JPH0633635A

JPH0633635A - 制振装置

Info

Publication number: JPH0633635A
Application number: JP19185292A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Suzuki; 哲夫鈴木; Mitsuru Kageyama; 満蔭山; Yoshiko Matsuoka; 佳子松岡
Original assignee: Obayashi Corp; Tokico Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は制振装置に関し、制御系を自動的に
最適化することができる制振装置を実現することを目的
とする。【構成】付加質量６に設置されたセンサ１８によって
検出された変位あるいはサーボモータ８の消費電力がそ
れぞれ所定の範囲から逸脱したときに、ＣＰＵ２５にて
評価関数のそれぞれに対する重みを調整する。これによ
って付加質量６の変位あるいはサーボモータ８の制御量
が調整され、制振装置１の能力に応じた制振動作が実行
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制振装置に係り、特に、
付加質量を変位させて構造物の振動を制振する構成とし
た制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばビル等の構造物においては地震あ
るいは風圧等による振動を制振するための制振装置が設
けられている。この種の制振装置では、主にビルの質量
に応じた所定の重量を有する付加質量を、ビルの振動状
態に応じて変位させる動吸振器を動作させてビルで発生
した振動を制振するようになっている。

【０００３】従来の制振装置としては、例えば付加質量
をリニアベアリング等により摺動自在に支持するととも
に、付加質量に螺合するボールネジ等の伝達機構をモー
タ等により駆動し、付加質量が水平方向に往復動される
よう構成された動吸振器を有する装置が考えられてい
る。

【０００４】そして、動吸振器は、ビルの変位及び速度
に応じた制御量を演算する制御装置で所定の制御ゲイン
に基づいて生成された駆動信号によりモータを駆動制御
され、付加質量を移動させる。この制御ゲインはビルの
構造に関する定数に基づいて設定される値であり、ビル
に動吸振器を取り付ける際にビルを強制的に加振する等
の手段によってこの制御ゲインを調整していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来は例え
ば地震波のエネルギ等の外力の増減、あるいは動吸振器
の経時変化による特性劣化等によって前記制御ゲインを
算出する演算式の定数が不適当となった場合、一旦動吸
振器を停止させ、演算式の定数の再検討をおこない、制
御ゲインを算出する必要があった。したがってその間相
当の工数を要するとともに、その間制振制御がなされな
いため、本来の制振効果が充分に得られなかった。

【０００６】又、演算式の定数の検討に際してビルを強
制的に加振する必要が生ずる場合があり、このようにビ
ルを強制的に加振することは危険であった。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、制御ゲインを算出し、調整する演算式の定数を自
動的に最適化することができる制振装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
構造物の変位を検出するセンサからの検出信号に基づい
て駆動信号を生成し、前記駆動信号によりアクチュエー
タを駆動して付加質量を移動させ、前記構造物の振動を
制振する制振装置において、前記センサから出力される
前記構造物の振動のデータを所定の比率で縮小化するよ
うにして、前記駆動信号の生成をおこなう制御系の定数
を求める制御系定数演算手段を有することを特徴とす
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、構造物の変位を検
出するセンサからの検出信号に基づいて駆動信号を生成
し、前記駆動信号によりアクチュエータを駆動して付加
質量を移動させ、前記構造物の振動を制振する制振装置
において、前記付加質量の移動に関するデータを所定の
比率で縮小化するようにして、前記駆動信号の生成をお
こなう制御系の定数を求める制御系定数演算手段を有す
ることを特徴とする。

【００１０】請求項３記載の発明は、構造物の変位を検
出するセンサからの検出信号に基づいて駆動信号を生成
し、前記駆動信号によりアクチュエータを駆動して付加
質量を移動させ、前記構造物の振動を制振する制振装置
において、前記センサから出力される前記構造物の振動
のデータ及び前記付加質量の移動に関するデータを夫々
所定の比率で縮小化するようにして、前記駆動信号の生
成をおこなう制御系の定数を求める制御系定数演算手段
を有することを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明は、構造物の変位を検
出するセンサからの検出信号に基づいて駆動信号を生成
し、前記駆動信号によりアクチュエータを駆動して付加
質量を移動させ、前記構造物の振動を制振する制振装置
において、前記センサから出力される前記構造物の振動
のデータ及び前記付加質量の移動に関するデータを夫々
所定の比率で縮小化するようにして、前記駆動信号の生
成をおこなう制御系の定数を求める制御系定数演算手段
と、前記付加質量の移動に関するデータの変化に応じ
て、前記縮小化時の所定の比率を更新する縮小化時比率
更新手段とを有することを特徴とする。

【００１２】請求項５記載の発明は、前記縮小化時比率
更新手段は、前記付加質量の移動に関するデータが所定
の範囲を逸脱したときに前記縮小化時の所定の比率を更
新することを特徴とする。

【００１３】請求項６記載の発明は、構造物の変位を検
出するセンサからの検出信号に基づいて駆動信号を生成
し、上記駆動信号によりアクチュエータを駆動して付加
質量を移動させ、上記構造物の振動を制振する制振装置
において、前記駆動信号の生成をおこなう制御系の定数
は、前記センサから出力される前記構造物の振動のデー
タ及び前記付加質量の移動に関するデータをそれぞれ所
定の比率で縮小化するようにして求める制御系定数演算
手段と、シミュレーション演算により、前記付加質量の
移動のデータが所定の範囲内となるように前記縮小化時
の所定の比率を最適化する縮小化時比率最適化手段とを
有することを特徴とする。

【００１４】請求項７記載の発明は、構造物の変位を検
出するセンサからの検出信号に基づいて駆動信号を生成
し、上記駆動信号によりアクチュエータを駆動して付加
質量を移動させ、上記構造物の振動を制振する制振装置
において、前記駆動信号の生成をおこなう制御系の定数
の演算の基礎となる前記構造物の構造によって決まる特
有の定数からなる数学的モデルを記憶する記憶手段を有
することを特徴とする。

【００１５】請求項８記載の発明は、前記センサからの
出力される前記構造物の振動のデータに応じて前記記憶
手段に記憶された前記数学的モデルを構成する前記構造
物の構造によって決まる特有の定数を更新する構造定数
更新手段を有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１乃至請求項４によれば、前記構造物の
振動データ、前記付加質量の移動データ又はその双方を
所定の比率で縮小化するようにして、前記駆動信号の生
成をおこなう制御系の定数を求める制御系定数演算手段
を有するため、構造物の振動、付加質量の移動又はその
双方を縮小化することができる。

【００１７】請求項５によれば、前記構造物の振動のデ
ータ及び付加質量の移動に関するデータの変化に応じて
縮小化時の所定の比率を更新する縮小化時比率更新手段
を有するため、この比率の更新によって構造物に対する
外力の変動、制振装置の経時変化による性能劣化等によ
って付加質量の移動に関するデータの過大変化が防止さ
れる。

【００１８】請求項６によれば、シミュレーション演算
により前記付加質量の移動に関するデータが所定の範囲
内となるように縮小化時の所定の比率を最適化する縮小
化時比率最適化手段を有するため、構造物を強制的に加
振することなくシミュレーション演算によって上記比率
を最適化できる。

【００１９】上記請求項７によれば、前記構造物の構造
によって決まる特有の定数からなる数学的モデルを記憶
する記憶手段を有するため、必要に応じて上記数学的モ
デルを構成する上記構造物の構造によって決まる特有の
定数を更新することによって上記数学的モデルを更新
し、それによって新たな制御系の定数を得ることができ
る。

【００２０】請求項８によれば、前記構造物の振動のデ
ータに応じて前記数学的モデルを構成する前記構造物の
構造によって決まる特有の定数を更新する構造定数更新
手段を有するため、自動的に前記数学的モデルが更新さ
れる。

【００２１】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる制振装置の一実
施例を示す。

【００２２】各図中、制振装置１は、大略、構造物とし
てのビル２の屋上に設置された動吸振器３が制御装置４
からの制御信号により制振動作してビル２の水平方向の
振動を制振する。

【００２３】動吸振器３は図２，図３に示す如くビル２
の屋上に設置された基台５上に付加質量６がＸ方向に摺
動する構成であり、付加質量６はビル２の総質量に対し
約０．５％程度の質量を有し、例えば５〜１０ｔ程度の
重量を有する。そのため、付加質量６は基台５上のリニ
アベアリング７により摺動自在を支持されている。

【００２４】又、基台５上にはアクチュエータとしての
ＡＣサーボモータ（以下モータと言う）８、電磁ブレー
キ９が設けられており、モータ８の出力軸８ａはカップ
リング１０を介して軸受１１，１２に軸承されたボール
ねじ１３に結合されている。ボールねじ１３は付加質量
６に螺合して貫通している。従って、付加質量６はボー
ルねじ１３の回転により基台５の凹部５ａ内を移動す
る。

【００２５】風圧又は地震発生によりビル２が振動する
と、制御装置４は後述するように振動の大きさに応じた
制御量を演算して動吸振器３のモータ８へ駆動信号を出
力する。モータ８は駆動信号の供給によりボールねじ１
３を回転させ、付加質量６をＸ方向（振動方向）に移動
させる。このとき、発生する付加質量６の慣性力の反作
用によりビル２の振動が制振される。

