JP2017227978A - Control system, control method, and control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御システム、制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a control system, a control method, and a control apparatus.
特許文献1には、制振装置の一例が示されている。特許文献1に示されている制振装置は、構造物の応答を検出し、これに基づいて駆動信号を生成し、その駆動信号に応じてアクチュエータを駆動することによって構造物上に設けられた重りを移動させ、構造物に生じる振動を抑制する。また、この制振装置には、駆動信号のうち構造物に固有なモードに関して高次モードの振動に対応する信号成分をカットするフィルタが設けられている。この制震装置では、フィルタを設けて高周波数領域でのゲインを下げることでスピルオーバーの発生を防止している。スピルオーバーは高次の共振モードで自励発振する現象である。 Patent Document 1 discloses an example of a vibration damping device. The vibration damping device disclosed in Patent Document 1 is provided on a structure by detecting a response of the structure, generating a drive signal based on the response, and driving an actuator in accordance with the drive signal. The weight is moved to suppress the vibration generated in the structure. In addition, this vibration damping device is provided with a filter that cuts a signal component corresponding to vibration of a higher-order mode with respect to a mode unique to the structure in the drive signal. In this vibration control device, a spillover is prevented by providing a filter to lower the gain in the high frequency region. Spillover is a phenomenon in which self-oscillation occurs in a higher-order resonance mode.
また、特許文献2には、制震装置の付加マスを制御するフィードバックゲインを付加マスの変位に応じて変化させる構成が示されている。
特許文献1に記載されている制振装置は、建物の所定の階に設置されたm個のセンサを用いて建物の物理変位を検知し、検知した物理変位をモード変位に変換し、モード変位に応じてアクチュエータを制御する。この場合、センサの個数mは制御しようとする固有モードの次数の範囲によって最低数が決められる。すなわち、n次モードまでを対象範囲とする場合、n個以上のセンサが必要になる。建物等の制御対象に設置するセンサの数が多数になると、制御系が複雑化するという課題がある。 The vibration damping device described in Patent Document 1 detects physical displacement of a building using m sensors installed on a predetermined floor of the building, converts the detected physical displacement into mode displacement, and mode displacement The actuator is controlled according to the above. In this case, the minimum number of sensors m is determined by the range of the order of the natural mode to be controlled. That is, when the target range is up to the nth order mode, n or more sensors are required. When the number of sensors installed on a control target such as a building becomes large, there is a problem that the control system becomes complicated.
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、制御対象に設置するセンサの個数を少なくすることができる制御システム、制御方法および制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control system, a control method, and a control device that can reduce the number of sensors installed in a control target.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、制御対象と、入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部と、前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部と、制御器を有し、前記制御対象を模擬する第1解析モデルと、前記操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定する制御装置とを備え、前記制御装置が前記制御器によって決定した前記制御指令を前記操作部へ入力する制御システムである。 In order to solve the above problems, an aspect of the present invention includes a control target, an operation unit that operates on the control target based on an input control command, and a disturbance detection unit that detects a disturbance applied to the control target. And a first analysis model that has a controller and simulates the control object, and a second analysis model that simulates the operation part and calculates an effect of the operation part on the control object with respect to the control command. Then, the disturbance detected by the disturbance detection unit and the action calculated using the second analysis model are input to the first analysis model, and the response of the control target is input using the first analysis model. A control device that determines the control command by the controller according to the determined response, and the control device inputs the control command determined by the controller to the operation unit. That.
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記制御対象に前記外乱が加えられた際に前記制御対象の応答を検知する応答検知部をさらに備えるとともに、前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記応答検知部が検知した前記制御対象の応答とに基づいて前記制御対象の動特性を求め、求めた前記動特性に基づいて前記第1解析モデルのパラメータを更新する制御対象パラメータ推定部を前記制御装置がさらに備える。 One aspect of the present invention is the above-described control system, further comprising a response detection unit that detects a response of the control target when the disturbance is applied to the control target, and the disturbance detection unit detects the response A control target parameter estimation unit that obtains a dynamic characteristic of the control target based on a disturbance and a response of the control target detected by the response detection unit, and updates a parameter of the first analysis model based on the obtained dynamic characteristic The control device further includes:
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記制御対象が構造物であり、前記操作部が前記構造物に設置された制震装置であり、前記外乱検知部が前記外乱として前記構造物に加わる地動加速度を検知する。 One aspect of the present invention is the control system, wherein the control target is a structure, the operation unit is a seismic control device installed in the structure, and the disturbance detection unit is the structure as the disturbance. Detects ground acceleration applied to objects.
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記制震装置が前記構造物に設置されたアクティブ・マスダンパである。 One aspect of the present invention is the above-described control system, which is an active mass damper in which the vibration control device is installed in the structure.
