JP6296921B2 - Active vibration control method - Google Patents

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Description

本発明は、地震や風等の外乱によって揺れる建物および土木構築物等の構造物や機械等をアクティブに制振するアクティブ制振方法に関するものである。   The present invention relates to an active damping method for actively damping structures such as buildings and civil engineering structures, machines, and the like that are shaken by disturbances such as earthquakes and winds.

例えば、図1に示すように、構造物1をアクティブに制振するシステムでは、構造物1に作用する外乱や該構造物1に設置された制振装置3の制振結果に対する各応答量X〜Xがセンサ2で検出され、その検出値が、A/D変換器4でデジタル化されて、コントローラ5に供給される。コントローラ5は、数値演算プロセッサや加算・乗算回路等から構成され、供給された上記検出値に基づいて駆動指令電圧を求め、その求めた駆動指令電圧をD/A変換器6を介して駆動装置制御回路7に供給する。駆動装置制御回路7は、入力された上記駆動指令電圧に基づいて制振装置3を駆動して、制御対象である構造物1に制御力を入力する。これを繰り返すことによって、当該構造物1に発生している揺れを抑える。 For example, as shown in FIG. 1, in a system for actively damping the structure 1, each response amount X with respect to a disturbance acting on the structure 1 and a damping result of the damping device 3 installed in the structure 1. 1 to X 4 are detected by the sensor 2, and the detected value is digitized by the A / D converter 4 and supplied to the controller 5. The controller 5 includes a numerical arithmetic processor, an addition / multiplication circuit, and the like, obtains a drive command voltage based on the supplied detection value, and drives the obtained drive command voltage via the D / A converter 6. This is supplied to the control circuit 7. The drive device control circuit 7 drives the vibration damping device 3 based on the input drive command voltage and inputs a control force to the structure 1 to be controlled. By repeating this, shaking generated in the structure 1 is suppressed.

ここで、上記センサ2によって検出される応答量X〜Xは、上記構造物1や制振装置3の変位、速度、加速度、電圧値等である。また、上記コントローラ5における駆動指令電圧を求める演算は、下記式のように、供給された各応答量X〜Xに所定の各制御ゲインGをそれぞれ掛けることによって求めている。
U=G・X+G・X・・・+G・X
Here, the response amounts X 1 to X 4 detected by the sensor 2 are the displacement, speed, acceleration, voltage value, and the like of the structure 1 and the vibration damping device 3. The calculation for obtaining the drive command voltage in the controller 5 is as shown in Equation is obtained by multiplying each predetermined respective control gain G i in the response amount X 1 to X 4 supplied.
U = G 1 · X 1 + G 2 · X 2 ... + G 4 · X 4

このとき、定数制御ゲインを用いるコントローラ5では、上記制御ゲインGとして、最適制御理論等により予め計算した一定の値である定数制御ゲインGを使用して上記駆動指令電圧Uを求めている。また、従来の可変制御ゲインを用いるコントローラ5では、予め、想定した数種類の外乱レベルに応じて、対応する数種類の定数制御ゲインGを求めて記憶しておき、構造物1(制御対象)の変位、速度、加速度等の応答量X、X、X、制振装置3の応答量X(例えば、制振装置3のアクティブマスダンパーのストローク等)に応じて上記定数制御ゲインGを適宜、切り換えながら上記駆動指令電圧Uを求めている。 At this time, the controller 5 using the constant control gain, as the control gain G i, by using the constant control gain G i is a constant value previously calculated by the optimum control theory such as seeking the drive command voltage U . Further, the controller 5 using the conventional variable control gain in advance, according to several disturbance levels assumed stores seeking corresponding several constant control gain G i, structure 1 (control target) The constant control gain G according to the response amounts X 1 , X 2 , X 4 such as displacement, speed, acceleration, etc., the response amount X 3 of the damping device 3 (for example, the stroke of the active mass damper of the damping device 3). The drive command voltage U is obtained while appropriately switching i .

しかしながら、上記定数制御ゲインを用いるコントローラ5では、地震や風による外乱の強度レベルの変化に対応して、制御ゲインGが更新されることがないので、外乱の強度レベルの増大、つまり、構造物1等の応答量X〜Xの増大に比例して制御力等の制振装置3への要求性能も増加する。即ち、予め想定した外乱レベルよりも大きな外乱レベルに対しては、図8に示すように、それに比例して要求される制御力が大きくなって、制振装置3で許容される制御力Ucあるいは許容されるストロークを超えてしまう恐れがある。そして、上記のように制振装置3で許容される制御力Ucあるいは許容されるストロークを超えてしまうと、アクティブ制御を続けることは出来ず、場合によってはシステムを停止させる必要が生じるという問題がある。 However, in the controller 5 using the constant control gain, in response to changes in the disturbance intensity level by earthquakes and wind, the control gain G i is not to be updated, increasing the disturbance intensity level, i.e., structure The required performance of the damping device 3 such as the control force also increases in proportion to the increase in the response amounts X 1 to X 4 of the object 1 or the like. That is, for a disturbance level larger than a previously assumed disturbance level, as shown in FIG. 8, the control force required in proportion to the disturbance level increases, and the control force Uc allowed by the vibration damping device 3 or There is a risk of exceeding the allowable stroke. As described above, if the control force Uc allowed by the vibration damping device 3 or the allowable stroke is exceeded, active control cannot be continued, and in some cases, it is necessary to stop the system. is there.

逆に、予め想定した外乱レベルよりも小さな外乱レベルに対しては、図9に示すように、対応する構造物1等の応答量X〜Xも小さく、それに比例して出力可能な制御力も小さい値に抑えられるために、制振装置3の性能を十分に発揮させることができない。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the response amounts X 1 to X 4 of the corresponding structure 1 etc. are also small and can be output in proportion to the disturbance level smaller than the assumed disturbance level. Since the force can be suppressed to a small value, the performance of the vibration damping device 3 cannot be sufficiently exhibited.

また、上記可変制御ゲインを用いるコントローラ5では、定数制御ゲインGの切換えにどの応答量X〜Xを用いるかという応答量の選定や、切換えのための基準値の設定に合理的な方法がなく、場合に応じて試行錯誤的に決定する必要があった。また、ある定数制御ゲインGから別の定数制御ゲインGに切り換わる際に、制御に不連続が生じることによって、図10に示すように制御力にスパイクノイズが発生したり、また、切換えが頻繁に起こることによって、図11に示すように、制動力にチャタリングが生じることがある。更に、きめ細かく切換えのための基準値を設定することは、制御演算時間の関係から制約がある。 In the controller 5 using the variable control gain, it is reasonable to select the response amount X 1 to X 4 to be used for switching the constant control gain G i and to set the reference value for switching. There was no method, and it was necessary to make a trial and error decision depending on the case. Further, when switching from a certain constant control gain G i to another constant control gain G i, by the discontinuity occurs in the control, or spike noise is generated in the control force, as shown in FIG. 10, also, switching As a result of frequent occurrence of chattering, chattering may occur in the braking force as shown in FIG. Furthermore, setting a reference value for fine switching is limited due to the control calculation time.

そこで、以上の問題を解決できるアクティブ制振方法が開発され、特許文献1として提案されている。特許文献1に示されるアクティブ制振方法は、地震や風などの外乱レベルに対応して、関数に基づいて連続的に制振装置の制御強さ(ゲイン)を変化させ、制振装置の能力制約内で有効な制振効果を発揮できるようにしたものである。   Therefore, an active vibration damping method that can solve the above problems has been developed and proposed as Patent Document 1. The active damping method disclosed in Patent Document 1 changes the control strength (gain) of a damping device continuously based on a function in response to a disturbance level such as an earthquake or wind, and the capability of the damping device. The effective vibration control effect can be achieved within the constraints.

