2 fuzzy hybrid control of a high-rise building including soil–structure interaction under near-field and far-field ground motions. Structural Engineering International, 32(3), 316-327.

[18] Mendel, J. M. (2007). Advances in type-2 fuzzy sets and systems. Information sciences, 177(1), 84-110.

[19] Karnik, N. N., & Mendel, J. M. (1998, May). Introduction to type-2 fuzzy logic systems. In 1998 IEEE international conference on fuzzy systems proceedings. IEEE world congress on computational intelligence (Cat. No. 98CH36228) (Vol. 2, pp. 915-920). IEEE.

[20]Hagras, H. (2007). Type-2 FLCs: A new generation of fuzzy controllers. IEEE Computational Intelligence Magazine, 2(1), 30-43.

[21] John, R., & Coupland, S. (2007). Type-2 fuzzy logic: A historical view. IEEE computational intelligence magazine, 2(1), 57-62.

[22] Mendel, J., Hagras, H., Tan, W. W., Melek, W. W., & Ying, H. (2014). Introduction to type-2 fuzzy logic control: theory and applications. John Wiley & Sons.

[23] Wu, H., & Mendel, J. M. (2002). Uncertainty bounds and their use in the design of interval type-2 fuzzy logic systems. IEEE Transactions on fuzzy systems, 10(5), 622-639.

[24] Wu, D., & Mendel, J. M. (2010). On the continuity of type-1 and interval type-2 fuzzy logic systems. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 19(1), 179-192.

[25] Mendel, J. M., John, R. I., & Liu, F. (2006). Interval type-2 fuzzy logic systems made simple. IEEE transactions on fuzzy systems, 14(6), 808-821.

[26] Liang, Q., & Mendel, J. M. (2000). Interval type-2 fuzzy logic systems: theory and design. IEEE Transactions on Fuzzy systems, 8(5), 535-550.

[27] Mendel, J. M., & Liu, F. (2008, June). On new quasi-type-2 fuzzy logic systems. In 2008 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (IEEE World Congress on Computational Intelligence) (pp. 354-360). IEEE.

[28] Mendel, J. M., Liu, F., & Zhai, D. (2009). $\alpha $-plane representation for type-2 fuzzy sets: Theory and applications. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 17(5), 1189-1207.

[29] Liu, F. (2008). An efficient centroid type-reduction strategy for general type-2 fuzzy logic system. Information Sciences, 178(9), 2224-2236.

[30] Karnik, N. N., & Mendel, J. M. (2001). Centroid of a type-2 fuzzy set. Information SCiences, 132(1-4), 195-220.

[31] Ohtori, Y., Christenson, R. E., Spencer Jr, B. F., & Dyke, S. J. (2004). Benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings. Journal of engineering mechanics, 130(4), 366-385.

[32] Cuevas, F., Castillo, O., & Cortes, P. (2022). Optimal setting of membership functions for interval type-2 fuzzy tracking controllers using a shark smell metaheuristic algorithm. International Journal of Fuzzy Systems, 24(2), 799-822.

[33] Shahabian Moghaddam, F., Shariatmadar, H. and Golnargesi, S. (2023). Tuning the Type-2 Fuzzy Controller for Active Control of Buildings under Seismic Vibrations. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 47(3), pp.1643-1656.