JP2900830B2 - 混合フィードバック制御機構 - Google Patents
混合フィードバック制御機構Info
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- JP2900830B2 JP2900830B2 JP10922095A JP10922095A JP2900830B2 JP 2900830 B2 JP2900830 B2 JP 2900830B2 JP 10922095 A JP10922095 A JP 10922095A JP 10922095 A JP10922095 A JP 10922095A JP 2900830 B2 JP2900830 B2 JP 2900830B2
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- Japan
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- feedback control
- vibration
- control
- floor
- damping device
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- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、建築構造物の柱梁架構
内に、ブレース等の耐震要素を介して制震装置（可変減
衰装置又はアクチュエータ）を設置し、各階の応答量の
フィードバック情報に基づいた制御力により、振動を制
御する機構に関する。
内に、ブレース等の耐震要素を介して制震装置（可変減
衰装置又はアクチュエータ）を設置し、各階の応答量の
フィードバック情報に基づいた制御力により、振動を制
御する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、建築構造物の柱梁架構内に、ブ
レース等の耐震要素を介して制震装置を設置し、各階の
応答量を、例えばコンピュータ等にフィードバックして
制御装置への指令を作成し、その指令に基づいて制御装
置を駆動して振動を制御する場合、フィードバックする
応答量は、相対量か絶対量のいずれかに限られていた。
レース等の耐震要素を介して制震装置を設置し、各階の
応答量を、例えばコンピュータ等にフィードバックして
制御装置への指令を作成し、その指令に基づいて制御装
置を駆動して振動を制御する場合、フィードバックする
応答量は、相対量か絶対量のいずれかに限られていた。
【０００３】ここに相対量とは、地盤に対する相対運動
に関する諸量（加速度、速度、変位）のことであり、絶
対量とは絶対静止空間に対する諸量（加速度、速度、変
位）を言う。
に関する諸量（加速度、速度、変位）のことであり、絶
対量とは絶対静止空間に対する諸量（加速度、速度、変
位）を言う。
【０００４】例えば既に特開昭62-268478 号或いは特開
昭63-78974号等に於いて、建物頂部等に付加質量とアク
チュエータからなる制震装置を設け、建物が地震或いは
風等の外力を受けた時、アクチュエータの動作を例えば
コンピュータ等により制御することにより、付加質量と
しての錘の反力を利用して、建物自体の振動を制御する
ような力を加えるアクティブ制震装置が開示されてい
る。
昭63-78974号等に於いて、建物頂部等に付加質量とアク
チュエータからなる制震装置を設け、建物が地震或いは
風等の外力を受けた時、アクチュエータの動作を例えば
コンピュータ等により制御することにより、付加質量と
しての錘の反力を利用して、建物自体の振動を制御する
ような力を加えるアクティブ制震装置が開示されてい
る。
【０００５】図７は従来のアクティブ制震装置の概要を
示した図であり、例えば建物４と実質的に切り離した状
態で、付加質量としての錘５を設け、錘５と建物４の間
にアクチュエータ６を介在せしめる。地震や風等が作用
し、建物４に振動が生じると、その振動を建物４に設け
たセンサ７が感知し、信号を制御回路に送り、建物４の
振動に応じた出力信号をアクチュエータ６に接続したサ
ーボ弁に送り、アクチュエータ６の制御を行う。なお錘
５及びアクチュエータ６側にもセンサ８を設けることに
より、錘５及びアクチュエータ６の動きをフィードバッ
クして制御することが出来る閉ループ制御である。
示した図であり、例えば建物４と実質的に切り離した状
