JP5191945B2

JP5191945B2 - 制振装置の制御方法及び装置

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Publication number: JP5191945B2
Application number: JP2009108344A
Authority: JP
Inventors: 裕二志賀; 睦広風間; 正典今関
Original assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: JP2010255791A

Description

本発明は、ビルや吊橋のタワー等の地上構造物やその他所要の制振対象構造物に設置して、該制振対象構造物の揺れに応じて可動マスを所要のアクチュエータで往復駆動することにより上記制振対象構造物の制振を行うようにしてある能動型の制振装置の制御方法及び装置に関するものである。

上記各種地上構造物等が風荷重や地震により揺れを生じたときに、その振幅、振動を速やかに減衰させるための制振装置として従来提案されているものの一つに、マス・ダンパ形式の制振装置がある。

この種のマス・ダンパ形式の制振装置は、上記各種地上構造物等の制振対象構造物の上部に、所要質量の可動マスを、制振を望む方向に沿って往復移動可能に設けてなる構成として、該可動マスを、制振対象構造物の揺れに応じて往復移動させることにより該制振対象構造物の制振を行うようにしてあるものであり、上記可動マスの往復移動を、制振対象構造物との力学的バランスを利用して自然に行わせるようにしてある受動型（パッシブ式）のものと、外部からの供給エネルギーを利用して可動マスを往復駆動する能動型のものに大別されている。

更に、上記能動型の制振装置としては、アクティブ方式とハイブリッド方式のものが知られている。

図３は、上記アクティブ方式の制振装置の装置構成の概念を示すもので、制振対象構造物１上に、所要質量の錘である可動マス（制振体）２が、該制振対象構造物１が揺れる方向と平行に、たとえば、ガイドレール３を介して水平方向に往復移動できるよう載置してある。更に、上記可動マス２の移動方向の一端側となる上記制振対象構造物１上に、支持フレーム４を設けて、該支持フレーム４と上記可動マス２との間に、電動あるいは油圧のモータやシリンダ等により上記可動マス２を上記ガイドレール３に沿わせて往復動させるための所要のアクチュエータ５が介装するよう設けてある。更に、上記制振対象構造物１の揺れを検知するための揺れ検知センサ６と、該揺れ検知センサ６からの入力信号に基づいて上記アクチュエータ５へ駆動指令を与える制御装置７とを備えてなる構成としてある。

かかる構成としてあるアクティブ方式の制振装置によれば、上記揺れ検知センサ６にて制振対象構造物１の揺れが検知されると、制御装置７より上記アクチュエータ５へ直ちに駆動指令を発して、該アクチュエータ５により上記可動マス２を制振対象構造物１の揺れに対して９０度の位相遅れで速やかに往復駆動させることによって、該可動マス２の慣性力を上記制振対象構造物１へ作用させて該制振対象構造物１の揺れを抑えることができるようにしてある。

又、図４は、上記ハイブリッド方式の制振装置の装置構成の概念を示すもので、上記図３に示したアクティブ方式の制振装置と同様の構成において、上記支持フレーム４と可動マス２との間に、アクチュエータ５に加えて、上記可動マス２の往復移動の固有振動数を設定するためのばね要素８と、上記可動マス２の運動エネルギーを減衰させるためのダンパ要素９とを介装させて設けてなる構成としてある。その他の構成は図３に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

かかる構成としてあるハイブリッド方式の制振装置によれば、制振対象構造物１に揺れが発生すると、上記ばね要素８とダンパ要素９の存在により、上記制振対象構造物１の揺れのエネルギーを利用して上記可動マス２が上記制振対象構造物１の揺れに対して９０度の位相遅れで自動的に反復して往復移動させられるようになることから、上記アクティブ方式の制振装置と同様の制振機能が得られることに加えて、アクチュエータ５により上記可動マス２を往復駆動するときに必要とされる供給エネルギーを低減できるとされている。

なお、上記ハイブリッド方式の制振装置においては、制振対象構造物１の揺れのエネルギーを利用して可動マス２を往復移動させることができるようにするための別の構成としては、機械的なばね要素８ではなく、可動マスを所要のフレームから吊り下げる構成や、可動マスの底面を所要の曲率半径の円弧状、あるいは、所要角度のＶ字状に形成して、該可動マスを、制振対象構造物に所要間隔を隔てて配設した２つの支持ローラ上に揺動自在に載置してなる構成として、可動マスを振り子のように単弦振動させるようにすることも考えられている。

