JPH0633636A - Damping device - Google Patents

Damping device

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Publication number
JPH0633636A
JPH0633636A JP19185392A JP19185392A JPH0633636A JP H0633636 A JPH0633636 A JP H0633636A JP 19185392 A JP19185392 A JP 19185392A JP 19185392 A JP19185392 A JP 19185392A JP H0633636 A JPH0633636 A JP H0633636A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
building
mode
displacement
frequency
Prior art date
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Pending
Application number
JP19185392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Suzuki
哲夫 鈴木
Mitsuru Kageyama
満 蔭山
Yoshiko Matsuoka
佳子 松岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obayashi Corp
Tokico Ltd
Original Assignee
Obayashi Corp
Tokico Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Obayashi Corp, Tokico Ltd filed Critical Obayashi Corp
Priority to JP19185392A priority Critical patent/JPH0633636A/en
Publication of JPH0633636A publication Critical patent/JPH0633636A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To perform calculation of a control amount for a dynamic vibration absorber by estimating the vibration mode of a structure in a shorter time. CONSTITUTION:Sensors 15a and 15b for detecting displacement are mounted to two spots of the first floor and the roof 2a of a building 2. A CPU 25 of a control device 4 counts the vibration frequency of the building 2 by means of output signals from the sensors 15a and 15b and based on an integrated value, a vibration mode is estimated. A control amount (u) on a dynamic vibration absorber 3 is computed from displacement of the roof 2a of the building 2 determined by an output difference between the sensors 15a and 15b and a constant responding to a vibration mode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明は制振装置に係り、特に付加質量を
変位させて構造物の振動を制振する構成とした制振装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration damping device, and more particularly to a vibration damping device configured to displace vibration of a structure by displacing an additional mass.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、ビル等の構造物においては、地
震あるいは風圧等による振動を制振するための制振装置
が設けられている。この種の制振装置では、主にビルの
質量に応じた所定の重量を有する付加質量を動吸振器が
ビルの振動状態に応じて変位させてビルの振動を制振す
るようになっている。
2. Description of the Related Art For example, a structure such as a building is provided with a vibration damping device for damping vibrations caused by an earthquake or wind pressure. In this type of vibration damping device, a dynamic vibration absorber displaces an additional mass having a predetermined weight mainly depending on the mass of the building in accordance with the vibration state of the building to suppress the vibration of the building. .

【0003】従来の制振装置としては、例えば付加質量
をリニアベアリング等により摺動自在に支持するととも
に、付加質量に螺合するボールねじ等の伝達機構をモー
タ等により駆動し、付加質量が水平方向に往復動される
よう構成された動吸振器を有する装置が考えられてい
る。
As a conventional vibration damping device, for example, an additional mass is slidably supported by a linear bearing or the like, and a transmission mechanism such as a ball screw screwed to the additional mass is driven by a motor or the like so that the additional mass is horizontal. Devices having a dynamic vibration absorber configured to be reciprocally moved in a direction are contemplated.

【0004】そして、動吸振器はビルの変位及び速度に
応じた制御量を演算する制御装置からの駆動信号により
モータを駆動制御され、付加質量を移動させる。
The dynamic vibration absorber drives and controls the motor by a drive signal from a control device which calculates a control amount according to the displacement and speed of the building, and moves the additional mass.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記制御装置では、ビ
ルの変位をセンサにより検出してその変位に応じた動吸
振器の制御量を求めているため、例えば30階以上の高
層ビルの場合、各階毎にセンサを設けて各階毎の変位を
検出し、各センサの出力に基づいて複雑な運動方程式の
演算を行ってビルの振動モードの解析をする必要があっ
た。
In the above control device, since the displacement of the building is detected by the sensor and the control amount of the dynamic vibration absorber according to the displacement is obtained, for example, in the case of a high-rise building with 30 floors or more, It was necessary to provide a sensor for each floor to detect the displacement of each floor and to perform a complex equation of motion calculation based on the output of each sensor to analyze the vibration mode of the building.