態で、付加質量としての錘５を設け、錘５と建物４の間
にアクチュエータ６を介在せしめる。地震や風等が作用
し、建物４に振動が生じると、その振動を建物４に設け
たセンサ７が感知し、信号を制御回路に送り、建物４の
振動に応じた出力信号をアクチュエータ６に接続したサ
ーボ弁に送り、アクチュエータ６の制御を行う。なお錘
５及びアクチュエータ６側にもセンサ８を設けることに
より、錘５及びアクチュエータ６の動きをフィードバッ
クして制御することが出来る閉ループ制御である。
【０００６】又特開平2-248581号では可変減衰装置が開
示されている。従来の減衰装置は、振動の卓越周期に対
し、構造物の固有振動数を能動的にずらすことにより、
共振現象を避け、応答量の低減を図るものであるが、通
常一次の固有振動数に着目している。しかし特開平2-24
8581号では、装置の減衰係数を変化せしめ、高次の振動
数にも対応出来るものとしている。
示されている。従来の減衰装置は、振動の卓越周期に対
し、構造物の固有振動数を能動的にずらすことにより、
共振現象を避け、応答量の低減を図るものであるが、通
常一次の固有振動数に着目している。しかし特開平2-24
8581号では、装置の減衰係数を変化せしめ、高次の振動
数にも対応出来るものとしている。
【０００７】図８は従来の特開平2-248581号に開示され
た可変減衰装置９の回路図を示す図である。シリンダ１
０内で往復動する両ロッド形式のピストン１１の左右に
油圧室１２を設け、この左右の油圧室１２内の油圧を大
流量切り換え弁１３により閉止し、または流動させるこ
とにより、ピストン１１を固定し、または左右に移動自
在とする構成になっている。
た可変減衰装置９の回路図を示す図である。シリンダ１
０内で往復動する両ロッド形式のピストン１１の左右に
油圧室１２を設け、この左右の油圧室１２内の油圧を大
流量切り換え弁１３により閉止し、または流動させるこ
とにより、ピストン１１を固定し、または左右に移動自
在とする構成になっている。
【０００８】左右の油圧室１２には、それぞれ油圧室１
２からの油圧の流出を阻止する流出阻止用チェック弁１
４及び油圧室１２への油圧の流入を阻止する流入阻止用
チェック弁１５が設けられ、左右の流出阻止用チェック
弁１４どうしを連結する流入用流路１６と、左右の流入
阻止用チェック弁１５どうしを連結する流出流路１７と
が、シリンダ１０本体に沿って設けてある。これら流入
用流路１６および流出用流路１７の連結位置に、大流量
用切り換え弁１３が設けられている。大流量切り換え弁
１３は、例えば弁体の一端側に入口ポート１８と出口ポ
ート１９を有し、他端側に背圧ポート２０を有するもの
であり、背圧ポート２０の流路に背圧ポート２０側への
圧油の流出を阻止するシャットオフ弁２１を設けること
により、大容量の油圧を高速で流し、又瞬時に遮断す
る。この可変減衰装置９では大流量切り換え弁１３を閉
止した場合でも、圧油を絞り込んだ状態で流すためのバ
イパス流路が設けてあり、大流量切り換え弁１３の開閉
により、開状態としたときの第１の減衰係数ｃ1 と、閉
状態としたときの減衰係数ｃ2 （＞ｃ1 ）の間で減衰係
数を可変としている。
２からの油圧の流出を阻止する流出阻止用チェック弁１
４及び油圧室１２への油圧の流入を阻止する流入阻止用
チェック弁１５が設けられ、左右の流出阻止用チェック
弁１４どうしを連結する流入用流路１６と、左右の流入
阻止用チェック弁１５どうしを連結する流出流路１７と
が、シリンダ１０本体に沿って設けてある。これら流入
用流路１６および流出用流路１７の連結位置に、大流量
用切り換え弁１３が設けられている。大流量切り換え弁
１３は、例えば弁体の一端側に入口ポート１８と出口ポ
ート１９を有し、他端側に背圧ポート２０を有するもの
であり、背圧ポート２０の流路に背圧ポート２０側への
圧油の流出を阻止するシャットオフ弁２１を設けること
により、大容量の油圧を高速で流し、又瞬時に遮断す
る。この可変減衰装置９では大流量切り換え弁１３を閉
止した場合でも、圧油を絞り込んだ状態で流すためのバ
イパス流路が設けてあり、大流量切り換え弁１３の開閉
により、開状態としたときの第１の減衰係数ｃ1 と、閉
状態としたときの減衰係数ｃ2 （＞ｃ1 ）の間で減衰係
数を可変としている。
【０００９】図９（ａ）は、該可変減衰装置９の正面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。