ところで、上記可動マス２を用いた能動型制振装置では、該可動マス２を往復駆動（単弦振動も含む）させる際の許容ストローク（許容振幅）に、自ずから制限がある。

そのため、上記能動型制振装置にて、その制振能力を十分に発揮させるためには、可動マスを許容ストロークの範囲内でできるだけ大きなストロークで動かすことが有利に作用する。

したがって、上記能動型制振装置を、高層のビルや吊橋のタワー等の高層の地上構造物を制振対象構造物として、その風荷重による揺れを抑えるために用いる場合は、過去の所要期間、たとえば、過去一年間に風荷重により該制振対象構造物に対して作用すると考えられる加速度の大きさを考慮して、その風荷重により作用する加速度のうちの最も大きい加速度が作用するときに、可動マス２の振幅が、許容ストローク範囲内で最大振幅となるように、制御装置よりアクチュエータへ与える指令の利得を最適設計することが好ましい。

しかし、制御装置よりアクチュエータへ与える指令の利得を最適設計してあるとしても、利得一定の条件の下では、制振対象構造物に台風等によってそれまでの過去一年間に作用したことがないような大きな風荷重による加速度が作用する場合には、可動マス２のストロークが許容ストロークより過大になって、該可動マス２がガイドレール３の端部に設けてある図示しないストッパに衝突するようになる虞が懸念される。

更に、地震時には、制振対象構造物に対して風荷重に比して非常に大きな加速度が作用するようになることから、この場合も、上記利得一定の条件の下では、可動マス２のストロークが許容ストロークを容易に逸脱するようになる虞が懸念される。

そこで、利得を連続的に可変制御できるようにして、制振対象構造物１に作用する外力が大きくなっても、可動マス２の振幅が許容ストローク範囲を越える虞を未然に防止できるようにするための制振装置（制震装置）の制御装置として、図５に示す如く、制振対象構造物の振動を、アクチュエータ（モータ）５で往復動させる可動マス（錘）２の運動エネルギーに変換して減衰させるようにしてある形式の制振装置の制御装置において、制振対象構造物の振動を検出する加速度計１０と、該加速度計１０で検出した信号に基づいて上記錘の振幅を演算する変位指令演算器１１と、該変位指令演算器１１による演算結果の設定周期又は設定時間内のピーク値を検出し且つ該ピーク値に基づき利得を自動的に演算して上記アクチュエータ（モータ）５を駆動するアクチュエータユニット（モータドライブ装置）１３へ制御指令を送る自動利得演算器１２とからなる制振装置（制震装置）の制御装置が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平７−１２１７４号公報

ところが、図３に示したアクティブ方式や図４に示したハイブリッド方式の能動型制振装置の制御装置７によりアクチュエータ５を制御する際の応答特性（振幅特性、位相特性）は、一般に、図６に示す如きものであり、制御装置７よりアクチュエータ５に対して可動マス２の振幅を或る一定の値とするための変位指令（入力）を与えても、可動マス２の実際の変位（出力）には振動数ｆが大きくなるにしたがって遅れが生じるため、制振対象構造物としての建物の固有振動数ｆ_０に同期した振動数で可動マス２を実際に振動させるときには、入力に対する出力の振幅比（出力／入力）の値が１．０より低下し、たとえば、０．７程度まで低下してしまっていることがある。

しかし、図５に示したような利得を連続的に可変制御するための従来の手法では、上記した如き制振装置の制御系の応答特性を考慮することなく、加速度計１０で検出した制振対象構造物の振動の検出信号に基づいて変位指令演算器１１で演算された可動マス（錘）の振幅、すなわち、上記における変位指令（入力）に相当する振幅について、所定の設定周期又は設定時間内のピーク値を直接検出し、そのピーク値を基に、可動マス（錘）のストロークがストローク限界範囲内に入るように利得が変化させられるようになっているというのが実状である。