【００２６】尚、電磁ブレーキ９は制振モード時オフ状
態であり、電源をオフにされた停止モード時にボールね
じ１３を回転不可状態に制動する。

【００２７】ビル２の例えば１階，５階，１０階，１５
階の複数階には、ビル２の振動による変位及び速度を検
出するセンサ１５ａ〜１５ｄが設置されている。

【００２８】又、１５階建てのビル２の屋上には風速
（Ｖ）を計測する風速計１６が設置され、動吸振器３に
は付加質量６の変位、速度及び加速度を検出するセンサ
１８が設けられている。センサ１５ａ〜１５ｄ及びセン
サ１８からの各検出信号はサーボアンプ１９ａ〜１９ｅ
により増幅されて減算回路２０に入力される。減算回路
２０では１階の変位及び速度を基準として各階の実質的
な変位及び速度を算出する。つまり、減算回路２０は５
階，１０階，１５階の各センサ１５ｂ〜１５ｄにより検
出された変位及び速度から１階のセンサ１５ａにより検
出された変位及び速度を減算して１階の振動をゼロとし
たときの各階の振動の大きさを算出する。

【００２９】又、風速計１６からの検出信号はアンプ２
１で増幅されて制御装置４に入力される。

【００３０】２２は地震計で、地面を伝播する縦方向の
地震波（Ｐ波）及び横方向の地震波（Ｓ波）を検出する
ように地面に埋没されている。尚、地震発生時地震計７
２からの検出信号はアンプ２３で増幅されて制御回路４
に入力される。

【００３１】制御装置４は、入力部としてのＡ／Ｄ変換
器２４、動吸振器３への制御量を演算するＣＰＵ２５、
出力部としてのＤ／Ａ変換器２６、Ｉ／Ｏインタフェー
ス回路２７を有する。Ａ／Ｄ変換器２４はスイッチ２８
を介して減算回路２０と接続されており、減算回路２０
から出力されたビル２及び付加質量６の変位、速度のア
ナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５に出力
する。又、Ａ／Ｄ変換器２４には風速計１６及び地震計
２２からの検出信号も入力されており、これらの検出信
号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５に出力する。

【００３２】ＣＰＵ２５は二つのＣＰＵ２５ａ，２５ｂ
とよりなる。このうち２５ａでは後述するようにＡ／Ｄ
変換器２４及びＩ／Ｏインタフェース回路２７からの各
信号に基づいて動吸振器３の制御量を演算し、Ｄ／Ａ変
換器２６へ出力する。又、Ｄ／Ａ変換器２６から出力さ
れた制御量のデジタル信号はサーボドライバ２９に入力
され、サーボドライバ２９はＣＰＵ２５ａで演算された
制御量に応じたトルク指令電流を動吸振器３のモータ８
に出力する。

【００３３】ＣＰＵ２５ｂは、本発明の要旨であり前記
制御系定数に該当する制御ゲイン《Ｆ》（以下、制御ゲ
インベクトルを《Ｆ》で表す）の演算をおこなう。

【００３４】３０はメモリ（本実施例の場合、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）ディスク）で、後述する制
振制御の各プログラムが格納され、且つ制振制御に必要
な各演算の初期値及び地震フラグ、異常フラグ等を記憶
する。更に上記制御ゲイン《Ｆ》を演算するために使用
するビル２及び付加質量６の運動データ《Ｘ》（以下、
状態変位ベクトルを《Ｘ》と表す）、制御ゲイン《Ｆ》
を得る演算式の基礎となる数学モデル及びビル２の各モ
ードの固有振動数等を記憶する。

【００３５】例えばメモリ３０には、図４に示す如くＣ
ＰＵ２５ａが実行する制振モード設定プログラム３０
Ａ、ゲイン異常判定プログラム３０Ｂ、ゲイン切換プロ
グラム３０Ｃ、付加質量停止制御プログラム３０Ｄが記
憶されている。ここで、各制御プログラムの概要につい
て説明する。

【００３６】まず、制振モード設定プログラム３０Ａ
は、通常は風圧制振モードの制振制御を行い、地震発生
により縦方向の地震波（Ｐ波）が検出されると、横方向
の地震波（Ｓ波）が伝播する前に地震制振モードに切換
えて最適制御を行う。そして、地震が終了しても所定時
間地震制振モードを継続してから風圧制振モードに戻す
ことにより段続的な地震にも対応できるよう制御を行
う。

【００３７】又、ゲイン異常判定プログラム３０Ｂは、
動吸振器３のゲインが適切であるか否かを自己診断する
機能を有し、例えば制振動作時のビル２の２周期の最大
値をチェックして振動が減衰せず加振されたとき、ゲイ
ン異常と判定し、動吸振器３を停止させる。

【００３８】又、ゲイン切換プログラム３０Ｃでは、ビ
ル２の変位又は風圧、地震の大きさに応じて制振制御の
ゲインを切換える。尚、本実施例では後述するＬＱ（Li
nearQuadratic、線形２次) 制御により動吸振器３を制
振動作させており、ゲインはＬＱ制御の演算過程で算出
される。

【００３９】又、付加質量停止制御プログラム３０Ｄ
は、例えばビル２に過大変位が生じたとき動吸振器３の
付加質量６が基台５のストッパに衝突しないように付加
質量６の移動可能な範囲内で付加質量６がゆるやかに停
止するようにモータ８の制御を行う。

【００４０】３１は電源で、制御回路４及びサーボドラ
イバ２９に接続されており、電源３１とサーボドライバ
２９との間には緊急停止用のスイッチ３２が配設されて
いる。このスイッチ３２は通常接点を有し、例えば過大
な地震が発生したときＩ／Ｏインタフェース回路１７か
らの停止信号により励磁されて開成する。

【００４１】３３はハイパスフィルタで、センサ１５ａ
からの検出信号がサーボアンプ１９ａを介して入力され
ると１次モードの固有振動数以上の周波数のみをＩ／Ｏ
インタフェース回路２７に出力する。ＣＰＵ２５ａはハ
イパスフィルタ３３からの信号が過大な場合Ｉ／Ｏイン
タフェース回路２７からスイッチ３２に停止信号を出力
させる。これによりスイッチ３２が開成して動吸振器３
への電源供給が停止し、動吸振器３は停止モードとな
る。そのため、過大な振動を制振するために付加質量６
が急激に駆動されてストッパ（基台５の凹部５ａの側
壁）に衝突することが防止される。

【００４２】３４は表示器で、動吸振器３の制御系ある
いは各センサ１５ａ〜１５ｄ，１８、風速計１６、地震
計２２等に異常があると、その異常内容等を表示して監
視員に知らせる。

【００４３】３５は警報器で、異常発生時（アラーム）
を発する。

【００４４】次に、上記制振装置１が制振動作する際に
制御装置４のＣＰＵ２５ａが実行する処理について、図
５乃至図９を参照して説明する。

【００４５】又、ＣＰＵ２５ａは例えば５０msec（サン
プリング周期）毎に図５乃至図９の処理を繰り返し実行
している。

【００４６】尚、制御装置４では予め演算処理を行う際
の初期設定が行なわれる。設定される初期値としては、
例えば、ビル２の最上階の最大変位（ｘ₄max) 、地震終
了後地震制振モード時間をカウントするタイマの時間
（数分間）ｔｅ、地表変位１ｍの白色雑音（ホワイトノ
イズ）による応答シミュレーションによる無制振時の最
大変位の絶対値（ｘe unit) 、風速１ｍ／sec 時の無制
振時の最大変位の絶対値（ｘｗ unit)、ビル２の振動の
２周期分の時間ｔ、付加質量６がストッパに衝突せずに
移動できるストローク限界位置、地震の縦方向の地震波
（Ｐ波）の下限値εｐ、地震の横方向の地震波（Ｓ波）
の下限値εｓ等があり、夫々メモリ３０に記憶される。

【００４７】図５、図６は本発明の要旨であるＬＱ制御
に用いる後述する重みＱ，Ｒ（前記縮小化時の所定の比
率を決定するためのもの）の検証を行なう動作のフロー
チャートを示す。まず、一定の時間間隔で所定の期間、
ビル２及び付加質量６の運動データ《Ｘ》をメモリ３０
に記録する。ここで前記サンプリング周期を計数するこ
とによって上記一定の時間間隔（記録をおこなわず待機
する時間）を計測するための記録間隔カウンタをＣｒ、
この時間間隔をＲｓとする。

【００４８】ステップ（以下「ステップ」を省略する）
Ｓ１にて記録開始用のフラグＭｆが１であればＳ２で前
回のサンプリングの際のビル２及び付加質量６の運動の
データ《Ｘ》をメモリ３０に転送し、記録する。次にＳ
３で上記サンプリング周期を計数することによって記録
時間を計測するタイマＭｔをインクリメントする。次の
Ｓ４でこのタイマＭｔが所定の期間をＴｆを経過してい
れば、即ち所定のサンプリング回数分上記データ《Ｘ》
が記録されているということであり、Ｓ５に移る。Ｓ５
でタイマＭｔ及び前記記録開始用フラグＭｆをそれぞれ
クリアするとともに、後述するビル２の応答解析（ビル
２に加えられた外力に応答するビル２の変位の解析）が
ＣＰＵ２５ｂによってなされるための応答解析フラグＦ
ｆを１としてＳ６に移る。

