JPH0819782B2 - 制振方法及びその装置 - Google Patents
制振方法及びその装置Info
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- JPH0819782B2 JPH0819782B2 JP19878388A JP19878388A JPH0819782B2 JP H0819782 B2 JPH0819782 B2 JP H0819782B2 JP 19878388 A JP19878388 A JP 19878388A JP 19878388 A JP19878388 A JP 19878388A JP H0819782 B2 JPH0819782 B2 JP H0819782B2
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- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、アクチュエータ等の動力手段から加えられ
る制振力で長周期性構造物を制振するに際して、構造物
に入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び動
力手段からの入力による構造物の応答を検出し、動力手
段の伸縮変位量を、入力される地震動に応じたフィード
フォワード制御と構造物の応答に従うフィードバック制
御とを組み合わせて制御するようにした制振方法及びそ
の装置に関するものである。
る制振力で長周期性構造物を制振するに際して、構造物
に入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び動
力手段からの入力による構造物の応答を検出し、動力手
段の伸縮変位量を、入力される地震動に応じたフィード
フォワード制御と構造物の応答に従うフィードバック制
御とを組み合わせて制御するようにした制振方法及びそ
の装置に関するものである。
《従来の技術》 地震動などに対して構造物の揺れを規制するための制
振手法としては、様々なものが案出されている。例え
ば、地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ等
で構成した滑り支承材などの長周期化手段を介して支持
した構造物と地盤との間に地動方向に伸縮駆動されるア
クチュエータ等の動力手段を設け、この動力手段に地震
動と逆方向の制振力を発生させるようにして、移動する
地盤に対して構造物を絶縁し且つ構造物をできる限り一
定位置に維持するように考えられた制振機構などが知ら
れている(日本建築学会大会学術講演梗概集(近畿)
(昭和62年10月)p.905−906等がある)。
振手法としては、様々なものが案出されている。例え
ば、地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ等
で構成した滑り支承材などの長周期化手段を介して支持
した構造物と地盤との間に地動方向に伸縮駆動されるア
クチュエータ等の動力手段を設け、この動力手段に地震
動と逆方向の制振力を発生させるようにして、移動する
地盤に対して構造物を絶縁し且つ構造物をできる限り一
定位置に維持するように考えられた制振機構などが知ら
れている(日本建築学会大会学術講演梗概集(近畿)
(昭和62年10月)p.905−906等がある)。
ここに本出願人は、このような制振機構における動力
手段と構造物または地盤との結合構造に関し、伝達され
る制振信号に対する動力手段の作動遅れやフィードバッ
ク制御を採用した場合の制御系の発振などを考慮して、
動力手段に、その力伝達方向に弾発する弾発手段を取付
けて制振装置を構成することを考えている。
手段と構造物または地盤との結合構造に関し、伝達され
る制振信号に対する動力手段の作動遅れやフィードバッ
ク制御を採用した場合の制御系の発振などを考慮して、
動力手段に、その力伝達方向に弾発する弾発手段を取付
けて制振装置を構成することを考えている。
すなわち、動力手段は伝達される制御信号、特に信号
中の高周波成分に対して極端な作動遅れを生ずるが、動
力手段と構造物とを直接結合して構成した場合、作動が
遅れる動力手段の挙動が制震ではなく、反対に構造物の
揺れを増幅させてしまうおそれがある。これに対し弾発
手段を取付けた場合には、高周波成分に対応する動力手
段の挙動は弾発手段によってカットでき、動力手段が制
振とは反対に作用してもその挙動を弾発手段で抑制して
動力手段の作動遅れによる悪影響を取り除くことができ
る。
中の高周波成分に対して極端な作動遅れを生ずるが、動
力手段と構造物とを直接結合して構成した場合、作動が
遅れる動力手段の挙動が制震ではなく、反対に構造物の
揺れを増幅させてしまうおそれがある。これに対し弾発
手段を取付けた場合には、高周波成分に対応する動力手
段の挙動は弾発手段によってカットでき、動力手段が制
振とは反対に作用してもその挙動を弾発手段で抑制して
動力手段の作動遅れによる悪影響を取り除くことができ
る。
またフィードバック制御においては、構造物から検出
された制御に利用されるフィードバック信号に高周波成
分が含まれていると制御系の発振の原因となるが、弾発
手段の介在により、構造物で検出される信号から高周波
成分をカットでき、制御の安定性を向上して動力手段に
充分な制振作用を発揮させることができる。
された制御に利用されるフィードバック信号に高周波成
分が含まれていると制御系の発振の原因となるが、弾発
手段の介在により、構造物で検出される信号から高周波
成分をカットでき、制御の安定性を向上して動力手段に
充分な制振作用を発揮させることができる。
このように弾発手段を備えることにより、制御信号に
含まれる高周波成分に動力手段が応動して制振力を付与
すべき動力手段によって構造物の揺れが増幅されたり、
制御系の発振によって動力手段が充分な制振作用を発揮
