به منظور ارائه نمایش دقیق‌تری از وجود رژیم لغزشی برای مبدل DCبهDC کاهنده، و با مشتق گیری از رابطه (۴ ـ ۵) داریم:

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

با جایگذاری رابطه ۴ ـ ۳ در رابطه (۴ ـ ۹) داریم

از رابطه (۱ ـ ۵) شرط وجود برای رژیم لغزشی به صورت زیر حاصل می‌گردد.

با بهره گرفتن از روابط (۴ ـ ۳)، (۴ ـ ۶) و (۴ ـ ۷) داریم: (به پیوست الف- ۷مراجعه شود)

معادله=۰ _۱(x)λ=۰ , _۲(x)λ و خط با شیب یکسان در طرح فاز که به ترتیب از نقاط ) –V_ref,0 (و (v_in-v_ref,0)می‌گذرد را مشخص می‌کند.
نواحی وجود مد لغزشی به ازای c₁>1/R_Lcدر شکل (۴ ـ ۴) و به ازای c₁<1/R_Lcدر شکل (۴ ـ ۵) نشان داده شده است.

شکل ۴ ـ ۴: ناحیه وجود مدلغزشی و در طرح فاز وقتیc₁>1/R_Lc که مرزهای این ناحیه توسط معادله (۴ ـ ۱۲) تعیین می‌گردد (A) نقطه پایان خط مسیرها را وقتی که کلید روشن باشد و نقطه (B) نقطه پایان خط مسیرها را وقتی که کلید خاموش باشد، نشان می‌دهد.

شکل ۴ ـ۵: ناحیه وجود مد لغزشی در طرح فاز وقتیc₁<1/R_Lc. مرزهای این ناحیه به وسیله معادله (۴ ـ ۱۲) تعیین می‌گردد. نقطه (A) نقطه پایان خط مسیرها راوقتی که کلید روشن باشد و نقطه (B) نقطه پایان خط مسیرها را وقتی که کلید خاموش باشد، نشان می‌دهد.
می‌توان مشاهده کرد وقتی که مقدار C₁افزایش یابد منجر به کاهش ناحیه وجود مد لغزشی می‌شود (ضریب خط لغزش (C₁ پاسخ دینامیکی سیستم در مد لغزشی را نیز تعیین می‌کند. مطابق با معادله (۴ ـ ۶) پاسخ دینامیکی سیستم از مرتبه یک با ضریب زمانیC=1/C₁ می‌باشد. بنابراین سرعت بالای پاسخ یعنی ناحیه وجود مد لغزشی را کاهش می‌دهد و سبب ایجاد جهش و یا نوسان در پاسخ گذاری سیستم گردد. پاسخ زمانی ولتاژ خروجی و جریان سلف به ازای مقادیر مختلف C₁ به ترتیب در شکل ۴ ـ‌۶ و ۴ ـ ۷نشان داده شده است که در آنK=C₁R_LC می‌باشد.
مدل شبیه سازی در شکل پیوست ۳-۸ آورده شده است. همان طور که در این شکل دیده می‌شود به ازایK=1 هم ولتاژ خروجی و هم جریان سلف در ابتدا دارای جهش نمی‌باشند.

شکل ۴ ـ‌۶: پاسخ زمانی ولتاژ خروجی به ازای مقادیر مختلف K که در آنK=C₁R_LC می‌باشد. همان طور که مشاهده می‌گردد با افزایش K مقدار جهش و نوسان افزایش می‌یابد.

شکل ۴ ـ ۷: پاسخ زمانی جریان سلف به ازای مقادیر مختلف K که در آنK=C₁R_LC می‌باشد. مثل ولتاژ خروجی اینجا هم با افزایش مقدار K مقدار جهش و نوسان افزایش می‌یابد.

شکل(۴-۸): پاسخ زمانی ولتاژ خروجی PID.( برحسب میلی ثانیه)

شکل(۴-۹): پاسخ زمانی ولتاژ خروجی SMC. ( برحسب میلی ثانیه)