そのために、上記したように制御装置によりアクチュエータ５を制御する際には、入力に対する出力の振幅比（出力／入力）の値が実際は１．０よりも小さくなってしまうことに伴い、上記利得が変化させられた後の制御指令でアクチュエータ５を駆動するようにしても、上記制御指令の時点で、可動マス（錘）のストロークがストローク限界範囲内に入るように変位指令の利得が変化させられていることに加えて、制振装置の制御系の応答特性による可動マスの振幅比（出力／入力）の低下が生じてしまうために、可動マス２を実際に駆動させるときのストローク（振幅）が、ストローク限界範囲（許容ストローク範囲）に比して大幅に小さくなってしまうことから、制振装置の構造上における可動マス２の許容ストローク範囲を十分に活用しきれず、最良の制振効果が発揮されていないというのが実状である。

更に、図５に示したような利得を連続的に可変制御するための従来の手法は、上位変位指令演算器１１で演算された可動マス（錘）の振幅について、過去の所定の設定周期又は設定時間内のピーク値を検出して、そのピーク値を基に、可動マス（錘）２のストロークがストローク限界範囲内に入るように利得を変化させるものであるため、地震発生時のように、制振対象構造物に短時間で非常に大きな加速度が入力され、しかも、どの程度の大きさの加速度が入力されるようになるかが不明の状態の場合は、上記変位指令演算器１１で演算された可動マス（錘）２の振幅の過去の所定の設定周期又は設定時間内のピーク値を参照しても、可動マス（錘）２のストロークがストローク限界範囲内に入るように利得を十分に変化させることができない虞が懸念され、したがって、上記制振対象構造物に地震による大きな加速度が短時間で新たに入力される場合は、可動マス（錘）がストローク限界範囲に達する虞を回避できないというのが実状である。

そのため、上記のように利得を連続的に可変制御する手法を採用してある制振装置であっても、地震発生時のように制振対象構造物に短時間で大きな加速度（大入力）が作用する場合は、十分な制振性能を担保できなくなる虞が懸念されるため、従来、制振対象構造物の風荷重による揺れを抑えるために用いられている制振装置は、地震時には使用しないという対策、すなわち、制振装置の運転を停止させるか、ハイブリッド式の場合には上記可動マス２を制振対象構造物１の揺れに応じて受動的に往復移動させるパッシブ方式に切り換えるという対策を採らざるを得ないというのが実状である。

そこで、本発明は、能動型制振装置において可動マスの許容ストローク範囲内で可動マスを十分にストロークさせることができて、能動型制振装置に最良の制振性能を効率よく且つ確実に発揮させることができ、しかも、地震発生時に制振対象構造物に短時間で大きな加速度が作用する場合であっても、可動マスが許容ストローク範囲を逸脱する虞を未然に防止できて、地震発生時にも能動型制振装置としての制振機能を発揮できると共に、後揺れに対しても、最良の制振効果を発揮することが可能な制振装置の制御方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、制御理論部にて、制振対象構造物の揺れの応答と、制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、制振装置の可動マスをアクチュエータにより上記制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成し、次に、制振装置の制御系の特性評価部にて、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求め、次いで、予見制御部にて、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出した後、該予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を、自動利得制御部で求めて、該ピーク値を基に、該自動利得制御部にて上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求め、しかる後、利得係数処理部にて、上記利得により上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した可動マスの変位の指令値に掛けることで導かれる指令値を、上記制振装置のアクチュエータへ与えるようにする制振装置の制御方法とする。

