نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

کنترل برداری مستقیم موتورهای القایی با جهت یابی شار استاتور، یکی از انواع روشهای کنترل برداری موتور القایی است که دارای مزایایی نسبت به سایر روشهاست. مهمترین ضعف این روش وجود انتگرال‌گیر خالص در تخمینگر شار استاتور است. زیرا وجود dc offset در جریان و ولتاژ اندازه‌گیری شده، باعث ایجاد خطا در شار تخمینی می‌شود. در این مقاله ابتدا مشکلات ناشی از dc offset در انتگرال‌گیرهای فوق بیان می‌شود. برای حل این مشکلات چنانچه به جای انتگرال گیرخالص از فیلتر پایین گذر LPF1 و یا از فیلترهای پایین گذر برنامه‌پذیر سری PCLPF2 استفاده شود، دامنه dc offset در خروجی کاهش می‌یابد. بنابراین مقادیر تخمینی تا حدودی به مقادیر واقعی نزدیکتر می‌شوند. ولی در این روشها مسائل دیگری از قبیل ایجاد نوسان در گشتاور و شار، مشکل راه اندازی و کنترل سیستم در سرعتهای پایین پیش می‌آید. در ادامه این مقاله برای حل مشکل dc offset یک روش جدید مبتنی بر اندازه‌گیری ماکزیمم و مینیمم خروجی انتگرال گیر پیشنهاد شده است. با استفاده از نتایج شبیه‌سازی درایو کنترل برداری با تخمینگر فوق ملاحظه می‌شود که میزان اختلالات ناشی از dc offset بسیار کاهش یافته و نوسانات گشتاور و شار موتور ناچیز خواهند بود. در این حالت انجام کنترل برداری از حالت سکون امکانپذیر است و نیاز به سیستم راه انداز جداگانه ندارد.

---

بهره‌برداری روزافزون از فضای آسمان با ارسال سفینه‌ها و ماهواره‌ها، مقتضی انجام عملیات مختلف نصب و تعمیرات در مدار است، که به نوبه خود کاربرد روباتهای فضانورد را مطرح ساخته‌است. دراین مقاله، به منظور به حداقل رساندن مدت زمان مانور چرخشی فضاپیماهای عامل و نیز ماهواره‌ها، با توجه به محدودیت و هزینه حمل منابع انرژی در فضا، استفاده از کنترل‌کننده‌های حداقل زمان به شکل bang-bang مورد بررسی قرار می‌گیرد. اگر فقط مود جسم صلب در مسئله کنترلی در نظر گرفته شود، به‌دلیل تغییر مقدار ناگهانی ورودی کنترلی، مودهای انعطافی سیستم تحریک خواهند شد و اجزای انعطاف‌پذیر ماهواره به ارتعاش در خواهند آمد. به منظور پیشگیری از این ارتعاشات و با سعی در حفظ حداقل بودن مدت زمان مانور، با هدف نرمتر کردن تغییرعلامت دادن تابع کنترلی از حالت ناگهانی، به طراحی کنترلر بهینه تقریبی پرداخته شده است. توجه داریم که در واقعیت نیز اعمال نیرو یا گشتاور کنترلی به صورت ناگهانی نبوده و با تأخیرات زمانی ناشی از ثابت زمانی اجزای سیستم کنترل، وجود جهش با نرخ نامحدود نا ممکن است. طراحی این کنترلر بهینه واقعگرایانه، با واردکردن قیود مشتقات اول و دوم این تابع در معادلات وضعیت، و تبدیل مسئله کنترل بهینه حداقل زمان به مسئله بهینه سازی با توابع مقید، صورت می‌گیرد. سپس برای بررسی عملکرد این کنترلر، اعمال آن بر یک ماهواره نمونه مورد بحث قرار می‌گیرد. در به‌دست آوردن معادلات دینامیک مسئله، فرض می‌شود که بالکهای خورشیدی تنها اجزای انعطافی ماهواره‌اند. در طراحی کنترلر، برای سادگی فقط مودجسم صلب استفاده شده، ولی اثرات ورودی کنترلی به‌دست‌آمده بر روی مدل انعطافی سیستم مورد مطالعه قرارگرفته است. نتایج بدست‌آمده از شبیه‌سازی مجموعه، بیانگر عملکرد مطلوب کنترلر بهینه پیشنهادی است.

---

در این مقاله برای تشخیص ترک خوردگی حلقه انتهایی و یا میله‌های رتور موتورهای القایی قفسه سنجابی روشی مبتنی بر شبکه‌های عصبی ارائه شده است. برای این منظور پس از بررسی روشهای سنتی تشخیص خطا، مدل دینامیکی موتور القایی با استفاده از روش تابع سیم‌پیچ معرفی شده است. در این روش اثر هریک از شیارهای استاتور و میله‌های رتور را جداگانه درنظر می‌گیریم. در نتیجه می‌توان عملکرد موتور در حالت سلامت رتور و یا بروز شکستگی در هر بخش آن را مورد بررسی قرار داد. پس از آن با استفاده از تبدیل فوریه، طیف فرکانسی سیگنالهای جریان در شرایط مختلف استخراج و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفـته است. آن گاه پس از یک بحث تحلیلی در مورد اصول نظری، الگوریتمی ساده با استفاده از شبکه‌های عصبی برای تشخیص خطا ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که این سیستم قادر به تشخیص سریع و دقیق خطاهای رتور است. در ادامه همان شبکه عصبی توسط اطلاعات تولید شده توسط یک موتور نمونه به قدرت kW 1/1 مورد آموزش قرار گرفت‌. برای اینکه این سیستم بتواند به ازای گشتاورهای مختلف کارایی داشته باشد، اطلاعات مورد نیاز به ازای گشتاورهای مختلف تولید شد. این سیستم قادر به تشخیص سلامت یا شکستگی حلقه انتهایی و یا میله‌های رتور، به صورت بهنگام بوده است.

---

گرچه سابقه بررسی تاثیر زلزله بر سدهای خاکی به چند دهه قبل بر می گردد ولی پیچیدگیهای رفتاری این گونه سازه های خاکی در شرایط مختلف هندسی و فیزیکی و نیز تفاوت ویژگیهای زلزله ها موجب می شود که مطالعات دقیقتر با ابزار محاسباتی قویتر، نتایج جدید یا متفاوتی از وضعیت رفتاری بدنه سد را در مقابل زلزله نشان دهند. در مطالعه حاضر مدل رفتاری ساده الاستوپلاستیک مبتنی بر معیار موهر- کولمب برای وضعیت پلاستیک شدگی خاک و نیز از قاعده میرایی ریلی در محاسبات استفاده شده است. در این مقاله، ابتدا صحت کارکرد مدلهای عددی از طریق تحلیل دینامیکی موردهای واقعی مانند سدهای خاکی لانگ ولی، سانتافله سیا و مقایسه نتایج محاسباتی با نتایج حاصل از اندازه گیریهای واقعی و یا نتایج ارائه شده توسط دیگر محققان بررسی شده است. همچنین در مطالعه حاضر علاوه بر تحلیل لرزه ای سدهای خاکی و بررسی پایداری آنها، به شیوه شبه استاتیکی هم پایداری سدهای خاکی بررسی شده است لذا به منظور اعتبار سنجی نتایج تحلیلهای شبه استاتیکی و کنترل نتایج نرم افزار در محاسبه ضریب اطمینان شبه استاتیک، سد کارسینگتون تحلیل شده است. مقادیر ضرایب اطمینان به دست آمده از مطالعه حاضر تطابق بسیار نزدیکی با نتایج ارائه شده در گزارشهای دیگر دارد. از طرفی رفتار گسیختگی حاصل از تحلیل این سد نیز توانایی دقیق نرم افزار را در مشخص کردن سطح گسیختگی نشان می دهد. در بخش اصلی تحلیلها، رفتار لرزه ای سدهای خاکی با شرایط انتخابی متفاوت مورد مطالعه پارامتری قرار گرفته است و به ویژه تاثیر ارتفاع سد بر رفتار لرزه ای و انتخاب اندازه بهینه عرض تاج سد بررسی شده است و نتایج این تحلیلها به-صورت نمودارهایی ارائه شده اند.

---

بروز شرایط غیرعادی در سیستم قدرت مانند اضافه بار خطوط، بارزدایی، فروپاشی شبکه، و دیگر شرایط اضطراری و همچنین عواملی مانند عدم دقت اپراتورها و وجود خطا در سیستم ثبت اطلاعات می‌تواند باعث شود که برخی از پروفایلهای بار ثبت شده مطابق الگوی نرمال بار نباشند. پالایش این‌گونه پروفایلها از مجموعه‌ داده‌های آموزشی شبکه‌های عصبی که برای پیش‌بینی کوتاه مدت بار در سیستمهای قدرت به‌کار می‌رود، می‌تواند منجر به کاهش خطا شود و ‌‌‌تأثیر قابل توجهی در کاهش هزینه‌ها داشته باشد. در این مقاله، برای پیش‌بینی کوتاه مدت بار در سیستم قدرت استان اصفهان، یک سیستم پیش‌بینی براساس شبکه‌های عصبی پیشخور طراحی و برای آموزش آن از داده‌های پالایش شده به روشهای تجربه خبره، مقایسه آماری و نیز الگوریتم جدیدی مبتنی بر تحلیل مؤلفه اصلی استفاده شده است. مقایسه میزان بار پیش‌بینی شده با بار واقعی این سیستم قدرت، تأثیر قابل ملاحظه پالایش داده‌های آموزشی در کاهش خطای پیش‌بینی را نشان می‌دهد. همچنین، بررسی و مقایسه روش‌ پیشنهادی با دیگر روشهای ذکر شده مبین برتری آن از نظر سرعت اجرا و نیز سهولت به‌کارگیری در شناسایی و پالایش داده‌های غیرعادی و در نتیجه پیش‌بینی بار با دقت مناسب است.

---

با توجه به کاربرد فراوان لوله­‌های حاوی جریان سیال در مهندسی عمران، ارائه یک مدل ریاضی مناسب برای تحلیل پایداری آنها ضروری است. بدین منظور یک لوله بتنی تقویت شده با با نانوذرات سیلیس و حاوی جریان سیال درنظر گرفته می­‌شود. هدف این تحقیق بررسی تحلیل پایداری سازه و نشان دادن اثر نانو­ذرات و سیال درون آن است. سازه با المان پوسته استوانه­‌ای و با تئوری ردی مدل­‌سازی می‌­شود. برای به‌دست آوردن نیروی ناشی از سیال درونی از معادله ناویر- استوکس استفاده می­‌شود. برای در­نظر گرفتن اثر نانو­ذرات در لوله از مدل موری– تاناکا استفاده شده به‌طوری که اثرات انباشتگی نانو­ذرات لحاظ شده است. درنهایت با استفاده روش انرژی و اصل همیلتون، معادلات حاکم بر سازه استخراج می­‌شود. برای تحلیل پایداری سازه از روش تفاضلات مربعی استفاده می­شود و اثر پارامترهای مختلف همچون درصد حجمی نانو­ذرات، انباشتگی نانوذرات، سیال درون لوله و پارامترهای هندسی بررسی شده است. نتایج نشان می­‌دهد که وجود نانو­ذرات به‌عنوان تقویت­‌کننده لوله، منجر به تأخیر ناپایداری سازه می‌شود.