この特許文献1に記載されたアクティブ制振方法によれば、制振装置の応答量に基づいて制御強さ(制御ゲイン)を変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、所定基準値近傍に制振装置の応答量を近づけるように制御することができる。そのため、比較的定常性が強い強風時には、アクティブ制振装置の能力制約内で有効に制振効果を発揮させることができる。   According to the active vibration suppression method described in Patent Document 1, since the control strength (control gain) is changed based on the response amount of the vibration suppression device, it is close to the predetermined reference value regardless of the level of the disturbance level. It is possible to control so that the response amount of the vibration damping device approaches. Therefore, during strong winds with relatively strong steadiness, the damping effect can be effectively exhibited within the capacity constraints of the active damping device.

特許第4056019号公報Japanese Patent No. 4056019

しかしながら、構造物(建物)の振動振幅が急激に増大するような大地震時(特に建物が共振するような長周期地震動)に対しては、制御強さの変化が間に合わないことがあり、制振装置がストロークオーバーとなって、制御が停止されてしまう可能性があることが分かった。   However, for large earthquakes where the vibration amplitude of the structure (building) suddenly increases (especially for long-period ground motions where the building resonates), the change in control strength may not be in time. It has been found that there is a possibility that the vibration will be over the stroke and the control will be stopped.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大地震時においても制御が停止されることなく、制振装置の能力制約内で有効に制振効果を発揮させることの可能なアクティブ制振方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an active control capable of effectively exhibiting a vibration control effect within the capacity constraints of the vibration control device without being stopped even during a large earthquake. The object is to provide a vibration method.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明に係るアクティブ制振方法は、制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部または一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また、上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と、制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、一方、上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には、上記変数αを、設定した上限値を限度に増加させ、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を上回っている場合には、上記変数αを、設定した下限値を限度に減少させ、更に、上記制御対象に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別し、地震によるものと判別した場合には、上記変数αの上限値を、風によるものと判別した場合よりも小さい側に変更することとし、上記上限値と下限値の間で、上記変数αを、制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量と、その応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problem, an active vibration suppression method according to the present invention as set forth in claim 1 is characterized in that a control amount is obtained by multiplying all or part of a response amount to be controlled and a response amount of a vibration control device by a predetermined control gain. In the active vibration damping method in which a control force corresponding to the control amount is input to the controlled object via the vibration damping device, the control gain is a function of a variable α that is set to an initial value at the start of control, The function is set so that the response amount of the vibration damping device increases as the variable α increases, and the response amount of the vibration suppression device decreases as the variable α decreases. Input the response amount and the response amount of the vibration suppression device, and compare the input response amount of the vibration suppression device with a predetermined reference value set to a value lower than the capacity limit value of the response amount of the vibration suppression device. , Input from the above-mentioned predetermined reference When a margin variable β indicating a margin state of the response amount of the vibration control device is calculated, while an upper limit value and a lower limit value are set for the variable α, and the response amount of the vibration suppression device is below the predetermined reference value The variable α is increased up to the set upper limit value, and when the response amount of the vibration control device exceeds the predetermined reference value, the variable α is set up to the set lower limit value. If it is determined whether the disturbance acting on the controlled object is due to an earthquake or wind, and if it is determined to be due to an earthquake, the upper limit of the variable α is determined to be due to wind The variable α is increased or decreased between the upper limit value and the lower limit value according to the magnitude and positive / negative of the margin variable β indicating the margin state of the response amount of the vibration damping device. The difference between the response amount of the vibration damping device and the predetermined reference value of the response amount is It is characterized by being continuously changed in a decreasing direction.

本発明のアクティブ制振方法においては、制振装置の応答量が所定基準値を超えている場合には、その応答量が小さくなるように、つまり、制振装置の制御量が小さくなる方向に制御ゲインが変化する。また、制振装置の応答量が所定基準値より小さい場合には、その応答量が大きくなるように、すなわち制振装置の制御量が大きくなる方向に制御ゲインが変化する。   In the active vibration suppression method of the present invention, when the response amount of the vibration suppression device exceeds a predetermined reference value, the response amount is decreased, that is, the control amount of the vibration suppression device is decreased. The control gain changes. Further, when the response amount of the vibration damping device is smaller than the predetermined reference value, the control gain changes so that the response amount increases, that is, the control amount of the vibration damping device increases.

この際に、一般に、応答量はほぼ外乱レベルに比例しているので、適当な応答量を選択することによって、応答量が所定以上に小さい状態、すなわち外乱レベルが想定以上に低い状態でも、制御量を所定以上の値に確保することができ、且つ、応答量が所定以上に大きい状態、すなわち外乱レベルが想定以上に大きい状態でも、制御量を所定以下の値に抑えることが可能となる。   At this time, since the response amount is generally proportional to the disturbance level, by selecting an appropriate response amount, the control can be performed even when the response amount is smaller than a predetermined value, that is, when the disturbance level is lower than expected. Even if the amount can be secured to a value greater than a predetermined value and the response amount is greater than a predetermined value, that is, the disturbance level is greater than expected, the control amount can be suppressed to a value less than a predetermined value.

また、制振装置の制御力等の応答量に基づいて制御ゲインを変化させることで、外乱の大きさに関わらず、制御量を所定の基準値に収束させることが可能になる。   Further, by changing the control gain based on the response amount such as the control force of the vibration control device, it becomes possible to converge the control amount to a predetermined reference value regardless of the magnitude of the disturbance.

また、制御ゲインは、時々刻々、連続的に変化するので、その制御ゲインを使用した制御量も連続的に小刻みに変化して、制御量に不連続が生じたり、その不連続が頻繁に生じたりすることが抑えられる。ここで、上記制御ゲインを変化させるための応答量は、必ずしも制御量を直接演算する際に使用する応答量でなくてもよい。   Also, since the control gain changes continuously from moment to moment, the control amount using that control gain also changes continuously in small increments, causing discontinuities in the control amount or frequent discontinuities. Is suppressed. Here, the response amount for changing the control gain is not necessarily the response amount used when the control amount is directly calculated.

また、制振装置の所定基準値からの応答量の偏差が最小となる方向に、設定した上限値と下限値の範囲内において常に変数αを変化させることで、制御ゲインを変化させるので、制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている状態では、変数αを、設定した上限値を限度に増加させることで制御ゲインが変化し、外乱レベルが小さくても、所定以上の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに上限値を設定することで、変数αおよび制御量が大きくなり過ぎることは防止される。   In addition, the control gain is changed by constantly changing the variable α in the range of the set upper limit value and lower limit value in the direction in which the deviation of the response amount from the predetermined reference value of the vibration damping device is minimized. In the state where the response amount of the vibration device is below the predetermined reference value, the control gain changes by increasing the variable α up to the set upper limit value. Even if the disturbance level is small, the magnitude is greater than the predetermined value. Vibration can be controlled with a controlled amount of. At this time, by setting an upper limit value for the variable α, the variable α and the controlled variable are prevented from becoming too large.

また、制振装置の応答量が所定基準値を上回っている状態では、変数αを、設定した下限値を限度に減少させることで制御ゲインが変化し、外乱レベルが大きくても、所定以下の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに下限値を設定することで、変数αおよび制御量が小さくなり過ぎることは防止される。   In addition, in a state where the response amount of the vibration control device exceeds the predetermined reference value, the control gain changes by decreasing the variable α to the set lower limit value, and even if the disturbance level is large, it is less than the predetermined value. Vibration can be controlled with a large control amount. At this time, setting the lower limit value for the variable α prevents the variable α and the controlled variable from becoming too small.