【００１０】このような可変減衰装置９を、建築構造物
の柱梁架構内に、ブレース等の耐震要素を介して装着
し、前述したようなセンサを介して、応答量をコンピュ
ータに返し、コンピュータが指令する制御力に基づいて
建物の制震を図っている。
の柱梁架構内に、ブレース等の耐震要素を介して装着
し、前述したようなセンサを介して、応答量をコンピュ
ータに返し、コンピュータが指令する制御力に基づいて
建物の制震を図っている。
【００１１】しかし、これ等のコンピュータへのフィー
ドバックはいずれも、相対量か絶対量かいずれか一方の
みであった。図１０は従来システムの一例を示す図であ
る。
ドバックはいずれも、相対量か絶対量かいずれか一方の
みであった。図１０は従来システムの一例を示す図であ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】全層の制震装置に対し
て、相対量をフィードバックする相対量フィードバック
制御を行った場合には、建物の下の階の応答が小さくな
るものの、上の階の応答が大きくなる傾向がある。また
全層の制震装置に対して、絶対量をフィードバックする
絶対量フィードバック制御を行った場合には、上の階の
応答が小さくなるものの、下の階の応答が大きくなる傾
向がある。両者の長所を生かすとともに欠点をカバー
し、上下階とも応答が大きくならないようにすること
が、本発明の解決しょうとする課題である。
て、相対量をフィードバックする相対量フィードバック
制御を行った場合には、建物の下の階の応答が小さくな
るものの、上の階の応答が大きくなる傾向がある。また
全層の制震装置に対して、絶対量をフィードバックする
絶対量フィードバック制御を行った場合には、上の階の
応答が小さくなるものの、下の階の応答が大きくなる傾
向がある。両者の長所を生かすとともに欠点をカバー
し、上下階とも応答が大きくならないようにすること
が、本発明の解決しょうとする課題である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】下層階に設置された制震
装置には相対量フィードバック制御を、上層階に設置さ
れた制震装置には絶対速度フィードバック制御を適用適
用したことを特徴とする混合フィードバック制御機構の
設置を主旨とする。
装置には相対量フィードバック制御を、上層階に設置さ
れた制震装置には絶対速度フィードバック制御を適用適
用したことを特徴とする混合フィードバック制御機構の
設置を主旨とする。
【００１４】
【作用】建築構造物の振動系に地震外力とアクティブ制
御力が作用するときの、相対座標系の運動方程式は、 Ｍd2x/dt2 ＋Ｃdx/dt ＋Ｋｘ＝−ＭＩd2y/dt2 −Ｈｕ また絶対座標系での運動方程式は、 Ｍ（d2x/dt2 ＋d2y/dt2 ）＋Ｃ（dx/dt ＋dy/dt ）＋Ｋ
（x ＋y ）＝Ｃdy/dt ＋Ｋy −Ｈｕ ここに、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ構造物の質量、減衰、
剛性を表すマトリクスであり、ｘは地盤に対する相対変
位、ｙは地盤の変位、ｕはアクティブ制御力を表す。ま
たＨはアクティブ制御力が作用する点を示すマトリク
ス、Ｉは単位ベクトルである。
御力が作用するときの、相対座標系の運動方程式は、 Ｍd2x/dt2 ＋Ｃdx/dt ＋Ｋｘ＝−ＭＩd2y/dt2 −Ｈｕ また絶対座標系での運動方程式は、 Ｍ（d2x/dt2 ＋d2y/dt2 ）＋Ｃ（dx/dt ＋dy/dt ）＋Ｋ
（x ＋y ）＝Ｃdy/dt ＋Ｋy −Ｈｕ ここに、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ構造物の質量、減衰、
剛性を表すマトリクスであり、ｘは地盤に対する相対変
位、ｙは地盤の変位、ｕはアクティブ制御力を表す。ま
たＨはアクティブ制御力が作用する点を示すマトリク
ス、Ｉは単位ベクトルである。
【００１５】それぞれの座標系での状態フィードバック
制御を考え、最適制御理論等により、最適なアクティブ
制御力を求めると、相対系では、次のような相対量フィ
ードバック制御となる。
制御を考え、最適制御理論等により、最適なアクティブ
制御力を求めると、相対系では、次のような相対量フィ
ードバック制御となる。
【００１６】ｕ＝Ｇa d2x/dt2 ＋Ｇv dx/dt ＋Ｇd ｘ また絶対系では、次のような絶対量フィードバック制御