できなくなるのを防止することができる制振機構を考え
ている。
含まれる高周波成分に動力手段が応動して制振力を付与
すべき動力手段によって構造物の揺れが増幅されたり、
制御系の発振によって動力手段が充分な制振作用を発揮
できなくなるのを防止することができる制振機構を考え
ている。
《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、このように地震力及び制振力が相互に
作用する動力手段の力伝達系に弾発手段を介設した振動
系では、弾発手段を備えていない振動系と異なり、弾発
手段の存在を加味した上での動力手段の適切な制御を行
なわないと好ましい制振効果を得ることができない。こ
のため、このような弾発手段を備えた振動系における適
当な制振制御方法並びにのそ装置の案出が望まれてい
る。
作用する動力手段の力伝達系に弾発手段を介設した振動
系では、弾発手段を備えていない振動系と異なり、弾発
手段の存在を加味した上での動力手段の適切な制御を行
なわないと好ましい制振効果を得ることができない。こ
のため、このような弾発手段を備えた振動系における適
当な制振制御方法並びにのそ装置の案出が望まれてい
る。
本発明の目的は、地震力及び制振力が相互に作用する
動力手段の力伝達系に弾発手段を備えて、動力手段から
加えられる制振力で長周期性構造物を制振するに際し
て、弾発手段を含む振動系に対して好適な制振制御方法
並びにその装置を提供することにある。
動力手段の力伝達系に弾発手段を備えて、動力手段から
加えられる制振力で長周期性構造物を制振するに際し
て、弾発手段を含む振動系に対して好適な制振制御方法
並びにその装置を提供することにある。
《課題を解決するための手段と作用》 本発明は、地盤上に長周期化手段を介して支持された
構造物を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し
て、互いに相対変位するこれら構造物と地盤との間で伸
縮駆動されて構造物に制振力を伝達する動力手段によっ
て制振するに際し、構造物に入力される地震動を予め検
出すると共に地震動及び動力手段からの入力による構造
物の応答を検出し、動力手段の伸縮変位量を、入力され
る地震動に応じたフィードフォワード制御と構造物の応
答に従うフィードバック制御とを組み合わせて制御する
ようになっている。
構造物を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し
て、互いに相対変位するこれら構造物と地盤との間で伸
縮駆動されて構造物に制振力を伝達する動力手段によっ
て制振するに際し、構造物に入力される地震動を予め検
出すると共に地震動及び動力手段からの入力による構造
物の応答を検出し、動力手段の伸縮変位量を、入力され
る地震動に応じたフィードフォワード制御と構造物の応
答に従うフィードバック制御とを組み合わせて制御する
ようになっている。
そして、弾発手段の存在を加味した上で動力手段の伸
縮変位量の制御を施すことにより、弾発手段の機能を活
かしつつ動力手段による制振制御を行なうようになって
いる。
縮変位量の制御を施すことにより、弾発手段の機能を活
かしつつ動力手段による制振制御を行なうようになって
いる。
また本発明は、地盤と地盤上に長周期化手段を介して
支持された構造物との間に設けられ、これら互いに相対
変位する地盤と構造物との間で伸縮駆動されて構造物に
制振力を伝達する動力手段と、動力手段に取付けられそ
の力伝達方向に弾発する弾発手段と、構造物に入力され
る地震動を予め検出する第1の検出手段と、地震動並び
に動力手段からの入力による構造物の応答を検出する第
2の検出手段と、これら検出手段からの検出信号に応じ
て動力手段の伸縮変位量を、入力される地震動に応じた
フィードフォワード制御並びに構造物の応答に従うフィ
ードバック制御を組み合わせて制御する制御手段とを備
えて構成され、弾発手段の機能を活かしつつ構造物に入
力される地震動並びに構造物の応答に基づき動力手段の
伸縮変位を制御対象として制振制御を行なうようになっ
ている。
支持された構造物との間に設けられ、これら互いに相対
変位する地盤と構造物との間で伸縮駆動されて構造物に
制振力を伝達する動力手段と、動力手段に取付けられそ
の力伝達方向に弾発する弾発手段と、構造物に入力され
る地震動を予め検出する第1の検出手段と、地震動並び
に動力手段からの入力による構造物の応答を検出する第
2の検出手段と、これら検出手段からの検出信号に応じ
て動力手段の伸縮変位量を、入力される地震動に応じた
フィードフォワード制御並びに構造物の応答に従うフィ
ードバック制御を組み合わせて制御する制御手段とを備
えて構成され、弾発手段の機能を活かしつつ構造物に入
力される地震動並びに構造物の応答に基づき動力手段の
伸縮変位を制御対象として制振制御を行なうようになっ
ている。
《実施例》 以下に、本発明の好適実施例を添付図面に従って詳述
する。
する。
図に示すように、凹部1が区画形成された地盤2上に
は、その凹部1内に長周期化手段3を介して支持されて
構造物4が建設され、この構造物4は長周期化手段3に
よって長周期化されて構成される。本実施例にあっては
長周期化手段3として、適当な高さを有し且つ凹部1内
に間隔を隔てて配設された複数の積層ゴムが例示されて
いる。なお、長周期化手段3としては、積層ゴムに限ら
ず、滑り支承材,ベアリング,ソフトストリ,磁気浮上
手段などを採用してもよい。
は、その凹部1内に長周期化手段3を介して支持されて
構造物4が建設され、この構造物4は長周期化手段3に
よって長周期化されて構成される。本実施例にあっては
長周期化手段3として、適当な高さを有し且つ凹部1内
に間隔を隔てて配設された複数の積層ゴムが例示されて
いる。なお、長周期化手段3としては、積層ゴムに限ら