また、制御対象に作用する外乱には、地震または風による力があるが、地震による揺れと判断した場合には、変数αの上限値が、風による揺れと判断した場合の上限値よりも小さい側に変更され、制御強さの弱い(制御ゲインの小さい)保守的な運用が行われる。そのため、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のような制御強さの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなることが防止され、制御が停止されてしまう可能性がなくなり、制振装置の能力制約内で有効に制振効果が発揮される。   In addition, the disturbance acting on the controlled object has a force due to an earthquake or wind, but when it is determined that the vibration is caused by an earthquake, the upper limit value of the variable α is smaller than the upper limit value when it is determined that the vibration is caused by the wind. And the conservative operation with weak control strength (small control gain) is performed. For this reason, even when the change in control strength is not in time, such as during a large earthquake in which the vibration amplitude of the controlled object increases rapidly, the vibration control device can be prevented from overstroke and control can be stopped. The vibration damping effect is effectively exhibited within the capacity constraints of the vibration damping device.

なお、上記変数αと制御ゲインとの関係は、例えば、従来のように各外乱レベルに対応させて決定した複数の定数ゲインを結ぶ、変数αの多項式に近似させて関連付ける。   Note that the relationship between the variable α and the control gain is related by approximating a polynomial of the variable α that connects a plurality of constant gains determined corresponding to each disturbance level as in the prior art.

本発明のアクティブ制振方法によれば、例えば、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであれば、マスのストローク量等の制振装置の応答量に基づいて制御ゲインを変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、確実に制御量を制振装置の能力限界値に近い値等、所定基準値近傍に常時近づけるように制御できる。従って、制振装置の制約内で確実に、制振装置の能力を有効に発揮させて制振を行うことができる。   According to the active damping method of the present invention, for example, if the damping device uses an active mass damper, the control gain is changed based on the response amount of the damping device such as the stroke amount of the mass. Regardless of the level of the disturbance level, the control amount can be controlled to be always close to a predetermined reference value such as a value close to the capacity limit value of the vibration control device. Therefore, it is possible to reliably perform the vibration control by effectively utilizing the capacity of the vibration control device within the constraints of the vibration control device.

また、外乱が小さくても、所定以上の制御量が確保可能であり、さらに、外乱が想定したレベルよりも大きくても、所定の制御量近傍の値で制振可能となって、制振装置の能力制約内で且つきめ細かい制御が可能となると共に、制振装置の作動効率を大幅に向上させることが可能になる。また、上記制御ゲインを連続的に変化させることで、外乱の変化等に影響しないで、安定した制御力を発揮可能となる。   In addition, even if the disturbance is small, it is possible to secure a control amount that is greater than or equal to a predetermined level, and even if the disturbance is greater than the assumed level, the vibration can be controlled with a value near the predetermined control amount. This makes it possible to perform fine control within the capacity constraints of the above, and to greatly improve the operation efficiency of the vibration damping device. In addition, by continuously changing the control gain, it is possible to exhibit a stable control force without affecting a change in disturbance or the like.

更に、制御ゲインを規定する関数の中の変数αは、所定の上限値と下限値との間で増減するので、対応する各制御ゲインも所定の上限と下限との間で変化して、制御量を所定の範囲に抑えることが可能になる。しかもその際、地震時には、地震時以外のときに比べて変数αの上限値を小さい側に変更するので、制御強さの弱い保守的な運用を行うことができ、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなるのを防ぐことができて、制御が停止される事態を回避することができる。   Furthermore, since the variable α in the function that defines the control gain increases or decreases between the predetermined upper limit value and the lower limit value, each corresponding control gain also changes between the predetermined upper limit value and the lower limit value, so that the control The amount can be kept within a predetermined range. In addition, at that time, since the upper limit value of the variable α is changed to a smaller value in the event of an earthquake, the conservative operation with a weaker control strength can be performed, and the vibration amplitude of the controlled object is suddenly increased. Even when the change in control gain is not in time as in the case of a large earthquake that increases rapidly, it is possible to prevent the vibration damping device from over-stroke and to avoid a situation where the control is stopped.

本発明に係る実施形態のアクティブ制振システムを示す概要構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an active vibration suppression system of an embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施形態の変数αとゲイン関数A(α)との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the variable (alpha) and gain function Ai ((alpha)) of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態のコントローラの処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a process of the controller of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態の制御による模式的な状態を示す図であり、(a)は外乱の時刻歴を、(b)は外乱に対応するαの時刻歴を、(c)は外乱に対応する制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the typical state by control of embodiment which concerns on this invention, (a) is a time history of disturbance, (b) is a time history of (alpha) corresponding to a disturbance, (c) respond | corresponds to a disturbance. It is a figure which shows the time history of the control force to perform. 本発明に係る実施形態の変数αとゲイン関数A(α)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the variable (alpha) and gain function Ai ((alpha)) of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態における外乱としての最大入力加速度が40Galでの変数αおよび制御力の状態を示す図であり、(a)はαの時刻歴を、(b)は制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the variable (alpha) and control force state in case the maximum input acceleration as a disturbance in embodiment which concerns on this invention is 40 Gal, (a) is a time history of (alpha), (b) is a time history of control force. FIG. 本発明に係る実施形態における外乱としての最大入力加速度が100Galでの変数αおよび制御力の状態を示す図であり、(a)はαの時刻歴を、(b)は制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the variable (alpha) and control force state in case the maximum input acceleration as a disturbance in embodiment which concerns on this invention is 100 Gal, (a) is a time history of (alpha), (b) is a time history of control force. FIG. 従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に大きくなった場合の状態を示す図であり、(a)は外乱の時刻歴を、(b)は制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the state when the disturbance in the active vibration suppression method using the conventional constant control gain becomes larger than expected, (a) shows the time history of disturbance, (b) shows the time history of control force. FIG. 従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に小さい場合の状態を示す図であり、(a)は外乱の時刻歴を、(b)は制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the state in case the disturbance in the active vibration suppression method using the conventional constant control gain is smaller than assumption, (a) is a time history of disturbance, (b) is a figure which shows the time history of control force It is. 従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱の変化によるゲインの切り換わりを示す図であり、(a)は外乱の時刻歴を、(b)は制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the switching of the gain by the change of the disturbance in the active vibration suppression method using the conventional variable control gain, (a) is a time history of disturbance, (b) is a figure which shows the time history of control force. is there. 従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における制御力の時刻歴を示す図である。It is a figure which shows the time history of the control force in the active vibration suppression method using the conventional variable control gain.

本発明のアクティブ制振方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
先ず、上記アクティブ制振方法を実施するためのアクティブ制振システムの構成について説明すると、図1に示すように、制御対象である構造物(例えば建物)1の地上階(地面または地面に近い位置)、最上階、および中間階等にセンサ2(2A、2B、2D)が配設されている。また、上層階にはアクティブマスダンパーやアクティブテンドン等からなる制振装置3が配設されている。制振装置3には、応答量を検出するセンサ2(2C)が配設されている。また、構造物1の最上部には、主に地震の判定に用いるセンサ2(2E)が配設されている。
An embodiment of an active vibration damping method of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of an active vibration suppression system for carrying out the above active vibration suppression method will be described. As shown in FIG. 1, the ground floor (the ground or a position close to the ground) of a structure (for example, a building) 1 to be controlled is shown. ), Sensors 2 (2A, 2B, 2D) are arranged on the top floor, the middle floor, and the like. In addition, a vibration damping device 3 made of an active mass damper, active tendon, or the like is disposed on the upper floor. The vibration damping device 3 is provided with a sensor 2 (2C) that detects a response amount. In addition, a sensor 2 (2E) mainly used for earthquake determination is disposed on the top of the structure 1.

上記センサ2(2A〜2E)は、それぞれ設置位置での変位量、速度、加速度等の外乱や制振の結果による応答量X〜Xを検出する変位計や加速度計等のセンサである。特に、センサ2A〜2Dは、水平方向の応答量を検出するセンサ、センサ2Eは、鉛直方向(上下)方向の応答量を検出するセンサである。 The sensor 2 (2A-2E) is a displacement amount, velocity, sensors such as displacement meter or an accelerometer for detecting the response amount X 1 to X N by the results of the disturbance or vibration such as acceleration at each installation position . In particular, the sensors 2A to 2D are sensors that detect response amounts in the horizontal direction, and the sensor 2E is a sensor that detects response amounts in the vertical direction (up and down).