شکل(۴-۱۰): پاسخ زمانی ولتاژ خروجی PID,SMC. ( برحسب میلی ثانیه)
شکل(۴-۱۱): پاسخ زمانی ولتاژ خروجی SMCکه در زمان T=3میلی ثانیه بار تغییر پیدا کرده ولی همجنان خروجی مقاوم است.
۴ ـ ۲- خلاصه
یک تاریخچه مختصر SMC با یک خلاصه کوتاه از تحقیقات اولیه انجام شده داده شد. تئوری SMC با جزئیات شرح داده شدت. تحقیقات و کاربردهای SMC در سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی به طور مختصر مورد بررسی قرار گرفت. تئوری SMC استفاده شده در مبدل DCبه DC باک با جزئیات ارائه شد. تحقیقات انجام شده در زمینه کاربرد SMC در منابع تغذیه سوئیچینگ و دستاوردهای حاصله نیز در یک بخش جداگانه مورد بررسی قرار گرفت.
فصل پنجم
نتیجه گیری و کارهای آینده
۵-۱ ـ نتیجه گیری
دراین بخش نتایج اصلی مربوط به این پایان نامه خلاصه شده است. هدف اصلی کار پیاده سازی دو روش کنترلی مختلف یعنی کنترل PID و SMC بر روی مبدل‌های غیر ایزوله است
در فصل اول چارچوب اصلی کار تعیین شده و به صورت خلاصه کار صورت گرفته در هر فصل توضیح داده شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در فصل دوم جزئیات مفصل و طبقه بندی منابع تغذیه سوئیچینگ ارائه گردید. همچنین در این فصل به کمک معادلات ریاضی، مقدار اندوکتانس بحرانی برای مبدل‌های DC بهDC غیر ایزوله به طور خلاصه تعیین گردید.
درفصل سوم روش های کنترلی مختلف را که برای کنترل منابع تغذیه سوئیچ شده مورد استفاده قرار می‌گیرند، توضیح داده شده است. مزیت‌ها و نقاط ضعف هر روش کنترلی نشان داده شد. در فصل چهارم تجزیه و تحلیل دقیقی در راقبطه با تئوری SMC وهمچنین بررسی تحقیقات گذشته در کاربردهای مکانیکی و الکتریکی ارائه شده است. دلیل انتخاب SMC به عنوان یک روش کنترلی برای منابع تغذیه سوئیچ شده ارائه گردید.در نهایت روش SMC بر روی مبدل DCبهDC کاهنده پیاده سازی شده است.
در انتها، مقایسه تاثیرات کنترل خطی و مد لغزشی بر روی پاسخ حالت ماندگار مبدل باک تحت نوسانات خطی، نوسانات بار و تغییرات قطعات مختلف انجام شده است.
در این پایان نامه نشان داده شده است که، در مقایسه با کنترل خطی، روش مد لغزشی پاسخ حالت ماندگار بهتر، پاسخ دینامیکی بهتر، تداخل امواج الکترو مغناطیس کمتر و مقاومت بیشتر در مقابل اغتشاشات احتمالی سیستم را فراهم می­ کند.
در این پایان نامه، کنترل کننده مقاوم فرکانس متغییر به منظور تنظیم ولتاژ خروجی برشگرهای الکترونیک قدرت ارائه شده است. اساساً استفاده از روش های کنترل مقاوم در برشگرهای الکترونیک قدرت موضوع جدیدی می باشد. همچنین تلاش می شود که با لحاظ نمودن تاثیر المانهای پارازیتی در مدل فضای حالت متوسط گیری شده سیستم کنترلی، پاسخ قابل قبولی از کنترل کننده طراحی شده در یک محدوده وسیعی از تغییرات مقادیر بار و ولتاژ ورودی مبدل دریافت کرد.
۵-۲ پیشنهاداتی برای ادامه ی کار تحقیقاتی
در سالهای اخیر ،روش SMC برای منابع تغذیه سوییچینگ به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است .در تعدادی از این تحقیقات ، نشان داده شده است که روش SMC روش کنترلی مناسبی در مقایسه با سایر روش های کنترلی است.
پیشنهاد می شود که تحقیقات مقایسه ای بیشتری بر رویSMC و سایر روش های کنترلی پیشرفته مانندروشهای تطبیقی ، فازی، عصبی و…نیز انجام شود.همچنین پیاده سازی عملی این روشها ی کنترلی بر روی مبدل های DCبهDC ایزوله و غیر ایزوله مفید است .
همچنین تحقیقات بیشتری در رابطه با پیاده سازی روشSMCبر روی مبدل های رزونانسی (شامل ZVS وZCS)نیز می تواند انجام گیرد . یک زمینه ی تحقیقاتی دیگر ، مطالعه ی مقایسه ای بازده مبدل DCبه DCو رزونانسی به هنگام پیاده سازی روشSMC می باشد.
پیوست‌ها
پیوست الف (معادلات ریاضی)
پیوست الف-۱
برای اثبات اینکه در شرایط CCM بدترین حالت هنگام انتخابL_CriticaL برای یک توان خروجی مینیمم و یک ولتاژ ورودی ماکزیمم اتفاق می‌افتد، به معادله ۱۲-۲ که دوباره در زیر نوشته شده است، مراجعه شده است:

با جابجایی عبارات داریم:

که منجر می‌شود به

از معادله ۵ ـ ۲ و به منظور اینکه حالت CCM اتفاق بیفتد داریم

از معادله (.۱-۳)، بیشترین مقدارL_CriticaL وقتی اتفاق می‌افتد که P_O در مینیمم خودش وV_in در مقدار ماکزیمم خودش باشد، که این حالت به عنوان بدترین حالت تلقی می‌شود.

