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자가적응 화음탐색 알고리즘을 이용한 복합형 최적 구조제어 시스템 설계
박원석 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.6
이 논문에서는 다중 재난을 고려한 복합 구조제어 시스템의 최적 설계방법을 제시한다. 한 가지 유형의 위험에 대해 하나의 시스템이 설계되는 전형적인 구조제어 시스템과는 달리, 구조물의 지진 및 바람에 의한 진동응답을 저감하기 위해 능동 및 수동제어 시스템에 대한 동시 최적 설계방법을 제안하였다. 수치 예로서, 30층 빌딩 구조물에 설치된 30개의 점성 댐퍼와 복합형 질량 감쇠기에 대한 최적 설계문제를 보였다. 최적화 문제를 풀기 위해 자체적응 화음탐색(harmony search, HS)알고리즘을 채택하였다. 화음탐색 알고리즘은 사람이 연주하는 악기의 튜닝 과정을 모방한 전역 최적화를 위한 메타 휴리스틱 진화 연산방법의 하나이다. 또한 전역 탐색 및 빠른 수렴을 위해 자가적응적이고 동적인 매개변수 조정 알고리즘을 도입하였다. 최적화 설계 결과, 능동 및 수동 시스템이 독립적으로 최적화된 표준적인 복합제어 시스템에 비해 제안한 동시 최적제어 시스템의 성능과 효율성이 우수함을 보였다. This paper presents an optimal design method of a hybrid structural control system considering multi-hazard. Unlike a typical structural control system in which one system is designed for one specific type of hazard, a simultaneous optimal design method for both active and passive control systems is proposed for the mitigation of seismic and wind induced vibration responses of structures. As a numerical example, an optimal design problem is illustrated for a hybrid mass damper(HMD) and 30 viscous dampers which are installed on a 30 story building structure. In order to solve the optimization problem, a self-adaptive Harmony Search(HS) algorithm is adopted. Harmony Search algorithm is one of the meta-heuristic evolutionary methods for the global optimization, which mimics the human player's tuning process of musical instruments. A self-adaptive, dynamic parameter adjustment algorithm is also utilized for the purpose of broad search and fast convergence. The optimization results shows that the performance and effectiveness of the proposed system is superior with respect to a reference hybrid system in which the active and passive systems are independently optimized.
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다단계 목표계획법을 이용한 복합구조제어시스템의 통합최적설계
박관순,고현무,옥승용 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.5
이 연구에서는 지진하중을 받는 빌딩구조물에 대한 복합구조제어시스템의 최적설계방법을 제시한다. 복합구조제어시스템의 설계는 구조물의 부재뿐만 아니라 수동제어시스템 및 능동제어시스템의 용량 및 위치 최적화 과정으로 정의된다. 최적설계는 이 연구에서 제안된 다단계 목표계획법(Multi-Stage Goal Programming)을 이용하여 최적화문제를 정식화하고 목표갱신 유전자알고리즘(Goal-Updating Genetic Algorithm을 적용하여 합리적인 최적화를 진행해가는 과정으로 구성된다. 다단계 목표계획법에서는 구조물의 층간 상대변위와 제어시스템의 용량에 대한 설계목표를 여러 단계로 선정하고, 각 물리량과 설계목표간의 정규화된 거리 합으로서 목적함수를 정의한다. 목표갱신 유전자알고리즘은 각 단계별 설계목표를 만족하는 최적해를 검색하고, 현 단계의 모든 설계목표를 만족하는 최적해가 존재할 경우 설계목표를 순차적으로 갱신함으로써 보다 상위수준의 설계목표로 접근해 나아간다. 지진하중을 받는 9층의 빌딩구조물에 대한 수치 예를 통하여 복합구조제어시스템의 통합최적설계 과정을 기술하였고, 구조부재, 수동 및 능동제어시스템이 균등분포된 구조물과 최적 설계결과를 비교하여 제시하는 방법의 효율성을 검증하였다. An optimal design method for hybrid structural control system of building structures subject to earthquake excitation is presented in this paper. Designing a hybrid structural control system may be defined as a process that optimizes the capacities and configuration of passive and active control systems as well as structural members. The optimal design proceeds by formulating the optimization problem via a multi-stage goal programming technique and, then, by finding reasonable solution to the optimization problem by means of a goal-updating genetic algorithm. In the multi-stage goal programming, design targets(or goals) are at first selected too correspond too several stages and the objective function is th n defined as the sum of the normalized distances between these design goals and each of the physical values, that is, the inter-story drifts and the capacities of the control system. Finally, the goal-updating genetic algorithm searches for optimal solutions satisfying each stage of design goals and, if a solution exists, the levels of design goals are consecutively updated to approach the global optimal solution closest too the higher level of desired goals. The process of the integrated optimization design is illustrated by a numerical simulation of a nine-story building structure subject to earthquake excitation. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by comparing the optimally designed results with those of a hybrid structural control system where structural members, passive and active control systems are uniformly distributed.