【0006】しかも、高層ビルの各階毎にセンサを設置
するには相当な手間及び設備費がかかるので、センサ数
を減らすことが考えられている。又、既に建設されてい
るビルに制振装置を取り付ける場合、各階毎にセンサを
取り付けることが難しく、例えば4〜5階毎にセンサを
設置することが多い。
Moreover, since it takes a lot of time and equipment to install a sensor on each floor of a high-rise building, it is considered to reduce the number of sensors. Further, when installing a vibration damping device in a building that has already been constructed, it is difficult to install a sensor on each floor, and for example, a sensor is often installed on every 4th to 5th floors.

【0007】その場合、ビルの階数よりもセンサ数が少
ないため、ビルの数学的モデルに関する微分方程式の解
を求めて各階毎の変位を推定していた。
In this case, since the number of sensors is smaller than the number of floors of the building, the solution of the differential equation relating to the mathematical model of the building is obtained to estimate the displacement of each floor.

【0008】ところが、センサからの出力に基づいて各
階の変位を演算して動吸振器の制御量を求めるのに制御
装置における演算量が著しく大きくなり、演算時間が長
くなってしまうといった課題が生ずる。
However, in order to calculate the displacement of each floor on the basis of the output from the sensor to obtain the control amount of the dynamic vibration absorber, the calculation amount in the control device becomes remarkably large and the calculation time becomes long. .

【0009】しかも、センサからの出力に対して制御装
置から動吸振器への出力が遅れるため、動吸振器の制御
動作の応答性が低下するばかりか、逆に動吸振器により
ビルを加振してしまうといった課題がある。
Moreover, since the output from the control device to the dynamic vibration absorber is delayed with respect to the output from the sensor, not only the response of the control operation of the dynamic vibration absorber is deteriorated, but conversely, the building is vibrated by the dynamic vibration absorber. There is a problem such as doing.

【0010】そこで、本発明は上記課題を解決した制振
装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration damping device that solves the above problems.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、多層の構造物
の振動を制振するように質量を駆動する動吸振器と、少
なくとも前記構造物の下層部分と前記構造物の上層部分
とに設けられ、各設置部分の変位を検出するセンサと、
前記各センサの出力により前記下層部分に対する上層部
分の振動周波数を算出する周波数演算手段と、該周波数
演算手段により得られた振動周波数に基づいて前記構造
物の振動モードを判別する判別手段と、該判別手段によ
り判別された振動モードに応じた前記動吸振器の制御量
を算出する制御量演算手段と、よりなることを特徴とす
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a dynamic vibration reducer for driving a mass so as to suppress vibration of a multilayer structure, and at least a lower layer portion of the structure and an upper layer portion of the structure. A sensor that is provided and detects the displacement of each installation part,
Frequency calculating means for calculating the vibration frequency of the upper layer portion with respect to the lower layer portion based on the output of each sensor, and determining means for determining the vibration mode of the structure based on the vibration frequency obtained by the frequency calculating means; And a control amount calculation unit that calculates a control amount of the dynamic vibration reducer according to the vibration mode determined by the determination unit.

【0012】[0012]

【作用】少なくとも構造物の上層部分と下層部分にセン
サがあれば構造物の振動モードを推定することができる
ので、センサ数を減らして制振動作を行えるとともに演
算時間が短縮されて動吸振器の制振動作の応答性を向上
させることが可能となる。
Since the vibration mode of the structure can be estimated if at least the upper layer portion and the lower layer portion of the structure have sensors, the number of sensors can be reduced to perform the vibration damping operation and the calculation time can be shortened, and the dynamic vibration absorber can be reduced. It is possible to improve the responsiveness of the vibration damping operation.

【0013】[0013]

【実施例】図1乃至図4に本発明になる制振装置の一実
施例を示す。
1 to 4 show an embodiment of a vibration damping device according to the present invention.

【0014】各図中、制振装置1は、大略、構造物とし
てのビル2の屋上2aに設置された動吸振器3が制御装
置4からの制御信号により制振動作してビル2の水平方
向の振動を制振する。
In each figure, the vibration damping device 1 is a horizontal structure of the building 2 in which the dynamic vibration absorber 3 installed on the roof 2a of the building 2 as a structure performs a vibration damping operation according to a control signal from the control device 4. Controls directional vibration.

【0015】動吸振器3は図2,図3に示す如くビル2
の屋上2aに設置された基台5上に付加質量6がX方向
に摺動する構成であり、付加質量6はビル2の総質量に
対し約0.5%程度の質量を有し、例えば5〜10トン
程度の重量を有する。そのため、付加質量6は基台5上
のリニアベアリング7により摺動自在に支持されてい
る。
The dynamic vibration reducer 3 is a building 2 as shown in FIGS.
The additional mass 6 slides in the X direction on the base 5 installed on the roof 2a of the building 2. The additional mass 6 has a mass of about 0.5% with respect to the total mass of the building 2, for example, It has a weight of about 5-10 tons. Therefore, the additional mass 6 is slidably supported by the linear bearing 7 on the base 5.

【0016】又、基台5上にはアクチュエータとしての
ACサーボモータ(以下、モータと言う)8、電磁ブレ
ーキ9が設けられており、モータ8の出力軸8aはカッ
プリング10を介して軸受11,12に軸承されたボー
ルねじ13に結合されている。ボールねじ13は付加質
量6に螺合して貫通している。従って、付加質量6はボ
ールねじ13の回転により基台5の凹部5a内を移動す
る。
An AC servomotor (hereinafter referred to as a motor) 8 as an actuator and an electromagnetic brake 9 are provided on the base 5, and an output shaft 8a of the motor 8 has a bearing 11 via a coupling 10. , 12 are coupled to a ball screw 13 which is rotatably supported. The ball screw 13 is screwed into the additional mass 6 and penetrates it. Therefore, the additional mass 6 moves in the recess 5 a of the base 5 by the rotation of the ball screw 13.

【0017】風圧又は地震によりビル2が振動すると、
制御装置4は後述するように振動の大きさに応じた制御
量を演算して動吸振器3のモータ8へ駆動信号を出力す
る。モータ8は駆動信号の供給によりボールねじ13を
回転させ、付加質量6をX方向(振動方向)に移動させ
る。このとき、発生する付加質量6の慣性力の反作用に
よりビル2の振動が制振される。
When the building 2 vibrates due to wind pressure or an earthquake,
As will be described later, the control device 4 calculates a control amount according to the magnitude of vibration and outputs a drive signal to the motor 8 of the dynamic vibration reducer 3. The motor 8 rotates the ball screw 13 by supplying the drive signal to move the additional mass 6 in the X direction (vibration direction). At this time, the reaction of the generated inertial force of the additional mass 6 suppresses the vibration of the building 2.

【0018】尚、電磁ブレーキ9は制振モード時オフ状
態であり、電源をオフにされた停止モード時にボールね
じ13を制動する。
The electromagnetic brake 9 is in the off state in the vibration damping mode, and brakes the ball screw 13 in the stop mode in which the power is turned off.

【0019】ビル2の下層部分と上層部分、例えば1階
の床部分と屋上2aには、ビル2の振動による変位及び
速度を検出するセンサ15a,15bが設置されてい
る。
Sensors 15a and 15b for detecting displacement and speed due to vibration of the building 2 are installed on the lower and upper layers of the building 2, for example, the floor of the first floor and the roof 2a.

【0020】又、30階建てのビル2の屋上2aには、
風速(V)を計測する風速計16が設置され、動吸振器
3には付加質量6の変位、速度及び加速度を検出するセ
ンサ18が設けられている。センサ15a,15b及び
センサ18からの各検出信号はサーボアンプ19a〜1
9cにより増幅されて減算回路20に入力される。減算
回路20では1階の変位及び速度を基準として屋上2a
の実質的な変位、及び速度を算出する。つまり、減算回
路20は屋上2aのセンサ15bにより検出された変位
及び速度から1階のセンサ15aにより検出された変位
及び速度を減算して1階の振動をゼロとしたときの屋上
2aの振動の大きさを算出する。
On the roof 2a of the 30-story building 2,
An anemometer 16 for measuring the wind speed (V) is installed, and the dynamic vibration absorber 3 is provided with a sensor 18 for detecting the displacement, speed and acceleration of the additional mass 6. The detection signals from the sensors 15a, 15b and the sensor 18 are servo amplifiers 19a-1.
It is amplified by 9c and input to the subtraction circuit 20. In the subtraction circuit 20, the roof 2a is based on the displacement and speed of the first floor.
Calculate the actual displacement and velocity of. That is, the subtraction circuit 20 subtracts the displacement and the speed detected by the sensor 15a on the first floor from the displacement and the speed detected by the sensor 15b on the roof 2a to make the vibration of the roof 2a when the vibration on the first floor becomes zero. Calculate the size.

【0021】又、風速計16からの検出信号はアンプ2
1で増幅されて制御装置4に入力される。
The detection signal from the anemometer 16 is sent to the amplifier 2
The signal is amplified by 1 and input to the control device 4.

【0022】22は地震計で、地面を伝播する地震波を
検出するように地面に埋設されている。尚、地震発生
時、地震計22からの検出信号はアンプ23で増幅され
て制御装置4に入力される。
Reference numeral 22 is a seismometer, which is buried in the ground so as to detect seismic waves propagating on the ground. When an earthquake occurs, the detection signal from the seismograph 22 is amplified by the amplifier 23 and input to the control device 4.

【0023】制御装置4は入力部としてのA/D変換器
24、動吸振器3への制御量を演算するCPU25、出
力部としてのD/A変換器26、I/Oインターフェイ
ス回路27を有する。A/D変換器24はスイッチ28
を介して減算回路20と接続されており、各センサから
の検出信号をデジタル信号に変換してCPU25に出力
する。
The control device 4 has an A / D converter 24 as an input unit, a CPU 25 for calculating the control amount to the dynamic vibration absorber 3, a D / A converter 26 as an output unit, and an I / O interface circuit 27. . The A / D converter 24 is a switch 28
It is connected to the subtraction circuit 20 via the, and converts the detection signal from each sensor into a digital signal and outputs it to the CPU 25.

【0024】CPU25は後述するようにA/D変換器
24及びI/Oインターフェイス回路27からの各信号
に基づいて動吸振器3の制御量を演算し、D/A変換器
26へ出力する。又、D/A変換器26から出力された
制御量のデジタル信号はサーボドライバ29に入力され
ており、サーボドライバ29はCPU25で演算された
制御量に応じた駆動信号としてのトルク指令電流を動吸
振器3のモータ8に出力する。
As will be described later, the CPU 25 calculates the control amount of the dynamic vibration reducer 3 based on each signal from the A / D converter 24 and the I / O interface circuit 27, and outputs it to the D / A converter 26. Further, the digital signal of the control amount output from the D / A converter 26 is input to the servo driver 29, and the servo driver 29 drives the torque command current as the drive signal according to the control amount calculated by the CPU 25. Output to the motor 8 of the vibration absorber 3.

【0025】30はメモリで、制振制御の各プログラム
が格納され、且つ制振制御に必要な各演算の初期値等を
記憶する。例えば、メモリ30には、図4に示す如くC
PU25が実行する振動周波数演算プログラム30A,
振動モード判別プログラム30B,制御量演算プログラ
ム30C等の各プログラムが記憶されている。
Reference numeral 30 denotes a memory, which stores each program for damping control, and also stores initial values and the like of each calculation required for damping control. For example, in the memory 30, as shown in FIG.
Vibration frequency calculation program 30A executed by PU25,
Each program such as the vibration mode determination program 30B and the control amount calculation program 30C is stored.

【0026】31は電源で、制御装置4及びサーボドラ
イバ29に接続されており、電源31とサーボドライバ
29との間には緊急停止用のスイッチ32が配設されて
いる。このスイッチ32は常閉接点を有し、例えば過大
な地震が発生したときI/Oインターフェイス回路27
からの停止信号により励磁されて開成する。
A power source 31 is connected to the control device 4 and the servo driver 29, and an emergency stop switch 32 is arranged between the power source 31 and the servo driver 29. This switch 32 has a normally-closed contact, and for example, when an excessive earthquake occurs, the I / O interface circuit 27
It is excited by the stop signal from and opens.

【0027】34は表示器で、動吸振器3の制御系ある
いは各センサ15a,15b,18,風速計16,地震
計22等に異常があると、その異常内容等を表示して監
視員に知らせる。
Reference numeral 34 is an indicator, and when there is an abnormality in the control system of the dynamic vibration absorber 3 or each sensor 15a, 15b, 18, the anemometer 16, the seismograph 22, etc., the details of the abnormality are displayed and displayed to the observer. Inform.

【0028】35は警報器で、異常発生時アラームを発
する。
Reference numeral 35 is an alarm device which issues an alarm when an abnormality occurs.

【0029】次に、上記制振装置1が制振動作する際に
制御装置4のCPU25が実行する処理について、図5
を参照して説明する。
Next, the processing executed by the CPU 25 of the control device 4 when the vibration damping device 1 performs the vibration damping operation will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to.

【0030】CPU25は例えば5msec毎に図5の処理
を実行する。
The CPU 25 executes the processing of FIG. 5 every 5 msec, for example.

【0031】尚、制御装置4では予め演算処理を行う際
の初期設定が行われる。設定される初期値としては、例
えばビル2の振動モードの周波数(本実施例では1次モ
ードの振動周波数を0.5Hz、2次モードの振動周波数
を1.5Hz、3次モードの振動周波数を6Hzと設定す
る)及び各振動モード毎の振幅倍率P1 ,P2 ,P3
があり、夫々メモリ30に記憶される。
In the control device 4, initial settings for performing arithmetic processing are performed in advance. As the initial value to be set, for example, the frequency of the vibration mode of the building 2 (in this embodiment, the vibration frequency of the primary mode is 0.5 Hz, the vibration frequency of the secondary mode is 1.5 Hz, and the vibration frequency of the tertiary mode is 6 Hz) and the amplitude magnifications P 1 , P 2 , P 3 and the like for each vibration mode, which are stored in the memory 30, respectively.

【0032】ここで、図5に示す処理の説明をする前に
制御装置4で行う振動モードの判別方法、つまりビル2
の1階と屋上2aに設けられたセンサ15a,15bか
らの出力信号に基づいてビル2全体の振動状態を推定す
る方法について説明する。
Here, before explaining the process shown in FIG. 5, the vibration mode discrimination method performed by the control device 4, that is, the building 2
A method of estimating the vibration state of the entire building 2 based on the output signals from the sensors 15a and 15b provided on the first floor and the roof 2a will be described.

【0033】まず、ビル2及び動吸振器3を図6に示す
ような力学モデルに置き換えて考える。ビル2がn階建
てならば、n個の質量(ms1〜msn)と、各階間を接続
するn個のばね(ばね定数Ks1〜Ksn)と、各階間の減
衰要素(粘性減衰係数Cs1〜Csn)で構成される力学モ
デルとなる。又、ビル2の屋上2a設けられた動吸振器
3は、質量maと制御量uとしてモデル化する。
First, consider the building 2 and the dynamic vibration reducer 3 by replacing them with a dynamic model as shown in FIG. If the building 2 is n story, and n pieces of the mass (m s1 ~m sn), and n number of springs connecting between each floor (the spring constant K s1 ~K sn), damping elements between each floor (viscous damping The dynamic model is composed of the coefficients C s1 to C sn ). The dynamic vibration absorber 3 provided on the roof 2a of the building 2 is modeled as a mass ma and a control amount u.

【0034】尚、本実施例では図6に示すモデルにおい
て推定される各質量の変位X1 〜X n を#X1 〜#Xn
と表すことにする。又、推定される各質量の速度は#X
1'〜#Xn ' と表し、以下各推定値には#を付すことに
する。但し、Xiは各階の絶対変位Yiから地上の絶対
変位Zを引いたものとする(Xi=Yi−Z)。
In this embodiment, the model shown in FIG. 6 is used.
Displacement X of each mass estimated by1~ X nTo #X1~ #Xn
Will be expressed as Also, the estimated velocity of each mass is #X
1'~ # Xn', And hereinafter, each estimated value is attached with #
To do. However, Xi is the absolute displacement on each floor from the absolute displacement Yi
The displacement Z is subtracted (Xi = Yi−Z).

【0035】ここで、状態変位ベクトルを以下《X》と
表し、ベクトルは《 》で括ることにする。そして、状
態変位ベクトルの推定値を、 《#X》=〔#Xa,#Xa’,#X1 ,#X2 …#X
n ,#X1 ’,#X2 ,… #Xn ’〕T としたとき、状態方程式は、 《#X’》=《A》#X’+《B》u …(1) となる。ここで、上記Xaは動吸振器3とビル2の相対
変位である。
Here, the state displacement vector will be referred to as << X >>, and the vector will be enclosed in <<>>. Then, an estimate of the state displacement vector, "#X" = [# Xa, # Xa ', # X 1, # X 2 ... # X
n, # X 1 ', # X 2', ... #X n ' ] when T, the equation of state, "#X'becomes" = "A"#X'+"B" u ... (1) . Here, the Xa is a relative displacement between the dynamic vibration reducer 3 and the building 2.

【0036】但し、上記(1)において、However, in the above (1),

【0037】[0037]

【数1】 [Equation 1]

【0038】である。[0038]

【0039】次に、上記モデルにおいて、動吸振器3の
制約条件を考えながらビル2の変位Xを最小にするよう
評価関数Jを
Next, in the above model, the evaluation function J is set so as to minimize the displacement X of the building 2 while considering the constraint condition of the dynamic vibration absorber 3.

【0040】[0040]

【数2】 [Equation 2]

【0041】と定義し、この条件を満足するようにフィ
ードバックゲイン《F》を求める。
The feedback gain << F >> is determined so as to satisfy this condition.

【0042】動吸振器3への制御量uはこのフィードバ
ックゲイン《F》に変位《X》を掛けて、 u=−《F》《#X》 と表すことができる。
The control amount u to the dynamic vibration reducer 3 can be expressed as u =-<< F >><<# X >> by multiplying the feedback gain << F >> by the displacement << X >>.

【0043】又、フィードバックゲイン《F》は、 《F》=R-1《B》T 《P》 と表される。Further, the feedback gain << F >> is expressed as << F >> = R -1 << B >> T << P >>.

【0044】そして、行列《P》はリカッチ方程式 《A》T 《P》+《P》《A》+《Q》−《P》《B》
-1《B》T 《P》=0 の解である。
The matrix << P >> is the Riccati equation << A >> T << P >> + << P >><< A >> + << Q >>-<< P >><< B >>
The solution is R -1 << B >> T << P >> = 0.

【0045】従って、動吸振器3の付加質量6を駆動す
るモータ8へ出力される制御量uは上記力学モデルにお
いて、 u=−《F》《#X》 …(8) となる。
Therefore, the control amount u output to the motor 8 for driving the additional mass 6 of the dynamic vibration reducer 3 is u =-<< F >><<# X >> (8) in the above dynamic model.

【0046】そして、本発明ではビル2の各階の変位を
次のようにして推定する。
In the present invention, the displacement of each floor of the building 2 is estimated as follows.

【0047】高層のビル2においては、図7(A)
(B)(C)に示す如く大きく分けて1次、2次、3次
のモードに大別できるので、ビル2の最も変位の大きい
屋上2aの変位に基づいてビル2の振動モードを判別す
ることにする。
In the high-rise building 2, FIG. 7 (A)
As shown in (B) and (C), the vibration modes of the building 2 can be broadly divided into primary, secondary, and tertiary modes. Therefore, the vibration mode of the building 2 is determined based on the displacement of the roof 2a having the largest displacement of the building 2. I will decide.

【0048】即ち、ビル2の屋上2aの変位は、1次モ
ードのときゆっくりとした速度となり、2次モード、3
次モードになるにつれて速い速度となり、1次モードか
ら3次モードになるにつれて振動周波数が高くなる。よ
って、ビル2の屋上2aに設けられたセンサ15bの出
力より屋上2aの振動周波数を検出してビル2の振動モ
ードを判別する。そして、予めビル2の力学モデル(図
6に示す)における各振動モードの振幅倍率P1
2 ,P3 をシミュレーションにより求め、メモリ30
に記憶させておく。
That is, the displacement of the roof 2a of the building 2 becomes a slow speed in the first mode and the second mode, the third mode.
The speed increases as the mode changes to the next mode, and the vibration frequency increases as the mode changes from the primary mode to the tertiary mode. Therefore, the vibration mode of the building 2 is determined by detecting the vibration frequency of the roof 2a from the output of the sensor 15b provided on the roof 2a of the building 2. Then, in advance, the amplitude magnification P 1 of each vibration mode in the dynamic model of the building 2 (shown in FIG. 6),
P 2 and P 3 are obtained by simulation, and the memory 30
To remember.

【0049】例えば、ビル2に地震が伝播すると、屋上
2aの変位(センサ15bの出力)は図8に示すような
物理座標の波形となる。この図8に示す波形をモード座
標の波形に変換すると、図9に示すように振幅倍率と周
波数との線図で表される。
For example, when an earthquake propagates to the building 2, the displacement of the roof 2a (output of the sensor 15b) has a waveform of physical coordinates as shown in FIG. When the waveform shown in FIG. 8 is converted into a waveform of mode coordinates, it is represented by a diagram of amplitude magnification and frequency as shown in FIG.

【0050】図9より1次モードの周波数は0.5Hz,
2次モードの周波数は1.5Hz,3次モードの周波数は
6Hzになることが分かる。
From FIG. 9, the frequency of the primary mode is 0.5 Hz,
It can be seen that the frequency of the secondary mode is 1.5 Hz and the frequency of the tertiary mode is 6 Hz.

【0051】又、1次モードにおいては、各階の質量m
siの推定変位#Xi は、 #Xi =αi(sin ω1 t+φ1 ) …(9) と表すことができる。但し、αiはシミュレーションに
より得られた各階毎の振幅倍率である。
In the first-order mode, the mass of each floor m
The estimated displacement #X i of si can be expressed as #X i = αi (sin ω 1 t + φ 1 ) ... (9). However, αi is an amplitude magnification for each floor obtained by simulation.

【0052】従って、センサ15a,15bからの出力
により上記式(9)より各階の変位が求められる。
Therefore, the displacements of the respective floors can be obtained from the above equation (9) based on the outputs from the sensors 15a and 15b.

【0053】各階の推定変位#Xi は、屋上2aの変位
Xnのみにより、即ちセンサ15aと15bとの出力差
より、 #Xi =α1i’Xn …(10) と表すことができる。
The estimated displacement #X i of each floor can be expressed as #X i = α 1i 'Xn (10) only by the displacement Xn of the roof 2a, that is, from the output difference between the sensors 15a and 15b.

【0054】又、2次モードにおいても上記と同様に各
階の推定変位#Xi は、 #Xi =α2i(sin ω2 t+φ2i) …(11) と表すことができる。そして、位相をφ20〜φ21〜─〜
φ2nとすると、 #Xi =α2i’Xn …(12) と表すことができる。
Also in the secondary mode, the estimated displacement #X i of each floor can be expressed as follows: #X i = α 2i (sin ω 2 t + φ 2i ) ... (11) Then, the phase φ 2021 ~─~
If φ 2n , then it can be expressed as #X i = α 2i 'Xn (12).

【0055】又、3次モードにおいても上記と同様に各
階の推定変位#Xi は、 #Xi =α3i’Xn …(13) と近似することができる。
Also in the third mode, the estimated displacement #X i of each floor can be approximated as follows: #X i = α 3i 'Xn (13)

【0056】従って、制御装置4はビル2の振動周波数
に基づいて振動モードを判別した後、振動モードに応じ
た上記振幅倍率P1 ,P2 ,P3 を選択して制御量uを
算出して動吸振器3に出力する。
Therefore, the control unit 4 determines the vibration mode based on the vibration frequency of the building 2, and then selects the amplitude magnifications P 1 , P 2 and P 3 according to the vibration mode to calculate the control amount u. Output to the dynamic vibration reducer 3.

【0057】図5において、制御装置4のCPU25は
ステップS1(以下ステップを省略する)で制振システ
ムの異常チェックを行う。例えば、動吸振器3の制御系
及びセンサ15a,15b,18,地震計22、風速計
16等の各検出手段に異常がないかどうかをチェック
し、S2で異常なしの場合はS3に移り上記各検出手段
からの検出信号を読み込む。
In FIG. 5, the CPU 25 of the control device 4 performs an abnormality check of the vibration damping system in step S1 (the following steps will be omitted). For example, it is checked whether or not the control system of the dynamic vibration absorber 3 and each detecting means such as the sensors 15a, 15b and 18, the seismograph 22, the anemometer 16 have an abnormality. If there is no abnormality in S2, the operation proceeds to S3. The detection signal from each detecting means is read.