ず、滑り支承材,ベアリング,ソフトストリ,磁気浮上
手段などを採用してもよい。
このように構成された構造物4と地盤2との間には、
地震時において互いに相対変位するこれら構造物4と地
盤2との間で伸縮駆動されて構造物4に制振力を伝達作
用させる油圧シリンダなどの動力手段5が設けられる。
具体的には動力手段5は、互いに相対変位する地盤2側
の凹部1の垂直壁1aと、これに相対向する構造物4の下
層部分との間に、ほぼ水平に設けられる。またこの動力
手段5は、構造物4の周囲に間隔を隔てて複数配設さ
れ、様々な方向性の地震に対応できるようになってい
る。
地震時において互いに相対変位するこれら構造物4と地
盤2との間で伸縮駆動されて構造物4に制振力を伝達作
用させる油圧シリンダなどの動力手段5が設けられる。
具体的には動力手段5は、互いに相対変位する地盤2側
の凹部1の垂直壁1aと、これに相対向する構造物4の下
層部分との間に、ほぼ水平に設けられる。またこの動力
手段5は、構造物4の周囲に間隔を隔てて複数配設さ
れ、様々な方向性の地震に対応できるようになってい
る。
そしてこの動力手段5には、その力伝達方向に弾発す
るスプリングなどの弾発手段6が取付けられる。図示例
にあっては弾発手段6は、動力手段5と構造物との間に
取付けられているが、力の伝達方向であれば、動力手段
5と地盤2側の凹部垂直壁1aとの間であっても良い。そ
してこの弾発手段6は、制御信号に含まれる高周波成分
に動力手段5が応動して制振力を付与すべき動力手段5
によって構造物4の揺れが増幅されたり、制御系の発振
によって動力手段5が充分な制振作用を発揮できなくな
るのを防止するように機能する。
るスプリングなどの弾発手段6が取付けられる。図示例
にあっては弾発手段6は、動力手段5と構造物との間に
取付けられているが、力の伝達方向であれば、動力手段
5と地盤2側の凹部垂直壁1aとの間であっても良い。そ
してこの弾発手段6は、制御信号に含まれる高周波成分
に動力手段5が応動して制振力を付与すべき動力手段5
によって構造物4の揺れが増幅されたり、制御系の発振
によって動力手段5が充分な制振作用を発揮できなくな
るのを防止するように機能する。
他方地盤2側には、地震時に構造物4に入力される地
震動(地盤の地動変位及び地動速度等)を予め検出する
第1の検出手段7が設置される。また構造物4内には、
地震動並びに動力手段5からの入力による構造物4の応
答を検出する第2の検出手段10が設置される。そしてこ
れら検出手段7,10には、検出信号を増幅するための増幅
器8を介してコンピュータなどの制御手段9が接続され
る。この制御手段9は動力手段5に接続され、これら検
出手段7,10からの検出信号に応じて動力手段5の伸縮変
位量を、入力される地震動に応じたフィードフォワード
制御並びに構造物4の応答に従うフィードバック制御を
組み合わせて制御する機能を有する。フィードバック制
御は、地震動の作用及び動力手段5の作用による構造物
4の応答が検出手段10によって常に検出され、この検出
量が制御手段9で処理されてその制御信号が動力手段5
に常に帰還されるようになっている。なお、増幅器8並
びに制御手段9の設置位置は、図示のように構造物4内
であっても、地盤2側であっても良い。
震動(地盤の地動変位及び地動速度等)を予め検出する
第1の検出手段7が設置される。また構造物4内には、
地震動並びに動力手段5からの入力による構造物4の応
答を検出する第2の検出手段10が設置される。そしてこ
れら検出手段7,10には、検出信号を増幅するための増幅
器8を介してコンピュータなどの制御手段9が接続され
る。この制御手段9は動力手段5に接続され、これら検
出手段7,10からの検出信号に応じて動力手段5の伸縮変
位量を、入力される地震動に応じたフィードフォワード
制御並びに構造物4の応答に従うフィードバック制御を
組み合わせて制御する機能を有する。フィードバック制
御は、地震動の作用及び動力手段5の作用による構造物
4の応答が検出手段10によって常に検出され、この検出
量が制御手段9で処理されてその制御信号が動力手段5
に常に帰還されるようになっている。なお、増幅器8並
びに制御手段9の設置位置は、図示のように構造物4内
であっても、地盤2側であっても良い。
ここで、本発明の制振手法の概念、制御手段9の
制御量として動力手段5の伸縮変位量を採用した点、並
びに制御手法(フィードフォワード,フィードバッ
ク)の点について説明する。
制御量として動力手段5の伸縮変位量を採用した点、並
びに制御手法(フィードフォワード,フィードバッ
ク)の点について説明する。
について 本発明は、弾発手段6を備えた制振系に対応する特有
の制御関数を制御手段9内に設定し、この制御関数に基
づいて動力手段5の伸縮変位量を制御して制振を達成す
るようになっている。
の制御関数を制御手段9内に設定し、この制御関数に基
づいて動力手段5の伸縮変位量を制御して制振を達成す
るようになっている。
まず、構造物4に入力される地震動を予め検出し、動
力手段5の伸縮変位量を、入力される地震動でフィード
フォワード制御することについて説明する。
力手段5の伸縮変位量を、入力される地震動でフィード
フォワード制御することについて説明する。
長周期化手段3によって支持された構造物4に動力手
段5の制御力を作用させることによって、地震時の地動
による構造物4の揺れを抑制する場合の基本的な振動方
程式は、次のように表現される。
段5の制御力を作用させることによって、地震時の地動
による構造物4の揺れを抑制する場合の基本的な振動方
程式は、次のように表現される。
m+c+kx=−m+F …(1) m:構造物4固有の質量 c:構造物4固有の減衰係数 k:長周期化手段3の弾発係数 :構造物4の地盤2に対する相対加速度 :構造物4の地盤2に対する相対速度 x:構造物4の地盤2に対する相対変位 :地動加速度 F:動力手段5の制御力 ここに動力手段5の力伝達系には弾発手段6が介設さ
