Optimal design of smart structures with intelligent control

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται μοντέλα σύνθετων ευφυών πολύφυλλων κατασκευών όπως δοκοί και πλάκες με αισθητήρες και διεγέρτες από πιεζοηλεκτρικά υλικά υπό την επίδραση δυναμικών εξωτερικών φορτίσεων. Η διακριτοποίηση των φορέων γίνεται με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Πρώτος στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη αξιόπιστων συστημάτων ελέγχου και η σύνδεσή τους με αλγορίθμους αριθμητικής ολοκλήρωσης για τη μελέτη δυναμικών συστημάτων. Για την κατασκευή των ελεγκτών γίνεται χρήση εργαλείων ασαφούς συνεπαγωγής και τεχνητών νευρωνικών δικτύων. Στις κατασκευές που μελετώνται υπεισέρχεται πάντοτε κάποιος σημαντικός βαθμός αβεβαιότητας λόγω ατελειών και σφαλμάτων τόσο των ελεγκτών όσο και του ίδιου του μοντέλου. Ειδικά στις πολυστρωματικές κατασκευές, διάφορες αστοχίες, όπως για παράδειγμα η αποκόλληση μεταξύ των διαφόρων στρωμάτων, κόπωση ή άλλες βλάβες μπορούν να εμφανιστούν και τροποποιούν το μηχανικό μοντέλο κατά τη διάρκεια της ζωής του. Συνεπώς, δεύτερος στόχος της διατριβής είναι η δημιουργία κατάλληλου εύρωστου ελεγκτή ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει παρά την ύπαρξη ατελειών και σφαλμάτων τόσο στα στοιχεία του ελεγκτή (αισθητήρες, ελλιπείς μετρήσεις) όσο και του ίδιου του μοντέλου (απλοποιήσεις της θεωρίας, ατέλειες, κόπωση υλικού). Για την μελέτη των φαινομένων αυτών, καθώς και για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων που προαναφέρθηκαν, επιχειρείται μία γενίκευση των κλασικών θεωριών, προκειμένου να συμπεριληφθούν οι απώλειες ενέργειας στα διάφορα στρώματα με τα συγκολλητικά υλικά. Όσον αφορά στον έλεγχο, τα εργαλεία κλασικού ελέγχου συχνά συναντούν αρκετούς περιορισμούς στη μελέτη τέτοιων προβλημάτων. Για το λόγο αυτό προτείνεται η χρήση ευφυών ασαφών και νευροασαφών διατάξεων. Μάλιστα για την μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας των προτεινόμενων ελεγκτών, τα χαρακτηριστικά τους ρυθμίζονται με χρήση αλγορίθμων ολικής βελτιστοποίησης. Πιο συγκεκριμένα, οι ελεγκτές αρχικά σχεδιάζονται και υπόκεινται σε διαδικασία βελτιστοποίησης τόσο με χρήση νευροασαφών συστημάτων, όσο και εργαλείων ολικής βελτιστοποίησης. Ως παράπλευρο αποτέλεσμα, παρουσιάζεται κάποια ενδεικτική εφαρμογή από το πεδίο των μικρομηχανικών συντονιστών για την μάστευση ενέργειας.