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記構造物で検知された応答振動に応じて前記操作部に入力する第2制御指令を算出する第2制御器と、前記制御指令と前記第2制御指令とを加算して第3制御指令を算出する加算器とを前記制御装置がさらに備え、前記制御装置が、前記外乱検知部が検知した前記外乱と、前記第2解析モデルに対して前記制御指令に代えて前記第3制御指令を入力して前記第3制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出した結果を、前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、前記制御装置が、前記制御指令に代えて、前記加算器が算出した前記第3制御指令を前記操作部へ入力する。 One aspect of the present invention is the above-described control system, wherein the second controller that calculates a second control command to be input to the operation unit in response to the response vibration detected by the structure, the control command, The control device further includes an adder that adds a second control command to calculate a third control command, and the control device detects the disturbance detected by the disturbance detection unit and the second analysis model. Then, instead of the control command, the third control command is input, and the result of calculating the action of the operation unit on the control target with respect to the third control command is input to the first analysis model, A response of the controlled object is obtained using the first analysis model, the control command is determined by the controller according to the obtained response, and the controller calculates the adder instead of the control command. Before the third control command Input to the operation unit.
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記加算器が算出した前記第3制御指令を入力して前記操作部の動きに応じて前記第3制御指令を調整して第4制御指令として出力する可変ゲイン制御部を前記制御装置がさらに備え、前記制御装置が、前記外乱検知部が検知した前記外乱と、前記第2解析モデルに対して前記第3制御指令に代えて前記第4制御指令を入力して前記第4制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出した結果とを、前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、前記制御装置が、前記第3制御指令に代えて、前記可変ゲイン制御部が算出した前記第4制御指令を前記操作部へ入力する。 One aspect of the present invention is the control system, wherein the third control command calculated by the adder is input, the third control command is adjusted according to the movement of the operation unit, and a fourth control command is set. The control device further includes a variable gain control unit that outputs the second disturbance as detected by the disturbance detection unit and the fourth analysis command instead of the third control command with respect to the second analysis model. A result of calculating the action of the operation unit on the control target in response to the fourth control command by inputting a control command is input to the first analysis model, and the control is performed using the first analysis model. The fourth control calculated by the variable gain control unit instead of the third control command is determined by determining the response of the target and determining the control command by the controller according to the determined response. Command the operation unit To enter.
本発明の一態様は、上記制御システムであって、前記第1解析モデルと前記第2解析モデルが統合された1つの解析モデルである。 One aspect of the present invention is the control system described above, which is one analysis model in which the first analysis model and the second analysis model are integrated.
本発明の一態様は、制御対象と、入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部と、前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部と、制御器を有し、前記制御対象を模擬する第1解析モデルと、前記操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定する制御装置とを用いて、前記制御器が決定した前記制御指令を前記操作部へ入力する制御方法である。 One aspect of the present invention includes a control target, an operation unit that acts on the control target based on an input control command, a disturbance detection unit that detects a disturbance applied to the control target, and a controller. The disturbance detection unit uses a first analysis model that simulates the control target and a second analysis model that simulates the operation unit and calculates an action of the control unit on the control target with respect to the control command. The detected disturbance and the action calculated using the second analysis model are input to the first analysis model, the response of the control object is obtained using the first analysis model, and the obtained response And a control device that determines the control command by the controller according to the control method, and inputs the control command determined by the controller to the operation unit.
本発明の一態様は、制御器を有し、制御対象を模擬する第1解析モデルと、入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、決定した前記制御指令を前記操作部へ出力する制御装置である。 One aspect of the present invention has a controller and simulates a first analysis model that simulates a control target, and an operation unit that operates on the control target based on the input control command. Using the second analysis model that calculates the effect of the operation unit on the control target, the disturbance calculated by the disturbance detection unit that detects the disturbance applied to the control target and the second analysis model Action is input to the first analysis model, the response of the controlled object is obtained using the first analysis model, and the control command is determined by the controller according to the obtained response. The control device outputs the control command to the operation unit.