これらセンサ2(2A〜2E)の検出した応答量X〜Xに応じた応答量信号は、それぞれA/D変換器4に入力される。各A/D変換器4は、入力された応答量信号をデジタル化してコントローラ5に入力する。 Response amount signals corresponding to the response amounts X 1 to X N detected by these sensors 2 (2A to 2E) are input to the A / D converter 4, respectively. Each A / D converter 4 digitizes the input response amount signal and inputs it to the controller 5.

このコントローラ5は、従来と同様に、供給された各応答量X〜Xにそれぞれ対応する制御ゲインA(α)・Gを掛けることで、制御量である駆動指令電圧U(α)を求める。そして、その求めた駆動指令電圧U(α)をD/A変換器6に入力する。 As in the prior art, the controller 5 multiplies the supplied response amounts X 1 to X N by the control gains A i (α) · G i , respectively, so that the drive command voltage U (α ) Then, the obtained drive command voltage U (α) is input to the D / A converter 6.

D/A変換器6は、入力された駆動指令電圧U(α)をアナログ化して駆動装置制御回路7に入力する。駆動装置制御回路7は、入力された駆動指令電圧U(α)に応じた制御信号(制御電流)を制振装置3に入力する。制振装置3は、駆動装置制御回路7からの制御信号に応じた制御力を、上記構造物1に入力する。   The D / A converter 6 converts the input drive command voltage U (α) into an analog signal and inputs it to the drive device control circuit 7. The drive device control circuit 7 inputs a control signal (control current) corresponding to the input drive command voltage U (α) to the vibration damping device 3. The vibration damping device 3 inputs a control force according to a control signal from the drive device control circuit 7 to the structure 1.

ここで、コントローラ5における駆動指令電圧U(α)は、下記(1)式のように、各応答量X〜Xに対応する各制御ゲインA(α)・Gを掛け合わせることで算出する。
U(α)=A(α)・G・X
+A(α)・G・X
+・・・+A(α)・G・X ・・・(1)
Here, the drive command voltage U (α) in the controller 5 is multiplied by each control gain A i (α) · G i corresponding to each response amount X 1 to X N as shown in the following equation (1). Calculate with
U (α) = A 1 (α) · G 1 · X 1
+ A 2 (α) · G 2 · X 2
+ ... + A N (α) · G N · X N (1)

このとき、各応答量X〜Xに応じた各制御ゲインA(α)・Gは、所定の各定数制御ゲインGに、変数αで表される各ゲイン関数A(α)を重み付けすることで設定される可変制御ゲインである。また、上記ゲイン関数A(α)は、αの多項式等によって表される関数であって、A(α)とαとは、対応する応答量X〜Xに応じて、例えば、図2に示されるような関係となっている。 At this time, each control gain A i (α) · G i corresponding to each of the response amounts X 1 to X N is converted into a predetermined constant control gain G i and each gain function A i (α ) Is a variable control gain set by weighting. Further, the gain function A i (α) is a function represented by a polynomial of α or the like, and A i (α) and α are determined according to corresponding response amounts X 1 to X N , for example, The relationship is as shown in FIG.

一般には、A(α)は、図2中の実線で示されるように、αの増加に比例して増加するものとして規定されるが、所定の応答量X〜Xに対するA(α)は、例えば、図2中の一点鎖線で示す曲線を描くように変化するよう規定される場合もある。そして、αを制御中に変化させることで、ゲイン関数A(α)、更には制御ゲインA(α)・Gが変化するようになっている。 In general, A i (alpha), as indicated by a solid line in FIG. 2, but is defined as increases in proportion to the increase of the alpha, A for a given amount of response X 1 ~X N i ( α) may be defined to change so as to draw a curve indicated by a one-dot chain line in FIG. 2, for example. Then, by changing α during control, the gain function A i (α) and further the control gain A i (α) · G i are changed.

ここで、上記変数αには、上限値αMAXと下限値αMINとが設定されており、変数αを、下限値αMINと上限値αMAXとの間の範囲でだけ変化させることができるようになっている。これは、αが大きくなり過ぎないように、また、αが小さくなり過ぎないようにするためである。 Here, an upper limit value α MAX and a lower limit value α MIN are set for the variable α, and the variable α can be changed only in a range between the lower limit value α MIN and the upper limit value α MAX. It is like that. This is to prevent α from becoming too large and α from becoming too small.

ところで、制御対象に作用する外乱には、地震による揺れと風による揺れがある。大地震の場合には、構造物1の振動振幅が急激に増大するので、制御ゲインの変化が間に合わない場合があり得る。制御ゲインの変化が間に合わない場合には、制振装置3がストロークオーバーになる可能性がある。   By the way, disturbances acting on the controlled object include shaking caused by earthquake and shaking caused by wind. In the case of a large earthquake, the vibration amplitude of the structure 1 increases abruptly, so there is a possibility that the change in the control gain is not in time. If the change in the control gain is not in time, the vibration damping device 3 may be overstroke.

そこで、地震時には、変数αの上限値αMAXと下限値αMINを共に小さい側に変更する。即ち、制御対象である構造物1に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別する機能をコントローラ5に設定し、地震によるものと判別した場合には、変数αの上限値αMAXと下限値αMINを共に、風によるものと判別した場合の上限値と下限値よりも小さい側に変更する。_ Therefore, during an earthquake, both the upper limit value α MAX and the lower limit value α MIN of the variable α are changed to the smaller side. That is, when the controller 5 is set with a function for discriminating whether the disturbance acting on the structure 1 to be controlled is caused by an earthquake or wind, and when it is determined that the disturbance is caused by an earthquake, the upper limit value α MAX of the variable α And the lower limit value α MIN are both changed to a lower side than the upper limit value and the lower limit value when it is determined that it is caused by wind. _

具体的には、地震開始の判定がされた場合は、変数αの関数とした制御ゲインに対するαの可変範囲である上限値αMAXと下限値αMINを、地震用に用意した「αMAX_地震」と「αMIN_地震」に変更設定する。また、地震終了の判定がされた場合は、変数αの上限値αMAXと下限値αMINを、風用に用意した「αMAX_風」と「αMIN_風」に戻す。
ここで、
αMAX_地震 ≦ αMAX_風
αMIN_地震 ≦ αMIN_風
である。
Specifically, when it is determined that an earthquake has started, an upper limit value α MAX and a lower limit value α MIN , which are variable ranges of α with respect to the control gain as a function of the variable α, are prepared for earthquakes using “α MAX — Change to “Earthquake” and “α MIN _Earthquake”. If it is determined that the earthquake has ended, the upper limit value α MAX and the lower limit value α MIN of the variable α are returned to “α MAX _ wind” and “α MIN _ wind” prepared for wind.
here,
α MAX _ Earthquake ≦ α MAX _ Wind α MIN _ Earthquake ≦ α MIN _ Wind.

なお、地震の開始判定は、例えば、(a)「地面に近い位置に配設したセンサ2Aの検出する水平方向の加速度が第1の閾値を超えた場合」、または、(b)「構造物1の最上部に配設したセンサ2Eの検出する上下方向の加速度が第2の閾値を超えた場合」に行う。   In addition, the start determination of the earthquake is, for example, (a) “when the horizontal acceleration detected by the sensor 2A disposed near the ground exceeds the first threshold” or (b) “structure” This is performed when the vertical acceleration detected by the sensor 2E disposed at the uppermost portion of 1 exceeds the second threshold value.

