Yapıların sismik izolasyonunda ileri denetim algoritmalarının uygulanması

Aktif denetim sistemlerinde kullanılan algoritmalar sistemin belirleyici en büyük özelliğidir. Kullanılan algoritmalar ve yapılan hesaplar neticesinde üretilecek olan kontrol kuvvetleri sinyallerle eyleyici denilen tahrik elemanlarına gönderilir. Bu çalışmada sismik izolasyona yönelik ileri kontrol algoritmaları tasarlanarak uygulanmış ve birbirleriyle kıyaslanmıştır.Bunlardan biri olan LQR kontrol, doğrusal sistemlerin kontrolünde kararlılık ve gürbüzlük özelliğinden dolayı yaygın biçimde kullanılmaktadır. Aktif kontrol sistemlerinde pratikte seçilen tahrik elemanlarının sınırlı kapasitelerinden dolayı kontrol kuvvetleri sınırlı olarak uygulanabilmektedir. Kontrol değişkenlerindeki bu sınırlamalardan dolayı uygulamalarda LQR kontrol algoritmasının performansında azalmalar görülmekte ve özellikle sistemin parametrik belirsizlikleri karşısında yetersiz kalmaktadır. Diğer taraftan, birçok alanda başarı ile uygulanan ve bang-bang kontrol olarak adlandırılan bir başka optimum kontrol, depreme dayanıklı yapı tasarımında yeterince yerini alamamıştır. Uygulamalarda LQR kontrole yakın başarılar sağlanabilmiştir.Değişken yapılı kontrol algoritmalarından bir olan kayan kipli kontrol, dış etkilere ve parametrik değişikliklere duyarsız oluşu nedeniyle en çok bilinen ve kullanılan kontrol algoritmalarından birisidir. Gelişen teknolojinin de bu tür kontrol yöntemlerinin uygulanabilirliğine zemin hazırlaması, bu yöntemi daha da cazip hale getirmektedir. Ancak kontrol sinyallerinin çok sık bir şekilde yön değiştirmesi ile oluşan anahtarlanmalar bu kontrol yönteminin en önemli dezavantajını oluşturmaktadır. Denetim sonucunda pratikte uygulanması mümkün olmayan kontrol kuvveti eğrileri ortaya çıkmaktadır. Bu dezavantajın giderilmesinin yanı sıra denetleyicinin performansında bir azalmaya neden olmayacak alternatif çözümler arasında yapay zeka tekniklerinin başarısı büyük olmuştur. Buna yönelik bulanık kayan kipli denetim algoritması tasarlanmış ve oldukça başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Özellikle de kontrol kuvveti eğrilerinde sık anahtarlamalar giderilmiş ve pratikte uygulanabilir hale gelmiştir. Ancak bulanık mantık tekniğinde bazı parametrelerin deneme yanılma tekniği ile belirlenmesi en iyi cevaba ulaşmayı zorlaştırmaktadır. Yapay sinir ağlarının son zamanlarda denetleyici olarak kullanıldığı çalışmalarda büyük başarılar elde edilmiştir. Yapay sinir ağları ile tasarlanan denetleyicinin sismik izolasyonda gösterdiği başarı bunu kanıtlamaktadır ancak kayan kipli denetimin parametrik belirsizliğe karşı olan başarısını yakalayamamıştır. Bulanık mantığın belirsizlikleri işleyebilme özelliği ile yapay sinir ağlarının öğrenebilme yeteneği birleştirilerek sismik izolasyona yönelik oldukça başarılı denetim algoritması tasarlanmıştır. Ancak benzer şekilde kayan kiplinin en büyük avantajı olan parametrik belirsizliğe olan duyarsızlık başarısına ulaşamamıştır. Bunun üzerine bu iki yapay zeka tekniği ile kayan kipli denetim birleştirilerek ağ tabanlı bulanık kayan kipli kontrol algoritması tasarlanmıştır.Denetleyicinin başarısını arttırmanın yolları aranırken son yıllarda dikkati çeken çalışmalarda kayan kipli denetleyicinin kayma yüzeyinin hareketli tutulması ile performansının arttırılabildiği görülmüştür. Bunun üzerine binaların sismik izolasyonu için kayma yüzeyi hareketli tutularak bulanık kayan kipli kontrol, ağ tabanlı kayan kipli kontrol ve ağ tabanlı bulanık kayan kipli kontrol yöntemleri tasarlanarak uygulanmıştır. Uygulamalar sonucunda arzu edilen başarılar elde edilmiştir.Denetim algoritmalarının tasarımında en uygun katsayıların seçimi başarıyı doğrudan etkilemektedir. Bunun için optimizasyon işlemine başvurarak bu konuda genetik algoritma tekniğinden yararlanılmıştır.Tasarlanan kontrol algoritmalarını sismik izolasyonda uygulayabilmek ve performanslarını analiz edebilmek için birbirinden farklı 3, 8 ve 16 katlı bina modelleri kullanılmıştır. Bu bina modellerinin her birine ayrıca 2 farklı kontrol sistemi uygulanmıştır. Bunlar en yaygın kullanılan sistemler olan aktif tendon ile aktif kütle ayarlı kontrol sistemleridir. Sisteme ait matematiksel model elde edilmiş ve çözüm kolaylığı için durum uzay formuna dönüştürülmüştür. Sisteme etkiyen yer hareketi olarak birbirinden farklı karakterlere sahip 6 deprem ivmesi kullanılmıştır. Ayrıca, parametrik belirsizlik ve zaman gecikmesinin etkisini görmek için % 30 parametrik belirsizlik ve 20 ms gibi büyük bir zaman gecikmesi sisteme eklenmiştir. Sayısal çözüm için MATLAB paket programında hazırlanmış yazılım ve genetik algoritma işlemleri için MATLAB paket programına ait Genetik Algoritmalar araç kutusundan yararlanılmıştır. Sonuçlar grafiksel olarak elde edilmiş ve değerler tablo haline getirilerek irdelenmiştir. Sonuç olarak, deplasman, ivme cevapları, parametrik belirsizlikler ve zaman gecikmesi dikkate alındığında , hareketli kayan yüzeye sahip bulanık, ağ tabanlı ve ağ tabanlı bulanık kayan modlu kontrol algoritmalarının performansı oldukça daha iyi ve uygulanabilir olduğu görülmüştür.Anahatar Kelimeler : Sismik İzolasyon, Denetim Algoritmaları, Yapay Sinir Ağları, Bulanık Mantık, Genetik Algoritmalar.