れているので、(1)式の動力手段5の制御力Fの内容
は次のように書き直すことができる。
れているので、(1)式の動力手段5の制御力Fの内容
は次のように書き直すことができる。
F=ka(z−x) …(2) ka:弾発手段の弾発係数 z:動力手段の伸縮変位量 ここで(2)式を(1)式に代入する。この際、地動
変位yと構造物4の地盤2に対する相対変位xとを重ね
合せた静止系(絶対系)に対する絶対応答変位,絶対応
答速度等で整理すると、次のようになる。
変位yと構造物4の地盤2に対する相対変位xとを重ね
合せた静止系(絶対系)に対する絶対応答変位,絶対応
答速度等で整理すると、次のようになる。
m(+)+c(+) +(k+ka)(x+y)= c+(k+ka)y+kaz …(3) このように表現された(3)式は、左辺が上述の構造
の絶対系での振動特性を、右辺が外力の内容となってい
る。そして上記の構造物4の絶対応答が零となるために
は、右辺の内容、すなわち外力の項が零となれば良い。
換言すれば、外力の項が0となれば、構造物4の絶対応
答は0となる。
の絶対系での振動特性を、右辺が外力の内容となってい
る。そして上記の構造物4の絶対応答が零となるために
は、右辺の内容、すなわち外力の項が零となれば良い。
換言すれば、外力の項が0となれば、構造物4の絶対応
答は0となる。
そこで(3)式を右辺=0として、動力手段5の伸縮
変位量zで式を整理すると、次のように表わされる。
変位量zで式を整理すると、次のように表わされる。
これは構造物4を、絶対系に対して静止させることが
できる制御量である。そしてこの値zと構造物4の絶対
応答とが等しい値となれば、そのときの動力手段5の伸
縮変位量zは構造物4を地動に拘らず一定位置に維持で
きている(絶対制振状態)ことになる。
できる制御量である。そしてこの値zと構造物4の絶対
応答とが等しい値となれば、そのときの動力手段5の伸
縮変位量zは構造物4を地動に拘らず一定位置に維持で
きている(絶対制振状態)ことになる。
このようにして、地震力及び制振力が相互に作用する
動力手段5の力伝達系に弾発手段6を新設した振動系に
おいて、新たに導出された上記(4)式を制御手段9の
制御関数とし、検出手段7の検出量として構造物に入力
される地震動、すなわち地動変位y及び地動速度を採
用して動力手段5の伸縮変位量zのフィードフォワード
制御を行なうことにより、弾発手段6の存在を加味した
上で、弾発手段6にその機能を発揮させつつ動力手段5
に適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制
振効果を得ることができる。
動力手段5の力伝達系に弾発手段6を新設した振動系に
おいて、新たに導出された上記(4)式を制御手段9の
制御関数とし、検出手段7の検出量として構造物に入力
される地震動、すなわち地動変位y及び地動速度を採
用して動力手段5の伸縮変位量zのフィードフォワード
制御を行なうことにより、弾発手段6の存在を加味した
上で、弾発手段6にその機能を発揮させつつ動力手段5
に適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制
振効果を得ることができる。
なお、上記(4)式に関し、構造物4固有の減衰係数
cが弾発手段6の弾性係数kaに比較して極めて小さい場
合には、c/keの値は無視できるので、制御上は省略
しても良い。
cが弾発手段6の弾性係数kaに比較して極めて小さい場
合には、c/keの値は無視できるので、制御上は省略
しても良い。
また地動変位y及び地動速度を検出する検出手段と
しては、これら値を各別独立に検出する変位計及び速度
計で構成しても良いし、単一の速度計を設置し、この速
度計の検出地動速度を積分して地動変位yを検出する
ようにしても良い。
しては、これら値を各別独立に検出する変位計及び速度
計で構成しても良いし、単一の速度計を設置し、この速
度計の検出地動速度を積分して地動変位yを検出する
ようにしても良い。
次に、地震動及び動力手段5からの入力による構造物
4の応答を検出し、動力手段5の伸縮変位量を、その構
造物4の応答でフィードバック制御することについて説
明する。
4の応答を検出し、動力手段5の伸縮変位量を、その構
造物4の応答でフィードバック制御することについて説
明する。
上記(1)式に関し、地震動の作用並びに動力手段5
からの入力による構造物4の応答量としてはその変位x,
速度,加速度がある。また上記振動系を考慮した場
合、構造物4の振動特性を変更できる諸量としては構造
物4固有の質量m,構造物4固有の減衰係数c及び長周期
化手段3の弾発係数kがある。そしてフィードバック制
御にあっては、構造物4の応答を検出してこれら検出量
を制御系で処理するにあたり、適当な制御関数を設定し
てこれら振動特性を変更できる諸量を制御系において適
当に変更することにより、構造物4の振動特性を変化さ
せて制振させるようになっている。ここでは、(I)構
造物4の応答速度を用いて振動系の減衰力を変更する
場合、(II)構造物4の応答変位xを用いて振動系の弾
発力を変更させる場合、及び(III)構造物4の応答加
速度を用いて振動系の質量を変更する場合について説
明する。
からの入力による構造物4の応答量としてはその変位x,
速度,加速度がある。また上記振動系を考慮した場
合、構造物4の振動特性を変更できる諸量としては構造
物4固有の質量m,構造物4固有の減衰係数c及び長周期
化手段3の弾発係数kがある。そしてフィードバック制
御にあっては、構造物4の応答を検出してこれら検出量
を制御系で処理するにあたり、適当な制御関数を設定し
てこれら振動特性を変更できる諸量を制御系において適
当に変更することにより、構造物4の振動特性を変化さ
せて制振させるようになっている。ここでは、(I)構