【００４９】Ｓ１において記録開始用フラグＭｆが０で
あればＳ７に移り記録間隔カウンタＣｒをインクリメン
トする。次にＳ８にて記録間隔カウンタＣｒが所定の時
間間隔Ｒｓに至っていればＳ９で記録開始フラグＭｆを
１としてＳ６に移行する。Ｓ８にて未だ時間間隔Ｒｓに
至っていない場合にはＳ９を通らずにＳ６に移行する。

【００５０】次にＳ６において、数学的モデル異常フラ
グＣｆが１であれば、図１１のＳ１０４に移り制御量ｕ
を０としてＳ１３６にてその制御量ｕを出力する。この
数学モデル以上フラグＣｆは、前記応答解析によって後
述する制御ゲイン《Ｆ》を演算する数学的モデルが異常
と判断された場合に１とされる。又、Ｓ６にてＣｆが
０、即ち数学的モデルに異常がないと判断された場合に
はＳ１０に移ってビル２及び付加質量６の運動データ
《Ｘ》、即ち変位、速度、加速度を読み込む。なおここ
でＸ₁、Ｘ₂は、それぞれ所定の時間内でサンプリング
された付加質量６の変位及び速度の絶対値のうち最大の
ものを示す。上記所定の時間は、ビル２の一次モードの
固有振動数の２周期分の時間２Ｔｓ₁とされる。Ｓ１１
で上記付加質量６の変位Ｘ₁（前記付加質量の移動に関
するデータ）があらかじめ設定された上限値Ｘ₁maxlmt
を越えるときには後述するＬＱ（Linear Qadratic 、線
形２次）制御で使用される評価関数Ｊの重みＱを変更す
る必要があり、そのためにＳ１２でパラメタｃｈ−ｑを
１入力セットする。

【００５１】又、Ｓ１１でＸ₁がＸ₁maxlmtを越えない
場合にはＳ１３に移り、Ｘ₁があらかじめ設定された下
限値Ｘ₁minlmtより小さいときにも前記重みＱを変更す
る必要があり、このためにＳ１４でバラメタｃｈ−ｑを
２にセットする。Ｓ１３でＸ ₁がＸ₁minlmtより小さく
ないとき、即ち上限値Ｘ₁maxlmt及び下限値Ｘ₁minlmt
の間の範囲内であればＳ１５でパラメタｃｈ−ｑに０を
セットする。更にＳ１６で

【００５２】

【数１】

【００５３】にて動吸振器３のサーボモータ８の消費電
力Ｘｐ（前記付加質量の移動に関するデータ）を算出す
る。ここでｍａ、Ｘ₂、

【００５４】

【外１】

【００５５】はそれぞれ、付加質量６の質量、速度及び
加速度を示す。Ｓ１７でこの消費電力Ｘｐがあらかじめ
設定された上限値Ｘp maxlmtを越えた場合には、前記評
価関数Ｊの重みＲを変更する必要があり、そのためにＳ
１８でパラメタｃｈ−ｒに１をセットする。Ｓ１７でＸ
ｐmaxlmtを越えない場合にはＳ１９に移り、Ｘｐがあら
かじめ設定された下限値Ｘｐminlmtより小さいときにも
重みＲを変更する必要があり、そのためにＳ２０でパラ
メタｃｈ−ｒに２をセットする。Ｓ１９でＸｐがＸp mi
nlmtより小さくないとき、即ち上限値Ｘｐmaxlmt及び下
限値Ｘｐminlmtの間の範囲内であれば、Ｓ２１でパラメ
タｃｈ−ｒに０をセットする。

【００５６】Ｓ１２，Ｓ１４又はＳ１５のパラメタｃｈ
−ｑのセット，あるいはＳ１８，Ｓ２０又はＳ２１のパ
ラメタｃｈ−ｒのセットがそれぞれ終了した場合には図
７のＳ１０１に移る。Ｓ１０１で制振システムの異常チ
ェックを行う。例えば動吸振器３の制御系又はセンサ１
５ａ〜１５ｄ，１８、地震計２２、風速計１６等に異常
がないかどうかをチェックし、Ｓ１０２で異常なしの場
合はＳ１０３に移り地震計２２からの地震波（Ｐ波、Ｓ
波）の検出信号を読み込む。

【００５７】しかし、Ｓ１０２において異常ありの場合
は図９に示すＳ１０４に移り、制御量ｕをゼロにすると
ともに表示器３４に異常発生を表示して、Ｓ１３６で制
御量ｕ＝０をＤ／Ａ変換器２６に出力してモータ８を停
止させ動吸振器３による制振動作を止める。そして、異
常個所が修理されて異常なしの状態に復帰するまでＳ１
０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１３６が繰り返される。

【００５８】Ｓ１０５では地震フラグ＝０であるかどう
かをチェックする。地震フラグは通常地震のないとき
（地震発生前）“０”に設定され、地震発生と判断され
たとき“１”に設定される。

【００５９】従って、地震フラグ＝０のときはＳ１０６
に至り、縦方向の地震波（Ｐ波）の振幅Ａｐが下限値ε
ｐより大きいかどうかをチェックする（制振モード設定
手段）。

【００６０】地震が発生すると、まず伝播速度の速い縦
方向の地震波（Ｐ波）がビル２に伝播し、やや遅れて横
方向の地震波（Ｓ波）が伝播する。ビル２のような構造
物は縦方向の振動には充分な強度を有するが、横方向の
振動の場合、共振現象があるので動吸振器３により制振
する必要がある。

【００６１】ビル２が横方向に振動する主な原因として
は、風圧の増大、地震による横揺れがある。風圧に
よるビル２の振動は振幅が同じでも低い周波数でゆっく
り振動する。これに対し、地震によるビル２の振動は急
激且つ複雑であるが風圧の場合に比べて高い周波数で激
しく揺れる。

【００６２】そのため、ＣＰＵ２５ａは、通常は図８に
示す風圧による振動に適した風圧制振モードの処理を実
行し、地震発生時は図７に示すＳ１０６以下及び図９に
示す地震による振動に適した地震制振モードの処理を実
行する。

【００６３】ここでは、先に通常実行される風圧制振モ
ードの処理について説明し、その後地震制振モードの処
理について説明することにする。

【００６４】Ｉ「風圧制振モード」上記ステップＳ１０６において、Ｐ波の振幅Ａｐが下限
値εｐより小さいときは、図８に示すＳ１０７に移り地
震フラグを“０”に設定するとともに表示器３４に「風
圧制振モード」を表示する。

【００６５】続いてＳ１０８では、ゲイン異常検出のた
めのピークホールド用のタイマｔを１インクリメントし
て、Ｓ１０９で２周期分の時間Ｔが経過したかどうかを
チェックする。尚、２周期分の時間Ｔは予めメモリ３０
に入力されており、Ｔ＝２（２π／ω₁）×Ｆの式によ
り決まる。但し、ω₁はビル２の一次モードの固有振動
数（０．５rad/S)、Ｆは制御のサンプリング周波数（２
００Ｈｚ）である。

【００６６】Ｓ１０９において、まだ２周期分の時間Ｔ
が経過していないときは、後述するＳ１１０〜Ｓ１１２
の処理を実行せずに、Ｓ１１３に移りビル２の複数階に
設置された各センサ１５ａ〜１５ｄ及び付加質量６のセ
ンサ１８により検出された変位及び速度、加速度《Ｘ》
を読み込む。従って、タイマｔの時間が２周期分の時間
Ｔになるまでビル２及び付加質量６の変位及び速度、加
速度《Ｘ》が読み込まれてメモリ３０に記憶される。

【００６７】しかし、Ｓ１０９において、時間Ｔが経過
したときは、Ｓ１１０に移り最上階の変位のリミット値
Ｘ₄lmt を風速１m/s 時の無制振時の最大変位の絶対値
（Ｘｗ unit)に最大風速ｗｐを乗算した値に更新する
（Ｓ１１０）。続いて、Ｓ１１１でメモリ３０に記憶さ
れた２周期の変位のうちビル２の最上階の最大変位｜Ｘ
₄max ｜とＳ１１０のリミット値Ｘ₄lmt とを比較する
（ゲイン異常判定手段）。

【００６８】Ｓ１１１において、最大変位Ｘ₄max の値
がリミット値Ｘ₄lmt より小さい場合にはビル２の振動
が動吸振器３の制振動作により減衰しているため、異常
なしと判定し、Ｓ１１２でメモリ３０に記憶された最大
変位Ｘ₄max 、タイマｔ、最大風速ｗｐの各値をゼロリ
セットする。そして、Ｓ１１３で各センサ１５ａ〜１５
ｄにより検出されたビル２及び付加質量６の変位及び速
度、加速度《Ｘ》を読み込む。