本発明によれば、第1解析モデルおよび第2解析モデルに対して外乱と制御指令が入力され、計算処理によって制御対象の応答が求められ、求められた応答に応じて制御指令が決定される。したがって、制御対象に対しては複数のセンサを設置しなくてもよい。 According to the present invention, a disturbance and a control command are input to the first analysis model and the second analysis model, a response to be controlled is obtained by calculation processing, and a control command is determined according to the obtained response. . Therefore, it is not necessary to install a plurality of sensors for the controlled object.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明に係る制御システムの第1実施形態の構成例を示すブロック図である。図1(a)に示す制御システム100は、建物1と、地動センサ4と、制御装置5とを備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a first embodiment of a control system according to the present invention. A
図1(a)は、建物1の構造を模式化して示す。図1(a)に示された建物1は、地盤2上に建造されている4階建ての建造物であり、1階〜4階の柱11、13、15、17と、柱11と柱13との間の床(あるいは梁(はり))12と、柱13と柱15との間の床14と、柱15と柱17との間の床16と、屋根(屋上スラブ)18とから構成されている。また、建物1は、床12と床14との間にアクチュエータ31を備えるとともに、床14と床16との間にアクチュエータ32を備える。
FIG. 1A schematically shows the structure of the building 1. A building 1 shown in FIG. 1A is a four-story building constructed on the
アクチュエータ31およびアクチュエータ32は、アクティブまたはセミアクティブの制震装置であり、制御装置5が出力した制御指令52に応じて動作して建物1の振動を制御する。ここで、アクティブな制震装置とは制御指令52に応じて建物1に対して振動を抑制するための所定の力を作用させる装置である。アクティブな制震装置は、例えば図1(b)に示すように、上階と下階から支持するためのブラケット71および72を設け、その間に油圧シリンダーによるアクチュエータ73を設けることで構成される。図1(b)に示すアクティブな制震装置は、制御指令に応じてアクチュエータ73を押引きさせ、建物の上階と下階にアクティブな力を作用させる。一方、セミアクティブな制震装置とは、アクティブな制震装置のように直接力を発生するものではなく、建物の剛性や減衰等の係数を制御指令に基づいて動的に変化させるものである。セミアクティブな制震装置は、例えば図1(c)に示すように、図1(b)と同様なブラケット71および72を設け、その間に可変減衰オイルダンパ74を設置することで構成される。可変減衰オイルダンパ74は建物の層間変形に応じてパッシブな減衰力を発生するが、制御指令に応じて減衰係数を変化させるため、セミアクティブな制御力(減衰力)を作用させる。図1(a)に示す例では、アクチュエータ31は床12と床14に対して作用し、アクチュエータ32は床14と床16に対して作用する。ただし、アクチュエータ31およびアクチュエータ32は、2つに限らず、1つあるいは3以上であってもよく、また、設置位置に限定は無い。
The
地動センサ4は、地盤2上に発生する地動加速度を検知する加速度センサであり、検知した地動加速度を表す信号41(以下、この信号を地動加速度41と称する)を制御装置5に対して出力する。ただし、地動センサ4は、加速度に加えて(あるいは代えて)地盤2の速度や変位を単位時間毎に検知した結果を出力するものであってもよい。
The
制御装置5は、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ等のコンピュータであり、内部にCPU(中央処理装置)、揮発性および不揮発性の記憶装置、入出力インターフェース等を備える。制御装置5は、CPUで所定のプログラムを実行することで、制御器51等として機能し、地動加速度41を入力し、アクチュエータ31および32を制御する制御指令52を算出して出力する。
The control device 5 is a computer such as a personal computer, a microcomputer, or a microprocessor, and includes a CPU (Central Processing Unit), volatile and nonvolatile storage devices, an input / output interface, and the like. The control device 5 functions as the
制御装置5は、制御器51によって制御指令52を算出する際に、建物1を模擬する建物解析モデル53と、アクチュエータ31および32を模擬するアクチュエータ解析モデル55とを使用する。アクチュエータ解析モデル55は、アクチュエータ31および32の動特性を模擬する数理モデルであり、微分方程式などから構成されていて、制御指令52の値を連続的に所定の周期で繰り返し入力し、数値積分によって、建物1に対して作用するアクチュエータ31および32の発生力56を逐次算出し出力する。なお、アクチュエータ解析モデル55または建物解析モデル53への入力とは、方程式の所定の変数に数値を設定することを意味し、アクチュエータ解析モデル55または建物解析モデル53からの出力とは、方程式の解を算出することを意味する。また、制御装置5は、アクチュエータ解析モデル55および建物解析モデル53の入力から出力までの時間と制御指令52を算出する時間を、サンプリング周期よりも短時間で計算することが可能である。すなわち、制御装置5は、アクチュエータ解析モデル55および建物解析モデル53を用いた計算処理と制御指令52の算出処理を実時間で行うことができる。図1(a)において、アクチュエータ解析モデル55は作図上ひとつとなっているが、一般的にはアクチュエータと同数である。制御指令52についても同様に、アクチュエータと同数となる。
The control device 5 uses a