また、地震の終了判定は、例えば、(a)「地面に近い位置に配設したセンサ2Aの検出する水平方向の加速度が一定時間、第1の閾値を下回り、且つ、構造物1の最上部に配設したセンサ2Dの検出する水平方向の加速度が一定時間、第3の閾値を下回った場合」、または、(b)「構造物1の最上部に配設したセンサ2Eの検出する上下方向の加速度が一定時間、第2の閾値を下回り、且つ、構造物1の最上階に配設されたセンサ2Dの検出する水平方向の加速度が一定時間、第3の閾値を下回った場合」に行う。   In addition, for example, (a) “the horizontal acceleration detected by the sensor 2A disposed near the ground is below the first threshold for a certain time and the top of the structure 1 is determined. When the horizontal acceleration detected by the sensor 2D disposed on the sensor falls below the third threshold for a certain period of time ”or (b)“ Up and down direction detected by the sensor 2E disposed on the top of the structure 1 ” When the acceleration in the horizontal direction falls below the second threshold for a certain period of time and the horizontal acceleration detected by the sensor 2D disposed on the top floor of the structure 1 falls below the third threshold for a certain period of time. .

次に、コントローラ5において実行される上記制御ゲインA(α)・Gの決定等の処理概要について、図3のフローチャートに従って説明する。 Next, an outline of processing such as determination of the control gains A i (α) · G i executed in the controller 5 will be described with reference to the flowchart of FIG.

本実施形態では、制振装置3の応答量の一つである、制御力に対応した制御電流値Yに応じて、制御ゲインA(α)・Gを連続的に変化させる場合について説明する。 In the present embodiment, a case is described in which the control gain A i (α) · G i is continuously changed according to the control current value Y corresponding to the control force, which is one of the response amounts of the vibration damping device 3. To do.

また、本実施形態の基準値は、その応答量(制御電流値Y)の能力限界値よりやや低い値である許容目標値(所定基準値)YMAXとする。例えば、上記許容目標値YMAX を、能力限界値の80%等の値に設定する。なお、制御電流値Yは、上記応答量X〜Xの一つまたは所定の応答量X〜Xから導き出される値である。 In addition, the reference value of the present embodiment is an allowable target value (predetermined reference value) Y MAX that is slightly lower than the capacity limit value of the response amount (control current value Y). For example, the allowable target value YMAX is set to a value such as 80% of the capacity limit value. The control current value Y is a value derived from one or a predetermined amount of response X 1 to X N of the response quantity X 1 to X N.

まず、制御開始時に、適当な初期値αinitをαに設定しておく(ステップS1)。
次に、センサ2(2A〜2E)からそれぞれ、制御対象(構造物1)と制振装置3の応答量X〜Xと、該応答量の一つである制振装置3の制御電流値Yを入力する(ステップS2)。
First, at the start of control, an appropriate initial value α init is set to α (step S1).
Next, the sensor 2 respectively from (2A-2E), the controlled object (structure 1) and the amount of response X 1 to X N of the damping device 3, the control current of the damping device 3 is one of the response amount A value Y is input (step S2).

次に、地震判定を行い(ステップS3)、地震判定の結果に応じてαMAXとαMINを定める。即ち、地震と判定しない場合(NOの場合)は、αMAXとαMINを風用に用意した「αMAX_風」と「αMIN_風」に設定する(ステップS4)。また、地震と判定した場合(YESの場合)は、αMAXとαMINを地震用に用意した「αMAX_地震」と「αMIN_地震」に設定する(ステップS5)。 Next, earthquake determination is performed (step S3), and α MAX and α MIN are determined according to the result of the earthquake determination. That is, when it is not determined that the earthquake is an earthquake (NO), α MAX and α MIN are set to “α MAX _ wind” and “α MIN _ wind” prepared for wind (step S4). If it is determined that the earthquake is present (YES), α MAX and α MIN are set to “α MAX _earthquake” and “α MIN _earthquake” prepared for the earthquake (step S5).

なお、上述したように、
αMAX_地震 ≦ αMAX_風
αMIN_地震 ≦ αMIN_風
である。
As mentioned above,
α MAX _ Earthquake ≦ α MAX _ Wind α MIN _ Earthquake ≦ α MIN _ Wind.

次に、制振装置3の現在の制御電流値Yと許容目標値(所定基準値)YMAXとを比較して、余裕変数βを算出する(ステップS6)。この余裕変数βは、例えば、下記(2)式によって算出する。
β=1.0−(|Y|/YMAX) ・・・(2)
Next, the current control current value Y of the vibration damping device 3 is compared with the allowable target value (predetermined reference value) Y MAX to calculate a margin variable β (step S6). This margin variable β is calculated by the following equation (2), for example.
β = 1.0− (| Y | / Y MAX ) (2)

上記(2)式から分かるように、制御電流値Yが許容目標値YMAXを上回っている場合には、余裕変数βは負の値を取り、また、制御電流値Yが許容目標値YMAXを下回っている場合には、余裕変数βは正の値を取る。すなわち余裕変数βは、所定基準値からみた制御電流値Yの余裕状態(制御量の余裕状態)を示していて、制御電流値Yに余裕がある場合(制御電流値Yが許容目標値YMAXを下回っている場合)には、余裕に応じた正値を取り、制御電流値Yが許容目標値YMAXを超えている場合には、そのオーバー分に応じた負値を取るようになっている。 As can be seen from the above equation (2), when the control current value Y exceeds the allowable target value Y MAX , the margin variable β takes a negative value, and the control current value Y becomes the allowable target value Y MAX. If it is less than, the margin variable β takes a positive value. That is, the margin variable β indicates a margin state (control amount margin state) of the control current value Y viewed from the predetermined reference value, and when the control current value Y has margin (the control current value Y is the allowable target value Y MAX). If the control current value Y exceeds the allowable target value Y MAX , a negative value corresponding to the excess is taken. Yes.

なお、上記余裕変数βの算出式は、上記(2)式に限定されるものではなく、下記(3)式のような式でもよい。要は、上記に説明したように、所定基準値からみた制御電流値Yの余裕状態を示すような式となっていればよい。
β=1.0−(|Y|/YMAX)N ・・・(3)
ここで、Nは定数である。
Note that the equation for calculating the margin variable β is not limited to the above equation (2), and may be an equation such as the following equation (3). In short, as described above, it is sufficient that the equation indicates a marginal state of the control current value Y viewed from the predetermined reference value.
β = 1.0− (| Y i | / Y MAX ) N (3)
Here, N is a constant.

次に、以上のようにして求めた余裕変数βを、下記(4)式に代入して、αを更新する(ステップS7)。ここで、下記式におけるΔαは、αの増分量である。
α=α + Δα・β ・・・(4)
Next, the margin variable β obtained as described above is substituted into the following equation (4), and α is updated (step S7). Here, Δα in the following equation is an increment amount of α.
α = α + Δα · β (4)

この(4)式によって、αは、制御電流値Yに余裕があれば、増加方向に変化し、許容目標値YMAXを超えていれば減少方向に変化する。つまり、YがYMAXに近づくように、αが小刻みに、つまり滑らかに増減する。ただし、このαは、式の性質上、正負とも無限大になり得る。 According to the equation (4), α changes in the increasing direction if the control current value Y has a margin, and changes in the decreasing direction if it exceeds the allowable target value Y MAX . That is, α increases and decreases in small increments, that is, smoothly so that Y approaches Y MAX . However, α can be infinite both positive and negative due to the nature of the equation.

そこで、上記αと所定下限値αMINとを比較して(ステップS8)、αがαMINよりも小さければ、αMINをαの値とする(ステップS9)。また、上記αと所定上限値αMAXとを比較して(ステップS10)、上記αが所定上限値αMAXよりも大きければ、αMAXをαの値とする(ステップS11)。 Therefore, by comparing the alpha and a predetermined lower limit value alpha MIN (step S8), alpha is less than alpha MIN, the alpha MIN to the value of alpha (step S9). Further, α is compared with a predetermined upper limit value α MAX (step S10), and if α is larger than the predetermined upper limit value α MAX , α MAX is set to a value of α (step S11).