【００６９】しかし、Ｓ１１１において、最大変位Ｘ₄
max がリミット値Ｘ₄lmt より大きい場合には動吸振器
３が制振動作しているにも拘らずビル２が加振されて振
動が大きくなっているため、制御ゲイン《Ｆ》が異常で
あると判定し、Ｓ１１４で異常フラグ＝１を設定して警
報を発する。そして、前述したＳ１０４に移り、制御量
ｕをゼロにするとともに表示器３４に「制御ゲイン異
常」を表示し、さらにＳ１３６で制御量ｕ＝０を出力し
て動吸振器３を停止させる。

【００７０】図８に戻って、Ｓ１１５では最上階の変位
Ｘ₄がメモリ３０に記憶された前回の最大変位Ｘ₄max
より大きいかをチェックする。今回の変位Ｘ₄の方が大
きい場合にはＳ１１６に移り最大変位Ｘ₄max を今回の
変位Ｘ₄に更新してメモリ３０に記憶してＳ１１７に移
る。又、今回の変位Ｘ₄の方が小さい場合には、更新せ
ずにＳ１１７に移り風速計１６により検出された風速ｗ
を読み込む。

【００７１】次のＳ１１８では今回検出された風速ｗが
メモリ３０に記憶されている最大風速ｗｐより大きいか
どうかをチェックしており、今回の風速ｗの方が大きい
場合にはＳ１１９に移り最大風速ｗｐを今回の値に更新
してＳ１２０に至る。

【００７２】又、今回の風速の方が小さい場合には、更
新せずに、Ｓ１２０に移り動吸振器３への制御量ｕを演
算する。

【００７３】Ｓ１２０では後述するＬＱ制御による風圧
制振モードの制御ゲイン《Ｆ》が求められ、次式（１）

【００７４】

【数２】

【００７５】により制御量ｕが算出される。そして、風
圧制振モードにより算出された制御量ｕはＳ１３６で出
力される。

【００７６】従って、通常地震のないときはＳ１０７〜
Ｓ１２０の処理が実行され、風等の比較的小さな外力に
よる変位に対応したゲイン、即ちビル２が振動しない場
合のゲイン《Ｆ》ｗを用いて動吸振器３を制御するた
め、風圧によるゆっくりとした変位を制振するのに最適
な速度で付加質量６を移動させて良好に制振できる。

【００７７】II「地震制振モード」図７に示すＳ１０６において、地震発生により地震が伝
播され、地震計２２により検出された縦方向の地震波
（Ｐ波）が下限値εｐ以上になると、地震制振モードが
設定される。即ち、Ｓ１０６において、Ｐ波が振幅Ａｐ
＞εｐであるときは、Ｓ１２１に移り地震フラグを
“１”にして地震制振モードとなる。

【００７８】次のＳ１２２からＳ１３０の処理は前述し
た風圧制振モードのＳ１０８からＳ１１６と同様ゲイン
異常判定を行っており、最上階の２周期分の変位をチェ
ックしてその間の最大値Ｘ₄max が地震によるリミット
値Ｘ₄lmt より小さくなっていれば、正常な制振制御が
行なわれ、逆に今回の最大変位Ｘ₄max がリミット値Ｘ
₄lmt より大きくなったときはゲイン異常と判定する。

【００７９】Ｓ１３１では、地震計２２により検出され
た横方向の地震波（Ｓ波）の振幅が下限値εｓより小さ
いかどうかをチェックする。従って、Ｓ１３１において
震源地からの地震（Ｓ波）が地震計２２により検出され
Ｓ波の振幅Ａｓが下限値εｓより大きいときは、Ｓ１３
２に移り地震制振モード用タイマｔｅをゼロリセットし
て、Ｓ１３３〜Ｓ１３６でＳ波の振幅の大きさに応じた
制御量ｕを算出して付加質量６を移動させる。

【００８０】しかし、Ｓ１３１において、縦方向の地震
波（Ｐ波）が検出されたか、まだ横方向の地震波（Ｓ
波）が検出されていないときは、Ｓ１３７に移りタイマ
ｔｅをインクリメントしてＳ１３８でタイマｔｅのカウ
ント時間が予めメモリ３０に設定された待機時間Ｔｅ
（数分間程度）に達したかどうかを見る。そして、まだ
待機時間Ｔｅに達していないとき（ｔｅ＜Ｔｅ）は、Ｓ
１３３の処理に移る。従って、Ｓ１０６で縦方向の地震
波（Ｐ波）が検出されて縦方向の地震波（Ｓ波）が検出
されるまでの間は地震制振モードの待機状態が維持され
る。

【００８１】地震波は前述したようにＰ波が先に伝播さ
れ、若干遅れてＳ波が伝播される。そして、上記のよう
に地震制振モードで待機しているときに、下限値εｓよ
りも大きい地震波（Ｓ波）が検出されると、前述の如く
Ｓ３２でタイマｔｅをゼロリセットする。

【００８２】続いて、Ｓ波の振幅Ａｓが前記メモリ３０
に記憶された最大振幅ｅｐより大きいかどうかをチェッ
クする（Ｓ１３３）。今回の振幅Ａｓの方が大きい場合
には、Ｓ１３４で最大振幅ｅｐを今回の振幅に更新して
メモリ３０に記憶させ、Ｓ１３５に至る。

【００８３】又、今回のＳ波の振幅の方が小さい場合に
は、更新せずにＳ１２５に移り動吸振器３への制御量ｕ
を演算する。

【００８４】Ｓ１３５では、後述するＬＱ制御による地
震制振モードの制御ゲイン《Ｆ》が求められ、次式
（２）

【００８５】

【数３】

【００８６】により制御量ｕが算出される。そして、地
震制振モードにより算出された制御量ｕはＳ１３６で出
力される。又、次回の処理のときにはＳ１０５で地震フ
ラグ＝１が設置されているので、Ｓ１０５から直接Ｓ１
２２の処理に移り、Ｓ１０６，Ｓ１２１を省略する。

【００８７】従って、地震波（Ｓ波）が伝播したときは
Ｓ１２１〜Ｓ１４０の処理が実行され、地震による急激
な変位に対応したゲイン、即ちビル２が高周波数で振動
した場合のゲイン《Ｆ》ｅを用いて動吸振器３を制御す
るため、横方向の地震計による急激な振動を制振するの
に最適な速度で付加質量６を移動させて良好に制振でき
る。

【００８８】従って、地震発生時急激な変位が検出され
ても付加質量６が基台５のストッパに衝突するまで駆動
されず、従来のようにリミットスイッチをオンにして停
止状態となり制振できなくなったり、あるいはストッパ
への衝撃がビル２に伝わってしまうといった不都合が生
じないようになっている。

【００８９】又、上記地震波（Ｓ波）が止まり下限値ε
ｐ以下になったときは、すぐに風圧制振モードに切換わ
らず、Ｓ１３１からＳ１３７に移りタイマｔｅをインク
リメントして待機時間Ｔｅを経過するまで（Ｓ１３８）
地震制振モードが継続される。従って、一旦地震が止ま
っても余震あるいは再び地震波が伝播されるような段続
的な地震の場合でも地震停止後所定時間Ｔｅの間地震制
振モードが維持されているので、余震あるいは２回目，
３回目…の地震による急激な入力変化に対してもビル２
を良好に制振することができる。

【００９０】そして、Ｓ１３８において、予め設定され
た待機時間Ｔｅが経過しても地震が発生しないときは、
Ｓ１３９に移り地震フラグを“０”にしてＳ１４０で最
大振幅ｅｐをゼロリセットし、Ｓ１４０−２でｔｅもゼ
ロリセットする。そして、前述したＳ１３５，Ｓ１３６
の処理を実行する。

【００９１】そのため、次回の処理ではＳ１０６でＰ波
の振幅が下限値εｐより小さい場合、再び風圧制振モー
ドに戻る。

【００９２】このように、地震制振モード中に地震が停
止してもすぐに風圧制振モードに切換えず地震制振モー
ドが時間Ｔｅの間継続されるため、段続的な地震があっ
ても地震による急激な変位に応じたゲイン《Ｆ》ｅで動
吸振器３を制御することができる。

【００９３】ここで、上記Ｓ１２０，Ｓ１３５における
制御量ｕを演算する際の演算方法について説明する。

【００９４】まず、風圧制御モードのゲイン《Ｆ》ｗと
地震制振モードのゲイン《Ｆ》ｅの決定について説明す
る。ゲイン《Ｆ》ｗ，《Ｆ》ｅを求めるに際して、図１
６に示すようなＮ階建てのビル２と動吸振器３との力学
モデルを考える。尚、図１６中ｍは質量、Ｋはばね要
素、Ｃは減衰要素である。そして、図１６の力学モデル
に関する最適レギュレータを設計し、これを制振装置１
に適用する。

【００９５】即ち、ＬＱ（Linear Quadratic、線形２
次) 制御と呼ばれる方法で評価関数Ｊを求め、評価関数
Ｊが最小になるように制御系のゲインＦｗ，Ｆｅ（前記
制御系の定数）を決定する。これは前記の、構造物の振
動のデータ及び付加質量の移動に関するデータをそれぞ
れ所定の比率で縮小化することによって制御系の定数を
求めることに該当する。