建物解析モデル53は、建物1の動特性を模擬する数理モデルであり、運動方程式などの微分方程式から構成されていて、固有周波数、減衰比等の複数のパラメータが実験的にあるいは数値解析によって建物1に合わせて設定されている。建物解析モデル53は、例えば4質点モデルで構成することができ、床12、14および16と屋根18に対応する4個の質点532〜535を有して構成される。この場合、アクチュエータ解析モデル55を用いて算出されたアクチュエータ31および32の発生力56は、質点531〜534に対して入力される。また、4質点モデルの地盤531に対して地動加速度41が入力される。建物解析モデル53は、地動加速度41と発生力56の各値を連続的に所定の周期で繰り返し入力し、数値積分によって、建物1の応答(建物応答54)を逐次算出し出力する。建物応答54は、各質点532〜535の変位、速度、加速度等の値を表す。また、建物解析モデル53では、固有モードの次数に制限はなく、例えばコンピュータの能力等に応じて次数の範囲を適宜選択することができる。
The
制御器51は、建物応答54に応じて、アクチュエータ31および32ならびにアクチュエータ解析モデル55に対して出力する制御指令52を決定する。制御指令52の決定の仕方には限定はなく、建物応答54が総じて動きを抑制するように、あるいは変位、速度、加速度等が最大の質点の動きを抑制するように制御指令52を決定することができる。
The
以上の構成において制御システム100では、制御装置5が、制御指令52をアクチュエータ解析モデル55へ入力して発生力56を算出する。次に、制御装置5が、地動センサ4が出力した地動加速度41を取り込む。次に、制御装置5が、アクチュエータ解析モデル55を用いて算出した発生力56と取り込んだ地動加速度41とを建物解析モデル53へ入力して、建物応答54を算出する。次に、制御装置5が、建物解析モデル53を用いて算出した建物応答54を制御器51へ入力して制御指令52を決定する。制御器51が決定した制御指令52は、アクチュエータ解析モデル55へ入力されるとともにアクチュエータ31および32に入力される。アクチュエータ31および32は、制御指令52に基づいて、実際の建物1の応答低減を図る。以上の過程が繰り返し実行される。
In the
図1に示す制御システム100では、建物1にセンサを複数設置しなくてもよく、建物1の地盤2に設置した地動センサ4のみで建物1の制震制御を実行することができる。したがって制御系の構成をシンプルにすることができる。また、建物1に複数のセンサを設置しない場合でも多数次の固有モードを解析し制御することができる。また、実際の建物1の応答をフィードバックしてはいないフィードフォワード制御であるので制震効果の高い強い制御を適用した場合にも高次モードの発振現象(スピルオーバー)は発生しない。また、応答を検知するセンサの電気ノイズによる不安定現象も発生しない。
In the
<第2実施形態>
図2は、本発明に係る制御システムの第2実施形態の構成例を示すブロック図である。図2に示す制御システム100aは、建物1と、地動センサ4と、制御装置5aと、建物応答センサ61(応答検知部)とを備える。図2において図1と同一の構成には同一の符号を用い、対応する構成には符号の数字に英字(「a」等)を付加して用いている。以下、すでに説明した他の実施形態が備える構成と同一または対応する構成については説明を適宜省略する。
Second Embodiment
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the second embodiment of the control system according to the present invention. A
建物応答センサ61は、建物1に対して地震動等の外乱が加えられた際に建物1の応答を検知してその検知結果を示す建物応答62を出力するセンサである。建物応答センサ61は、例えば加速度センサである。建物応答センサ61は、例えば、建物1の頂部付近に設置されている。
The
制御装置5aは、図1に示す制御装置5と比べて次の点が異なる。すなわち、制御装置5aは、新たに建物パラメータ推定部57(制御対象パラメータ推定部)を備えている。建物パラメータ推定部57は、建物応答センサ61が出力した建物応答62を入力するとともに地動センサ4が出力した地動加速度41を入力し、それらに基づいて推定した建物1のパラメータ58を建物解析モデル53に対して出力する。建物パラメータ推定部57は、地動センサ4が出力した建物1に対する外乱である地動加速度41と、建物応答センサ61が検知した建物応答62とを同時に(または短時間の時間差を有して)入力し、それらに基づいて建物1の動特性を求め、求めた動特性に基づいて建物解析モデル53のパラメータを更新する。建物パラメータ推定部57は、地動加速度41を入力信号とし、建物応答62を出力信号として建物1の伝達関数を測定することで建物1の動特性を取得する。建物パラメータ推定部57は、例えば図3に示すような入出力信号間のゲインと位相差の周波数特性をFFT(高速フーリエ変換)アルゴリズムを用いて測定する。図3は、建物1の動特性の一例を示す図であり、例えば、ゲインにみられるピークの振動数が下から順に、1次、2次、3次モードの固有振動数である。また、山の高さが減衰比に関係する。建物パラメータ推定部57は、例えば、新たに取得した固有振動数が建物解析モデル53に設定されているパラメータから一定の範囲を超えて変化している場合に、パラメータの値を更新する。
The
図2に示す制御システム100aでは、図1に示す制御システム100が奏する効果に加え、建物1に例えば1個の建物応答センサ61を設置することで、定期的に(例えば一定規模の地震が発生する毎に)建物解析モデル53のパラメータをアップデートすることができる。
In addition to the effects produced by the
<第3実施形態>
図4は、本発明に係る制御システムの第3実施形態の構成例を示すブロック図である。図4に示す制御システム100bは、建物1aと、アクティブ・マスダンパ3と、地動センサ4と、制御装置5bとを備える。図4に示す制御システム100bでは、建物1aの頂部近傍に図1に示すアクチュエータ31および32に代えて、それらに対応する制震装置であるアクティブ・マスダンパ3が設置されている。
<Third Embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the third embodiment of the control system according to the present invention. A
アクティブ・マスダンパ3は、制御装置5bが出力した制御指令52aに応じて、例えば図5に示すように錘33をモータ34および35とボールねじ36および37でX方向およびY方向に振動させることで建物1aの振動を抑える装置である。制御指令52aは、例えば2系統のモータの速度指令を系統毎に表す信号である。図5の例ではXY二方向タイプとなっているが、一方向タイプの場合もある。また、アクティブ・マスダンパは複数台設置することもある。
The active mass damper 3 causes the