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박관순,고현무 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.5
복합구조제어시스템의 동시최적설계방법에 관하여 연구하였다. 여기에서는 수동제어장치 뿐만 아니라 능동제어장치의 배치와 용량, 제어기 등이 설계변수가 되며 설계인자들의 만족도를 나타내는 선호도함수를 정의하여 이를 이용하여 최적화문제를 정식화한다. 또한 수동 및 능동제어장치의 설계변수로부터 동시에 최적해를 찾아내기 의한 수치적 방법으로 유전자알고리즘을 사용하였다. 지진하중을 받는 다자유도 구조물의 설계에 및 수치모사를 통하여 제안한 방법의 타당성을 검증하고자 하였다. In this paper, an integrated optimum design method for hybrid structural control system is studied. Not only the distribution and the capacity of passive devices but also those of active devices, and the controllers are treated as design variables in the proposed approach. Multi-objective optimization problem is formulated by using the preference function, which is newly defined in this study. Genetic algorithm is adopted as a numerical searching technique in order to simultaneously find the optimum solutions. The validity of the proposed method is verified through the example designs and the numerical simulations of an earthquake excited multi-degrees-of-freedom structure.
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목표신뢰성을 만족하는 구조물-감쇠기 복합시스템의 다목적 통합최적설계
옥승용,박관순,송준호,고현무 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.2
이 논문에서는 구조물의 내진성능 향상을 위한 방법으로서 구조부재 및 수동형 감쇠기의 통합최적설계기법을 제시한다. 이는 구조부재 및 감쇠기의 최적배치를 다루는 최적화기법이다. 통합시스템의 최적설계를 위하여 다목적최적화기법을 도입하고, 이를 보다 효율적으로 다루기 위하여 목표신뢰성 제한조건을 갖는 다목적최적화문제로 재구성하였다. 수치해석 예제를 통하여 다양한Pareto 최적해를 제시하였으며, 이들이 기존 설계방법에 상응하는 순차적 설계방법 및 가중합방법에 따른 단일목적함수 최적화방법을 포괄함을 검증하였다. 여러 Pareto 최적해로부터 강성 및 감쇠장치의 사용량을 달리하는 3가지 대표설계안을 선택하고 이들의 내진성능을 다양한 지진하중에 대하여 비교 분석하였다. 이로부터 제시하는 방법이 구조물의 내진성능 향상을 위한 설계방법으로서 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다. This paper presents an integrated optimal design technique of a hybrid structure-damper system for improving the seismic performance of the structure. The proposed technique corresponds to the optimal distribution of the stiffness and dampers. The multi-objective optimization technique is introduced to deal with the optimal design problem of the hybrid system, which is reformulated into the multi-objective optimization problem with a constraint of target reliability in an efficient manner. An illustrative example shows that the proposed technique can provide a set of Pareto optimal solutions embracing the solutions obtained by the conventional sequential design method and single-objective optimization method based on weighted summation scheme. Based on the stiffness and damping capacities, three representative designs are selected among the Pareto optimal solutions and their seismic performances are investigated through the parametric studies on the dynamic characteristics of the seismic events. The comparative results demonstrate that the proposed approach can be efficiently applied to the optimal design problem for improving the seismic performance of the structure.
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