JPH0463185B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は地震や風等の外力により建物に生じ
る振動を低減させるための能動式制震装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

出願人は特開昭62−268478号および特開昭63−
78974号公報等において、建物頂部等に付加質量
とアクチユエーターからなる制震装置を設け、建
物が地震あるいは風等の外力を受けたとき、アク
チユエーターの作動を制御することにより、付加
質量としての重りに反力をとつて、建物本体にそ
の振動を制御するような力を加える能動式制震装
置を開示している。

第３図は能動式制震装置の概要を示したもの
で、例えば建物１の頂部に建物１と実質的に切り
離した形で、付加質量としての重り２を設け、重
り２と建物１の一部との間にアクチユエーター３
としての油圧シリンダを介在させてある。地震や
風等が作用し、建物１に振動が生じると、その振
動を建物１に設けたセンサー４ａが感知し、信号
を制御回路に送り、建物１の振動に応じた出力信
号をアクチユエーター３に接続したサーボ弁に送
り、アクチユエーター３の制御を行う。なお、ア
クチユエーター３側にもセンサー４ｂを設けるこ
とにより、アクチユエーター３の動きをフイード
バツクして制御することができる。また、以上は
閉ループでの制御であるが、広域、狭域の地震計
等から送られてくる地震波の解析により、建物の
応答を予測し、制御を行う開ループの制御と組み
合わせることもできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、制震装置の機械装置部分には自然に
発生する摩擦等を原因とする作動時間の信号に対
する遅れが生じる。従つて、こうした時間遅れを
少なくする必要がある。

また地震であれ風であれ、自然現象であり、そ
の規模を装置を設計するときにあらかじめ予想す
ることは不可能である。従つて、頻繁に起こる中
小規模の地震や風速15ｍ／ｓ以下の台風等を対象
として、装置の最大性能を決定した場合は、大規
模地震のときに装置が過剰に稼働するのを防がな
くてはならない。従つて、大規模な建屋振動の時
には制御力を抑制する必要がある。

この発明は能動式制震装置における上述のよう
な問題点の解決を図つたものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の能動式制震装置では建物の振動速度
に比例した逆向きの制御力を出すのを基本とし、
建物に設けた振動検知手段からの信号を増幅回路
で増幅し、出力された制御信号によりアクチユエ
ーターを制御し、重りに反力をとつてアクチユエ
ーターから建物に制御力を加えることにより、建
物の振動を抑制することができる。

特にこの発明では、建物および重りに、これら
の振動または動きを感知する別個の振動検知手段
を設け、両振動検知手段による応答信号について
並列にそれぞれ別個に増幅回路を設けている。

摩擦等による機械的時間遅れは増幅回路に位相
調整手段を設けることにより補正する。位相調整
手段としては積分回路をけることにより位相を
90゜ずらすことができ、位相調整器で０〜90゜の範
囲で位相を調整できる。従つて、機械装置部分の
遅れに応じて位相を任意に（±180゜の範囲で）調
整することができる。

また、建物側の応答信号を増幅するための増幅
回路には信号レベルを調整するための自動利得調
整回路を設け、さらに建物側および重り側の両増
幅回路からの合成信号に対し、出力レベルを調整
する自動利得調整回路を設けてある。

なお、振動検知手段としては加速度計を用いる
ことにより、微小な振動や高次の振動を感知する
ことができ、位相遅れを補償し、上述の位相調整
手段とともにアクチユエーターの位相調整が容易
となる。

〔作用〕

増幅回路による位相調整手段を設けたことによ
り摩擦等による機械的時間遅れを補正することが
できる。

また、建物側の応答信号を増幅するための増幅
回路に自動利得調整回路を設けたことにより、増
幅された重り側の応答信号と合成する際の信号の
レベルが調整される。従つて、建物の振動がそれ
ほど大きくない範囲では、建物側の応答信号の増
幅率が大きいため、建物の振動に応じた制御とな
る。そして、建物の振動が大きくなるにつれ、建
物側の応答信号の増幅率は下がり、制御における
重り側の動きの寄与率が大きくなる。結局、建物
の振動の大小にかかわらず、制震装置は一定の能
力範囲で制御を行つているため、揺れの大きい間
は重りは建物と略一体に動き（建物に対し相対的
に静止した状態）、建物から大きな力を受けるこ
となく、装置の安全が保たれ、地震等がおさまり
建物の振動が小さくなつてくると、再び自動利得
調整回路の作用により建物側の応答信号の増幅率
が大きくなり、建物と振動を有効に抑えるような
制御を行うことができる。

さらに、合成信号の出力については、合成信号
の出力レベルをさらに自動利得調整回路で調整す
るため、建物の過大な振動に対しても、制震装置
が過剰な動作をすることがない。すなわち、制震
装置の能力以上の建物の振動に対しては、制震装
置の能力の範囲内で制御することとし、さらに大
きな振動に対しては重りと建物の相対的な動きを
小さくすることにより装置の安全が図れる。

なお、免震構造、動吸振器、他の制震装置等と
組み合わせて、建物の振動を抑制することによ
り、適用範囲を大幅に広げることも可能である。

〔実施例〕 次に、具体的な実施例について説明する。

第２図はこの発明の能動式制震装置の信号油圧
系統の概念図であり、制震装置の重り〔図中、
AMD（Active Mass Driverの略）と示してあ
る〕と建屋にそれぞれセンサーとしての加速度計
Ｓ１，Ｓ２を設け、応答信号を制御信号発生回路
に送つている。

後述するように制御信号発生回路で位相調整お
よび増幅を行つた後、制御信号が比較回路へ送ら
れる。一方、重りの動きを感知するセンサーから
は比較回路へも出力信号が送られ、フイードバツ
ク制御を行つている。

比較回路を経た制御信号は油圧シリンダーに取
り付けた油圧サーボ弁に送られ、油圧サーボ弁の
制御を行う。油圧系統は油圧タンク、油圧ポン
プ、油圧サーボ弁および油圧シリンダーからなる
循環経路を構成し、油圧ポンプと油圧サーボ弁の
間にはアキユームレーターを設けてある。

油圧サーボ弁の制御により油圧シリンダーが作
動し、建屋に反力をとつて、制震装置の重りに建
屋の振動を抑制するような力を加えることができ
る。

第１図は制御信号発生回路をブロツク図として
示したものである。

なお、この実施例では第４図に示すように、主
となる制震装置（図中、AMD１としてある）の
他に、建屋の端部に補助の制震装置（図中、
AMD２としてある）を設置し、補助の制震装置
でねじれ振動成分を制御するようにしてある。

第１図中、入力１はセンサーＳ１（第４図参
照）で感知される建屋の頂部中央に設置した主の
制震装置の重りの加速度、入力２および入力４は
センサーＳ２で感知される建屋頂部中央の加速
度、入力３はセンサーＳ３で感知される建屋の頂
部端部に設置した補助の制震装置の重りの加速
度、入力５はセンサーＳ４で感知される建屋頂部
端部の加速度である。

入力１はローパスフイルターで微小振動成分や
ノイズが除かれ、増幅された後、積分回路を経由
して、または直接位相調整器に送られる。入力１
は加速度であり、速度と90゜位相がずれているが、
油圧シリンダー等の機械部分については摩擦その
他による機械的遅れがあるため、必要に応じ積分
回路で位相を90゜調整し、さらに位相調整器で０
〜90゜の範囲の調整を行う。その後、増幅器で信
号レベルの調整が行われる。

入力２は同様に微小振動成分やノイズを除き、
位相を調整した後、自動利得調整回路を通すこと
により信号レベルをあらかじめ設定したレベルに
もつてゆく。なお、制御信号は建屋の振動と位相
90゜ずれたものとなる。

