كنترل فازي ميز لرزه با استفاده از سيستم اندازه گيري جابجايي مبتني بر پردازش تصوير

Fuzzy control of a seismic shake table using a vision-based displacement measurement system

طراحي كنترل كننده ميز شبيه ساز زلزله به منظور شبيه سازي و تعقيب پروفيل زلزله از موضوعات اساسي در طراحي يك ميز لرزه است. در اين مقاله كنترل يك ميز لرزه در ابعاد آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته است. جهت اندازه‌گيري جابجايي ميز به صورت بلادرنگ، سيستمي مبتني بر پردازش تصوير ارايه شده است. ميز لرزه توسط يك كنترل‌كننده‌ي تناسبي- انتگرال گير همراه با يك كنترل‌كننده‌ي فازي ناظر كنترل مي‌شود. كنترل‌كننده‌ي فازي به منظور كمينه كردن خطا، از دو بازخورد جابجايي و شتاب استفاده مي‌كند. براي اين منظور، يك دوربين و يك برنامه‌ي پردازش تصوير جهت اندازه‌گيري مستقيم و بلادرنگ جابجايي به كار گرفته شده است. نتايج نيز به عنوان بازخورد كنترل‌كننده از طريق شبكه به كامپيوتر مركزي انتقال داده مي‌شود. كارايي سيستم پيشنهادي در مقايسه با سيستمي كه از انكودر خطي به عنوان سنسور جابجايي و بازخورد كنترل‌كننده بهره مي‌گيرد، مورد ارزيابي قرار گرفته است. بنابر نتايج بدست آمده سيستم كنترلي پياده‌سازي شده با حالت كنترل كننده فازي تناسبي-انتگرال‌گير توانسته است خطاي كنترلي را كاهش دهد. همچنين به كار گيري رويكرد پردازش تصوير به منظور اندازه‌گيري جابجايي ميز لرزه، مزايايي از جمله دقت مطلوب، عدم نياز به تماس مستقيم با ميز، اندازه‌گيري به صورت مستقيم و بلادرنگ و قيمت پايين را به ارمغان مي‌آورد.

Control of seismic shake table in order to track the predefined earthquake profile is a key concern in design of seismic shake tables. This paper proposes a vision-based real time displacement measurement system using image processing techniques to control a laboratory-scale seismic shake table. The shake table is controlled via a fuzzy-supervisory controller, an inner PI loop and a fuzzy outer one, whose feedback is provided by the vision-based measurement system. To minimize tracking errors, the fuzzy controller uses displacement and acceleration responses as its feedback. For this purpose, a camera and an image processing application are utilized to measure the motions directly in real time. Results are sent to a host PC through a network as the controller feedback. Proposed system performance is compared with an alternative system which utilizes a linear encoder as displacement sensor and controller feedback. Test results prove effectiveness of the proposed fuzzy system in cutting back the tracking errors. In addition, the vision-based system uses a very low cost camera to measure the displacement directly. It has appropriate accuracy, works in real time, and does not require any contact with the table, comparied to the encoder version.