となる。
となる。
【００１７】ｕ＝Ｇa d2（x ＋y)/dt2＋Ｇv d( x＋y) /
dt＋Ｇd ( ｘ＋y) ここに、Ｇa 、Ｇv 、Ｇd は、それぞれ加速度、速度、
変位に対するフィードバックゲインである。
dt＋Ｇd ( ｘ＋y) ここに、Ｇa 、Ｇv 、Ｇd は、それぞれ加速度、速度、
変位に対するフィードバックゲインである。
【００１８】相対量フィードバック制御と絶対量フィー
ドバック制御とを比較すると、どちらも制御しない場合
より建物の応答を小さくできるが、前者は特に相対量を
小さく出来、後者は特に絶対量を小さく出来る。また、
建物の下の階の応答は前者の方が小さく、上の階の応答
は後者の方が小さくなる傾向がある。そこで下の階で
は、相対量フィードバックを適用し、上の階では絶対量
フィードバックを適用して、両者の長所を生かすことに
する。
ドバック制御とを比較すると、どちらも制御しない場合
より建物の応答を小さくできるが、前者は特に相対量を
小さく出来、後者は特に絶対量を小さく出来る。また、
建物の下の階の応答は前者の方が小さく、上の階の応答
は後者の方が小さくなる傾向がある。そこで下の階で
は、相対量フィードバックを適用し、上の階では絶対量
フィードバックを適用して、両者の長所を生かすことに
する。
【００１９】
【実施例】以下図に基づいて本発明の混合フィードバッ
ク制御機構の実施例を説明する。
ク制御機構の実施例を説明する。
【００２０】図１は本発明の実施例の一つで、鉄骨造の
２６階の事務所ビル１に本発明を適用した平面図であ
る。図２は、２６階の事務所ビル１の立面図である。平
面図Ａ部分の柱梁架構内に、耐震要素ブレースを介し
て、制震装置２を１〜４階までは各構面共２台づつ２構
面で計４台を設置し、５〜１６階には各構面共１台づつ
２構面で計２台を各階に設置し、１〜４階の制御装置２
には、相対応答速度フィードバック制御を適用し、５〜
１６階の制御装置２には絶対応答速度フィードバック制
御を適用し振動を制御する。
２６階の事務所ビル１に本発明を適用した平面図であ
る。図２は、２６階の事務所ビル１の立面図である。平
面図Ａ部分の柱梁架構内に、耐震要素ブレースを介し
て、制震装置２を１〜４階までは各構面共２台づつ２構
面で計４台を設置し、５〜１６階には各構面共１台づつ
２構面で計２台を各階に設置し、１〜４階の制御装置２
には、相対応答速度フィードバック制御を適用し、５〜
１６階の制御装置２には絶対応答速度フィードバック制
御を適用し振動を制御する。
【００２１】図３は２６階の事務所ビル１の振動系をモ
デル化した図である。
デル化した図である。
【００２２】図４は該モデルビルの八戸地震波（最大速
度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュレーション
の結果で（ａ）は相対応答速度をフィードバックした場
合と、絶対応答速度をフィードバックした場合と、本発
明の１〜４階までを相対量、５〜１６階までを絶対量フ
ィードバックさせた場合の層間変形角を比較している。
図から明らかなように、相対量フィードバックの場合は
下層程層間変形角は小さく、上層階程大きい。逆に、絶
対量をフィードバックした場合は下層程大きく、上層程
小さくなっている。本発明の混合フィードバックでは、
丁度これらの中間にあり平均した層間変形角となってい
る。（ｂ）は同様に、塑性率を比較したもので、塑性率
に就いても同様な結果が得られる。
度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュレーション
の結果で（ａ）は相対応答速度をフィードバックした場
合と、絶対応答速度をフィードバックした場合と、本発
明の１〜４階までを相対量、５〜１６階までを絶対量フ
ィードバックさせた場合の層間変形角を比較している。
図から明らかなように、相対量フィードバックの場合は
下層程層間変形角は小さく、上層階程大きい。逆に、絶
対量をフィードバックした場合は下層程大きく、上層程
小さくなっている。本発明の混合フィードバックでは、
丁度これらの中間にあり平均した層間変形角となってい
る。（ｂ）は同様に、塑性率を比較したもので、塑性率
に就いても同様な結果が得られる。
【００２３】図５（ａ）、（ｂ）は、エルセントロ地震
波（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュ
レーションの結果で、図４と同様な傾向を示しているこ
とがわかる。図６は本発明の機構のフロー図である。
波（最大速度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュ
レーションの結果で、図４と同様な傾向を示しているこ
とがわかる。図６は本発明の機構のフロー図である。
【００２４】制震装置としては、前出の特開昭62-26847
8 号或いは特開昭63-78974号等のアクチュエータでもよ
いし、又は特開平2-248581号或いは特開平2-289769号の
ような可変減衰装置でもよく、一般に制御力ｕを発生す
るものであればよい。
8 号或いは特開昭63-78974号等のアクチュエータでもよ
いし、又は特開平2-248581号或いは特開平2-289769号の
ような可変減衰装置でもよく、一般に制御力ｕを発生す
るものであればよい。
【００２５】
【発明の効果】相対量フィードバック制御と絶対量フィ
ードバック制御を比較すると、建物の下の階の応答は前
者の方が小さくでき、上の階の応答は後者の方が小さく
できる傾向がある。そこで下の階では、相対量フィード
バックを適用し、上の階では絶対量フィードバックを適
用して、両制御の長所を生かすこととする。
ードバック制御を比較すると、建物の下の階の応答は前
者の方が小さくでき、上の階の応答は後者の方が小さく
できる傾向がある。そこで下の階では、相対量フィード
バックを適用し、上の階では絶対量フィードバックを適
用して、両制御の長所を生かすこととする。
【図１】本発明の実施例の一つで、鉄骨造の２６階の事
務所ビルに本発明を適用した平面図である。
務所ビルに本発明を適用した平面図である。
【図２】２６階の事務所ビルの立面図である。
【図３】２６階の事務所ビルの振動系をモデル化した図
である。
である。
【図４】モデルビルの八戸地震波（最大速度を５０ｋｉ
ｎｅに基準化）に対するシミュレーションの結果で
（ａ）は相対応答速度をフィードバックした場合と、絶
対応答速度をフィードバックした場合と、本発明の１〜
４階までを相対量、５〜１６階までを絶対量フィードバ
ックさせた場合の層間変形角を比較している。（ｂ）は
同様に塑性率を比較したものである。
ｎｅに基準化）に対するシミュレーションの結果で
（ａ）は相対応答速度をフィードバックした場合と、絶
対応答速度をフィードバックした場合と、本発明の１〜
４階までを相対量、５〜１６階までを絶対量フィードバ
ックさせた場合の層間変形角を比較している。（ｂ）は
同様に塑性率を比較したものである。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、エルセントロ地震波（最大
速度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュレーショ
ンの結果である。
速度を５０ｋｉｎｅに基準化）に対するシミュレーショ
ンの結果である。
【図６】本発明の機構のフロー図である。
【図７】従来のアクティブ制震装置の概要を示した図で
ある。
ある。
【図８】従来の特開平2-248581号に開示された可変減衰
装置の回路図を示す図である。
装置の回路図を示す図である。
【図９】（ａ）は、該可変減衰装置の正面図、（ｂ）は
側面図、（ｃ）は上面図である。
側面図、（ｃ）は上面図である。
【図１０】従来システムの一例を示す図である。
１・・・事務所ビル、２・・・制震装置、３・・・ブレ
ース、４・・・建物、５・・・錘、６・・・アクチュエ
ータ、７・・・センサ、８・・・センサ、９・・・可変
減衰装置、１０・・・シリンダ、１１・・・ピストン、
１２・・・油圧室、１３・・・大流量切り換え弁、１４
・・・流出阻止チェック弁、１５・・・流入阻止チェッ
ク弁、１６・・・流入用流路、１７・・・流出用流路、
１８・・・入口ポート、１９・・・出口ポート、２０・
・・背圧ポート、２１・・・シャットオフ弁、２２・・
・オリフィス、２３・・・アキュームレータ、２４・・
・コンピュータ
ース、４・・・建物、５・・・錘、６・・・アクチュエ
ータ、７・・・センサ、８・・・センサ、９・・・可変
減衰装置、１０・・・シリンダ、１１・・・ピストン、
１２・・・油圧室、１３・・・大流量切り換え弁、１４
・・・流出阻止チェック弁、１５・・・流入阻止チェッ
ク弁、１６・・・流入用流路、１７・・・流出用流路、
１８・・・入口ポート、１９・・・出口ポート、２０・
・・背圧ポート、２１・・・シャットオフ弁、２２・・