【００９６】力学モデルは１階からＮ階までＥＮコント
ロールの質点msi と、剛性ksi のばね減衰定数csi の減
衰要素で構成する。また、動吸振器３は付加質量maと制
御量ｕで表わす。

【００９７】又、各階の絶対変位をｙsc、動吸振器３の
変位をｙa とする。ここで、地面階ｙsoと各階の相対変
位ｘsiは、ｘsi＝ｙsi−ｙso …（３）と表わされ、最上階（ｍsu）と動吸振器３の付加質量６
（ｍａ）との相対変位ｘａは、ｘａ＝ｙａ−ｙ_SN …（４）と表わされる。

【００９８】状態変位ベクトル

【００９９】

【外２】

【０１００】とすると、（但し、

【０１０１】

【外３】

【０１０２】は夫々付加質量６の変位、速度、加速度
で、Ｘ_S1〜Ｘ_snはビル２の変位、

【０１０３】

【外４】

【０１０４】はビル２の速度である。）この系の状態方
程式は、

【０１０５】

【数４】

【０１０６】と表され、

【０１０７】

【数５】

【０１０８】

【数６】

【０１０９】質量マトリクスＭ、剛性マトリクスＫ、減
衰マトリクスＣは、

【０１１０】

【数７】

【０１１１】と表わすことができる。ここで、ビル２の
変位を抑えることを目的として、次のような評価関数Ｊ
を設定する。

【０１１２】

【数８】

【０１１３】但し、《Ｘ》は各質点の状態量（面積）、
Ｑはフィードバック量（付加質量の変位）に対する重
み、Ｒは動吸振器の制御量ｕ（前記付加質量の移動に関
するデータ）に関する制約である。よって、Ｒが小のと
き付加質量６の加速度が大となり、Ｒが大のとき付加質
量６の加速度が小となる。

【０１１４】ここで、

【０１１５】

【数９】

【０１１６】したがって式（１１）は次式となる。

【０１１７】

【数１０】

【０１１８】又、

【０１１９】

【数１１】

【０１２０】である。

【０１２１】よって、ゲイン《Ｆ》ｗ及び《Ｆ》ｅは、《Ｆ》＝Ｒ^-1Ｂ^TＰ …（１５）で表わされ、Ｐはリカッチ（Riccati)方程式（１６）の
解として求められる。

【０１２２】Ａ^TＰ＋ＰＡ＋Ｑ−ＰＢＲ^-1Ｂ^TＰ＝０ …（１６）尚、重みＱ，Ｒにおいて、ゲイン《Ｆ》ｗ，《Ｆ》ｅに
対応する動吸振器３の関数ｑａ、付加質量６の加速度の
関数Ｒをそれぞれ風圧用のｑｗ，ｒｗ、地震用のｑｅ，
ｒｅとすると、風圧よりも地震による外力が数倍大きい
ので、ｑｗ≪ｑｅ，ｒｗ≪ｒｅと設定し上記の手順でゲインＦを求める。

【０１２３】このようにして得られたゲインＦに基づい
て制御量ｕが算出され、動吸振器３のモータ８に出力さ
れる。よって、付加質量６は風圧制振モード時はゲイン
《Ｆ》ｗによる制御量ｕにより制御されて制振方向に移
動し、地震制振モード時はゲイン《Ｆ》ｅによる制御量
ｕにより制振動作するように駆動される。

【０１２４】図１０，図１１は、前記ＣＰＵ２５ａ、２
５ｂによって実行されるビル２の応答解析の演算処理の
フローチャートを示す。Ｓ５１で前記応答解析フラグＦ
ｆが１であれば、Ｓ５２において前記Ｓ１０でメモリ３
０に記録されたビル２の前記複数階の変位Ｘｓi と、付
加質量６の変位Ｘａの各周波数でのパワースペクトル密
度を求める。更にＳ５３でパワースペクトル密度からビ
ル２の固有振動数ω₁〜ω₄を求める。次にＳ５４にお
いて、Ｓ５３でもとめられた固有振動数ωi 、ω₁〜ω
₄と、メモリ３０にあらかじめ記憶されているビル２の
各モードの固有振動数ωiold（ω₁old〜ω₄old）とを
それぞれ比較する。この比較の結果互いに異なるものが
ある場合、Ｓ５５にて新たな固有振動数を使用して新た
に前記剛性マトリクスＫを求め、Ｓ５６にて前記数学的
モデル異常フラグＣｆを１にセットする。これによって
前述のごとく制御量ｕが０とされ、制振動作が停止され
る。

【０１２５】なお、このようにビル２の固有振動数が元
の値と食い違う現象は、例えばビル２を構成するコンク
リート、鉄筋等の劣化によってビル２の剛性が経時変化
することによって生ずる。実際の値と食い違ったビル２
の固有振動数がを使用して制振制御がなされた場合、制
振動作の精度が低下される。

【０１２６】更にＳ５７にて、Ｓ５５にて新たに求めら
れた剛性マトリクスＫを用いて新たに前記Ａマトリクス
を求める。更にＳ５８にて前述のごとく、各マトリクス
Ｑ，Ｒ，Ａ，Ｂより新たに制御ゲイン《Ｆ》を求める。
Ｓ５９にて数学的モデル異常フラグＣｆをクリアする。
これによって先程Ｓ５６にて停止された制振制御が、Ｓ
５８にて新たに求められた制御ゲイン《Ｆ》を使用して
再開される。なお、Ｓ５６にて制御が停止されてからＳ
５８にて再開される迄の間は実際には非常に短時間であ
り、上記停止の期間によって制振動作が悪影響を受ける
ことは、ほとんどないと考えてよい。

【０１２７】更にＳ６０で上記固有振動数ωiold（ω₁o
ld〜ω₄old）のうち、新たに求めたωi （ω₁〜
ω₄）と異なったものに、その異なるωi を代入してそ
の値を更新する。

【０１２８】このように前述のごとくビル２の経時変化
によって固有振動数が変化した場合にも、その変化が自
動的に検知されるとともに直ちに新たな固有振動数が算
出されその新たな固有振動数に基づいた制御ゲイン
《Ｆ》によって制振動作が再開されるようにしたため、
ビル２の経時変化に関わらず、制振動作が常に精度良く
実行され得る。なお、本実施例ではビル２の固有振動数
を監視しながら適宜更新しそれによって制御ゲインを更
新する構成であったが、この構成に限らず、固有振動数
以外のビル２の構造に関する定数を監視しながら適宜更
新し、それによって制御ゲイン以外の制御系の定数を更
新する構成としてもよい。

【０１２９】次に前記式（１１）の評価関数Ｊの重みＱ
を更新する場合について説明する。前記図６のＳ１２に
て重み更新パラメタｃｈ−ｑが１とされているときには
Ｓ６１からＳ６２に移る。Ｓ１２にてｃｈ−ｑが１とさ
れる場合は、付加質量６が過大変位を生じている場合で
あるため、前記式（１３）にて付加質量６の変位Ｘａに
対する評価を大きくする必要がある。このためＳ６２に
て式（１３）のｑａを２倍としてＱマトリクスを算出す
る。更にＳ６３において、Ｓ６２にて算出されるＱマト
リクス及びＲ，Ａ，Ｂを用いて新たにゲイン《Ｆ》を求
め、ｃｈ−ｑをクリアする。

【０１３０】このように付加質量６の変位が過大となる
のは地震波の振動のエネルギ、特に振動の振幅が過大と
なった場合と考えられる。このように場合、従来は付加
質量の変位が所定の値を越えると制振動作を停止するこ
とによって前述のごとく付加質量６がストッパに衝突し
てビル２を加振することを防止していた。これに対し地
震波の振動エネルギが過大になり、そのままでは付加質
量６がストッパに衝突するような場合であっても、前述
のごとくｑａを２倍とすることによって付加質量６の変
位Ｘａに対する評価が高まり、その結果変位Ｘａが抑制
される。このように制振装置１の制御能力に応じて制振
感度が抑制され、付加質量６のストッパへの衝突の危険
性が回避され制振動作を続行することができる。

【０１３１】他方、図６のＳ１４にて重み更新パラメタ
ｃｈ−ｑが２とされているときにはＳ６１からＳ６４に
移る。Ｓ１４にてｃｈ−ｑが２とされる場合は、付加質
量６のが過少変位を生じている場合である。この状態で
は付加質量６の変位Ｘａが小さ過ぎ、動吸振器２の制御
能力に対して付加質量６の変位Ｘａによる制振効果が不
十分となる。したがって変位Ｘａに対する評価を小さく
して制御の感度を高める必要がある。このため、Ｓ６４
にて式（１３）のｑａを１／２倍としてＱマトリクスを
算出する。更にＳ６５において、Ｓ６４にて算出される
Ｑマトリクス及びＲ，Ａ，Ｂを用いて新たにゲイン
《Ｆ》を求め、ｃｈ−ｑをクリアする。