造物4の応答速度を用いて振動系の減衰力を変更する
場合、(II)構造物4の応答変位xを用いて振動系の弾
発力を変更させる場合、及び(III)構造物4の応答加
速度を用いて振動系の質量を変更する場合について説
明する。
まず上述の構造を検討すると、動力手段5の力伝達系
には弾発手段6が介設されているので、(1)式の動力
手段5の制御力Fの内容は、上述したように次のように
書き直すことができる。
には弾発手段6が介設されているので、(1)式の動力
手段5の制御力Fの内容は、上述したように次のように
書き直すことができる。
F=ka(z−x) …(2) ここで(2)式を(1)式に代入する。この際、地震
変位yと構造物4の地盤2に対する相対変位xとを重ね
合せた静止系(絶対系)に対する構造物4の絶対応答変
位(x+y),絶対応答速度(+)等で整理する
と、次のようになる。
変位yと構造物4の地盤2に対する相対変位xとを重ね
合せた静止系(絶対系)に対する構造物4の絶対応答変
位(x+y),絶対応答速度(+)等で整理する
と、次のようになる。
m(+)+c(+) +(k+ka)(x+y)= c+(k+ka)y+kaz …(5) このように表現された(5)式において、外力の項で
ある右辺のkazは弾発手段6を設置したことによる効果
である。ここに、(I)に対応させてkazで与えられた
力の項に関し、この力の項を振動系の減衰力を変更させ
るための制御量として与える場合を考えると、構造物4
の絶対応答速度を用いて次のように表現することができ
る。
ある右辺のkazは弾発手段6を設置したことによる効果
である。ここに、(I)に対応させてkazで与えられた
力の項に関し、この力の項を振動系の減衰力を変更させ
るための制御量として与える場合を考えると、構造物4
の絶対応答速度を用いて次のように表現することができ
る。
kaz=−ca(+) ca:制御手段9で与えられる減衰係数 この(6)式を上記(5)式に代入して整理すると次
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
m(+)+(c+ca)(+) +(k+ka)(x+y)= c+(k+ka)y …(7) 同様に、(II)に対応させてkazで与えられた力の項
に関し、この力の項を振動系の弾発力を変更させるため
の制御量として与える場合を考えると、構造物4の絶対
応答変位を用いて次のように表現することができる。
に関し、この力の項を振動系の弾発力を変更させるため
の制御量として与える場合を考えると、構造物4の絶対
応答変位を用いて次のように表現することができる。
kaz=−kb(x+y) kb:制御手段9で与えられる弾発係数 この(8)式を上記(5)式に代入して整理すると次
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
m(+)+c(+) +(k+ka+kb)(x+y)= c+(k+ka)y …(9) また同様に、(III)に対応させてkazの力の項を振動
系の質量を変更するための制御量として与える場合を考
えると、構造物4の絶対応答加速度を用いて次のように
表現することができる。
系の質量を変更するための制御量として与える場合を考
えると、構造物4の絶対応答加速度を用いて次のように
表現することができる。
kaz=−ma(+) ma:制御手段9で与えられる質量 この(10)式を上記(5)式に代入して整理すると次
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
のように表現され、(5)式と比較すると構造物4の振
動特性が変更された効果が与えられる。
(m+ma)(+)+c(+) +(k+ka)(x+y)= c+(k+ka)y …(11) このように力の項であるkazに対応させて(6),
(8),(10)式に示したような制御関数を制御系に導
入することにより、(7),(9),(11)式に示した
ような振動系の変更を確保してこの振動系の変更という
面から制振効果を発揮させることができる。特に、
(7)式は構造物4に新たにダンパを付加して共振増幅
を抑える効果を発揮するものであり、また(9),(1
1)式は振動系の固有周期を変化させて構造物4の周期
を特定の周期帯からシフトさせる効果を発揮する。
(8),(10)式に示したような制御関数を制御系に導
入することにより、(7),(9),(11)式に示した
ような振動系の変更を確保してこの振動系の変更という
面から制振効果を発揮させることができる。特に、
(7)式は構造物4に新たにダンパを付加して共振増幅
を抑える効果を発揮するものであり、また(9),(1
1)式は振動系の固有周期を変化させて構造物4の周期
を特定の周期帯からシフトさせる効果を発揮する。
また必要な場合には、これら(6),(8),(10)
式を適当に組合せて制御系を構成しても良いことはもち
ろんである。
式を適当に組合せて制御系を構成しても良いことはもち
ろんである。
このようにして、地震力及び制振力が相互に作用する
動力手段5の力伝達系に弾発手段6を新設した振動系に
おいて、新たに導出された上記各式を制御手段9の制御
関数とし、検出手段10の検出量として構造物4の応答を
採用して動力手段5の伸縮変位量zのフィードバック制
御を行なうことにより、弾発手段6の存在を加味した上
で、弾発手段6にその機能を発揮させつつ動力手段5に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。
動力手段5の力伝達系に弾発手段6を新設した振動系に
おいて、新たに導出された上記各式を制御手段9の制御
関数とし、検出手段10の検出量として構造物4の応答を
採用して動力手段5の伸縮変位量zのフィードバック制
御を行なうことにより、弾発手段6の存在を加味した上
