آقای امیرحسین ربیعی دانشجوی دکتری جناب آقای دکتر هاشمی نژاد روز چهارشنبه 96/04/14 از رساله دکتری خود تحت عنوان "کنترل هوشمند ارتعاشات ناشی از جریان عدد رینولدز پایین بر روی یک استوانه الاستیک با قابلیت برداشت انرژی" دفاع خواهد کرد. این جلسه ساعت 18 روز چهارشنبه در آمفی تاتر دانشکده مهندسی مکانیک برگزار خواهد شد.

 چکیده:

هدف اصلی رساله حاضر اعمال استراتژی­های مختلف کنترلی هوشمند فعال و نیمه فعال جهت کاهش دامنه ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه­ها (VIV) در جریان عدد رینولدز پائین از روی یک استوانه با تکیه­گاه الاستیک در قالب یک برنامه نظام­مند شبیه سازی مشترک در حوزه زمان می باشد. همچنین، امکان برداشت همزمان انرژی توسط ابزار کنترلی دومنظوره الکترومغناطیسی (EM) نیز مطالعه می­گردد. در گام اول، با اعمال مستقیم نیروی کنترلی عرضی بر مبنای استراتژی کنترلی هوشمند فازی-لغزشی-تطبیقی (AFSMC)، ارتعاشات ناشی از جریان بر روی استوانه الاستیک (2dof) که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می­کند، بصورت فعال کنترل می­گردد.بخش فازی کنترل کننده AFSM به گونه­ای طراحی می­شود که رفتار کنترل کننده مد لغزشی را دنبال کند در حالیکه بخش مقاوم آن اختلاف بین کنترل کننده فازی و حالت ایده­آل را جبران می­کند. همچنین، پارامترهای سیستم فازی و کران عدم قطعیت­های کنترل مقاوم توسط قوانین تطبیقی بصورت همزمان تنظیم می­گردند.  با توجه به اینکه در استراتژی کنترلی فعال نیاز به منبع انرژی خارجی جهت تولید نیروی کنترلی می­باشد، در گام دوم رساله یک سیستم برداشت انرژی فعال (خودشارژشونده)، که نیروی کنترلی در آن با بهره­گیری از انرژی احیا شده توسط ابزار کنترلی EM تولید می­گردد، به منظور کاهش ارتعاشات استوانه دو درجه آزادی بکار گرفته می­شود. در این سیستم،ابتدا کنترل کننده نیروی مطلوب عملگر برای کاهش VIV را محاسبه می کند. سپس جریان الکتریکی در مدار بگونه­ای گردش می­یابد که نیروی خروجی ابزار کنترلی EM، نیروی مطلوب عملگر را تعقیب کند. ابزار کنترلی EM در بازه­ای از زمان نقش برداشت کننده انرژی را داشته و انرژی VIV را در خازن ذخیره می­کند؛ در حالیکه در بازه­ای دیگر مبدل به عملگر تغییر وضعیت پیدا کرده و بدین ترتیب انرژی ذخیره شده جهت اعمال نیروی کنترلی به سیستم برگردانده می­شود. همچنین به منظور مقایسه، یک سیستم برداشت انرژی غیرفعال که با تنظیم مقاومت الکتریکی مصالحه مناسب بین کاهش ارتعاشات استوانه و انرژی برداشت شده برقرار می کند، در نظر گرفته می­شود. متعاقباً، با توجه به امکان ناپایداری سیستم به دلیل تزریق مستقیم انرژی مکانیکی به استوانه در استراتژی کنترلی فعال، در گام سوم رساله یک سیستم برداشت انرژی نیمه فعال توسعه داده و بررسی می­شود. در این سیستم نیمه فعال، که از مزایای سیستم­های کنترل غیرفعال و فعال بصورت همزمان بهره می­گیرد، ابتدا کنترل کننده هوشمند ­AFSM نیروی کنترلی مناسب برای کاهش ارتعاشات عرضی استوانه رامحاسبه می­کند. سپس میراگر EM، ارتعاشات عرضی استوانه را با وارد نمودن نیروی میرایی هوشمند قابل تنظیم کاهش داده و همزمان بخشی از انرژی جریان سیال را به انرژی الکتریکی تبدیل می­کند. این عمل با تغییر جریان الکتریکی مدار برداشت کننده انرژی مجهز به مقاومت متغیر بگونه­ای انجام می­شود که نیروی خروجی میراگر نیروی محاسبه شده توسط الگوریتم کنترلی را تعقیب نماید. در بخش پایانی رساله، از نوسانات چرخشی اجباری استوانه به منظور کاهش ارتعاشات عرضی آن در قالب یک سیستم کنترل فعال VIV حلقه بسته استفاده می­شود. در این روش، کنترل کننده تناسبی میزان نوسانات چرخشی استوانه را صرفاً بر اساس سیگنال بازخورد ضریب برآی استوانه محاسبه کرده، که این نوسانات می­تواند از پدیده تطابق (تشدید) فرکانسی برمبنای تغییر فرکانس جدایش گردابه­ها جلوگیری نماید. همچنین به منظور مقایسه، یک سیستم کنترل فعال حلقه باز، که در آن برای سرعت­های کاهش یافته منتخب در ناحیه قفل شدگی مقادیر نرخ چرخش و نسبت فرکانسی نوسانات استوانه بصورت دستی تنظیم می­شوند، ارائه می­گردد. در نهایت به منظور کاهش دامنه ضرایب برآ و پسای استوانه هنگامیکه کنترل کننده بطور ناگهانی روشن می­شود و دامنه ارتعاشات استوانه به بیشترین مقدار خود رسیده­ است، از یک سیستم فازی برای تنظیم بهره کنترلی استفاده می­شود.  برای اعمال استراتژی­های فوق­الذکر، شبیه سازی مشترک با ارتباط برخط و همزمان اجزای مختلف سیستم­های کنترلی بکارگرفته شده (AFSMC، ابزار کنترلیEM، مقاومت الکتریکی متغیر، سیستم تنظیم فازی، و مدارهای برداشت انرژی غیرفعال، فعال و نیمه فعال) که در متلب/سیمولینک ایجاد شده به مدل سیستم تحت کنترل که در فلوئنت ساخته شده، انجام می­شود.

لغات کلیدی: کنترل فعال/ نیمه فعال VIV، برداشت کننده انرژی، ارتعاشات ناشی از جریان، استوانه با تکیه­گاه الاستیک، استراتژی فازی-لغزشی-تطبیقی، میراگر/ عملگر الکترومغناطیسی، تعامل جریان- سازه، شبیه سازی مشترک، نوسانات چرخشی استوانه، قفل شدگی فرکانسی.