制御装置5bは、制御器(1)51aと、建物解析モデル53aと、アクティブ・マスダンパ解析モデル55aとを備える。制御器(1)51aは、図1に示す制御器51と同一の構成であり、建物解析モデル53aが出力した建物応答54aに応じて制御指令52aを決定し、アクティブ・マスダンパ3とアクティブ・マスダンパ解析モデル55aとに出力する。本実施形態では、アクティブ・マスダンパ解析モデル55aと、建物解析モデル53aとが一体的に構成されている。建物解析モデル53aとアクティブ・マスダンパ解析モデル55aが、図1に示す建物解析モデル53とアクチュエータ解析モデル55にそれぞれ対応する。制御指令52aと建物応答54aが、図1に示す制御指令52と建物応答54に対応する。このように建物解析モデル53a(第1解析モデル)とアクティブ・マスダンパ解析モデル55a(第2解析モデル)とを統合させたひとつの解析モデルとすることも可能である。
The
次に、図6を参照して、図4に示す制御システム100bの動作例について説明する。制御システム100bにおいて制御装置5bは、制御指令52aをアクティブ・マスダンパ解析モデル55aに入力してアクティブ・マスダンパ慣性力を算出する(ステップS1)。次に、制御装置5bは、地動加速度41を取り込む(ステップS2)。次に、制御装置5bは、建物解析モデル53aに地動加速度41とアクティブ・マスダンパの慣性力を入力し、建物応答54aを算出する(ステップS3)。次に、制御装置5bは、建物応答54aを制御器(1)51aに入力し、制御指令52aを算出する(ステップS4)。次に、制御装置5bは、実際のアクティブ・マスダンパ3に制御指令52aを入力し、実際の建物1aの応答をコントロールする(ステップS5)。以降、制御装置5bは、ステップS1〜S5を繰り返し実行する。
Next, an operation example of the
本実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、従来は、建物に設置した振動センサからの情報を用いたフィードバック制御で制振を行う。制御対象モードとして高次モードまで適用とすると複数のセンサが必要になり、重ねて、制御器も複雑になるため、頂部の1個のセンサで1次モードの制御を行うことが一般的となっている。そのため、1次モードに制震効果の高い強い制御を加えた場合には高次モードでの発振現象(スピルオーバー)が懸念される。それに対して、本実施形態では、1階に設置した地動センサのみの簡素なシステムでありながら、高次モードの制御が可能であり、フィードフォワード制御であるのでスピルオーバー等の不安定現象は発生しない。 According to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, conventionally, vibration control is performed by feedback control using information from a vibration sensor installed in a building. If the control target mode is applied up to the higher-order mode, a plurality of sensors are required, and the controller is complicated. Therefore, it is common to control the primary mode with one sensor at the top. ing. For this reason, when strong control with a high vibration control effect is applied to the primary mode, there is a concern about the oscillation phenomenon (spillover) in the high-order mode. On the other hand, in this embodiment, although it is a simple system using only a ground motion sensor installed on the first floor, high-order mode control is possible, and feed-forward control prevents unstable phenomena such as spillover. .
すなわち、図4に示す制御システム100bでは、建物1aにセンサを複数設置しなくてもよく、建物1aの地盤2に設置した地動センサ4のみで建物1aの制震制御を実行することができる。したがって制御系の構成をシンプルにすることができる。また、建物1aに複数のセンサを設置しない場合でも多次の固有モードを考慮した解析モデルを用いれば多次の固有モードを制御することができる。また、実際の建物1aの応答をフィードバックしていないので発振現象は発生しない。
That is, in the
<第4実施形態>
図7は、本発明に係る制御システムの第4実施形態の構成例を示すブロック図である。図7に示す制御システム100cは、建物1aと、アクティブ・マスダンパ3と、地動センサ4と、制御装置5cと、建物応答センサ61とを備える。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the fourth embodiment of the control system according to the present invention. A
制御装置5cは、図4に示す制御装置5bと比べて次の点が異なる。すなわち、制御装置5cは、新たに制御器(2)501(第2制御器)と、加算器503とを備えている。制御器(2)501は、建物応答センサ61によって建物頂部付近で検知された建物応答62(応答振動)に応じて、制御器(1)51a(第1制御器)と同様にして、アクティブ・マスダンパ3に入力する第2制御指令502を算出する。加算器503は、制御指令52aと第2制御指令502とを加算して第3制御指令52bを算出する。
The
また、制御装置5cは、アクティブ・マスダンパ解析モデル55aに対して制御指令52aに代えて第3制御指令52bを入力して第3制御指令52bに対する建物1aへのアクティブ・マスダンパ3による作用を算出した結果と、地動センサ4が検知した地動加速度41とを、建物解析モデル53aに対して入力し、建物解析モデル53aを用いて建物1aの応答を求め、求めた応答に応じて制御指令52aを決定する。そして、制御装置5cは、制御指令52aに代えて、加算器503が算出した第3制御指令52bをアクティブ・マスダンパ3に対して出力する。
Further, the
