توصيفگر ها :
شبيه سازي هيبريد زمان واقعي , كنترل نيرو , كنترل كننده PID , تست سازه , ناپايداري
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش، يك سيستم كنترل نيرو براي شبيهسازي هيبريد زمان واقعي طراحي و اجرا شده است. اين روش، تركيبي از مدلسازي عددي و آزمايشهاي فيزيكي است كه به عنوان يك روش قدرتمند براي تحليل رفتار سيستمهاي ديناميكي تحت بارگذاري واقعي به كار ميرود. در اين پژوهش، با استفاده از شبيهسازي هيبريد زمان واقعي، يك ساختمان سهطبقه مورد مطالعه قرار گرفته است. طبقه اول و سوم توسط كامپيوتر به صورت عددي و طبقه دوم بهصورت فيزيكي در شبيهسازي قرار گرفته است. چالش اصلي در اين تحقيق، دقت كنترل نيرو و كاهش اثرات تأخير زماني در فرايند شبيهسازي بوده است. در اين مطالعه، سيستم مورد بررسي شامل اجزاي فيزيكي نظير عملگر الكتريكي، سنسور لودسل، ميز لرزان و يك مدل عددي شبيهسازي شده است كه در تعامل مستقيم با يكديگر قرار دارند. هدف اين پژوهش كنترل نيرو در حالت نيرو ثابت (پلهاي)، نيرو متناوب و نيرو ناشي از رفتار يك ساختمان سه طبقه در مقابله زلزله است. كنترل نيرو در اين سيستم از طريق كنترلكننده PID انجام شده است كه امكان تنظيم ضرايب مختلف را براي بهينهسازي عملكرد سيستم فراهم ميآورد. ضرايب كنترلكننده PID بهگونهاي تنظيم شدهاند كه خطاي نيرو كاهش يافته و پايداري سيستم به حداكثر برسد. انجام تستهاي تجربي روي اين سيستم، امكان ارزيابي دقت مدلسازي و عملكرد كنترلكننده را فراهم كرده و نتايج حاصل با خروجيهاي عددي مقايسه شدهاند. يافتههاي اين تحقيق نشان دادند كه كنترلكنندهPID توانسته است عملكرد كنترل نيرو را بهبود بخشد. مشخص شد كه افزايش ضريب انتگرالگير به كاهش خطاي پايدار كمك كرده، درحاليكه ضريب مشتقگير تأثير مستقيمي بر كاهش نوسانات سيستم داشته است. علاوه بر اين، آزمايشها نشان دادند كه در شرايط بارگذاري متناوب، تنظيم مناسب پارامترهاي PID باعث كاهش ارتعاشات ناخواسته و افزايش همگرايي نيرو با مقدار مطلوب شده است. مقايسه بين نتايج شبيهسازي عددي و تستهاي فيزيكي نشان داد كه روش شبيهسازي هيبريد زمان واقعي ميتواند رفتار سيستم را با دقت بالايي پيشبيني كند و به عنوان يك جايگزين مناسب براي آزمايشهاي پرهزينه و پرخطر مورد استفاده قرار گيرد. اين نتايج نشان ميدهد كه سيستم شبيهسازي هيبريد زمان واقعي قابليت كاربرد در حوزههاي مختلفي نظير مهندسي زلزله، آزمايشهاي كنترل ارتعاش سازهها و توسعه سيستمهاي كنترل پيشرفته را دارد. در نهايت، نتايج اين پژوهش نشان داد كه كنترلكنندههاي PID در تركيب با تكنيكهاي جبران تأخير زماني، ميتواند دقت و پايداري سيستمهاي شبيهسازي هيبريد زمان واقعي را بهبود دهد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this study, a force control system for real-time hybrid simulation has been designed and implemented. This method integrates numerical modeling with physical experiments, serving as a powerful approach for analyzing the dynamic behavior of systems under real loading conditions. The study utilizes a real-time hybrid simulator for a three-story building, where the first and third floors are numerically modeled by a computer, while the second floor is physically represented. The primary challenge in this research is ensuring force control accuracy and minimizing time delay effects in the simulation process. The system under investigation comprises physical components such as an electric actuator, a load cell sensor, a shaking table, and a numerically simulated model, all interacting directly. The objective of this research is to control force under various conditions, including step (constant) force, oscillatory force, and force induced by the response of a three-story building to an earthquake. Force control in this system is achieved using a PID controller, which allows for tuning different coefficients to optimize system performance. The PID controller parameters are adjusted to minimize force error and maximize system stability.
Experimental tests on this system enabled the evaluation of modeling accuracy and controller performance, with the obtained results compared to numerical outputs. The findings indicate that the PID controller effectively enhances force control performance. It was observed that increasing the integral gain helps reduce steady-state error, while the derivative gain directly contributes to reducing system oscillations. Additionally, experiments demonstrated that under oscillatory loading conditions, appropriate tuning of PID parameters reduces unwanted vibrations and improves force convergence to the desired value. A comparison between numerical simulation results and physical tests showed that the real-time hybrid simulation approach can predict system behavior with high accuracy, making it a viable alternative to costly and hazardous experiments. These results suggest that the real-time hybrid simulator has potential applications in various fields, including earthquake engineering, structural vibration control testing, and the development of advanced control systems. Finally, the study's findings highlight that PID controllers, when combined with time-delay compensation techniques, can enhance the accuracy and stability of real-time hybrid simulation systems.