次に、上記決定されたαに基づいて、各ゲイン関数A(α)の値をそれぞれ求め、この各ゲイン関数A(α)を各制御定数ゲインGに掛けることで、各制御ゲインA(α)・Gを更新し、上記(1)式のように、その制御ゲインA(α)・Gを各応答量X〜Xに掛けて駆動指令電圧U(α)値を算出する(ステップS12)。 Then, based on the alpha determined above, determine the values of the gain function A i (alpha), respectively, by multiplying the respective gain function A i to (alpha) to each control constant gain G i, the control gain A i (α) · G i is updated, and the control gain A i (α) · G i is multiplied by each of the response amounts X 1 to X N as shown in the above equation (1), and the drive command voltage U (α ) The value is calculated (step S12).

ここで、上記変数αは、増分Δαを基準に小刻みに、つまり連続的に変化し、その変数αによるゲイン関数A(α)、さらには、各制御ゲインA(α)・Gも小刻みに、つまり連続的に変化するようになる。 Here, the variable α changes in small increments with respect to the increment Δα, that is, continuously, and the gain function A i (α) by the variable α, and each control gain A i (α) · G i is also determined. It changes gradually, that is, continuously.

また、上記変数αは、制御の強さを表す指標となっていて、応答量X〜Xが一定であれば、αが大きくなるほど駆動指令電圧U(α)が大きくなるように、また、αが小さくなるほど駆動指令電圧U(α)が小さくなるように、上記各A(α)は設定されている。即ち、例えば、変数αが大きくなっても、それに比例して各制御ゲインA(α)・Gの変化を決定するゲイン関数A(α)は、上記のように大きくなるとは限らないが、上記制御電流値Yが許容目標値YMAXよりも小さければ、αが増加して駆動指令電圧U(α)が大きくなるように、つまり、制御電流値Yと許容目標値YMAX(所定基準値)との差が小さくなる方向に、各制御ゲインA(α)・Gが変化するように設定される。 The variable α is an index indicating the strength of control. If the response amounts X 1 to X N are constant, the drive command voltage U (α) increases as α increases. A i (α) is set so that the drive command voltage U (α) decreases as α decreases. That is, for example, even if the variable α increases, the gain function A i (α) that determines the change in each control gain A i (α) · G i in proportion thereto does not necessarily increase as described above. However, if the control current value Y is smaller than the allowable target value Y MAX , α increases so that the drive command voltage U (α) increases, that is, the control current value Y and the allowable target value Y MAX (predetermined Each control gain A i (α) · G i is set to change in a direction in which the difference from the reference value becomes smaller.

次に、上記算出した駆動指令電圧U(α)とその許容値Ulimitとを比較して(ステップS13)、上記U(α)が許容値Ulimitよりも大きければ、UlimitをU(α)の値とする(ステップS14)。このように、許容値Ulimitを設けることで、駆動指令電圧U(α)が過大化することを防止している。そして、その算出した駆動指令電圧U(α)を駆動装置制御回路7に供給する(ステップS15)。上記のような処理を、コントローラ5は、所定サンプル時間毎に繰り返すようになっている。 Next, the calculated drive command voltage U (α) and its allowable value U limit are compared (step S13). If U (α) is larger than the allowable value U limit , U limit is set to U (α ) (Step S14). Thus, by providing the allowable value U limit , the drive command voltage U (α) is prevented from becoming excessive. Then, the calculated drive command voltage U (α) is supplied to the drive device control circuit 7 (step S15). The controller 5 repeats the above processing every predetermined sample time.

次に、上記アクティブ制振システムによる構造物1の制振等について説明する。
地震や風等による外乱が構造物1に入力され、当該構造物1が揺れると、上記外乱に対する構造物1の各応答量X〜Xがセンサ2によって検出され、検出された応答量X〜Xが、順次、A/D変換器4を介してコントローラ5に供給される。すると、コントローラ5は、上記のように、供給された応答量X〜Xに基づいて駆動指令電圧U(α)を求め、求めた駆動指令電圧U(α)をD/A変換器6を介して駆動装置制御回路7に供給する。駆動装置制御回路7では、供給された駆動指令電圧U(α)に基づいて制振装置3を駆動し、上記駆動指令電圧U(α)に応じた制御力を構造物1に入力して当該構造物1を制振する。
Next, vibration suppression of the structure 1 by the active vibration suppression system will be described.
When a disturbance due to an earthquake or a wind is input to the structure 1 and the structure 1 is shaken, each response amount X 1 to X N of the structure 1 with respect to the disturbance is detected by the sensor 2, and the detected response amount X 1 to X N are sequentially supplied to the controller 5 via the a / D converter 4. Then, as described above, the controller 5 obtains the drive command voltage U (α) based on the supplied response amounts X 1 to X N, and obtains the obtained drive command voltage U (α) in the D / A converter 6. To the drive device control circuit 7 via The drive device control circuit 7 drives the vibration damping device 3 based on the supplied drive command voltage U (α), and inputs a control force according to the drive command voltage U (α) to the structure 1. The structure 1 is damped.

このとき、地震や風等の外乱のレベルが小さい場合には、コントローラ5に入力される制御電流値Yも小さいので、駆動指令電圧U(α)は小さくなるが、許容目標値YMAXと比較した制振装置3の制御電流値Yが小さいために、上記変数αは大きくなる方向に変化し、外乱のレベルが小さい状態でも、所定以上の制御力を構造物1に入力可能となる。この結果、外乱のレベルが想定したレベルよりも低くても、制振装置3の性能が有効に発揮されて、有効に制振可能となる。 At this time, when the level of disturbance such as earthquake or wind is small, the control current value Y input to the controller 5 is also small, so the drive command voltage U (α) is small but compared with the allowable target value Y MAX. Since the control current value Y of the vibration damping device 3 is small, the variable α changes in the increasing direction, and a control force of a predetermined level or more can be input to the structure 1 even when the level of disturbance is small. As a result, even if the level of disturbance is lower than the assumed level, the performance of the vibration damping device 3 is effectively exhibited and vibration damping can be effectively performed.

このとき、上記変数αには所定の上限値と下限値が設定されているから、上記αと所定上限値αMAXとを比較して(ステップS10)、上記αが所定上限値αMAXよりも大きければ、αMAXをαの値とする(ステップS11)ことにより、変数αおよび制御量が大きくなり過ぎることは防止される。 At this time, since a predetermined upper limit value and a lower limit value are set for the variable α, the α is compared with the predetermined upper limit value α MAX (step S10), and the α is larger than the predetermined upper limit value α MAX. If it is larger, α MAX is set to the value of α (step S11), thereby preventing the variable α and the controlled variable from becoming too large.

また、地震や風等の外乱のレベルが大きい場合には、コントローラ5に入力される応答量X〜Xが大きくなって、駆動指令電圧U(α)も大きくなるが、制振装置3の制御電流値Yが許容目標値YMAXを越えると、上記変数αは、小さくなる方向に変化して、駆動指令電圧U(α)を小さくなる方向に変化させる。これによって、外乱のレベルが想定したレベルよりも大きくなっても、制振装置3の許容性能を越えることが回避されて、従来のように制振装置3を停止させることなく、制振装置の許容目標値YMAX近傍の制御力で制振することが可能となる。 When the level of disturbance such as earthquake or wind is large, the response amounts X 1 to X N input to the controller 5 increase and the drive command voltage U (α) also increases. When the control current value Y exceeds the allowable target value Y MAX , the variable α changes in a decreasing direction, and the drive command voltage U (α) changes in a decreasing direction. As a result, even if the level of the disturbance becomes larger than the assumed level, it is avoided that the permissible performance of the vibration damping device 3 is exceeded, and the vibration damping device 3 is stopped without stopping the vibration damping device 3 as in the prior art. It is possible to control the vibration with the control force in the vicinity of the allowable target value Y MAX .

