JP6712022B2

JP6712022B2 - 制御システム、制御方法および制御装置

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Publication number: JP6712022B2
Application number: JP2016121968A
Authority: JP
Inventors: 泰敬田川; 敦義尾中; 和大谷本; 真敬藤下; 広一石塚; 光広齋藤; 宏一洞
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY; Kozo Keikaku Engineering Inc; Tokkyokiki Corp; Ohmoto Gumi Co Ltd
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY; Kozo Keikaku Engineering Inc; Tokkyokiki Corp; Ohmoto Gumi Co Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: JP2017227978A

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。

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。

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。

特開平６−５８０１３号公報特開平２−２７８０３０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。本発明の第２実施形態を説明するための特性図である。本発明の第３実施形態の構成例を示すブロック図である。図４に示すアクティブ・マスダンパ３の構成例を示す斜視図である。図４に示す制御システム１００ｂの動作例を示すフローチャートである。本発明の第４実施形態の構成例を示すブロック図である。本発明の第５実施形態の構成例を示すブロック図である。本発明の第６実施形態の構成例を示すブロック図である。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

Claims

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。
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
請求項１に記載の制御システム。
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
請求項１または２に記載の制御システム。
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
請求項３に記載の制御システム。
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
請求項４に記載の制御システム。
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
請求項５に記載の制御システム。
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
請求項１から６のいずれか１項に記載の制御システム。
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。
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。