【０１３２】次に前記式（１１）の評価関数Ｊの重みＲ
を更新する場合について説明する。前記図６のＳ１８に
て重み更新パラメタｃｈ−ｒが１とされているときには
Ｓ６６からＳ６７に移る。Ｓ１８にてｃｈ−ｑが１とさ
れる場合は、動吸振器２の制御量ｕが過大となり付加質
量６を駆動するサーボモータ８の消費電力が過大となる
場合であるため、前記式（１３）にてｕに対する評価を
大きくする必要がある。このためＳ６７にて式（１３）
のＲを２倍とする。更にＳ６８において、Ｓ６７にて２
倍とされたＲ及びＱ，Ａ，Ｂを用いて新たにゲイン
《Ｆ》を求め、にｃｈ−ｒをクリアする。

【０１３３】このように動吸振器２の制御量ｕが過大と
なる現象は、地震波等の振動のエネルギ特に振動の周波
数が高い場合、付加質量６の動作をこれに追従させるた
めにサーボモータ８の負担が増加することによって生ず
る。この状態で制振動作を続行しようとするとサーボモ
ータ８の消費電力が過大となりモータ８の動力容量を越
え、巻線の焼損等の危険があるため、従来はこの時点で
制振動作を停止していた。これに対し、前述のごとく制
御量ｕに対する評価の度合を高めることによって付加質
量６の動作が抑制される。これによって制振装置１の制
御能力に応じて制振感度が抑制され、サーボモータ８の
巻線の焼損等の危険性が排除され、制振動作が続行され
得る。

【０１３４】他方、図６のＳ２０にて重み更新パラメタ
ｃｈ−ｒが２とされているときにはＳ６６からＳ６９に
移る。Ｓ２０にてｃｈ−ｒが２とされる場合は、付加質
量６のが過少変位を生じている場合である。この状態で
はサーボモータ８の動力容量に対してその制御量に余裕
があり過ぎ、付加質量６の動作による制振効果が不十分
となる状態である。したがって制御量ｕに対する評価を
小さくして制御の感度を高める必要がある。よって前記
式（１３）にてｕに対する評価を小さくする必要があ
る。このためＳ６７にて式（１３）のＲを１／２倍とす
る。更にＳ６５において、Ｓ６７で２倍とされたＲ及び
Ｑ，Ａ，Ｂを用いて新たにゲイン《Ｆ》を求め、ｃｈ−
ｒをクリアする。

【０１３５】このように地震波等の振動のエネルギの変
化に直ちに対応して付加質量６の変位及び制御量のそれ
ぞれに対する評価の度合いを調整するようにしたため、
常に制振装置１の制御能力に応じた範囲内で精度の高い
制振制御が実行され得る。ＣＰＵ２５ｂでは、ＣＰＵ２
５ａによって図７〜図９に示す制振動作がなされている
間、上述した図１０、図１１の動作が繰り返し実行され
る。したがって上記付加質量６の変位及び制御量のそれ
ぞれが常時監視され、評価関数Ｊの重みＱ，Ｒが適宜更
新され、信頼性の高い制振装置を実現し得る。

【０１３６】次に本発明の第２実施例について説明す
る。本実施例は、動吸振器２設置時に用いることが有効
な構成である。本実施例の概略構成は図１に示した前述
の第１実施例の構成と同様であるため、その説明を省略
する。

【０１３７】ＣＰＵ２５ａでは、まず図１２に示す記録
タイミングモードでビル２の振動データ《Ｘ》が記録さ
れ、そのデータ《Ｘ》を使用して図１３に示す演算モー
ドによって最適な前記評価関数Ｊの重みＱ，Ｒが求めら
れ、そのＱ，Ｒを使用して制御ゲイン《Ｆ》が求めら
れ、その制御ゲイン《Ｆ》を使用して図７〜図９の制振
動作が実行される。

【０１３８】図１２の記録タイミングモードでは、まず
Ｓ２０１にてビル２の振動のデータ《Ｘ》の記録時間を
計測する記録時間タイマＭｔ、同データ《Ｘ》の記録開
始を指示する記録開始フラグＳｆ及び同データ《Ｘ》の
記録間隔を計測する（サンプリング周期）を計測する記
録間隔タイマＣｔのそれぞれを初期化する。記録間隔タ
イマＣｔが所定のサンプリング周期Ｓｍを越える迄、Ｓ
２０４で記録間隔タイマＣｔをインクリメントし再びＳ
２０２に戻ることを繰り返し時間待ち動作をおこなう。

【０１３９】次にＳ２０２にて記録間隔タイマＣｔが所
定のサンプリング周期Ｓｍに至るとＳ２０５にて前述の
ごとく図１の各センサ１５ａ〜１５ｄから出力された上
記振動のデータ《Ｘ》をサーボアンプ１９ａ〜１９ｄ、
減算回路２０、Ａ／Ｄ変換器２４を介して読み込む。な
おこの場合、地震が生じていない通常の状態であるた
め、ビル２の振動のデータ《Ｘ》は主に風による振動の
データである。次にＳ２０６にて記録開始フラグＳｆが
１でない場合にはＳ２０７に移る。このＳ２０７で振動
データ《Ｘ》が所定のしきい値《Ｘ》start を越えてい
れば、振動データ《Ｘ》を記録すべくＳ２０８にて記録
開始フラグＳｆを１にセットしてＳ２０９に移る。上記
Ｓ２０７の動作は、あまりにデータ《Ｘ》の値が小さ過
ぎる場合には、センサ１５ａ〜１５ｄ等の計測誤差の影
響が相対的に大きくなるため、所定の値未満のデータを
記録しないようにするためになされる。

【０１４０】Ｓ２０９では記録間隔フラグＣｔをクリア
し、Ｓ２０２に戻り、この場合ＣｔはＳ２０９にてクリ
アされＳｍに以下であるためＳ２０４に移り、前述のご
とくＣｔがＳｍに至る迄Ｓ２０２、Ｓ２０４の動作を繰
り返し時間待ち動作がおこなわれる。

【０１４１】上記時間待ち動作が終わりＣｔがＳｍに至
ると、Ｓ２０５にてデータ《Ｘ》が読み込まれＳ２０６
へと移る。このときには既にＳ２０８にて記録開始フラ
グＳｆが１とされているため、Ｓ２０６からＳ２１１に
移りＳ２０５にて読み込まれたデータ《Ｘ》がメモリ３
０に転送され記録される。更にＳ２１２にて記録時間タ
イマＭｔがインクリメントされ、Ｓ２１３では記録間隔
フラグＣｔがクリアされる。

【０１４２】Ｓ２１４にてＭｔがＴｇに至っていなけれ
ばＳ２０２に移る。Ｓ２０２では、Ｓ２１３にてＣｔが
クリアされているためサンプリング周期Ｓｍに至るまで
Ｓ２０２，Ｓ２０４の動作が繰り返され時間待ち動作が
なされる。この時間待ち動作が終了してサンプリング周
期Ｓｍに至るとＳ２０５にてデータ《Ｘ》が読み込ま
れ、Ｓ２０６を通過し、Ｓ２１１に移る。Ｓ２１１で
は、Ｓ２０５で読み込まれたデータ《Ｘ》がメモリ３０
に転送される。更にＳ２１２で記録時間タイマＭｔがイ
ンクリメントされＳ２１３で記録間隔タイマＣｔがクリ
アされる。以上Ｓ２０５〜Ｓ２０６及びＳ２１１〜Ｓ２
１４と、Ｓ２０２、Ｓ２０４の繰り返し動作による時間
待ち動作とが、記録時間タイマＭｔが所定の記録時間Ｔ
ｇに至るまで繰り返され、その都度データ《Ｘ》が読み
込まれるとともにメモリ３０に記録される。Ｓ２１４に
てＭｔが所定の記録時間Ｔｇに至り、所定のサンプリン
グ回数のデータ《Ｘ》の記録が終了すると図１３のＳ２
２０に移る。

【０１４３】又、Ｓ２０７にてデータ《Ｘ》が所定のし
きい値《Ｘ》start を越えない場合には、Ｓ２０８を経
由せずに直接Ｓ２０９に移る。Ｓ２０９では記録間隔フ
ラグＣｔをクリアた後、Ｓ２０２に移りＳ２０２からＳ
２０４の繰り返しによる時間待ち動作がなされる。その
後所定のサンプリング周期Ｓｍに至るとＳ２０５に移り
データ《Ｘ》の読込がなされる。以後データ《Ｘ》がし
きい値《Ｘ》start を越えるまで上述の動作Ｓ２０６〜
Ｓ２０９と、Ｓ２０２、Ｓ２０４の繰り返しによる時間
待ち動作とが繰り返される。

【０１４４】図１３の演算モードでは、あらかじめメモ
リ３０に記録されている図１６に示す数学的モデルに対
し、Ｓ２２０において、例えば前述の図１０にて示した
ごとくの演算によってビル２の剛性マトリクスＫと減衰
係数マトリクスＣとを求め、更に数学的モデルのＡ，Ｂ
マトリクスをそれぞれ求めて新たな数学的モデルを完成
させる。なお、上記あらかじめメモリ３０に記録された
数学的モデルは、質量ｍ_S1〜ｍ_S4のみ実測値を使用し、
他の定数は適宜任意に設定可能な構成とされている。