又、請求項２に対応して、制振対象構造物上に、該制振対象構造物が揺れる方向に沿って往復移動できるよう載置した可動マスと、上記可動マスを往復駆動させるためのアクチュエータとを備えてなる制振装置の制御装置において、上記制振対象構造物の揺れの応答と、上記制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、上記制振装置の可動マスをアクチュエータにより制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成する制御理論部と、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求める制振装置制御系の特性評価部と、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた該可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出する予見制御部と、上記予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を求めて、該ピーク値を基に、上記制振装置における上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求める自動利得制御部と、上記自動利得制御部で上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した指令値に掛けることで、上記制振装置のアクチュエータへ与える指令値を算出する利得係数処理部とを備えてなる構成を有する制振装置の制御装置とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）制御理論部にて、制振対象構造物の揺れの応答と、制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、制振装置の可動マスをアクチュエータにより上記制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成し、次に、制振装置の制御系の特性評価部にて、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求め、次いで、予見制御部にて、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出した後、該予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を、自動利得制御部で求めて、該ピーク値を基に、該自動利得制御部にて上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求め、しかる後、利得係数処理部にて、上記利得により上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した可動マスの変位の指令値に掛けることで導かれる指令値を、上記制振装置のアクチュエータへ与えるようにする制振装置の制御方法としてあるので、制振装置により制振対象構造物の揺れに応じてアクチュエータにより可動マスを往復駆動して上記制振対象構造物の制振を行う際に、可動マスを、その許容ストローク範囲内において、従来の自動利得制御を行う場合に比して大きなストロークで往復動させることができる。よって、上記制振装置に、能動型制振装置としての最良の制振性能を効率よく且つ確実に発揮させることができる。
（２）更に、上記制御理論部で生成された指令値により上記制振装置の可動マスを往復駆動させると仮定したときに該可動マスに生じることとなる往復動の実変位の応答よりも所要時間先までの範囲における可動マスの振幅を推定し、この可動マスの実変位よりも先行して推定される振幅のピーク値が、制振装置の可動マスの許容ストローク範囲に収まるように利得を定めるようにしてあるため、地震発生時のような制振対象構造物に短時間で大きな加速度が作用する場合であっても、上記アクチュエータにより可動マスを往復動させるときのストロークが許容ストローク範囲に対して過大になる虞を未然に防止できる。
（３）したがって、本発明の制振装置の制御方法を適用した能動型の制振装置は、地震発生時であっても、アクチュエータにより可動マスを許容ストローク範囲内で往復動させることができて、能動型制振装置としての制振機能を発揮させることができると共に、上記地震の後揺れに対しても、最良の制振効果を発揮させることが可能になる効果が期待できる。
（４）制振対象構造物上に、該制振対象構造物が揺れる方向に沿って往復移動できるよう載置した可動マスと、上記可動マスを往復駆動させるためのアクチュエータとを備えてなる制振装置の制御装置において、上記制振対象構造物の揺れの応答と、上記制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、上記制振装置の可動マスをアクチュエータにより制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成する制御理論部と、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求める制振装置制御系の特性評価部と、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた該可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出する予見制御部と、上記予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を求めて、該ピーク値を基に、上記制振装置における上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求める自動利得制御部と、上記自動利得制御部で上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した指令値に掛けることで、上記制振装置のアクチュエータへ与える指令値を算出する利得係数処理部とを備えてなる構成を有する制振装置の制御装置とすることにより、上記（１）（２）（３）の効果を有する制振装置の制御方法を実施するための装置構成を容易に実現することができる。

本発明の制振装置の制御方法及び装置の実施の一形態を示す概要図である。図１の制御方法及び装置による効果を示すもので、（イ）は制振装置の可動マスの振幅の時刻歴応答を示す図、（ロ）は比較として、従来の自動利得制御を行った場合における制振装置の可動マスの振幅の時刻歴応答を示す図である。アクティブ方式の能動型制振装置の概念図である。ハイブリッド方式の能動型制振装置の概念図である。制振対象構造物に大きな入力があっても自動利得制御を行って可動マスの振幅を許容ストローク範囲内に保つことができるようにするために従来提案されている手法を示す図である。制御装置からの指令に基づいて可動マスをアクチュエータにより往復動させるときのサーボ特性を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の制振装置の制御方法及び装置の実施の一形態として、図３に示したものと同様に、制振対象構造物１上に、該制振対象構造物１が揺れる方向と平行に水平方向に往復移動できるよう載置した可動マス２と、上記可動マス２を往復駆動させるための所要のアクチュエータ５と、上記制振対象構造物１の揺れを検知するための揺れ検知センサ６とを備えてなるアクティブ方式の制振装置１４の制御に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、上記本発明の制振装置の制御方法の実施に用いる本発明の制振装置の制御装置１５は、制御理論部１６と、制振装置制御系の特性評価部１７と、予見制御部１８と、自動利得制御部１９と、利得係数処理部２０と、リミッタ２１を備えてなる構成として、制振装置１４のアクチュエータ５へ、可動マス２（図３参照）の変位の指令値Ｕ５を与える機能を有するようにしてある。

以下、上記本発明の制御装置１５の各構成要素による処理内容に即して本発明の制振装置の制御方法について説明する。

上記制御理論部１６は、上記制振対象構造物１に所要の加速度の入力が生じて揺れ検知センサ６により検知される制振対象構造物１（図３参照）の揺れの応答ａと、可動マス２（図３参照）を往復駆動するアクチュエータ５より上記可動マス２の変位の応答ｂが入力されると、所要の制御理論を適用して制振装置１４の可動マス２を制振対象構造物１の揺れに対して９０度の位相遅れで速やかに往復駆動させるために上記アクチュエータ５へ与える可動マス２の変位の指令値Ｕ１を生成するようにしてある。なお、上記可動マス２の変位の指令値Ｕ１を生成するための制御理論としては、任意の制御理論を採用してよい。

