JPH03250165A - ハイブリッド動吸振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野−１ この発明は、地震や風外乱等による振動を抑制し、特に
高層建物の快適性を増すための効率的な振動抑制を行な
い得るハイブリッド動吸振器に関するものである。

「従来技術およびその課題　１ 現在までに提案されている移動可能な付加マスと構造物
と付加マスとの間に設置したアクチュエータを構造物の
振動に応じて制御することからなる能動的な動吸振器は
、振動を吸収するのに必要なエネルギーをすべて外部か
ら供給する必要があり、高層建物においてはその量が莫
大なものとなり、現時点の技術では比較的重量の軽い構
造物にしか適用できないものである。また、付加マスに
所定のバネとダンパーを結合するか、あるいは振り子構
造とすることによって、構造物の特定の振動モードの振
幅を低減させる受動的な動吸振器の場合には、外部から
エネルギーを供給する必要がないか、特定の振動モード
ずなわら振動数範囲にしか効果がなく、地震のように広
い振動数帯域に亙る場合にはその低減効果はあまり期待
できない。

本発明は、上記の課題を解決−４〜るためになされたも
ので、広い範囲に亙〜て能動的な動吸振器と同等の振動
抑制効果があり、しかも外部から供給４−る必要のある
エネルギーを大幅に低減させることの可能なハイブリッ
ド動吸振器を提供することを目的としている。

１課題を解決するための手段」 １−記「１的を達オるための本発明のハイブリッド動吸
振器は、振動を低減すべき構造物に対して移動可能な付
加マスが備えられ、その付加マスか、水平方向への振動
または振り子運動可能な状態で上記構造物に支持され、
かつ該構造物にダンパーを介して連結されて減衰機構が
構成され、この減衰機構により該構造物の受動的動吸振
機構が構成されていると共に、」−記付加マスが、上記
ダンパーからの出力およびＬ記構遺物と付加マスの状態
量に応じて補正された制御力を発生させるアクチクエー
タを介して上記構造物に連結され、このアクチュエータ
により該構造物の能動的動吸振機構が構成されているも
のである。

「作用　」 本発明のハイブリット動吸振器においては、アクチュエ
ータに発生させろ制御力は以下の手順によって決定され
る。

（１）能動的な動吸振器に対する制御力の決定方法と同
様に、構造物および（ＺＩ加マスの状＠量、外力ベクト
ルなどから、所定の制御則に基づき、アクチクエータに
加えるべき制御力Ｕ　Ｉを決定する。

（２）付加マスに連結させたバネおよびダンパから、あ
るいは振り子構造を構成するワイヤおよびダンパーから
受動的な動吸振器として構造物に加わる力Ｕ２を測定４
−る。

（３）　　ＬＪ−＝−ＬＪ　Ｉ　−ＬＪ　２を最終的な
制御力としてアクヂュＪ、−夕によって構造物に加える
。

そして、このようにして、通常の能動的な動吸振器の場
合に必要な制御力Ｕ１に対し、受動的な動吸振器として
の寄与分ｔ、Ｊ　２をＵｌから差し引き、その差し引い
た値Ｕ　＝−Ｕ　ｌ−Ｔ、、Ｊ　２を、アクチクエータ
によって構造物に加えるべき制御ツノとするようにした
ので、本発明のハイブリッド動吸振器は、従来の能動的
な動吸振器と同等の振動低減効果を発揮する装置であっ
ても、アクチュエータの駆動に必要なパワーを大幅に低
減することが可能となる。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第５図を参照
して説明する。

第１図では、この実施例のハイブリッド動吸振器Ａを構
造物Ｂの頂部に取り付けた場合の概略構成を示している
。

この図において、付加マスａと構造物Ｂを接続するバネ
ｅおよびダンパーｄは、構造物Ｂの固有振動数近辺にお
いて受動的動吸振器となるような所定の定数を持つもの
である。制御則としては、構造物Ｂの速度および変位を
センサｇによって検知し、最適制御理論に基づいて構造
物Ｂに加えられるべき制御ツノＵ１を決定するフィード
バック方式を採用する。また、第１図において、Ｃおよ
びｆはロードセルである。

なお、」ユ記の制御力Ｕ１をバネｅおよびダンパーｄの
ない付加マスａを反力としてアクチュエータすによって
構造物Ｂに直接供給すれば、これは通常の能動的動吸振
器となる。

しかしながら、本発明のハイブリッド動吸振器Ａは、入
力エネルギーの大半を占める固有振動数近辺の振動成分
に対しての受動的動吸振器の性質を利用して、バネｅお
よびダンパーｄを介して構造物Ｂに加わる力Ｕ２の寄与
が期待できる。

したがって、所定の制振性能を確保するためには、最適
制御理論から求められた制御力Ｕ１から、受動的動吸振
器の性質によって供給される力Ｕ２を差し引いた制御力
Ｕ　＝　Ｕ　ｌ　−（、Ｊ　２を油圧、電気あるいは空
気によって作動するアクチクエータｌ〕によって構造物
Ｂに供給すれば良いことがわかる。

このにうにすることによって、アクチクエータｂの駆動
に必要なパワーを大幅に低減することが可能となる。

本発明の効果を実証するために、第２図に示す周期１秒
の１質点振動モデルを用いてンミコレーシロン解析を行
なっノー。人力地震波は１００Ｇａｌに最大加速度を基
準化したＥＩ　Ｃｃｎｔｒｏ　ＮＳ波である。