このとき、上記αと所定下限値αMINとを比較して(ステップS8)、αがαMINよりも小さければαMINをαの値とする(ステップS9)ようにしたから、変数αおよび制御量が小さくなり過ぎることは防止される。 In this case, by comparing the alpha and the predetermined lower limit value alpha MIN (step S8), alpha is a small if alpha MIN than alpha MIN to the value of alpha from was (Step S9) as variables alpha and control The amount is prevented from becoming too small.

また、地震と判別された場合は、変数αの上限値αMAXと下限値αMINが地震用の上限値「αMAX_地震」と下限値「αMIN_風」に設定され、地震と判別されない場合や地震と判別されなくなった場合は、変数αの上限値αMAXと下限値αMINが風用の上限値「αMAX_風」と下限値「αMIN_風」に設定されるので、地震時とそうでない時との変数αの取り得る規制範囲、つまり、制御ゲインの取り得る規制範囲が切り替わる。即ち、地震時には、地震時以外のときに比べて変数αの上限値αMAXと下限値αMINが小さい側に変更されるので、制御強さの弱い保守的な運用が行われることになる。従って、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなるのを防ぐことができて、制御が停止される事態を回避することができる。 If an earthquake is identified, the upper limit value α MAX and lower limit value α MIN of the variable α are set to the upper limit value “α MAX _earthquake” and the lower limit value “α MIN _wind” for earthquakes. If it is not determined or an earthquake is not identified, the upper limit value α MAX and the lower limit value α MIN of the variable α are set to the upper limit value “α MAX _ wind” for wind and the lower limit value “α MIN _ wind”. The regulation range that the variable α can take, that is, the regulation range that the control gain can take, is switched between when the earthquake is not and when it is not. That is, during an earthquake, the upper limit value α MAX and the lower limit value α MIN of the variable α are changed to a smaller side compared to the case other than during an earthquake, so that a conservative operation with a weak control strength is performed. Therefore, even when the change in control gain is not in time as in the case of a large earthquake in which the vibration amplitude of the control target increases rapidly, the vibration control device can be prevented from overstroke and the control is stopped. The situation can be avoided.

また、上記制御ゲインA(α)・Gを変化させる変数αは、式(4)によって現在の変数αに所定増分量Δαに余裕係数βを乗じた値が増減されて更新され、小刻みに、即ち滑らかに変化するので、当該制御ゲインA(α)・Gも連続的に変化して、従来のような制御ゲインA(α)・Gの切換えの際に制御指令値電圧にスパイクノイズやチャタリングが発生することが回避されて、安定且つきめ細かく制振が可能となる。 Further, the variable α for changing the control gain A i (α) · G i is updated by increasing / decreasing a value obtained by multiplying the current variable α by a predetermined increment Δα and a margin coefficient β according to the equation (4). That is, the control gain A i (α) · G i also changes continuously, and the control command value is changed when the control gain A i (α) · G i is switched as in the prior art. The occurrence of spike noise and chattering in the voltage is avoided, and stable and fine vibration control is possible.

上記制御の一例を模式的に表すと、図4に示すようになる。つまり、外乱のレベルが想定したレベルより小さい状態では、対応する制御電流値Yも小さいために、上記αが増加して上限値αMAX近傍を維持し、それに応じた制御力を出力する。そして、制御電流値Yが許容目標値YMAXを越えるほど、つまり、外乱のレベルが想定したレベルより大きくなると、それに追従してαが減少するように変化して、制御力の増分を抑える。このように、外乱レベルに応じて変数α、更には制振力が変化し、制振装置3は、外乱レベルに応じて制約された機能の範囲内で所定の制御力を発揮する。 An example of the above control is schematically shown in FIG. That is, in a state where the level of disturbance is smaller than the assumed level, the corresponding control current value Y is also small, so that α increases and maintains the vicinity of the upper limit value α MAX and outputs a control force corresponding thereto. Then, as the control current value Y exceeds the allowable target value Y MAX , that is, when the level of the disturbance becomes larger than the assumed level, α changes so as to decrease accordingly, and the increase in the control force is suppressed. In this way, the variable α and further the damping force change according to the disturbance level, and the damping device 3 exhibits a predetermined control force within the range of functions restricted according to the disturbance level.

さらに、具体的に説明する。
まず、制振対象である構造物モデルとして、各質点質量が100ton の10質点剪断ばねモデルを考え、構造物モデルの頂部に、制振装置としてアクティブマスダンパーを設置すると共に、構造物1の5階並びに10階の速度・変位、およびアクティブマスダンパーの速度・変位を応答量X〜Xとする場合を想定する。また、1次固有周期を1.2秒、以下2〜5次の固有周期を、それぞれ0.47秒、0.22秒、0.17秒として、各次モード減衰定数は1%に設定する。
Furthermore, it demonstrates concretely.
First, as a structure model to be controlled, a 10-mass shear spring model with each mass mass of 100 tons is considered. At the top of the structure model, an active mass damper is installed as a vibration control device and Assume that the speeds and displacements of the floor and the 10th floor, and the speed and displacement of the active mass damper are the response amounts X 1 to X N. Further, the first-order natural period is set to 1.2 seconds, and the second to fifth order natural periods are set to 0.47 seconds, 0.22 seconds, and 0.17 seconds, respectively, and each mode attenuation constant is set to 1%. .

また、αと各ゲイン関数A(α)との関係を図5に示すように設定する。これは、αを、0.2〜2.0まで0,2毎に増加させて各応答量X〜Xに対応する各制御ゲインのサンプル値を求め、そのサンプル値に基づいて、ゲイン関数A(α)・Gをαの多項式に近似したものである。ここで、図5中、G5Dは、構造物5階の変位に掛けるゲイン関数の値を、G10Dは、構造物10階の変位に掛けるゲイン関数の値を、GMDは、アクティブマスダンパーの変位に掛けるゲイン関数の値を、G5Vは、構造物5階の速度に掛けるゲイン関数の値を、G10Vは、構造物10階の速度に掛けるゲイン関数の値を、GMVは、アクティブマスダンパーの速度に掛けるゲイン関数の値を、それぞれ表している。 Further, the relationship between α and each gain function A i (α) is set as shown in FIG. In this case, α is increased from 0.2 to 2.0 every 0, 2 to obtain sample values of control gains corresponding to the response amounts X 1 to X N, and gains are determined based on the sample values. The function A i (α) · G i is approximated to a polynomial of α. In FIG. 5, G5D represents the gain function value multiplied by the displacement of the fifth floor of the structure, G10D represents the gain function value multiplied by the displacement of the tenth floor of the structure, and GMD represents the displacement of the active mass damper. G5V is the gain function value multiplied by the speed of the 5th floor of the structure, G10V is the gain function value multiplied by the speed of the 10th floor of the structure, and GMV is the speed of the active mass damper. Each value of the gain function to be multiplied is represented.

また、αは、下限値αMINを0.2、上限値αMAXを2.0とし、初期値αinitを1.0とすると共に、増分Δαを0.05に設定する。また、αを変化させる応答量として制振装置3の制御力を使用し、制御力の限界値を1.31tonf、所定基準値をその60%の0.85tonfに設定した。 Further, α is set such that the lower limit value α MIN is 0.2, the upper limit value α MAX is 2.0, the initial value α init is 1.0, and the increment Δα is set to 0.05. Further, the control force of the vibration damping device 3 was used as a response amount for changing α, the limit value of the control force was set to 1.31 tonf, and the predetermined reference value was set to 0.85 tonf of 60% thereof.

以上のように設定したモデルに対して、外乱として、時系列的な強度レベルの変化が大きいE1−Centro1940Nを用い、最大入力加速度を40Gal、および100Galとして、上記αと制御力の時刻歴波形を求めて見たところ、図6および図7となった。図6が、最大入力加速度を40Galの場合を示し、図7が、最大入力加速度を100Galの場合を示している。   For the model set as described above, E1-Centro1940N having a large time-series intensity level change is used as the disturbance, the maximum input acceleration is 40 Gal and 100 Gal, and the time history waveform of α and the control force is expressed as follows. As a result of the search, FIG. 6 and FIG. 7 were obtained. FIG. 6 shows the case where the maximum input acceleration is 40 Gal, and FIG. 7 shows the case where the maximum input acceleration is 100 Gal.