上記制振装置制御系の特性評価部１７は、本発明の制振装置の制御装置１５の実際の制御対象となる制振装置１４の制御系について、図６に示したと同様の制振装置の制御系の応答特性（振幅特性、位相特性）に関するデータを予め備えてなり、上記制御理論部１６で生成された指令値Ｕ１が入力されると、該指令値Ｕ１を上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えて可動マス２（図３参照）を往復駆動させると仮定したときに、上記図６に示したと同様の該制振装置１４の制御系の応答特性である振幅特性と、位相特性の影響を評価して、可動マス２に生じることとなる往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相に変換してなる指令値Ｕ２を生成するようにしてある。これにより、上記制振装置制御系の特性評価部１７で生成される指令値Ｕ２には、上記制振装置１４の制御系の応答特性の有する図６に示した如き入力に対する出力の振幅比（出力／入力）が１．０よりも小さくなるという振幅特性に起因して、上記制御理論部１６で生成される指令値Ｕ１に比して振幅が小さくなると共に、上記制振装置１４の制御系の応答特性の位相特性により、上記制御理論部１６で生成される指令値Ｕ１に対して位相遅れが生じるようになる。

上記予見制御部１８は、上記制振装置制御系の特性評価部１７で生成される指令値Ｕ２が入力されると、該指令値Ｕ２は、上記制御理論部１６で生成された指令値Ｕ１を上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えて可動マス２（図３参照）を往復駆動させると仮定したときに該可動マス２に生じることとなる往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相となっているため、この指令値Ｕ２の振幅及び位相の時系列変化を基に、たとえば、該指令値Ｕ２を微分する操作により、該可動マス２に生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先、たとえば、１／４周期分先の時点における可動マス２の変位（振幅）を算出して、この値を指令値Ｕ３として生成するようにしてある。これにより、上記予見制御部１８で生成される指令値Ｕ３によれば、上記制御理論部１６で生成される指令値Ｕ１を上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えて可動マス２（図３参照）を往復駆動させると仮定したときに、該可動マス２に生じることとなる往復動の実変位の１／４周期分先のまでの範囲で可動マス２の変位（振幅）を推定できるようになる。

上記自動利得制御部１９は、上記予見制御部１８で生成される指令値Ｕ３が入力されると、現時点から、上記指令値Ｕ３により推定される上記制御理論部１６で生成される指令値Ｕ１を上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えて可動マス２（図３参照）を往復駆動させると仮定したときの該可動マス２に生じることとなる往復動の実変位の１／４周期分先までの範囲で可動マス２の変位（振幅）のピーク値を求めて、該ピーク値を基に、上記制振装置１４における上記可動マス２のストロークが許容ストローク範囲内で制御できるようにするために必要な指令値Ｕ４を、利得を自動的に変化させて生成するようにしてある。

上記利得係数処理部２０は、上記自動利得制御部１９より入力される指令値Ｕ４を、上記予見制御部１８より入力される指令値Ｕ３で割ることにより、上記自動利得制御部１９で利得を絞り込んだ割合（Ｕ３／Ｕ４）を求め、これを上記制御理論部１６より入力される指令値Ｕ１に掛けてなる指令値Ｕ５を生成するようにしてある。

上記リミッタ２１は、上記利得係数処理部２０より指令値Ｕ５が入力されると、該指令値Ｕ５を予め設定された所定の値で飽和する（頭打ちとなる）ようにした状態で上記制振装置１４のアクチュエータ５へ出力するようにしてある。これにより、上記制振装置１４のアクチュエータ５へ過大な指令値が入力される虞を解消できるようにしてある。