で、弾発手段6にその機能を発揮させつつ動力手段5に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。
また構造物4の絶対応答量を検出するに際しては、図
示のように構造物4に設置した第2の検出手段10で構造
物4独自で静止系に対するその絶対加速度,絶対速度,
絶対変位を検出しても良いし、他方地動の加速度,速
度,変位並びに地盤2に対する構造物4の相対的な加速
度,速度,変位をそれぞれ別個のセンサで検出して上記
算式のようにこれらを重ね合せて用いるようにしても良
い。更に、加速度,速度,変位の相互間については、例
えば検出された速度を微分,積分する等して得るように
しても良い。
示のように構造物4に設置した第2の検出手段10で構造
物4独自で静止系に対するその絶対加速度,絶対速度,
絶対変位を検出しても良いし、他方地動の加速度,速
度,変位並びに地盤2に対する構造物4の相対的な加速
度,速度,変位をそれぞれ別個のセンサで検出して上記
算式のようにこれらを重ね合せて用いるようにしても良
い。更に、加速度,速度,変位の相互間については、例
えば検出された速度を微分,積分する等して得るように
しても良い。
そして更に本発明にあっては制振制御に関し、次のよ
うな配慮がなされる。すなわち、(4)式で与えられた
絶対制振の制御では、制御手段9から出力される制御信
号に対して動力手段5が迅速に作動されねばならない。
迅速な作動が確保されない場合には、上述したように動
力手段5の挙動が制振ではなく、逆に構造物4の揺れを
増幅させることとなってしまう場合がある。しかしなが
ら動力手段5には相当の作動遅れがあり、制御手段9か
ら出力される制御信号に対応できない場合がある。そこ
で本発明にあっては、絶対制振を達成すべき(4)式に
基づくフィードフォワードの制御に、構造物4の応答量
に対応させた上記(7),(9),(11)式の制御関数
に基づくフィードバックの制御を組合せて制御が行なわ
れるようになっている。これにより、絶対制振の制御を
ベースとして、動力手段5の作動遅れなどの悪影響を振
動系の変更という観点からフィードバック制御で補正す
ることにより、弾発手段6を備えた振動系に対する絶対
制振の制御における動力手段5の作動遅れなどの悪影響
を排除して優れた制振制御を行なうことができる。
うな配慮がなされる。すなわち、(4)式で与えられた
絶対制振の制御では、制御手段9から出力される制御信
号に対して動力手段5が迅速に作動されねばならない。
迅速な作動が確保されない場合には、上述したように動
力手段5の挙動が制振ではなく、逆に構造物4の揺れを
増幅させることとなってしまう場合がある。しかしなが
ら動力手段5には相当の作動遅れがあり、制御手段9か
ら出力される制御信号に対応できない場合がある。そこ
で本発明にあっては、絶対制振を達成すべき(4)式に
基づくフィードフォワードの制御に、構造物4の応答量
に対応させた上記(7),(9),(11)式の制御関数
に基づくフィードバックの制御を組合せて制御が行なわ
れるようになっている。これにより、絶対制振の制御を
ベースとして、動力手段5の作動遅れなどの悪影響を振
動系の変更という観点からフィードバック制御で補正す
ることにより、弾発手段6を備えた振動系に対する絶対
制振の制御における動力手段5の作動遅れなどの悪影響
を排除して優れた制振制御を行なうことができる。
なお、上述した絶対制振の制御関数を示す(4)式
は、構造物4の応答を利用して次のように表現しても良
い。すなわち上述の式(4)において、zという値を現
在における実際の動力手段5の伸縮変位量として制御に
導入し、これら値zと構造物4の応答量とに基づいて制
御を行なうことになる。そこで実際の制御のためにこの
値zをzaとし、これを上記(3)式に代入して制御関数
を整理すると次のようになる。
は、構造物4の応答を利用して次のように表現しても良
い。すなわち上述の式(4)において、zという値を現
在における実際の動力手段5の伸縮変位量として制御に
導入し、これら値zと構造物4の応答量とに基づいて制
御を行なうことになる。そこで実際の制御のためにこの
値zをzaとし、これを上記(3)式に代入して制御関数
を整理すると次のようになる。
m(+)+c(+) +(k+ka)(x+y)= −kaza+kaz z=za+Gf(x+y) …(12) f(x+y):(+)+c(+) +(k+ka)(x+y) G:フィードバックゲイン(G=1/ka) この制御は、構造物4の応答量に基づきながらも、地
震動の入力に対して直接応答して構造物4を制振しよう
とするものである。
震動の入力に対して直接応答して構造物4を制振しよう
とするものである。
そしてここで得られた制御関数(12)を、必要に応じ
て上記(7),(9),(11)式の制御関数と組合せて
も良い。
て上記(7),(9),(11)式の制御関数と組合せて
も良い。
について 次に、制御手段9の制御量として動力手段5の伸縮変
位量zを採用した点について説明すると、油圧シリンダ
等の動力手段5を制御する場合の制御量としては、その
変位量,変位速度,変位加速度がある。また他方、ロー
ドセル等を動力手段5と構造物4との間に設置して動力
手段5の発生する作用力を制御する方法もある。ここに
動力手段5として例えば油圧シリンダを採用した場合に
は、その作動はバルブを制御することで行なわれる。こ
のバルブ制御はオイルの流入量を調整するもので、その
流入量は油圧シリンダの変位速度に対応するから、この
バルブ制御は油圧シリンダの変位速度制御を行なってい
ることになる。従ってこのような場合には、制御手段9
による制御量を動力手段5の変位速度とすることが最も
直接的且つ簡単であり、一般的にはこの速度制御が行な
われている。しかしながら制御系の一般的な考え方とし
て、変位制御が制御系の発振を起こしにくく最も安定性
の高いものである。すなわち、速度制御を基準に考える
と、加速度制御は速度制御に対して微分制御の関係にあ