第３図には、動吸振器のない場合の構造物の応答を示す
。この図では、上から、人力地震波、構造物の変位応答
、加速度応答、の順に示している。

第４図には、能動的な動吸振器として速度応答のみのフ
ィードバック制御を行ない、構造物の減衰定数りを９％
増加させるのに等価な振動制御を行なった結果を示す。

この図では、上から、構造物Ｂの変位応答、加速度応答
、アクチュエータｂによって加えられる制御力、アクチ
ュエータｂの駆動に必要なパワー、の順に示している。

そして、第５図には、本発明によるバネｅおよびダンパ
ーｄを付加し、付加マスａが受動的な動吸振器としても
動作するようにした場合のシミュレーション結果（第２
図に示す周期１秒の１質点振動モデルを用いた場合のソ
ミュレーンヨン結果）を示す。この図においても、上か
ら、構造物Ｂの変位応答、加速度応答、アクチュエータ
ｂによって加えられる制御力、アクチュエータｂの駆動
に必要なパワー、の順に示している。

− これらの図において示される各シミュレーション結果の
比較から、制振装置としての性能は両者ともほぼ同一で
あるのに対し、本発明によるハイブリッド動吸振器の場
合には、最大制御力が通常の能動的動吸振器と比較して
約４２％、必要な最大パワーが約４８％で済むことがわ
かる。また、平均パワーは通常の能動的動吸振器の約３
４％で済み、本発明の効果がよりはっきりすることがわ
かる。

これらのことから、本発明のハイブリッド動吸振器は、
制御力および駆動に必要なパワーの面で、従来の能動的
動吸振器に比較して遥かに効率的であることがわかる。

なお、この実施例では、付加マスＡをバネｅを介して構
造物Ｂに連結することにより該付加マスＡを水平方向へ
の振動可能な状態で上記構造物に支持し、かつその付加
マスをダンパーを介して該進物に連結して減衰機構を構
成しているが、本発明のハイブリッド動吸振器では、付
加マスをバネで支持する代わりに、ワイヤ等で吊り下げ
て振り子運動可能な状態で構造物に支持し、かつその付
加マスをダンパーを介して上記構造物に連結して減衰機
構を構成するようにしても良い。

「発明の効果」 本発明のハイブリッド動吸振器によれば、振動を低減す
べき構造物に対して移動可能な付加マスが備えられ、そ
の付加マスが、水平方向への振動または振り子運動可能
な状態で上記構造物に支持され、かつ該構造物にダンパ
ーを介して連結されて減衰機構が構成され、この減衰機
構により該構造物の受動的動吸振機構が構成されている
と共に、上記付加マスが、上記ダンパーからの出力およ
び上記構造物と付加マスの状態量に応じて補正された制
御力を発生させるアクチュエータを介して上記構造物に
連結され、このアクチュエータにより該構造物の能動的
動吸振機構が構成されているので、バネおよびダンパー
、あるいは振り子構造を構成するワイヤおよびダンパー
による受動的な動吸振器の寄与分を利用して、アクチュ
エータによる制御力とアクチュエータの駆動に必要なパ
ワーを大幅に低減することが可能となる。

すなわち、本発明のハイブリッド動吸振器によれば、通
常の能動的な動吸振器の場合に必要な制御力Ｕｌに対し
、受動的な動吸振器としての寄与分Ｕ２をＵｌから差し
引き、その差し引いた値Ｕ＝Ｕ１−Ｕ２を、アクチュエ
ータによって構造物に加えるべき制御力とすることによ
って、従来の能動的な動吸振器と同等の振動低減効果を
発揮する装置であっても、アクチュエータの駆動に必要
なパワーを大幅に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す図であって、本発明
のハイブリッド動吸振器の構造物への設置状態の一例を
示す概略構成図である。第２図ないし第５図は、本発明
の効果を実証するための図であって、第２図は周期１秒
の１質点振動モデルの概念図、第３図は動吸振器のない
場合の構造物の応答を示すグラフ、第４図は能動的な動
吸振器として速度応答のみのフィードバック制御を行な
った場合の構造物の応答を示すグラフ、第５図は受動的
な動吸振器としても動作するようにした本発明のハイブ
リッド動吸振器を用いた場合の構造物の応答を示すグラ
フである。 Ａ・・　ハイブリッド動吸振器、 Ｂ・・・構造物、 ａ　・・・付加マス、 ｂ　・・　アクチコエータ、 Ｃ・・・ロードセル、 ｄ　・・ダンパー ｅ・・・・バネ、 ｒ　・・・・ロードセル、 ｇ・・・・・センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動を低減すべき構造物に対して移動可能な付加マスが
   備えられ、その付加マスが、水平方向への振動または振
   り子運動可能な状態で上記構造物に支持され、かつ該構
   造物にダンパーを介して連結されて減衰機構が構成され
   、この減衰機構により該構造物の受動的動吸振機構が構
   成されていると共に、上記付加マスが、上記ダンパーか
   らの出力および上記構造物と付加マスの状態量に応じて
   補正された制御力を発生させるアクチュエータを介して
   上記構造物に連結され、このアクチュエータにより該構
   造物の能動的動吸振機構が構成されていることを特徴と
   するハイブリッド動吸振器。