ここで、以上の構成としてある本発明の制振装置の制御方法及び装置による処理の効果を、振幅の数値例を挙げて説明する。

一例として、制振対象構造物１（図３参照）に所要の加速度の入力が生じて該制振対象構造物１の揺れの応答ａと、可動マス２の変位の応答ｂが上記制御理論部１６に入力され、該制御理論部１６にて所要の制御理論を適用して制振装置１４の可動マス２を制振対象構造物１の揺れに対して９０度の位相遅れで速やかに往復駆動させるために生成される可動マス２の変位の指令値Ｕ１における振幅の最大値が１００ｃｍであるとし、制振装置１４の制御系の応答特性に可動マス（図３参照）の振幅比（出力／入力）の低下が係数０．７で生じ、更に、上記制振装置１４における上記可動マス２の許容ストロークが５０ｃｍである場合、上記制振装置制御系の特性評価部１７で生成される指令値Ｕ２における振幅の最大値は、上記指令値Ｕ１の最大振幅である１００ｃｍに、上記制振装置１４の制御系の応答特性における振幅比の係数０．７をかけることで７０ｃｍとなる。

次に、上記予見制御部１８では、上記制振装置制御系の特性評価部１７で生成される指令値Ｕ２の１／４周期分先の時点における可動マス２の変位（振幅）を表す指令値Ｕ３を生成するようにしてあるため、該指令値Ｕ３における振幅の最大値は、指令値Ｕ２における振幅の最大値と同様の７０ｃｍとなる。

次いで、上記自動利得制御部１９にて、上記予見制御部１８で生成される指令値Ｕ３における振幅のピーク値（最大値）７０ｃｍを基に、このピーク値が上記制振装置１４における上記可動マス２の許容ストロークである５０ｃｍに収まるように利得が５０／７０に設定されると、該自動利得制御部１９で生成する指令値Ｕ４における振幅の最大値は７０・（５０／７０）＝５０ｃｍとなる。

その後、上記利得係数処理部では、上記指令値Ｕ５を、Ｕ５＝Ｕ１・（Ｕ４／Ｕ３）の式で表される処理で生成するようにしてあるため、上記指令値Ｕ５の振幅の最大値は、１００・（５０／７０）ｃｍとなる。

したがって、上記指令値Ｕ５を、制振装置１４のアクチュエータ５へ与えると、該制振装置１４では、上記したように制振装置１４の制御系の応答特性に可動マス２の振幅比（出力／入力）の低下が係数０．７で生じるため、該制振装置１４の可動マス２の実変位の最大振幅は、１００・（５０／７０）×０．７＝５０ｃｍとなる。よって、上記制振装置１４のアクチュエータ５により上記可動マス２を、該制振装置１４における可動マス２の許容ストローク範囲の全体を活用して往復動させることが可能となる。

これに対し、従来のように、上記制御理論部１６で生成される指令値Ｕ１の振幅の最大値１００ｃｍを基に、このピーク値が上記制振装置１４における上記可動マス２の許容ストロークである５０ｃｍに収まるように利得を５０／１００に設定することで、振幅の最大値が１００・（５０／１００）＝５０ｃｍとなる指令値を生成して、これを直接上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えると、該制振装置１４では、制振装置１４の制御系の応答特性に可動マス２の振幅比（出力／入力）の低下が係数０．７で生じるため、該制振装置１４の可動マス２の実変位の最大振幅は、５０×０．７＝３５ｃｍとなり、上記制振装置１４における可動マス２の許容ストロークに比して小さいストロークでしか可動マス２を往復動させることができない。

このように、本発明の制振装置の制御方法及び装置によれば、制振装置１４の制御系の応答特性における入力に対する出力の振幅比が低下するという振幅特性を評価して、制振装置１４に或る可動マス２（図３参照）の振幅の指令値が入力されるときに、該制振装置１４の可動マス２に生じることとなる実変位の振幅の最大値を基に、該可動マス２の実変位の振幅の最大値が、制振装置１４における許容ストローク範囲内に収まるように利得を自動的に制御することができるため、上記制振装置１４により制振対象構造物１（図３参照）揺れに応じてアクチュエータ５により可動マス２を往復駆動して上記制振対象構造物１の制振を行う際に、可動マス２をその許容ストローク範囲内で従来に比して大きなストロークで往復動させることができる。この効果は、本発明者等が本発明の制振装置の制御方法及び装置を採用した制振装置１４の実機を用いて実施した試験の可動マス２の変位の時刻歴応答波形についての図２（イ）に示す如き結果における可動マス２の振幅が、比較例として、制振装置の可動マスの利得を従来の手法により可変制御した場合の可動マス２の変位の時刻歴応答波形の図２（ロ）に示す如き結果における可動マス２の振幅よりも大となっていることからも明らかである。なお、上記図２（イ）（ロ）の試験を行った装置構成は、制振装置１４の制御装置以外は同一としてある。