り、動力手段5が素早く反応することができれば優れた
追従性を発揮するが、安定性に劣り発振を起こしやすい
制御系である。また力制御の制御系は、加速度制御と同
様に発振を起こし易く、不安定なものである。これらに
対して変位制御は速度制御に対して積分制御の関係にあ
り、安定性に優れ発振も起こし難いものである。
位量zを採用した点について説明すると、油圧シリンダ
等の動力手段5を制御する場合の制御量としては、その
変位量,変位速度,変位加速度がある。また他方、ロー
ドセル等を動力手段5と構造物4との間に設置して動力
手段5の発生する作用力を制御する方法もある。ここに
動力手段5として例えば油圧シリンダを採用した場合に
は、その作動はバルブを制御することで行なわれる。こ
のバルブ制御はオイルの流入量を調整するもので、その
流入量は油圧シリンダの変位速度に対応するから、この
バルブ制御は油圧シリンダの変位速度制御を行なってい
ることになる。従ってこのような場合には、制御手段9
による制御量を動力手段5の変位速度とすることが最も
直接的且つ簡単であり、一般的にはこの速度制御が行な
われている。しかしながら制御系の一般的な考え方とし
て、変位制御が制御系の発振を起こしにくく最も安定性
の高いものである。すなわち、速度制御を基準に考える
と、加速度制御は速度制御に対して微分制御の関係にあ
り、動力手段5が素早く反応することができれば優れた
追従性を発揮するが、安定性に劣り発振を起こしやすい
制御系である。また力制御の制御系は、加速度制御と同
様に発振を起こし易く、不安定なものである。これらに
対して変位制御は速度制御に対して積分制御の関係にあ
り、安定性に優れ発振も起こし難いものである。
そして本制振制御にあっては、上述した新しい制御関
数の導出にあたり動力手段5の伸縮変位量zを制御式に
導入したことにより、この変位制御で動力手段5の制御
を達成することができ、この安定性の高い変位制御を上
述の制振方法に採用することで更に優れた制振を達成す
ることができる。
数の導出にあたり動力手段5の伸縮変位量zを制御式に
導入したことにより、この変位制御で動力手段5の制御
を達成することができ、この安定性の高い変位制御を上
述の制振方法に採用することで更に優れた制振を達成す
ることができる。
について 本制振方法及び装置にあっては、構造物4が地震動に
よって揺れ始める前の地動を予め検出して行なわれるフ
ィードフォワード制御を採用しており、従ってこの面か
らも制御系の発振が起こらないように構成されている。
ところでこのフィードフォワード制御は予測制御となる
ため、構造物4の振動特性やその非線形性を事前に把握
しこれらを反映した制御回路が必要となって制御が比較
的難しい。ここに本発明にあっては、このフィードフォ
ワード制御の補正制御として構造物4の非線形性に対し
ても追従することが可能なフィードバック制御を採用し
ており、制御の的確性が確保できるようになっている。
よって揺れ始める前の地動を予め検出して行なわれるフ
ィードフォワード制御を採用しており、従ってこの面か
らも制御系の発振が起こらないように構成されている。
ところでこのフィードフォワード制御は予測制御となる
ため、構造物4の振動特性やその非線形性を事前に把握
しこれらを反映した制御回路が必要となって制御が比較
的難しい。ここに本発明にあっては、このフィードフォ
ワード制御の補正制御として構造物4の非線形性に対し
ても追従することが可能なフィードバック制御を採用し
ており、制御の的確性が確保できるようになっている。
そして上述したような、地盤2上に長周期化手段3を
介して支持された構造物4を、その力伝達方向に弾発す
る弾発手段6を有して、互いに相対変位するこれら構造
物4と地盤2との間で伸縮駆動されて構造物4に制振力
を伝達する動力手段5によって制振するに際し、本発明
の制振方法にあっては、検出手段7,10により構造物4に
入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び動力
手段5からの入力による構造物4の応答を検出し、動力
手段5の伸縮変位量zを、上述した種々の制御関数に基
づいて、入力される地震動に応じたフィードフォワード
制御と構造物4の応答に従うフィードバック制御とを組
み合わせて制御するようになっている。
介して支持された構造物4を、その力伝達方向に弾発す
る弾発手段6を有して、互いに相対変位するこれら構造
物4と地盤2との間で伸縮駆動されて構造物4に制振力
を伝達する動力手段5によって制振するに際し、本発明
の制振方法にあっては、検出手段7,10により構造物4に
入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び動力
手段5からの入力による構造物4の応答を検出し、動力
手段5の伸縮変位量zを、上述した種々の制御関数に基
づいて、入力される地震動に応じたフィードフォワード
制御と構造物4の応答に従うフィードバック制御とを組
み合わせて制御するようになっている。
《発明の効果》 以上要するに本発明に係る制振方法及びその装置によ
れば、地震力及び制振力が相互に作用する動力手段の力
伝達系に弾発手段を新設した振動系において、弾発手段
の弾発係数を含んだ形で新たに導出された振動方程式を
制御手段の制御関数とし、検出手段の検出量として構造
物に入力される地震動並びに地震動及び動力手段からの
入力による構造物の応答を採用して動力手段の伸縮変化
量の制御を行なうことにより、弾発手段の存在を加味し
た上で、弾発手段にその機能を発揮させつつ動力手段に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。
れば、地震力及び制振力が相互に作用する動力手段の力
伝達系に弾発手段を新設した振動系において、弾発手段
の弾発係数を含んだ形で新たに導出された振動方程式を