本実施形態によれば次の効果が得られる。すなわち、第3実施形態のように制御器(1)51aだけの制御では、風ゆれに対する制震制御ができない。これに対し、本実施形態のように、制御器(2)501を追加することで風ゆれに対する制震制御が可能となる。この場合、制御器(1)51aによる地震動に対する制御の効果は、制御器(2)501とお互いに干渉し多少効果が悪くなることが考えられるが、加算器503による加算後の信号(第3制御指令52b)を解析モデルに入力することで影響をなくすことができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. That is, the control of only the controller (1) 51a as in the third embodiment cannot perform the vibration control for the wind fluctuation. On the other hand, as in the present embodiment, by adding the controller (2) 501, it is possible to control the vibration control against wind fluctuation. In this case, the effect of the control on the ground motion by the controller (1) 51a may interfere with the controller (2) 501, and the effect is somewhat worsened. However, the signal after the addition by the adder 503 (third The influence can be eliminated by inputting the
<第5実施形態>
図8は、本発明に係る制御システムの第5実施形態の構成例を示すブロック図である。図8に示す制御システム100dは、建物1aと、アクティブ・マスダンパ3と、地動センサ4と、制御装置5dと、建物応答センサ61とを備える。
<Fifth Embodiment>
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the fifth embodiment of the control system according to the present invention. A
制御装置5dは、図7に示す制御装置5cと比べて次の点が異なる。すなわち、制御装置5dは、可変ゲイン制御部504を備えている。可変ゲイン制御部504は、加算器503が算出した第3制御指令52bを入力し、アクティブ・マスダンパ3の動きに応じて第3制御指令52bを調整して第4制御指令52cとして出力する。可変ゲイン制御部504による制御指令の調整は、例えば特許文献2に記載された公知のやり方を用いることができる。
The
制御装置5dは、地動センサ4が検知した地動加速度41と、アクティブ・マスダンパ解析モデル55aに対して第3制御指令52bに代えて第4制御指令52cを入力して第4制御指令52cに対する建物1a象へのアクティブ・マスダンパ3による作用を算出した結果とを、建物解析モデル53aに対して入力する。そして、建物解析モデル53aを用いて建物応答54aを求め、求めた建物応答54aに応じて制御指令52aを決定する。また、制御装置5dは、第3制御指令52bに代えて、可変ゲイン制御部504が算出した第4制御指令52cをアクティブ・マスダンパ3へ入力する。
The
本実施形態によれば、アクティブ・マスダンパ3の動きに応じて、制御の強さを調整することが可能となる。すなわち可変ゲイン制御を適用した信号を各解析モデルに入力することで、建物解析モデル53aによる建物応答54aを正確に得られる。
According to this embodiment, the strength of control can be adjusted according to the movement of the active mass damper 3. That is, the
<第6実施形態>
図9は、本発明に係る制御システムの第6実施形態の構成例を示すブロック図である。図9に示す制御システム100eは、図1に示す第1実施形態の制御システム100、図4に示す第3実施形態の制御システム100b等の基本構成からなる実施形態である。図9に示す制御システム100eは、制御対象1eと、操作部3eと、外乱検知部4eと、制御装置5eとを備える。
<Sixth Embodiment>
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the sixth embodiment of the control system according to the present invention. A
制御対象1eは、制御の対象であり、図1に示す第1実施形態の制御システム100では建物1、図4に示す第3実施形態の制御システム100bでは建物1aである。ただし、制御対象1eは、建物に限らず他の構造物であったり、有体物に限らず無体物であったりしてもよい。
The
操作部3eは、制御装置5eが出力した制御指令52eに応じて制御対象1eに対して作用する構成要素である。操作部3eは、図1に示す第1実施形態の制御システム100ではアクチュエータ31および32、図4に示す第3実施形態の制御システム100bではアクティブ・マスダンパ3である。他の例としては、例えば制御対象1eが温度制御系における炉であるとすれば燃料の調節弁であったり、例えば制御対象1eがサーボ機構における負荷軸であるとすればサーボ電動機であったりする。
The
外乱検知部4eは、制御系の状態を乱そうとする外的要因である外乱を検知するセンサである。図9に示す例では、外乱が制御対象1eに加えられているが、制御対象1e以外の要素に加えられてもよい。図1に示す第1実施形態の制御システム100および図4に示す第3実施形態の制御システム100bでは、外乱は地動加速度41であり、外乱検知部4eは地動センサ4である。また、外乱検知部4eの検知出力41eは地動加速度41である。なお、他の例としては、制御対象1eが温度制御系の炉である場合に外乱は炉外温度等であり、外乱検知部4eは炉外温度のセンサ等である。あるいは、制御対象1eがサーボ機構における負荷軸である場合に外乱は負荷変動や動力源の変動等であり、外乱検知部4eは負荷トルクセンサや動力源の電圧センサ等である。
The
制御装置5eは、制御器51e(第1制御器)と、第1解析モデル53eと、第2解析モデル55eとを含む。第1解析モデル53eは制御対象1eの数理モデルであり、第2解析モデル55eは操作部3eの数理モデルである。第1解析モデル53eは、制御対象1eを模擬して、外乱検知部4eから検知出力41eを入力するとともに第2解析モデル55eから模擬作用56eを入力し、制御対象1eの応答を算出して、模擬応答54eとして出力する。第2解析モデル55eは、操作部3eを模擬して制御指令52eに対する制御対象1eへの操作部3eによる作用を算出して模擬作用56eとして、第1解析モデル53eに対して出力する。制御器51eは、第1解析モデル53eが出力した模擬応答54eに応じて制御指令52eを決定し、操作部3eと第2解析モデル55eへ出力する。すなわち、制御装置5eは、第1解析モデル53eと第2解析モデル55eとを用いて、外乱検知部4eが検知した外乱を表す検知出力41eと第2解析モデル55eを用いて算出した模擬作用56eとを第1解析モデル53eに対して入力し、第1解析モデル53eを用いて制御対象1eの模擬応答54eを求め、求めた模擬応答54eに応じて制御器51eによって制御指令52eを決定する。なお、模擬作用56eと模擬応答54eにおける「模擬」は、操作部3eによる制御対象1eへの実際の作用および制御対象1eの実際の応答と、各解析モデルで算出した値とを区別するために付加した文言である。
The
なお、制御器51eは、図1に示す第1実施形態の制御システム100では制御器51、図4に示す第3実施形態の制御システム100bでは制御器(1)51aである。第1解析モデル53eは、図1に示す建物解析モデル53であり、あるいは、図4に示す建物解析モデル53aである。第2解析モデル55eは、図1に示すアクチュエータ解析モデル55であり、あるいは、図4に示すアクティブ・マスダンパ解析モデル55aである。
The
本実施形態では、制御装置5eが制御器51eが出力した制御指令52eを第2解析モデル55eに入力して模擬作用56eを算出する。次に制御装置5eは、外乱検知部4eの検知出力41eと第2解析モデル55eが出力した模擬作用56eとを第1解析モデル53eに入力して模擬応答54eを算出する。次に、制御装置5eは、第1解析モデル53eが出力した模擬応答54eを制御器51eに入力し、制御器51eで制御指令52eを決定する。制御装置5eは、制御器51eが出力した制御指令52eを操作部3eに入力するとともに、第2解析モデル55eに入力する。以降、制御装置5eは、上記の動作を繰り返し実行する。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、第1解析モデル53eおよび第2解析モデル55eに対して外乱を表す検知出力41eと制御指令52eを入力し、計算処理によって制御対象1eの模擬応答54eが求められ、求めた模擬応答54eに応じて制御指令52eが決定される。したがって、制御対象1eに対しては実際の応答を検知するための複数のセンサを設置しなくてもよい。
According to this embodiment, the
なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、第3実施形態〜第5実施形態に対して、第2実施形態の建物パラメータ推定部57を追加したり、アクチュエータ31および32の個数を増やしたり、減らしたり、あるいは、アクティブ・マスダンパ3を複数設けたり、振動方向をXYの2次元ではなく、XまたはYの1次元としたり、同一方向に動作する複数組のアクティブ・マスダンパ3を設けたりすることができる。
The embodiment of the present invention is not limited to the above. For example, the building
100、100a〜100e 制御システム
1、1a 建物(構造物;制御対象)
1e 制御対象
2 地盤
3 アクティブ・マスダンパ(制震装置;操作部)
3e 操作部
31、32 アクチュエータ(制震装置;操作部)
4 地動センサ(外乱検知部)
4e 外乱検知部
5、5a〜5e 制御装置
51、51e 制御器
51a 制御器(1)
501 制御器(2)
503 加算器
504 可変ゲイン制御部
53、53a 建物解析モデル(第1解析モデル)
53e 第1解析モデル
55 アクチュエータ解析モデル(第2解析モデル)
55a アクティブ・マスダンパ解析モデル(第2解析モデル)
55e 第2解析モデル
57 建物パラメータ推定部(制御対象パラメータ推定部)
61 建物応答センサ(応答検知部)
100, 100a to 100e
4 Ground motion sensor (disturbance detection unit)
4e
501 Controller (2)
503
53e
55a Active mass damper analysis model (2nd analysis model)
55e
61 Building response sensor (response detector)
Claims (9)
入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部と、
前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部と、
制御器を有し、前記制御対象を模擬する第1解析モデルと、前記操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定する制御装置と
を備え、
前記制御装置が前記制御器によって決定した前記制御指令を前記操作部へ入力する
制御システム。 Control object,
An operation unit that acts on the control object based on the input control command;
A disturbance detection unit for detecting disturbance applied to the control object;
Using a first analysis model that has a controller and simulates the control object, and a second analysis model that simulates the operation part and calculates an effect of the operation part on the control object with respect to the control command The disturbance detected by the disturbance detection unit and the action calculated using the second analysis model are input to the first analysis model, and the response of the control target is input using the first analysis model. And a control device that determines the control command by the controller according to the obtained response.
A control system for inputting the control command determined by the controller by the controller to the operation unit.