・オリフィス、２３・・・アキュームレータ、２４・・
・コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−272371（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−171403（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−113358（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−106682（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−268613（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E04H 9/02
Claims (3)
- 【請求項１】 建築構造物の制震機構に於いて、下層階
に設置された制震装置には相対速度フィードバック制御
を、上層階に設置された制震装置には絶対速度フィード
バック制御を適用してなることを特徴とする混合フィー
ドバック制御機構。 - 【請求項２】 建築構造物の制震機構に於いて、下層階
に設置された油封式制震装置には相対速度フィードバッ
ク制御を、上層階に設置された油封式制震装置には絶対
速度フィードバック制御を適用してなることを特徴とす
る混合フィードバック制御機構。 - 【請求項３】 建築構造物の柱梁架構内に、ブレース等
の耐震要素を介して油封式制震装置を設置する制震機構
に於いて、下層階に設置された油封式制震装置には相対
量フィードバック制御を、上層階に設置された油封式制
御装置には絶対量フィードバック制御を適用してなるこ
とを特徴とする混合フィードバック制御機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10922095A JP2900830B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 混合フィードバック制御機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10922095A JP2900830B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 混合フィードバック制御機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08303045A JPH08303045A (ja) | 1996-11-19 |
| JP2900830B2 true JP2900830B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=14504647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10922095A Expired - Fee Related JP2900830B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 混合フィードバック制御機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2900830B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3606044B2 (ja) * | 1998-04-23 | 2005-01-05 | 鹿島建設株式会社 | 構造物の制震方法および制震用ダンパ |
| JP7220989B2 (ja) * | 2018-02-28 | 2023-02-13 | 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ | 振動解析装置、学習システム、振動解析方法及びプログラム |
-
1995
- 1995-05-08 JP JP10922095A patent/JP2900830B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08303045A (ja) | 1996-11-19 |
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