【０１４５】更にＳ２２１にて、それぞれ設定の結果制
振装置１の制御能力を越えない範囲内の任意の値に評価
関数Ｊの重みＱ，Ｒを設定する。更にその値Ｑ，Ｒを使
用して前記式（１５），（１６）にて制御ゲイン《Ｆ》
を求める。その制御ゲイン《Ｆ》に対して一定の強さの
乱数波の外力を及ぼした場合の応答としてのビル２の振
動及び制振装置１の制御動作をシミュレーション演算に
よって求める。このシミュレーション演算はＣＰＵ２５
ｂが実行し、その結果の付加質量６の最大変位Ｘ₁max
及び動吸振器２の最大消費電力Ｘｐmax をそれぞれメモ
リ３０に記録する。更にＸ₁max 、Ｘｐmax のそれぞれ
を図６に示す重み検証モードにて上限値Ｘ₁maxlmt 、
Ｘｐmaxlmt、下限値Ｘ₁minlmt、Ｘｐminlmtとそれぞれ
比較し、更に図１１に示す重み更新モードにてそれぞれ
の重みｑａ，Ｒを調整し、それぞれの重み更新フラグｃ
ｈ−ｑ，ｃｈ−ｒがそれぞれ０になったときの重みｑ
ａ，Ｒを使用して前述のごとく制御ゲイン《Ｆ》を求
め、その制御ゲイン《Ｆ》（フィードバックゲイン）を
使用して図７〜図９記載の制振動作を実行する。なお、
図１１に示す重み更新モードはＣＰＵ２５ｂが実行す
る。

【０１４６】図１４、図１５は、それぞれ本発明の第３
実施例の初期値設定モード、繰り返し演算モードの動作
フローチャートをそれぞれ示す。本実施例の構成は図１
４、図１５に示す動作を除いて第実施例と同様であるた
め、第２実施例と同様の構成部分の説明を省略する。図
１４，図１５の動作は図１３に示す演算モードのＳ２２
１に相当する動作であり、ＣＰＵ２５ｂが実行する。

【０１４７】まずＳ２３０にて各評価関数Ｊの重みｑ
ａ，Ｒの初期値ｑａ（０），Ｒ（０）をそれぞれ１．
０，１．０×１０^-1と設定する。更に後述するシミュレ
ーション演算にて上記それぞれの値ｑａ，Ｒを除々に縮
小化させるための除算パラメタΔＸの初期値を２．０と
設定する。

【０１４８】更にＳ２３１にて前記式（１６）のリカッ
チ方程式を解き式（１５）からフィードバックゲインの
初期値《Ｆ》（１）を求める。更にＳ２３３にて上記フ
ィードバック《Ｆ》（１）を使用した場合のシミュレー
ション演算をおこなう。この場合ビル２に与えられる外
力は１．０×１０^-2の白色雑音（通常の風による外力に
相当する値）とし、その外力に対するビル２の応答とし
ての振動と、その振動に対する制振装置１の動作とを、
それぞれの相互作用を含めて所定時間分シミュレーショ
ン演算する。

【０１４９】更にＳ２３３にて、上記シミュレーション
演算の結果からビル２の最上階の変位量を得、その変位
量の最大値を初期値としてＸ_S1max （０）に代入する。
更にＳ２３４にて繰り返し演算フラグＥｆをクリアす
る。このフラグＥｆが０である間に図１５に示す繰り返
し演算モードの動作が繰り返し実行される。

【０１５０】図１５の繰り返し演算モードでは、まずＳ
２４０にて初期値の重みｑａ（０），Ｒ（０）をそれぞ
れ前記除算パラメタΔＸで除算した後、変数ｑａ
（１），Ｒ（１）にそれぞれ代入する。更にＳ２４１に
てこの重み変数ｑａ（１），Ｒ（１）を使用して前述の
ごとくフィードバックゲイン《Ｆ》（１）を求める。Ｓ
２４２にて、このフィードバックゲイン《Ｆ》（１）を
使用した場合のシミュレーション演算が実行される。こ
の場合も図１４のＳ２３２の場合と同様、ビル２に与え
られる外力は１．０×１０^-2の白色雑音とし、その外力
に対するビル２の応答としての振動と、その振動に対す
る制振装置１の動作とを、それぞれの相互作用を含めて
所定時間分シミュレーション演算する。

【０１５１】更にＳ２４３にて上記の結果からビル２の
最上階の変位量を得、その変位量の最大値をＸ_S1max
（１）に代入する。次にＳ２４４にて前記変位量の初期
値Ｘ_S1max （０）から上記値Ｘ_S1max （１）を差し引い
た値を得、この値を除算パラメタΔＸに代入し、そのΔ
Ｘがあらかじめ設定した許容差ε（１〜２の間の数）よ
り大きい場合にはＳ２４６に移る。Ｓ２４６では前記シ
ミュレーション演算の結果の付加質量６の最大変位量Ｘ
ａmax があらかじめ設定されている制限値Ｘａ_lm _tと比
較され、制限値Ｘａ_lmtを越えていなければＳ２４８に
移り、上記シミュレーション演算の結果の動吸振器２の
サーボモータ８の消費電力の最大値Ｘｐmax があらかじ
め設定されている制限値Ｘｐ_lmtと比較され、制限値Ｘ
ｐ_lmtを越えなければＳ２５０に移る。

【０１５２】Ｓ２５０では、各重み、フィードバックゲ
イン及びビル２の最大変位の初期値ｑａ（０），Ｒ
（０），《Ｆ》（０）及びＸ_S1max （０）がそれぞれＳ
２４０，Ｓ２４１及びＳ２４３にてそれぞれ求められた
ｑａ（１），Ｒ（１），《Ｆ》（１）及びＸ_S1max
（１）によって置き換えられる。更にＳ２４０に戻り、
上記各重みｑａ（１），Ｒ（１）がそれぞれ初期値ｑａ
（０），Ｒ（０）としてＳ２４４にて更新された除算パ
ラメタΔＸによって除算され、その結果を使用してＳ２
４１にてフィードバックゲイン《Ｆ》（１）が求めら
れ、更にＳ２４２にて白色雑音の外力に対するビル２、
制振装置１の応答がシミュレーション演算によって求め
られる。

【０１５３】更にＳ２４３にて上記シミュレーション演
算の結果のビル２の最上階の最大変位Ｘ_S1max （１）か
ら前回の演算動作の際に求められたビル２の最上階の最
大変位Ｘ_S1max （１）が差し引かれる。その減算結果が
前記許容差ε（１以上）を越えた場合にはＳ２４６にて
シミュレーション演算結果の付加質量６の最大変位量Ｘ
ａmax が検証され、制限値Ｘａlim 以内であればＳ２４
８に移り、更にシミュレーション演算結果の動吸振器２
のサーボモータ８の最大消費電力Ｘｐmax が検証され
る。ここでＸｐmax が制限値Ｘｐlim 以内であればＳ２
５０にて各値ｑａ（１），Ｒ（１），《Ｆ》（１）及び
Ｘ_S1max （１）が今回の演算動作によって求められた値
で置き換えられる。

【０１５４】上記Ｓ２４０〜Ｓ２４４，Ｓ２４６，Ｓ２
４８及びＳ２５０の各動作は、Ｓ２４４にてビル２の最
上階の最大変位Ｘ_S1max （１）の前回の演算時との差Δ
Ｘがεを越え、Ｓ２４６にて付加質量６の最大変位量Ｘ
ａmax が制限値Ｘａlim 以内であり、Ｓ２４８にてサー
ボモータ８の最大消費電力Ｘｐmax が制限値Ｘｐlim以
内である間繰り返して実行される。又、Ｓ２４４にてＸ
_S1max （１）の前回の演算時との差ΔＸがε以内となる
か、Ｓ２４６にて付加質量６の最大変位量Ｘａmax が制
限値Ｘａlim を超過するか、Ｓ２４８にてサーボモータ
８の最大消費電力Ｘｐmax が制限値Ｘｐlim を超過した
場合には、それぞれＳ２４５，Ｓ２４７，Ｓ２４９に移
り、繰り返し演算は終了する。その場合には、Ｓ２３６
にて、前回の演算の際の各値《Ｆ》（０），ｑａ
（０），Ｒ（０）が採用され、以後この制御ゲイン
《Ｆ》を使用して図７〜図９の制振動作が実行される。

【０１５５】上記繰り返し演算中は、Ｓ２４０にて評価
関数Ｊの重みｑａ（１），Ｒ（１）をそれぞれ除算する
除算パラメタΔＸは１を越える数である。即ち、前述の
ごとくεが１〜２の値であるため、ΔＸが１以下になる
とＳ２４４にてＳ２４５に移り繰り返し演算が終了す
る。このように１を越える数で除算されることによっ
て、重みｑａ（１），Ｒ（１）は除々に縮小される。付
加質量６の変位及びサーボモータ８の消費電力のそれぞ
れに対する重みｑａ（１），Ｒ（１）が縮小化されるこ
とによって、実質的にビル２の変位に対する重みが増加
され、制振制御の感度が引き上げられ理想的な制御系に
近づく。

【０１５６】他方、Ｓ２４６，Ｓ２４８にてそれぞれ付
加質量６の変位Ｘａmax 、サーボモータ８の消費電力Ｘ
ｐmax の超過の有無の検証がなされている。よってＳ２
４６，Ｓ２４８における検証を通過しながら上記繰り返
し演算がなされることによって、制御系の最適化がなさ
れる。したがってシミュレーション演算結果のビル２の
最上階の変位Ｘ_S1max （１）は繰り返し演算の進行にと
もなって除々に縮小されるはずである。又、制御系が最
適状態に近づくにしたがって同じ刻み量で各重みｑａ
（１），Ｒ（１）を縮小した場合、繰り返し演算動作毎
の前後の変位Ｘ_S1max の差、即ちΔＸは繰り返し演算の
進行にともなって除々に縮小化する。

【０１５７】更に本実施例では、前述のこどく上記各重
みｑａ（１），Ｒ（１）は繰り返し演算毎に上記ΔＸで
除算されることによって縮小化される。このΔＸの初期
値は前述のごとく２．０に設定されているため、繰り返
し演算の開始当初はＳ２４０にて各重みｑａ（１），Ｒ
（１）を除算する割合が大きく（１／２）その分最適値
に近づく速度が速い。他方繰り返し演算の進行にともな
って前述のごとくΔＸは除々に縮小化し、１に近づく。
ΔＸが１に近づくことによってＳ２４０にて各重みｑａ
（１），Ｒ（１）に対する除算の割合が小さくなる。他
方、繰り返し演算の進行にともなって各重みｑａ
（１），Ｒ（１）がそれぞれ最適値に近づく。即ち各重
みｑａ（１），Ｒ（１）がそれぞれ最適値に近づくとと
もに各重みｑａ（１），Ｒ（１）に対する除算の割合が
除々に小さくなる。このように上記構成によって変位Ｘ
_S1max の収束に至る迄に要する繰り返し演算回数を減少
させることができる。なお、このような構成に限らず、
各重みｑａ（１），Ｒ（１）に対する刻み量を一定値
（例えば０．１づつ減算する構成）としてもよいことは
もちろんである。

【０１５８】このようにシミュレーション演算を含む繰
り返し演算による制御系の最適化を実行するようにした
ため、実際にビル２を加振する必要がなく、加振による
危険性を回避することができる。又、短期間で自動的に
制御系の最適化ができるため保守点検に要する工数を減
少させることができるとともに、制振効果の向上を図る
ことができる。

【０１５９】尚、上記各実施例では、ＬＱ制御における
評価関数Ｊの重みＱ，Ｒの最適化を実行する構成であっ
たが、この構成に限らず、例えばビル２の振動のデータ
《Ｘ》に対して重みを設け、それを最適化する構成とし
てもよい。

【０１６０】又、上記各実施例では、ビル２の制振を行
う制振装置を一例として挙げたが、これに限らず上記動
吸振器３をビル以外の構造物（例えば橋梁、鉄塔、高架
建築物、スタジアム等）にも適用できるのは勿論であ
る。

【０１６１】

【発明の効果】上述の如く、請求項１乃至４の発明によ
れば、構造物の振動、付加質量の移動又はその双方を縮
小化することができるため、構造物、付加質量又はその
双方の特性に最適な制振制御を実現することができる。

【０１６２】請求項５の発明によれば、構造物に対する
外力の変動、制振装置の経時変化による性能劣化等によ
る付加質量の移動に関するデータの変動に応じて適宜制
振制御の感度が調整されるため、制振装置の能力に応じ
た制振効果を実現することによって構造物に対する外力
の変動、制振装置の経時変化による性能劣化等が生じた
場合にも制振動作を続行することができ、保守点検に要
する工数を減少させることができるとともに、常に良好
な制振効果を得ることができる。

【０１６３】請求項６の発明によれば、構造物を強制的
に加振することなくシミュレーション演算によって間制
御系を最適化できるため、構造物の加振による危険性を
回避できるとともに、良好な制振効果を得ることができ
る。

【０１６４】請求項７の発明によれば、必要に応じて記
憶手段に記憶された数学的モデルを更新すればよいた
め、構造物に対する外力の変動、制振装置の経時変化に
よる性能劣化等による数学的モデルの更新の必要性が生
じた場合の対処が容易となり、保守点検に要する工数を
減少させることができるとともに、常に良好な制振効果
を得ることができる。

【０１６５】請求項８の発明によれば、上記数学的モデ
ルの更新が自動的になされるため、更に上記効果を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる制振装置の概略構成図である。

【図２】動吸振器の正面図である。

【図３】動吸振器の縦断面図である。

【図４】メモリに記憶された項目を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例の制振装置のＣＰＵが実行
する記録タイミングモードの処理を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図６】図５の処理に続いて実行される重み検証モード
の処理を説明するためのフローチャートである。

【図７】図６の処理に続いて実行される制振動作の処理
を説明するためのフローチャートである。

【図８】図７の処理に続いて実行される風圧制振モード
の処理を説明するためのフローチャートである。

【図９】図７の処理に続いて実行される地震制振モード
の処理を説明するためのフローチャートである。

【図１０】本発明の第１実施例の制振装置のＣＰＵが実
行する数学的モデル演算モードの処理を説明するための
フローチャートである。

【図１１】図１０に続く重み更新モードの処理を説明す
るためのフローチャートである。

【図１２】本発明の第２実施例の制振装置のＣＰＵが実
行する記録タイミングモードの処理を説明するためのフ
ローチャートである。

【図１３】図１２に続く演算モードのの処理を説明する
ためのフローチャートである。

【図１４】本発明の第３実施例の制振装置のＣＰＵが実
行する初期設定モードの処理を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１５】図１４に続く繰り返し演算モードの処理を説
明するためのフローチャートである。

【図１６】ビル及び動吸振器の振動モデル（数学的モデ
ル）を示す図である。

【符号の説明】

１制振装置２ビル（構造物）３動吸振器４制御装置６付加質量８ＡＣサーボモータ１５ａ〜１５ｄ，１８センサ１６風速計２２地震計２５ａＣＰＵ（制御系定数演算手段、縮小化時比率更
新手段、縮小化時比率最適化手段、構造定数更新手段）２５ｂＣＰＵ（制御系定数演算手段、縮小化時比率更
新手段、縮小化時比率最適化手段、構造定数更新手段）３３ハイパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔭山満東京都清瀬市下清戸４丁目640番地株式会社大林組技術研究所内 (72)発明者松岡佳子神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記センサから出力される前記構造物の振動のデータを
所定の比率で縮小化するようにして、前記駆動信号の生
成をおこなう制御系の定数を求める制御系定数演算手段
を有することを特徴とする制振装置。
【請求項２】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記付加質量の移動に関するデータを所定の比率で縮小
化するようにして、前記駆動信号の生成をおこなう制御
系の定数を求める制御系定数演算手段を有することを特
徴とする制振装置。
【請求項３】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記センサから出力される前記構造物の振動のデータ及
び前記付加質量の移動に関するデータを夫々所定の比率
で縮小化するようにして、前記駆動信号の生成をおこな
う制御系の定数を求める制御系定数演算手段を有するこ
とを特徴とする制振装置。
【請求項４】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記センサから出力される前記構造物の振動のデータ及
び前記付加質量の移動に関するデータを夫々所定の比率
で縮小化するようにして、前記駆動信号の生成をおこな
う制御系の定数を求める制御系定数演算手段と、前記付加質量の移動に関するデータの変化に応じて、前
記縮小化時の所定の比率を更新する縮小化時比率更新手
段とを有することを特徴とする制振装置。
【請求項５】前記縮小化時比率更新手段は、前記付加
質量の移動に関するデータが所定の範囲を逸脱したとき
に前記縮小化時の所定の比率を更新することを特徴とす
る請求項４記載の制振装置。
【請求項６】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記駆動信号の生成をおこなう制御系の定数を、前記セ
ンサから出力される前記構造物の振動のデータ及び前記
付加質量の移動に関するデータをそれぞれ所定の比率で
縮小化するようにして求める制御系定数演算手段と、シミュレーション演算により、前記付加質量の移動のデ
ータが所定の範囲内となるように前記縮小化時の所定の
比率を最適化する縮小化時比率最適化手段とを有するこ
とを特徴とする制振装置。
【請求項７】構造物の変位を検出するセンサからの検
出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号により
アクチュエータを駆動して付加質量を移動させ、該構造
物の振動を制振する制振装置において、前記駆動信号の生成をおこなう制御系の定数の演算の基
礎となる前記構造物の構造によって決まる特有の定数か
らなる数学的モデルを記憶する記憶手段を有することを
特徴とする制振装置。
【請求項８】前記センサからの出力される前記構造物
の振動のデータに応じて前記記憶手段に記憶された前記
数学的モデルを構成する前記構造物の構造によって決ま
る特有の定数を更新する構造定数更新手段を有すること
を特徴とする請求項７記載の制振装置。