よって、上記制振装置１４に、能動型制振装置としての最良の制振性能を効率よく且つ確実に発揮させることが可能となる。

更に、本発明の制振装置の制御方法及び装置では、上記予見制御部１８を設けて、該予見制御部１８にて、上記制御理論部１６で生成された指令値Ｕ１を上記制振装置１４のアクチュエータ５へ与えて可動マス２（図３参照）を往復駆動させると仮定したときに該可動マス２に生じることとなる往復動の実変位の応答よりも往復動の１／４周期分先までの範囲で可動マス２の変位（振幅）を推定し、この可動マス２の実変位よりも先行して推定される変位（振幅）のピーク値が、制振装置１４の可動マス２の許容ストローク範囲に収まるように上記利得係数処理部２０で利得を定めるようにしてあるため、地震発生時のような制振対象構造物１（図３参照）に短時間で大きな加速度が作用する場合であっても、上記可動マス２のストロークが許容ストローク範囲に対して過大になる虞を未然に防止できる。

したがって、本発明の制振装置の制御方法及び装置を適用した能動型の制振装置１４は、地震発生時であっても、アクチュエータ５により可動マス（図３参照）を許容ストローク範囲内で往復動させることができて、能動型制振装置としての制振機能を発揮させることができると共に、上記地震の後揺れに対しても、最良の制振効果を発揮させることを可能にすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、能動型の制振装置であれば、いかなる形式のアクティブ方式、あるいは、ハイブリッド方式の能動型制振装置に適用してもよい。

図１の実施の形態で説明した各指令値Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５における可動マス２（図３参照）の振幅の最大値、制振装置１４の許容ストローク範囲、利得の値、及び、図２（イ）（ロ）に示した振幅や周期は一例であり、制振対象構造物１（図３参照）や、制振装置１４の構成等に応じて適宜変更してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１制振対象構造物
２可動マス
５アクチュエータ
１４制振装置
１５制御装置
１６制御理論部
１７制振装置制御系の特性評価部
１８予見制御部
１９自動利得制御部
２０利得係数処理部
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５指令値

Claims

制御理論部にて、制振対象構造物の揺れの応答と、制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、制振装置の可動マスをアクチュエータにより上記制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成し、次に、制振装置の制御系の特性評価部にて、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求め、次いで、予見制御部にて、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出した後、該予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を、自動利得制御部で求めて、該ピーク値を基に、該自動利得制御部にて上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求め、しかる後、利得係数処理部にて、上記利得により上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した可動マスの変位の指令値に掛けることで導かれる指令値を、上記制振装置のアクチュエータへ与えるようにすることを特徴とする制振装置の制御方法。
制振対象構造物上に、該制振対象構造物が揺れる方向に沿って往復移動できるよう載置した可動マスと、上記可動マスを往復駆動させるためのアクチュエータとを備えてなる制振装置の制御装置において、上記制振対象構造物の揺れの応答と、上記制振装置の可動マスの変位の応答に基づき、制御理論を適用して、上記制振装置の可動マスをアクチュエータにより制振対象構造物の揺れに対して９０度の位相遅れで往復駆動させるための可動マスの変位の指令値を生成する制御理論部と、制振装置の制御系の応答特性を評価することで、上記制御理論部で生成した指令値により上記可動マスを往復駆動すると仮定するときに生じることとなる可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相を求める制振装置制御系の特性評価部と、上記制振装置制御系の特性評価部で求めた該可動マスの往復動の実変位と同じ値の振幅及び位相の時系列変化を基に、該可動マスに生じることとなる実変位の応答よりも所要時間先の時点における可動マスの変位を算出する予見制御部と、上記予見制御部で算出された所要時間先までの範囲で可動マスの変位のピーク値を求めて、該ピーク値を基に、上記制振装置における上記可動マスの実変位のストロークを許容ストローク範囲内で制御できるようにするための利得を求める自動利得制御部と、上記自動利得制御部で上記可動マスの振幅を絞り込む割合を、上記制御理論部で生成した指令値に掛けることで、上記制振装置のアクチュエータへ与える指令値を算出する利得係数処理部とを備えてなる構成を有することを特徴とする制振装置の制御装置。