۳۱/۰

۵۹/۰

۶۲/۰

۷۰/۰

*

۱۳/۱

۱۲/۱

ROP_17

۷۴۱/۲۶

I₁₉

ROP_17

۲۶/۰

۵۲/۰

۵۵/۰

۶۱/۰

۸۸/۰

*

۹۹/۰

ROP_18

۹۹/۲۶

I₂₀

ROP_18

۲۷/۰

۵۳/۰

۵۶/۰

۶۲/۰

۸۹/۰

۰۰۹/۱

*

نتایج جدول ۴-۳۰ نیز، با نتایج جدول ۴-۲۹ هماهنگ است. تنها تفاوت آنها وارد شدن عامل تعادل محتوایی است. از آنجا که اندازه‌ی خزانه‌های این مرحله با مراحل قبل متفاوت است، مقایسه‌ی نتایج این دو جدول غیر ممکن است. تنها نتیجه‌ای که در اینجا نیز به چشم می‌خورد این است که، عامل S-H استفاده از خزانه را متعادل‌تر می‌کند.
فصل پنجم
بحث و نتیجه‌گیری
بحث و نتیجه ­گیری
مقدمه
شش مولفه‌ی عمده‌ی CAT که عبارتند از: خزانه‌ی سؤال، شیوه‌ی انتخاب سؤال، شیوه‌ی نمره‌دهی یا برآورد توانایی، قاعده‌ی اتمام آزمون (ریکیسی، ۱۹۸۹)، کنترل مواجهه سؤال و تعادل محتوایی (برگستروم و لانز، ۱۹۹۹)، بر روی نحوه‌ی طراحی الگوریتم‌های CAT تاثیر فزاینده‌ای دارند. مفهوم خزانه‌ی سؤال یکی از مولفه‌های جالب توجه مرتبط به CAT می‌باشد که مطالب محدودی در مورد آن وجود دارد. با‌ این‌وجود، می‌دانیم که ویژگی‌های جذاب روان سنجی CAT، در صورتی تحقق می‌یابد که سؤالات آزمونی که برای اجرا به کار می‌روند مناسب باشند (ریکیسی، ۲۰۱۰). مولفه‌ی خزانه‌ی سؤال بهینه باید بر اساس مولفه‌های دیگر CAT یعنی، طول آزمون، توزیع مورد انتظار جامعه‌ی آزمودنی، برآورد توانایی و شیوه‌ی انتخاب سؤال، نرخ‌های همپوشی و مواجهه هدف سؤال طراحی شود (برگستروم و لانز، ۱۹۹۹). به عبارت دیگر، سنجش انطباقی کامپیوتری به خزانه‌ی سؤالی نیاز دارد که به‌خوبی طراحی شده باشد، و شامل تعداد مناسبی از سؤالات برای ساخت آزمون‌های مجزا یا فردی^[۲۲۰] باشد، که با سطوح توانایی آزمودنی‌ها مطابقت داشته باشد. همچنین، یک خزانه‌ی سؤال بهینه باید شامل سؤالاتی باشد که از لحاظ محتوایی تعادل داشته ‌باشند و هزینه‌ی ساخت سؤال را کاهش دهد (گو، ۲۰۰۷). بنابراین، هدف اصلی این پژوهش، بررسی خزانه‌ی سؤال به عنوان یکی از مولفه‌ای مهم در حوزه‌ی تحقیقاتی سنجش انطباقی کامپیوتری بود، حوزه‌ای که تحقیقات اندکی در مورد آن وجود دارد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در این فصل ابتدا، تعریف خلاصه‌ای از “بهینه‌گی” در طراحی خزانه‌ی سؤال را ارائه می‌کنیم و در مورد این‌که چگونه در این مطالعه به‌طور موفقیت آمیزی ملاک‌های بهینه بودن برقرار شد، بحث خواهیم کرد. در مرحله‌ی دوم، رویکرد ریکیسی را در مقابل رویکرد برنامه‌نویسی ریاضی بررسی کرده و تلفیقی که از این دو رویکرد در مورد ساخت خزانه‌های سؤال و نگهداری از خزانه‌ها را به همراه نتایجی که در پژوهش حاضر به آن رسیدیم را بررسی خواهیم کرد. در مرحله‌ی سوم، سؤالات تحقیق مطرح شده و بر اساس نتایج به‌دست آمده، پاسخ هر یک از آنها ارائه خواهد شد. در مرحله چهارم، تلویحاتی که از نتایج این پژوهش بدست آمده است، مورد بررسی قرار می‌گیرد و در پایان محدودیت‌های این مطالعه و پیشنهادات پژوهشی برای آینده را بحث خواهیم کرد.
تعریف بهینه بودن
در این پژوهش، از رویکرد اکتشافی برای ایجاد خزانه‌ی سؤال بهینه برای CAT و با بهره گرفتن از روش انتخاب سؤال WDM در تعیین محتواهای سؤالات استفاده شد. در پایان دوازده الگوی طراحی خزانه‌ی سؤال به عنوان محصول نهایی رویکرد اکتشافی و شش الگو به عنوان محصول نهایی ترکیب دو رویکرد اکتشافی و برنامه‌نویسی ریاضی ایجاد شد، که می‌تواند ویژگی‌های آماری (روان‌سنجی) و غیر آماری سؤال‌های مورد نیاز در خزانه را توصیف ‌کند. این الگوها اطلاعات مهمی در مورد ویژگی‌های خزانه‌های بهینه‌ی سؤال آشکار می‌کنند. این اطلاعات شامل: توزیع پارامترهای سؤالات، شاخص‌های آماری پارامترهای خزانه‌ها، نحوه‌ی عملکرد این خزانه‌ها در اجرای شبیه‌سازی شده‌ی CAT، میزان تخطی از قیود محتوایی برای آزمون‌هایی که از این خزانه‌ها ساخته می‌شود و در پایان اندازه‌ی خزانه سؤال می‌باشد. در این پژوهش، از طریق سه روش متفاوت (R، MRP، MTI) پارامترهای بهینه سؤال، شبیه‌سازی شدند. مک‌برید و وایس، (۱۹۷۷) از روش R، و P برای پیش‌بینی و برآورد پارامترهای سؤالات، بر اساس نظریه‌ی IRT در آزمون‌های غیر CAT استفاده کردند. گو و ریکیسی (۲۰۰۷) از دو روش P و MTI برای طراحی پارامترهای بهینه خزانه‌ی سؤال در CAT استفاده کردند. همچنین، هی و ریکیسی (۲۰۱۰)، نیز از سه روش R، MRP، MTI با در نظر گرفتن پهناهای متفاوت b-bin و تغییرات آگاهی که سؤال ایجاد می‌کند، استفاده کردند، امّا، هیچ پژوهشی تعامل این روش‌ها را با شیوه‌های کنترل مواجهه‌ سؤال و ایجاد تعادل محتوایی مورد بررسی قرار نداده است. در مجموع، تا به امروز پژوهشی که بتواند به تمام جنبه‌های طراحی یک خزانه‌ی سؤال بهینه برای بهبود عملکرد سنجش انطباقی کامپیوتری توجه کند، به چشم نخورده است. در این پژوهش ما برای طراحی خزانه‌های سؤال “ایده‌آل” یا “کامل”، برای CAT، از تلفیق دو رویکرد مهم و شناخته شده‌ی اکتشافی و برنامه‌نویسی ریاضی در ساخت خزانه‎‌های سؤال استفاده کردیم. همچنین، با کنترل و دستکاری متغیرهای اساسی که بر عملکرد خزانه‌ها تاثیر می‌گذارد، مدل‌های مختلفی ایجاد کردیم که نتایج آنها در فصل چهارم بیان شد. در این پژوهش با دستکاری چهار عامل: روش ایجاد سؤال بهینه (R، MRP، MTI)، پهنای b-bin (2/0 و ۴/۰)، کنترل یا عدم کنترل مواجهه‌ بیش از حد سؤال با روش سیمپسون-هتر (S-H) و ایجاد یا عدم ایجاد تعادل محتوایی برای اجرای CAT، ۱۸ مدل طراحی خزانه‌ی سؤال بهینه (ROP_1, ROP_2, ROP_3, …., ROP_18) ایجاد شد.
همه‌ی خزانه‌های سؤال بهینه‌ای که در این پژوهش طراحی شد، صرف‌نظر از عواملی چون کنترل مواجهه، تعادل محتوایی، روش ایجاد سؤال بهینه و پهنای b-bin، عملکرد بهتری نسبت به خزانه‌های عملیاتی داشتند. دلیل این امر این است که، در مجموع، الگوهای خزانه‌ی سؤال بهینه در جستجوی مطلوب‌ترین و مناسب‌ترین ترکیب سؤالات برای تشکیل یک خزانه‌ی سؤالی هستند که از طریق آن بتوان تعداد زیادی از تست‌های انطباقی را سرهم کرد. با این وجود، در دنیای واقعی خزانه‌ی سؤالی وجود ندارد که به طور مطلقی بهینه باشد، زیرا به تعداد عوامل و ترکیب‌های متفاوتی از سؤالات موجود در خزانه محدود می‌شود. این دلایل باعث می‌شود که هریک از این نوع خزانه‌ها دارای صحت و دقت اندازه‌گیری متفاوتی باشند و هریک از لحاظ بهینه بودن کاملاً از یکدیگر متفاوت باشند. بنابراین، خزانه‌های بهینه ممکن است هر یک از لحاظ مولفه‌ای بهینه باشند. امّا، در کل، هدف کلی برای الگوهای خزانه‌ی سؤال بهینه این است که دارای سه ملاک مهم باشند که توسط وندرلیندن (۱۹۹۹) ارائه شده است:
ملاک اول: خزانه‌ی سؤال به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد تا این اجازه را به ما بدهد تا چندین هزار خرده آزمون همپوش از سؤالات آن استخراج کنیم.
ملاک دوم: خزانه‌ی سؤال شامل سؤالاتی باشد که دارای دامنه‌ی کاملی از سطح دشواری سؤال در ارتباط با جمعیت موردنظری که آزمون برای آنها طراحی می‌شود، باشد.
ملاک سوم: خزانه‌ی سؤال شامل ترکیب مناسبی از سؤالاتی با ضرایب تشخیص بالا و پایین باشد تا در حالی که ضرورت‌های مربوط به دقت اندازه‌گیری تست را برآورده می‌کند، هزینه‌ی طراحی سؤال را به حداقل برساند.
برقرار کردن ملاک اول در کل و در این مطالعه زیاد دشوار نیست، زیرا حداقل اندازه‌ی خزانه می‌تواند به عنوان طول تست تقسیم بر نرخ مواجهه‌ هدف، تفسیر شود. حال اگر نرخ مواجهه برابر با یک باشد، یعنی، هیچ عامل کنترل‌گر نرخ مواجهه در شبیه‌سازی وارد نشده است و اندازه‌ی سؤال کمتر از زمانی می‌شود که این عامل وارد می‌شود. در کل توصیه‌هایی در مورد اندازه‌ی خزانه‌ی سؤال در ادبیات تحقیق وجود دارد که ضمن بررسی آنها، نتایج پژوهش حاضر را با آنها مقایسه می‌کنیم:
استوکینگ (۱۹۹۴)، مباحث متنوعی در مورد اندازه‌ی خزانه‌ی سؤال در مورد آزمون‌های ورودی سرنوشت ساز که به شکل CAT اجرا می‌شود، مطرح کرد. استوکینگ با بررسی تجربی خود بر روی پنج خزانه‌ی سؤال عملیاتی برای پنج آزمون با طول ثابت CAT یک قاعده‌ی سرانگشتی^[۲۲۱] ارائه کرد. این قاعده بیان می‌کرد که یک خزانه‌ی سؤال CAT برای آزمون‌های سرنوشت ساز، ۱۲ برابر طول آزمون CAT باشد. وای^[۲۲۲] (۱۹۹۸) این قاعده‌ی سرانگشتی را به عنوان یک “توصیه محتاطانه^[۲۲۳]” (ص ۲۳) و یک “راهنمای با ارزش^[۲۲۴]” (ص، ۲۴) تفسیر کرد. همچنین، استوکینگ، به این نتیجه نیز رسید که حدود ۶ تا ۸ فرم نهایی از یک آزمون مداد-کاغذی موجود، برای ساخت یک خزانه‌ی سؤال CAT کافی است. همچنان که در فصل چهارم مشاهده کردیم، همه‌ی ROP هایی که در این مطالعه از طریق روش bin-and-union ایجاد شدند، انداز‌های خزانه‌ی سؤال آنها از ۱۱۳ تا ۲۸۴ سؤال، در خزانه‌هایی که بدون کنترل مواجهه ساخته شده بودند و از ۱۷۳ تا ۳۱۴ در خزانه‌هایی که با کنترل مواجهه ساخته شد، بود. در این مطالعه، تنها خزانه‌های سؤالی که با روش R ایجاد شده بودند، بیشتر از ۲۴۰ ( )، سؤال داشتند. در مورد خزانه‌هایی که با تعادل محتوایی ساخته شدند نیز اندازه‌ی خزانه‌های سؤال از ۴۹۶ تا ۶۹۹ در نوسان بود، هیچکدام از خزانه‌ها بیشتر از ۷۲۰ ( ) سؤال نداشتند. در این مطالعه زمانی‌که نسبت اندازه‌ی خزانه‌ی سؤال بر طول تست (یعنی، ۲۰ و ۶۰ ) تقسیم می‌شود، مشاهده می‌شود که نسبت‌ها بین ۶ تا ۱۲ برای ۱۴ مورد از ROPها و برای ۴ مورد دیگر بین ۱۲ تا ۱۶ بود. بنابراین، به عبارت دیگر، روش bin-and-union به اندازه‌ی زیادی با توصیه‌ی استوکینگ برای ساخت یک خزانه‌ی سؤال با اندازه‌ی کافی برای یک برنامه‌ی CAT سازگار است. این نتایج نشان می‌دهد که ملاک اولی که وندرلیندن در مورد خزانه‌های سؤال بهینه مطرح کرد، در مورد خزانه‌های سؤال بهینه در پژوهش حاضر برقرار است.