制御手段の制御関数とし、検出手段の検出量として構造
物に入力される地震動並びに地震動及び動力手段からの
入力による構造物の応答を採用して動力手段の伸縮変化
量の制御を行なうことにより、弾発手段の存在を加味し
た上で、弾発手段にその機能を発揮させつつ動力手段に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。
また上述した新しい制御関数の導出にあたり動力手段
の変位量を制御式に導入したことにより、この変位制御
で動力手段の制御を達成することができ、この安定性の
高い変位制御を制振制御に採用することで更に優れた制
振を達成することができる。
の変位量を制御式に導入したことにより、この変位制御
で動力手段の制御を達成することができ、この安定性の
高い変位制御を制振制御に採用することで更に優れた制
振を達成することができる。
また更に、制御系の発振を抑制できるフィードフォワ
ード制御を採用すると共に、その補正制御として構造物
の振動特性やその非線形性を事前に把握しこれらを反映
した制御回路とする必要のないフィードバック制御を採
用しているので、制御の安定性を図りつつ、的確な制振
制御を達成することができる。
ード制御を採用すると共に、その補正制御として構造物
の振動特性やその非線形性を事前に把握しこれらを反映
した制御回路とする必要のないフィードバック制御を採
用しているので、制御の安定性を図りつつ、的確な制振
制御を達成することができる。
図は本発明に係る制振装置の好適実施例を示す概略図で
ある。 2…地盤、3…長周期化手段 4…構造物、5…動力手段 6…弾発手段、7…第1の検出手段 9…制御手段、10…第2の検出手段
ある。 2…地盤、3…長周期化手段 4…構造物、5…動力手段 6…弾発手段、7…第1の検出手段 9…制御手段、10…第2の検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 寿一 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 鈴木 哲夫 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 関松 太郎 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
Claims (2)
- 【請求項1】地盤上に長周期化手段を介して支持された
構造物を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し
て、互いに相対変位するこれら構造物と地盤との間で伸
縮駆動されて構造物に制振力を伝達する動力手段によっ
て制振するに際し、上記構造物に入力される地震動を予
め検出すると共に地震動及び上記動力手段からの入力に
よる構造物の応答を検出し、上記動力手段の伸縮変位量
を、入力される地震動に応じたフィードフォワード制御
と構造物の応答に従うフィードバック制御とを組み合わ
せて制御するようにしたことを特徴とする制振方法。 - 【請求項2】地盤と該地盤上に長周期化手段を介して支
持された構造物との間に設けられ、これら互いに相対変
位する該地盤と該構造物との間で伸縮駆動されて上記構
造物に制振力を伝達する動力手段と、該動力手段に取付
けられその力伝達方向に弾発する弾発手段と、上記構造
物に入力される地震動を予め検出する第1の検出手段
と、地震動並びに上記動力手段からの入力による構造物
の応答を検出する第2の検出手段と、これら検出手段か
らの検出信号に応じて上記動力手段の伸縮変位量を、入
力される地震動に応じたフィードフォワード制御並びに
構造物の応答に従うフィードバック制御を組み合わせて
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする制振装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19878388A JPH0819782B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 制振方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19878388A JPH0819782B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 制振方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249874A JPH0249874A (ja) | 1990-02-20 |
| JPH0819782B2 true JPH0819782B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=16396841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19878388A Expired - Fee Related JPH0819782B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 制振方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0819782B2 (ja) |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP19878388A patent/JPH0819782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0249874A (ja) | 1990-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |