كنترل هوشمند ارتعاشات ناشي از جريان عدد رينولدز پايين بر روي يك استوانه الاستيك با قابليت برداشت انرژي

دكتري

هدف اصلي رساله حاضر اعمال استراتژي¬هاي مختلف كنترلي هوشمند فعال و نيمه فعال جهت كاهش دامنه ارتعاشات ناشي از جدايش گردابه¬ها (VIV) در جريان عدد رينولدز پائين از روي يك استوانه با تكيه¬گاه الاستيك در قالب يك برنامه نظام¬مند شبيه سازي مشترك در حوزه زمان مي باشد. همچنين، امكان برداشت همزمان انرژي توسط ابزار كنترلي دومنظوره الكترومغناطيسي (EM) نيز مطالعه مي¬گردد. در گام اول، با اعمال مستقيم نيروي كنترلي عرضي بر مبناي استراتژي كنترلي هوشمند فازي-لغزشي-تطبيقي (AFSMC)، ارتعاشات ناشي از جريان بر روي استوانه الاستيك (2dof) كه آزادانه در جهات طولي و عرضي نوسان مي¬كند، بصورت فعال كنترل مي¬گردد.بخش فازي كنترل كننده AFSM به گونه¬اي طراحي مي¬شود كه رفتار كنترل كننده مد لغزشي را دنبال كند در حاليكه بخش مقاوم آن اختلاف بين كنترل كننده فازي و حالت ايده¬آل را جبران مي¬كند. همچنين، پارامترهاي سيستم فازي و كران عدم قطعيت¬هاي كنترل مقاوم توسط قوانين تطبيقي بصورت همزمان تنظيم مي¬گردند. با توجه به اينكه در استراتژي كنترلي فعال نياز به منبع انرژي خارجي جهت توليد نيروي كنترلي مي¬باشد، در گام دوم رساله يك سيستم برداشت انرژي فعال (خودشارژشونده)، كه نيروي كنترلي در آن با بهره¬گيري از انرژي احيا شده توسط ابزار كنترلي EM توليد مي¬گردد، به منظور كاهش ارتعاشات استوانه دو درجه آزادي بكار گرفته مي¬شود. در اين سيستم،ابتدا كنترل كننده نيروي مطلوب عملگر براي كاهش VIV را محاسبه مي كند. سپس جريان الكتريكي در مدار بگونه¬اي گردش مي¬يابد كه نيروي خروجي ابزار كنترلي EM، نيروي مطلوب عملگر را تعقيب كند. متعاقباً، با توجه به امكان ناپايداري سيستم به دليل تزريق مستقيم انرژي مكانيكي به استوانه در استراتژي كنترلي فعال، در گام سوم رساله يك سيستم برداشت انرژي نيمه فعال توسعه داده و بررسي مي¬شود. در اين سيستم، ابتدا كنترل كننده ¬AFSM نيروي كنترلي مناسب براي كاهش ارتعاشات عرضي استوانه رامحاسبه مي¬كند. سپس ميراگر EM، ارتعاشات عرضي را با وارد نمودن نيروي ميرايي هوشمند قابل تنظيم كاهش داده و همزمان بخشي از انرژي جريان سيال را به انرژي الكتريكي تبديل مي¬كند. اين عمل با تغيير جريان الكتريكي مدار برداشت كننده انرژي مجهز به مقاومت متغير بگونه¬اي انجام مي¬شود كه نيروي خروجي ميراگر نيروي محاسبه شده توسط الگوريتم كنترلي را تعقيب نمايد. در بخش پاياني رساله، از نوسانات چرخشي اجباري استوانه به منظور كاهش ارتعاشات عرضي آن در قالب يك سيستم كنترل فعال VIV حلقه بسته استفاده مي¬شود. در اين روش، كنترل كننده تناسبي ميزان نوسانات چرخشي استوانه را صرفاً بر اساس سيگنال بازخورد ضريب برآي استوانه محاسبه كرده، كه اين نوسانات مي¬تواند از پديده تطابق (تشديد) فركانسي برمبناي تغيير فركانس جدايش گردابه¬ها جلوگيري نمايد. در نهايت به منظور كاهش دامنه ضرايب برآ و پساي استوانه هنگاميكه كنترل كننده بطور ناگهاني روشن مي¬شود و دامنه ارتعاشات استوانه به بيشترين مقدار خود رسيده¬ است، از يك سيستم فازي براي تنظيم بهره كنترلي استفاده مي¬شود. براي اعمال استراتژي¬هاي فوق¬الذكر، شبيه سازي مشترك با ارتباط برخط و همزمان اجزاي مختلف سيستم¬هاي كنترلي بكارگرفته شده (AFSMC، ابزار كنترليEM، مقاومت الكتريكي متغير، سيستم تنظيم فازي، و مدارهاي برداشت انرژي غيرفعال، فعال و نيمه فعال) كه در متلب/سيمولينك ايجاد شده به مدل سيستم تحت كنترل كه در فلوئنت ساخته شده، انجام مي¬شود.

190005

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر سيد محمد هاشمي نژاد