شکل ۳-۷- (الف) اثرات P-δ، (ب)اثرات P-D ……………………………………………………………………41
شکل ۳-۸- بردار ضریب تاثیر هنگام اعمال زلزله در جهت X …………………………………………..44
شکل ۳-۹- قاب مهاربندی شده ۴ طبقه و ۳ دهانه……………………………………………………………….۴۷
شکل ۳-۱۰- تغییر شکل نهایی سازه توسط SAP2000……………………………………………………….49
شکل ۳-۱۱- تغییر شکل نهایی سازه توسط برنامه نوشته شده در MATLAB ………………….49
شکل ۳-۱۲- مود اول سازه توسط SAP2000………………………………………………………………………50
شکل ۳-۱۳- مود اول سازه توسط برنامه نوشته شده در محیط MATLAB……………………….50
شکل ۳-۱۴- انواع فرزندان……………………………………………………………………………………………………..۵۵
شکل ۴-۱- طیف شبه شتاب مؤلفه افقی زلزله السنترو (El Centro) ………………………………….63
شکل ۴-۲- قاب مهاربندی شده ۴ طبقه و ۳ دهانه و گروهبندی اعضای آن …………………….۶۳
شکل ۴-۳- قاب خمشی ۴ طبقه و ۳ دهانه و گروهبندی اعضای آن………………………………….۶۳
شکل ۴-۴- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L ………………………………….64
شکل ۴-۵- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………….65
شکل ۴-۶- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L ………………………….66
شکل ۴-۷- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………….66
شکل ۴-۸- قاب مهاربندی شده ۱۰ طبقه و ۵ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………۶۹
شکل ۴-۹- قاب خمشی ۱۰ طبقه و ۵ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………………….۶۹
شکل ۴-۱۰- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………70
شکل ۴-۱۱- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………..71
شکل ۴-۱۲- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری D+L…………………………72
شکل ۴-۱۳- تابع هدف (وزن) در برابر تولید نسل، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)………….72
شکل ۴-۱۴- قاب مهاربندی شده ۱۸ طبقه و ۷ دهانه و گروهبندی اعضای آن…………………۷۵
شکل ۴-۱۵- قاب خمشی ۱۸ طبقه و ۷ دهانه و گروهبندی اعضای آن……………………………..۷۵
شکل ۴-۱۶- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری D+L…………………………………76
شکل ۴-۱۷- تابع هدف (وزن) در برابر تکرار، تحت بارگذاری ۰.۷۵ (D+L+E)…………………..77
فصل اول
مقدمه
۱-۱-زمینه تحقیق
منظور از بهینه­سازی^[۱]در مهندسی عمران یافتن طرحی برای سازه است که ضمن رعایت ضوابط فنی، حداقل هزینه اقتصادی را داشته باشد. قابهای ساختمانی معمول­ترین سازه­های مهندسی عمران می­باشند. بنابراین، بهینه­سازی این نوع سازه­ها کمک بزرگی از نظراقتصادی خواهدبود. طراحی بهینه قاب­های ساختمانی بصورت گسترده در دهه­ ۶۰ میلادی مورد مطالعه قرار گرفت؛ زیرا یافتن پاسخ بهینه بصورت تحلیلی، تنها برای قاب­های ساده و منظم امکان­ پذیر است. از دهه ۸۰ میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی کامپیوتر، روش­ها و برنامه ­های کامپیوتری زیادی در زمینه بهینه­سازی سازه­های واقعی، تحت قیود طراحی عملی^[۲]، ارائه شده است ]۱[. از آنجا که روش منحصر به فردی برای حل بهینه تمامی مسائل بهینه­سازی وجود ندارد، از اینرو روش­های متعددی برای حل مسائل بهینه­سازی توسعه یافته است ]۲[. در حالت کلی، روش­های بهینه­سازی مورد استفاده در مهندسی را می­توان به دو دسته متمایز تقسیم نمود:

الف) گرادیانی^[۳]
ب) اکتشافی^[۴]
از مشهورترین روش­های بهینه­سازی گرادیانی می­توان به روش­های برنامه­ ریزی خطی (LP)^[5]، برنامه­ ریزی مرتبه دوم (QP)^[6] و برنامه­ ریزی غیرخطی (NLP)^[7] و از روش­های اکتشافی نیز می­توان به روش­های الگوریتم ژنتیکی (GA)^[8]، شبیه­سازی بازپخت (SA)^[9]، بهینه­سازی هجوم ذرات (PSO)^[10] و بهینه­سازی فازی (FO)^[11] اشاره نمود. در بهینه­سازی گرادیانی، بدست آوردن جواب بهینه نیازمند محاسبه گرادیان­ها و تحلیل حساسیت^[۱۲] است. روش­های تحلیل حساسیت در شکل ۱-۱ آورده شده ­اند.
شکل ۱-۱- رویکردهای مختلف برای تحلیل حساسیت ]۳[
علاوه بر مشکلات موجود در زمینه انتخاب روش بهینه­سازی و نحوه تحلیل حساسیت، نحوه اعمال بار لرزه­ای نیز از عوامل مهم موجود در مساله بهینه­سازی می­باشد. بطور کلی بار ناشی از زلزله را می­توان به سه طریق بر سازه اعمال نمود:
الف. استاتیکی معادل (ESL)^[13]
ب. تحلیل طیف پاسخ (RSA)^[14]
پ. تحلیل تاریخچه زمانی (THA)^[15]
در این تحقیق به بهینه­سازی قاب­های مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی، تحت بارهای ثقلی و لرزه­ای، با بهره گرفتن از روش برنامه­ ریزی درجه دو متوالی (SQP)^[16]و الگوریتم ژنتیکی (GA) پرداخته شده است. بار ناشی از زلزله نیز مستقیما با بهره گرفتن از روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) بر روی سازه اعمال می­ شود. در انتها نتایج حاصل از اعمال این روش­ها بر روی قاب­های ۴، ۱۰ و ۱۸ طبقه مهاربندی شده و مهاربندی نشده فولادی با یکدیگر مقایسه و بحث و بررسی­های لازم صورت گرفته است.
۱-۲-فرضیات تحقیق
فرضیات اعمال شده در این تحقیق عبارتند از :
تحلیل الاستیک خطی
چشم­پوشی از اثرات اندرکنش خاک و سازه
استخراج قاب­ها بصورت دو بعدی از کل سازه
چشم­پوشی از ضوابط طراحی لرزه­ای و جزئیات اتصالات
۱-۳-لزوم انجام تحقیق
در مناطق لرزه­خیز مانند کشور ما ایران، نیاز مبرمی به طراحی بهینه سازه­های مقاوم در برابر زلزله می­باشد. طراحی بهینه این سازه­ها نقش بسزایی در کاهش آمار خسارات و تلفات ناشی از زلزله دارد. در اکثر تحقیقات صورت گرفته که در فصل آتی به آنها اشاره می­گردد، فرضیات ساده کننده زیادی مورد استفاده قرار گرفته­اند که در میان آنها می­توان به قاب برشی^[۱۷]، ستون قوی-تیر ضعیف^[۱۸] و غیره اشاره کرد. علاوه بر این فرضیات، هدف بسیاری از تحقیقات سال­های اخیر، مقایسه روش­های بهینه­سازی با یکدیگر و کاهش زمان همگرایی نتایج بوده است. بنابراین لزوم تحقیقی که در آن، بهینه­سازی با بهره گرفتن از قیود طراحی موجود در مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان ایران (۱۳۸۷) و استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش سوم) و اعمال بارگذاری واقعی زلزله انجام شده باشد، به شدت احساس می­ شود.
۱-۴-شیوه تحقیق
برای طراحی یک سازه مقاوم در برابر زلزله، یکی از بهترین روش­های توصیه شده در آیین­ نامه­ های طراحی، روش تحلیل طیف پاسخ (RSA) می­باشد. در این روش، پاسخ­های سازه در محدوده الاستیک خطی می­باشند و برخلاف روش تحلیل تاریخه زمانی، متغیر زمان از پاسخ حذف می­ شود ]۴[. برای انجام این روش، در ابتدا باید تحلیل مودال^[۱۹] صورت گرفته و فرکانس­های طبیعی سازه محاسبه شوند. سپس با بهره گرفتن از طیف طرح، که در آن تمامی فرکانس­های ممکن در مقابل پاسخ­های حداکثر رسم شده ­اند و با بهره گرفتن از روش­ آماری ترکیب مربعی کامل (CQC)^[20]،پاسخ­های حداکثر سازه محاسبه ­شوند. بنابراین تابعی در محیط MATLAB برای تولید طیف پاسخ الاستیک نوشته شده است که طیف جا به ­جایی (Sd)^[21]، شبه سرعت (Spv)^[22] و شبه شتاب (Spa)^[23] زلزله دلخواه را با بهره گرفتن از حل عددی روش خطی نیومارک، برای محدوده دوره تناوب و میرایی دلخواه، محاسبه می­نماید.
بجای استفاده از برنامه ­های تجاری آماده، برنامه­ای در محیط MATLAB نوشته شده است که قادر به انجام تحلیلهای استاتیکی، P-Delta و دینامیکی طیف پاسخ می­باشد. این برنامه بر­اساس روش المان محدود (FEM)^[24] نوشته شده است، برای ایجاد محیطی کاربر پسند، ورودی­های برنامه در فایل پیوست اکسل (Excel) به برنامه معرفی می­شوند. در این فایل باید مختصات گره­ها، شماره المان­ها و گره­های ابتدا و انتهای آن­ها، درجه آزادی هر گره، بارهای متمرکز استاتیکی در هر گره، بارهای یکنواخت بر روی هر المان، مشخصات هر المان که شامل مدول الاستیسیته و جرم مخصوص می­باشند و در انتها شتابنگاشت زلزله مورد نظر و میرایی ثابت سازه، وارد شوند. شکل ۱-۲ فلوچارت برنامه نوشته شده را نشان می­دهد.

نوسان‌ساز LC کلاسیک به همراه منابع نویز آن
همان­طور که در بخش ۲-۷ اشاره شد این نویز­ها را می­توان با یک منبع جریان نویز موازی با المان مورد نظر مدل کرد. در شکل (۲-۴۵) نوسان‌ساز­­­ LC با منابع نویز آن مشاهده می­ شود. با شناسایی منابع نویز موجود در نوسان‌ساز­­­ LC در ادامه به معرفی روش­های کاهش اثر نویز این منابع در تغییر فاز خروجی پرداخته و چند تکنیک ارائه شده در راستای کاهش نویز فاز این نوسان‌ساز­­­ بررسی خواهد شد.

1. 1. روش­های کاهش نویز فاز

در چند سال گذشته تکنیک­های مختلفی برای ارائه نوسان‌ساز­­­هایی با نویز فاز کمینه ارائه شده است [۲۵]-[۴۱]. منابع ایجاد نویز فاز در اسیلاتورها، نویزهای موجود در عناصر الکترونیکی مانند ترانزیستورها و مقاومت­ها هستند. در بین منابع نویز موجود در نوسان‌ساز­­­ LC ترانزیستور دنباله نویز قابل توجهی به نوسان‌ساز­­­ تزریق می­ کند. در راستای کاهش این نویز بعضی طراحان سعی در حذف این منبع جریان داشتند[۲۷] و [۲۶]-[۲۸]. ولی با حذف آن حساسیت نوسان‌ساز­­­ به نویز منبع تغذیه افزایش می­یابد. در طراحی­های زیادی تلاش بر کاهش اثر نویز منبع جریان دنباله می­باشد مانند فیلتر کردن خازنی نویز در ترانزیستور دنباله [۲۵] و [۲۸]، فیلتر کردن نویز با فیلتر LC در دنباله [۲۷] و [۴۰]. یکی از روش­های موثر کاهش اثر نویز ترانزیستورها در فاز خروجی نوسان‌ساز­­­، بهینه کردن فرم جریان آن­ها می­باشد. بسته به وضعیت نوسان‌ساز­­­ نویز ولتاژ یا جریان موجود در اجزای تشکیل دهنده نوسان‌ساز­­­ به نویز در دامنه یا فاز خروجی تبدیل می­ شود [۲۴] و [۲۳].