この図から分かるように、本実施例のアクティブ制振方法を採用することで、外乱である入力加速度に追従して変数α、即ち制御ゲインA(α)・Gが時々刻々更新されて、制御力を基準とする制御力に時々刻々近づけながら、制振が行われていることが分かる。 As can be seen from this figure, by adopting the active vibration damping method of this embodiment, the variable α, that is, the control gain A i (α) · G i is updated from moment to moment following the input acceleration which is a disturbance. It can be seen that vibration suppression is performed while gradually approaching the control force based on the control force.

なお、上記実施形態では、制御ゲインA(α)・Gの変数αを、制振装置3の駆動電流や制御力に基づいて変化させているが、これに限定されるものではなく、例えば、制振装置の消費電力、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであれば、マスのストローク量等の応答量に基づいて変化させるようにしてもよい。 In the above embodiment, the variable α of the control gain A i (α) · G i is changed based on the drive current and control force of the vibration damping device 3, but is not limited to this. For example, if the vibration control device uses an active mass damper, the power consumption of the vibration control device may be changed based on a response amount such as a stroke amount of the mass.

また、上記実施形態では、一つの応答量Yに基づいてα、つまりゲイン関数A(α)を更新するようにしているが、複数の応答量に基づいてαを変化させるようにしてもよいし、また、上記対象とする制御ゲイン毎に対応するαを複数個用意して各制御ゲインを更新するようにしてもよい。 In the above embodiment, α, that is, the gain function A i (α) is updated based on one response amount Y. However, α may be changed based on a plurality of response amounts. In addition, a plurality of α corresponding to each target control gain may be prepared to update each control gain.

また、上記αを変化させるための応答量は、上記(1)式の演算のために使用される応答量である必要はない。   Further, the response amount for changing the α does not need to be the response amount used for the calculation of the equation (1).

以上詳述したように、本実施形態のアクティブ制振方法によれば、制振装置3がアクティブマスダンパーを使用したものである場合、マスのストローク量等の制振装置3の応答量に基づいて制御ゲインを変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、確実に制御量を制振装置3の能力限界値に近い値等、所定基準値近傍に常時近づけるように制御できる。従って、制振装置3の制約内で確実に、制振装置の能力を有効に発揮させて制振を行うことができる。   As described above in detail, according to the active vibration damping method of the present embodiment, when the vibration damping device 3 uses an active mass damper, it is based on the response amount of the vibration damping device 3 such as the stroke amount of the mass. Therefore, regardless of the level of the disturbance level, the control amount can be reliably controlled so as to be always close to a predetermined reference value such as a value close to the capacity limit value of the vibration damping device 3. Therefore, it is possible to reliably perform the vibration control by effectively utilizing the capacity of the vibration control device within the constraints of the vibration control device 3.

また、外乱が小さくても、所定以上の制御量が確保可能であり、さらに、外乱が想定したレベルよりも大きくても、所定の制御量近傍の値で制振可能となって、制振装置3の能力制約内で且つきめ細かい制御が可能となると共に、制振装置3の作動効率を大幅に向上させることが可能になる。また、上記制御ゲインを連続的に変化させることで、外乱の変化等に影響しないで、安定した制御力を発揮可能となる。   In addition, even if the disturbance is small, it is possible to secure a control amount that is greater than or equal to a predetermined level, and even if the disturbance is greater than the assumed level, the vibration can be controlled with a value near the predetermined control amount. Thus, fine control within the capacity constraint of 3 is possible, and the operating efficiency of the vibration damping device 3 can be greatly improved. In addition, by continuously changing the control gain, it is possible to exhibit a stable control force without affecting a change in disturbance or the like.

更に、制御ゲインを規定する関数A(α)の中の変数αは、所定の上限値αMAXと下限値αMINとの間で増減するので、対応する各制御ゲインも所定の上限と下限との間で変化して、制御量を所定の範囲に抑えることが可能になる。 Furthermore, since the variable α in the function A (α) that defines the control gain increases or decreases between the predetermined upper limit value α MAX and the lower limit value α MIN , each corresponding control gain also has a predetermined upper limit and lower limit. The control amount can be kept within a predetermined range.

しかも地震時には、制御強さの弱い保守的な運用が行われるので、大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置3がストロークオーバーとなることが防止されて、制御が停止される事態を回避することができる。   Moreover, since conservative operations with weak control strength are performed during an earthquake, the damping device 3 is prevented from being overstroked even when the change in control gain is not in time as in a large earthquake. The situation where control is stopped can be avoided.

1 構造物
2,2A〜2E センサ
3 制振装置
5 コントローラ
7 駆動装置制御回路
α 変数
αMAX αの上限値
αMIN αの下限値
αMAX_地震 地震時用のαの上限値
αMIN_地震 地震時用のαの下限値
αMAX_風 地震時以外のαの上限値
αMIN_風 地震時以外のαの下限値
(α) ゲイン関数
〜X 応答量
Y 変数αを変化させるための応答量
MAX 基準値
U(α) 駆動指令電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structure 2,2A-2E Sensor 3 Damping device 5 Controller 7 Drive device control circuit α Variable α MAX Upper limit of α α MIN Lower limit of α α MAX _Earthquake Upper limit of α for earthquake α MIN _Earthquake Lower limit value of α for earthquakes α MAX _ Wind Upper limit value of α other than during earthquakes α MIN _ Wind Lower limit value of α other than during earthquakes A i (α) Gain function X 1 to X N Response amount Y Variable α Response amount for changing Y MAX reference value U (α) Drive command voltage

Claims (1)

制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部または一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、
上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また、上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、
上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と、制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、
一方、上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には、上記変数αを、設定した上限値を限度に増加させ、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を上回っている場合には、上記変数αを、設定した下限値を限度に減少させ、
更に、上記制御対象に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別し、地震によるものと判別した場合には、上記変数αの上限値を、風によるものと判別した場合よりも小さい側に変更することとし、
上記上限値と下限値の間で、上記変数αを、制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量と、その応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴とするアクティブ制振方法。
The control amount is obtained by multiplying all or part of the response amount of the control target and the response amount of the vibration control device by a predetermined control gain, and the control force corresponding to the control amount is applied to the control target via the vibration control device. In the active vibration suppression method to enter,
The control gain is a function of a variable α that is set to an initial value at the start of control. The function is set so that the response amount of the vibration control device increases as the variable α increases, and the variable α decreases. Set so that the response amount of the above damping device is small,
The response amount of the control target and the response amount of the damping device are input, the input response amount of the damping device, and a predetermined reference value set to a value lower than the capability limit value of the response amount of the damping device; And calculating a margin variable β indicating a margin state of the response amount of the input damping device viewed from the predetermined reference value,
On the other hand, when the upper limit value and the lower limit value are set for the variable α and the response amount of the vibration damping device is lower than the predetermined reference value, the variable α is increased up to the set upper limit value, When the response amount of the vibration damping device exceeds the predetermined reference value, the variable α is decreased to the set lower limit value,
Further, when it is determined whether the disturbance acting on the controlled object is caused by an earthquake or wind, and when it is determined that the disturbance is caused by an earthquake, the upper limit value of the variable α is smaller than that determined when the disturbance is caused by wind. To change to the side,
Between the upper limit value and the lower limit value, the variable α is increased or decreased according to the magnitude and positive / negative of the margin variable β indicating the margin state of the response amount of the damping device, and the response amount of the damping device, An active vibration damping method characterized by continuously changing the response amount to a predetermined reference value so as to decrease the difference.
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