前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記応答検知部が検知した前記制御対象の応答とに基づいて前記制御対象の動特性を求め、求めた前記動特性に基づいて前記第1解析モデルのパラメータを更新する制御対象パラメータ推定部を前記制御装置がさらに備える
請求項1に記載の制御システム。 A response detector for detecting a response of the control object when the disturbance is applied to the control object;
The dynamic characteristic of the controlled object is obtained based on the disturbance detected by the disturbance detecting part and the response of the controlled object detected by the response detecting part, and the parameters of the first analysis model are obtained based on the obtained dynamic characteristic. The control system according to claim 1, wherein the control device further includes a control target parameter estimation unit that updates the control target parameter.
前記操作部が前記構造物に設置された制震装置であり、
前記外乱検知部が前記外乱として前記構造物に加わる地動加速度を検知する
請求項1または2に記載の制御システム。 The control object is a structure;
The operation unit is a vibration control device installed in the structure,
The control system according to claim 1, wherein the disturbance detection unit detects ground motion acceleration applied to the structure as the disturbance.
請求項3に記載の制御システム。 The control system according to claim 3, wherein the vibration control device is an active mass damper installed in the structure.
前記制御指令と前記第2制御指令とを加算して第3制御指令を算出する加算器と
を前記制御装置がさらに備え、
前記制御装置が、前記外乱検知部が検知した前記外乱と、前記第2解析モデルに対して前記制御指令に代えて前記第3制御指令を入力して前記第3制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出した結果を、前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、
前記制御装置が、前記制御指令に代えて、前記加算器が算出した前記第3制御指令を前記操作部へ入力する
請求項4に記載の制御システム。 A second controller that calculates a second control command to be input to the operation unit according to response vibration detected by the structure;
The control device further comprises an adder that calculates a third control command by adding the control command and the second control command,
The control device inputs the third control command instead of the control command to the disturbance detected by the disturbance detection unit and the second analysis model, and applies the third control command to the control target. The result of calculating the action by the operation unit is input to the first analysis model, the response of the control target is obtained using the first analysis model, and the controller performs the response according to the obtained response. Determine the control command,
The control system according to claim 4, wherein the control device inputs the third control command calculated by the adder to the operation unit instead of the control command.
前記制御装置が、前記外乱検知部が検知した前記外乱と、前記第2解析モデルに対して前記第3制御指令に代えて前記第4制御指令を入力して前記第4制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出した結果とを、前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、
前記制御装置が、前記第3制御指令に代えて、前記可変ゲイン制御部が算出した前記第4制御指令を前記操作部へ入力する
請求項5に記載の制御システム。 The control device further includes a variable gain control unit that inputs the third control command calculated by the adder, adjusts the third control command according to the movement of the operation unit, and outputs the third control command as a fourth control command. ,
The control device inputs the fourth control command instead of the third control command to the disturbance detected by the disturbance detection unit and the second analysis model, and the control target for the fourth control command The calculation result of the operation by the operation unit is input to the first analysis model, the response of the control target is obtained using the first analysis model, and the control is performed according to the obtained response. The control command is determined by a device,
The control system according to claim 5, wherein the control device inputs the fourth control command calculated by the variable gain control unit to the operation unit instead of the third control command.
請求項1から6のいずれか1項に記載の制御システム。 The control system according to any one of claims 1 to 6, wherein the first analysis model and the second analysis model are integrated into one analysis model.
入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部と、
前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部と、
制御器を有し、前記制御対象を模擬する第1解析モデルと、前記操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、前記外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定する制御装置と
を用いて、
前記制御器が決定した前記制御指令を前記操作部へ入力する
制御方法。 Control object,
An operation unit that acts on the control object based on the input control command;
A disturbance detection unit for detecting disturbance applied to the control object;
Using a first analysis model that has a controller and simulates the control object, and a second analysis model that simulates the operation part and calculates an effect of the operation part on the control object with respect to the control command The disturbance detected by the disturbance detection unit and the action calculated using the second analysis model are input to the first analysis model, and the response of the control target is input using the first analysis model. Using the control device to determine the control command by the controller according to the obtained response
A control method for inputting the control command determined by the controller to the operation unit.
制御対象を模擬する第1解析モデルと、入力された制御指令に基づき前記制御対象に対して作用する操作部を模擬して前記制御指令に対する前記制御対象への前記操作部による作用を算出する第2解析モデルとを用いて、
前記制御対象に加わる外乱を検知する外乱検知部が検知した前記外乱と前記第2解析モデルを用いて算出した前記作用とを前記第1解析モデルに対して入力し、
前記第1解析モデルを用いて前記制御対象の応答を求め、
求めた前記応答に応じて前記制御器によって前記制御指令を決定し、
決定した前記制御指令を前記操作部へ出力する
制御装置。 Having a controller,
A first analysis model that simulates a control target, and an operation unit that acts on the control target based on an input control command, and calculates an action by the operation unit on the control target with respect to the control command. Using two analysis models,
The disturbance detected by a disturbance detecting unit that detects a disturbance applied to the control target and the action calculated using the second analysis model are input to the first analysis model,
Using the first analysis model to determine the response of the controlled object;
The control command is determined by the controller according to the obtained response,
A control device that outputs the determined control command to the operation unit.
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