1. 1. روش فیلترینگ نویز دنباله

روش فیلترینگ نویز]۱۱[ یکی از مهمترین تکنیک ارائه شده برای کاهش نویز فاز نوسان‌ساز­­­های CMOS نوع LC می­باشد. این روش بر پایه­ فیلتر کردن نویز منبع جریان دنباله که از منابع مهم تولید نویز فاز در نوسان‌ساز­­­ LC برشمرده می­ شود، بنا شده است. قبل از ارائه تکنیک فیلتر نویز ابتدا باید نقش منبع جریان دنباله در نوسان‌ساز­­­ LC بررسی شود.

• • نقش منبع جریان دنباله

برای بررسی نقش منبع جریان دنباله در نوسان‌ساز­­­ LC دو حالت را باید درنظر گرفت.
در حالت اول فرض می­ شود منبع جریان واقع در سورس با یک اتصال کوتاه جایگزین شود (شکل (۲-۴۶) (الف)). ابتدا دقت کنید که ساختار نوسان‌ساز­­­ ایجاب می­ کند که ولتاژ دو ترانزیستور هم اندازه با ولتاژ خروجی دیفرانسیلی نوسان‌ساز­­­ اما با علامت مخالف یکدیگر باشند. در لحظه گذر از صفر ولتاژ دیفرانسیلی خروجی، هر دو ترانزیستور در ناحیه اشباع به سر می­برند و هدایت دیفرانسیلی منفی که توسط زوج دیفرانسیل ایجاد می­ شود باعث تحریک و شروع نوسان می­ شود. هنگامی که ولتاژ خروجی نوسان‌ساز­­­ از مقدار عبور می­ کند، ولتاژ یکی از ترانزیستورها از بیشتر شده و در نتیجه وارد ناحیه تریود می­ شود و ولتاژ ترانزیستور دیگر از کمتر شده و عمق قرار گرفتن آن در ناحیه اشباع بیشتر می­ شود. مقدار ( عکس مقاومت ناحیه­ی تریودی ترانزیستور) ترانزیستوری که وارد ناحیه خطی می­ شود متناسب با ولتاژ خروجی شروع به افزایش می­ کند و باعث افزایش تلفات شبکه LC می­ شود. در نیم سیکل بعدی ترانزیستور دیگر باعث ایجاد تلفات در رزناتور می­ شود و در نتیجه می­توان گفت که دو ترانزیستور باعث کاهش ضریب کیفیت متوسط شبکه LC در یک دوره تناوب می­شوند.

الف

ب

نقش منبع جریان. الف: بدون منبع جریان. ب: با منبع جریان ایده­آل بدون نویز
حال فرض کنید منبع جریان مطابق شکل(۲-۴۶ب) در مدار قرار گیرد. در نزدیکی نقاط گذر از صفر هر دو ترانزیستور هدایت کرده و یک مقاومت منفی در دو سر شبکه LC ایجاد می­ شود. با فرض اینکه در حالت تعادل و هنگامی که هر یک از دو ترانزیستور جریان را عبور می­ دهند، مقدار به نحوی انتخاب شود که رابطه برقرار باشد، در این صورت هنگامی که ولتاژ دیفرانسیلی خروجی، یکی از ترانزیستورها را به ناحیه خطی ­برد، ترانزیستور دیگر وارد ناحیه قطع می­ شود. از آنجایی که هیچ جریانی امکان جاری شدن در ترانزیستور واقع در ناحیه خطی را ندارد، این ترانزیستور باعث بار کردن شبکه LC نشده و ضریب کیفیت آن را کاهش نمی­دهد. زوج دیفرانسیل تنها در بازه­های زمانی کوچکی که هر دو ترانزیستور وصل می­باشند، سبب تزریق نویز به شبکه LC می­ شود. به عبارت دیگر می­توان گفت منبع جریان در مدار نوسان‌ساز­­­ دو وظیفه را به صورت هم زمان انجام می­دهد: ایجاد جریان بایاس و فراهم آوردن یک امپدانس بالا به صورت سری با ترانزیستورهای زوج دیفرانسیل. اما در هر مدار متقارن، هارمونیک­های فرد تنها در مسیر دیفرانسیلی می­چرخند و هارمونیک­های زوج امکان جاری شدن در مسیر مود مشترک و گذشتن از رزناتور و سوئیچ ها در مسیر تغذیه تا زمین را پیدا می­ کنند. بنابراین می­توان گفت که منبع جریان باید امپدانس بالایی در فرکانس­های زوج ایجاد نماید که از بین این فرکانس­ها، هارمونیک دوم به علت اندازه بزرگتر از اهمیت بیشتری برخوردار است.

• • تکنیک فیلترینگ نویز

با توجه به توضیحات بیان شده در بخش قبل توجه به دو نکته حائز اهمیت است:

1. 1. فقط نویز حرارتی منیع جریان دنباله اطراف هارمونیک دوم آن در نویز فاز خروجی تاثیر بسزایی دارد.

1. 1. برای جلوگیری از کاهش اثر بارگذاری در لحظاتی که ترانزیستورهای سوئیچ وارد تریود می­شوند، یک امپدانس زیاد در دنباله در هارمونیک دوم نیاز است.

توجه به این نکات باعث ایجاد ایده­ استفاده از یک فیلتر باند باریک به منظور تضعیف مؤلفه­ های مؤثر در ایجاد نویز فاز مربوط به منبع جریان شده است که به طور هم زمان از طریق ایجاد امپدانس بالا مشکلی نیز در مسئله­ بار شدن شبکه­ LC ایجاد نکند]۱۱[ .
بدین منظور همان­طور که در شکل (۲-۴۷الف) مشاهده می­ شود، در قدم اول یک خازن بزرگ به موازات ترانزیستور منبع جریان قرار داده می­ شود تا مؤلفه های نویز واقع در آن را توسط ایجاد یک مسیر با امپدانس کم و اتصال کوتاه کردن آن حذف نماید. این همان کاری است که حاجی­میری پیشنهاد کرد. اما اگر خازن تنها اضافه شود، با وجود مشکل بار شدن شبکه LC ممکن است تأثیر خاصی در بهبودی نویز فاز ایجاد نشود. در نتیجه برای حل این مشکل مطابق شکل(۲-۴۷ب) سلفی بین منبع جریان و سورس ترانزیستورها سری می­ شود. اندوکتانس سلف به­ گونه ­ای انتخاب می­ شود که در فرکانس با کلیه­ خازن­های پارازیتی موجود از سورس ترانزیستورهای زوج دیفرانسیل تا زمین تشدید نماید و در نتیجه یک امپدنس بالا ایجاد نماید. به مجموعه­ خازن و سلف اضافه شده به مدار نوسان‌ساز­­­ فیلتر کاهش نویز گفته می­ شود.