入力１と入力２は上述のような並列の増幅回路
を経て合成される。

制震装置の重りの駆動は、装置の能力内で行わ
れなければならず、振幅には限度があるのに対
し、建屋側の振動は地震の規模に応じ、小さい加
速度のものから大きい加速度のものまである。そ
のため、建屋側について、自動利得調整回路を設
けてあるが、建屋側の加速度が小さいときは建屋
側の回路における増幅率が大きく、建屋側の加速
度が大きくなるにつれて、建屋側の回路における
増幅率が小さくなる。その結果、建屋側の加速度
の加速が小さいときは建屋の振動に応じ、これと
位相が90゜ずれた制御が行われるのに対し、建屋
側の加速度が大きくなると建屋の動きに近づく制
御となり、建屋側の加速度が大きいことからほぼ
建屋の振動と同調するような制御、すなわち、油
圧シリンダーが作動せず、重りが建屋に対し、相
対的に停止したような状態となる。建屋側の加速
度が小さくなると、再び建屋側の回路における増
幅率が大きくなり、建屋の振動減衰を早めること
ができる。

また、並列した増幅回路を経て合成された合成
信号は、さらに利得調整回路を通過することによ
りあらかじめ設定されたレベルで出力され、制震
装置の能力範囲で重りの動きを制御するようにな
つている。

制震装置は建物の直交するＸ、Y2方向に設け
ることもできるが、第４図のように建屋端部に、
補助的な制震装置を設置し、ねじれ振動を制御す
るようにしてもよい。

入力３は補助の制震装置の重りの加速度であ
り、上述の入力１と同様な増幅回路で調整が行わ
れる。

入力４と入力５はそれぞれ建屋中央と建屋端部
の加速度であり、ローパスフイルタおよび緩衝増
幅器を通過した後、合成増幅器で差をとり、ねじ
れ振動成分について、上述の入力２と同様の調整
操作を行い、増幅回路を経た入力３の信号と合成
され、自動利得調整回路を経て、補助の制震装置
の重りに対する制御信号が出力される。

〔発明の効果〕

この発明では増幅回路に位相調整手段を設けた
ことにより、油圧シリンダー等のアクチユエータ
ーの作動に関し、摩擦等による機械的時間遅れを
補正することができる。

また、建物側の応答信号を増幅するための増幅
回路に自動利得調整回路を設けたことにより、増
幅された重り側の応答信号と合成する際の信号の
レベルが調整され、建物の振動が大きくなると建
物側の応答信号の増幅率が下がり、揺れの大きい
間は制震装置は実質的に作動せず、重りは建物に
対し相対的に静止した状態となるため、建物から
大きな力を受けることなく装置の安全が保たれ、
地震等がおさまり建物の振動が小さくなつてくる
と、再び自動利得調整回路の作用により建物側の
応答信号の増幅率が大きくなり、建物の振動を抑
制する向きに制御力を与えて、振動の減衰を早め
ることができる。

また、制御信号の出力に際し、さらに自動利得
調整回路で調整するため、建物の過大な振動に対
しても、制震装置が過剰な動作をすることなく、
装置が保護される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した能動式制震装置の
信号発信回路の一例を示すブロツク図、第２図は
能動式制震装置の信号油圧系統の概念図、第３図
は能動式制震装置の概要を示す説明図、第４図は
ねじれ振動を抑制するための制震装置の配置例を
示す平面図である。 １……建物本体、２……重り、３……油圧シリ
ンダー、４ａ，４ｂ……センサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 建物に対し相対移動可能な重りと、該重りと
   建物間に介在させたアクチユエーターと、建物の
   振動に応じ、前記アクチユエーターを制御するた
   めの制御信号を発生する制御回路とからなる能動
   式制震装置において、前記建物および重りに、建
   物および重りの振動または動きを感知する別固の
   振動検知手段を設け、両振動検知手段による応答
   信号について並列にそれぞれ別個に増幅回路を設
   け、前記両増幅回路には前記建物の振動に対する
   重りの動きの機械遅れを補正するための位相調整
   手段を設けるとともに、前記建物側の応答信号を
   増幅するための増幅回路には信号のレベルを調整
   するための自動利得調整回路を設け、さらに前記
   両増幅回路からの合成信号に対し、出力レベルを
   調整する自動利得調整回路を設けたことを特徴と
   する能動式制震装置。 ２ 振動検知手段は加速度計である請求項１記載
   の能動式制震装置。 ３ 位相調整手段は積分回路と位相調整器とから
   なる請求項１記載の能動式制震装置。