(۲-۱۸)

با مشخص شدن مختصات نقطه M از عضو کوپلری DFM، مختصات این نقطه از مکانیزم که مسیر مسیر مطلوب مسئله را تولید یا طی می­ کند به­ صورت تابعی از زاویه ورودی ، زاویه­ای که عضو مولد OA با محور مختصات می­سازد، تعریف می­ شود که پارامتر­های ابعادی مکانیزم بطور مستقیم یا غیر مستقیم در آن نقش دارند.
فاکتور دیگری که در طراحی مکانیزم­ ها برای ما از اهمیت ویژه برخوردار است و ما از آن هم به عنوان قید مسئله در بهینه­سازی تک­هدفی و هم به عنوان تابع هدف در بهینه سازی چند هدفی استفاده می­کنیم، زاویه انتقال^[۳۸] می­باشد. در حقیقت بهینه­سازی زاویه انتقال به این معنی است که انحراف این زاویه از زاویه ۹۰ درجه به کمینه مقدار یا مینیمم مقدار برسد. هرچقدر این زاویه در طول فرایند حرکت و تولید مسیر به ۹۰ درجه نزدیکتر باشد، انتقال انرژی و گشتاور توسط مکانیزم بهتر صورت می­پذیرد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در مکانیزم شش میله­ای استفن­سون که در این تحقیق برای تولید مسیر استفاده می­کنیم زاویه انتقال، زاویه میان عضو کوپلری و عضو EFمی­باشد که با در شکل ۲-۱۳ نشان داده شده است و با رابطه زیر بیان می­ شود:

(۲-۱۹)

۲-۴ نتیجه ­گیری و جمع­بندی فصل
در این فصل به معرفی دو زنجیره مکانیکی وات و استفن­سون پرداختیم و انواع مکانیزم_­­های حاصل از این زنجیره­های مکانیکی را معرفی کردیم. همان­طور که گفته شد، از زنجیره مکانیکی وات دو نوع مکانیزم و از زنجیره مکانیکی استفن­سون سه نوع مکانیزم حاصل شد. در ادامه چند مثال از کاربرد متداول این مکانیزم­ ها آورده شد.
سپس مکانیزم استفن­سون نوع سوم برای بهینه سازی تولید مسیر انتخاب شد و روابط هندسی حاکم بر این نوع مکانیزم به گونه ­ای که ورودی زاویه محرک و خروجی مختصات نقطه کوپلری برای تولید مسیر باشد، آورده شد. در انتها رابطه زاویه انتقال مکانیزم که در فصل ۴ کاربرد دارد، تعیین شد. در فصول بعد با معرفی الگوریتم­های بهینه­سازی و با بهره گرفتن از روابط آورده شده در این فصل، به بهینه­سازی و سنتز مکانیزم می­پردازیم.

فصل۳ روش­های بهینه­سازی تک هدفه و چند هدفه

۳-۱ مقدمه
در این فصل ابتدا مفاهیم بهینه­سازی تک­هدفه و چند­هدفه ارائه می­ شود. سپس روش­های بهینه­سازی تک­هدفه و چند هدفه که در این پایان نامه بکار گرفته شده ­اند، به طور کامل تشریح شده است. با معرفی چند الگوریتم بهینه­سازی تک هدفه و ارائه یک الگوریتم ترکیبی، سعی در بدست آوردن مدلی از الگوریتم ترکیبی برای بدست آوردن نتایجی بهتر از کارهایی که تا کنون ارائه شده داریم. به طوری که در نهایت با بررسی نتایج، اختلاف قابل توجهی با نتایج گذشته حاصل می­ شود. و در ادامه با معرفی الگوریتم چند­هدفه مورد استفاده برای کار خود سعی در انتخاب بهترین مدل و سازگارترین مدل با کار خود برای بهینه سازی دو هدفه مکانیزم داریم.
۳-۲ مفاهیم بهینه سازی
مسائل بهینه­سازی را می­توان از نظر تعداد توابع هدف، به دو نوع مسائل بهینه­سازی تک هدفه و مسائل بهینه­سازی چند هدفه تقسیم نمود. در مسائل بهینه­سازی تک هدفه، هدف از حل مسئله، بهینه کردن یک شاخص عملکرد است که مقدار کمینه یا بیشینه آن شاخص، مطلوب مسئله ما می­باشد. اما در برخی مسائل بهینه کردن بیش از یک شاخص به طور همزمان مطرح می­باشد. به عبارت دیگر هر جواب مسئله دارای چند شاخص می­باشد که مقایسه جواب­ها ، بر خلاف بهینه سازی تک هدفه که می­توان به طور مستقیم ارزش­گذاری نمود ، نیازمند تعریف معیارهایی برای ارزش­گذاری جواب­ها می­باشد. در ادامه به معرفی این دو نوع می­پردازیم.
۳-۲-۱ مفاهیم بهینه­سازی تک هدفه
در مسائل بهینه­سازی تک هدفه، هدف از حل مسئله بهینه کردن یک شاخص عملکرد است که مقدار کمینه یا بیشینه آن شاخص، مطلوب مسئله ما می­باشد. در حالت کلی مسائل بهینه­سازی تک هدفه به صورت زیر تعریف می شوند:

(۳-۱)

با درگرفتن قیود مساوی و نا مساوی:

(۳-۲)