【0058】つまり、S3ではビル2の1階と屋上2a
及び動吸振器3の付加質量6の変位、付加質量6の速度
1(K),Xn (K) ,Xa(k),Xa(k)'を読み込んで変位
ベクトル《X》を求める。
That is, in S3, the first floor of the building 2 and the roof 2a
Then, the displacement vector << X >> is obtained by reading the displacement of the additional mass 6 of the dynamic vibration absorber 3 and the velocities X 1 (K), X n (K), Xa (k) and Xa (k) ′ of the additional mass 6.

【0059】次のS4では、ビル2の屋上2aが水平方
向に振動し、例えば−方向から+方向へ変位してゼロ点
を通過したかどうかをチェックする。そのため、S4に
おいては、センサ15bから出力された読込値Xn (k-
1) と今回の読込値Xn (K) とを掛け合わせ、屋上2a
の中心点がゼロ点を通過していないときは正の値とな
り、屋上2aの中心点がゼロ点を通過したときは負の値
となる。
In the next step S4, it is checked whether or not the roof 2a of the building 2 vibrates in the horizontal direction, is displaced from the − direction to the + direction, and passes through the zero point. Therefore, in S4, the read value X n (k-
1) is multiplied by the read value X n (K) of this time, and the roof 2a
Has a positive value when the center point of has not passed the zero point, and has a negative value when the center point of the rooftop 2a has passed the zero point.

【0060】従って、S4で乗算値が正のときはS5に
移り周波数カウンタ値を1インクリメントする。次のS
6では、周波数カウンタ値により選択された振幅倍率
《P》より変位《X》を求める。そして、S7で上記式
(8)に基づいて制御量uを演算して、S8 で動吸振器
3へ制御量uを出力する。
Therefore, when the multiplication value is positive in S4, the process proceeds to S5 and the frequency counter value is incremented by 1. Next S
At 6, the displacement << X >> is obtained from the amplitude magnification << P >> selected by the frequency counter value. Then, in S7, the controlled variable u is calculated based on the above equation (8), and in S8, the controlled variable u is output to the dynamic vibration absorber 3.

【0061】この場合、ビル2の屋上2aの中心点がゼ
ロ点を通過していないので、前回と同じ振幅倍率Piに
基づいて変位《X》を求めて制御量uを算出する。
In this case, since the center point of the roof 2a of the building 2 does not pass the zero point, the displacement << X >> is calculated based on the same amplitude magnification Pi as the previous time, and the control amount u is calculated.

【0062】尚、ビル2が変位していないときは屋上2
aの変位がゼロなので、S7で制御量uはゼロとなり、
動吸振器3は制振動作を行わない。
When the building 2 is not displaced, the roof 2
Since the displacement of a is zero, the controlled variable u becomes zero in S7,
The dynamic vibration reducer 3 does not perform the vibration damping operation.

【0063】又、S4においては、乗算値が負の場合、
S9に移り周波数カウンタの積算値が190以上かどう
かをチェックする。この積算値190は、屋上2aの中
心点がゼロ点を通過してからゼロ点に戻るまでの間の演
算回数であり、1次モードの振動のときは周期が長いの
で、それだけ積算値も大きくなる。
In S4, if the multiplication value is negative,
In S9, it is checked whether the integrated value of the frequency counter is 190 or more. The integrated value 190 is the number of calculations from the time when the central point of the rooftop 2a passes through the zero point to the time when it returns to the zero point. Since the cycle is long when the vibration is in the primary mode, the integrated value is also large. Become.

【0064】つまり、1次モードの周波数を0.5Hzと
した場合、サンプリングの固有周期は0.005秒ある
ので、1次モードの振動が発生したとき周波数カウンタ
の積算値は2/2×0.005=200となる。しか
し、カウンタ値の誤差を5%として周波数カウンタの1
次判別値を190に設定する。
That is, when the frequency of the primary mode is 0.5 Hz, the natural period of sampling is 0.005 seconds, so that when the vibration of the primary mode occurs, the integrated value of the frequency counter is 2/2 × 0. 0.005 = 200. However, if the error of the counter value is 5%,
The next discrimination value is set to 190.

【0065】ビル2の振動モードが1次モードの場合
は、周波数カウンタが190以上となるのでS9からS
10に移り振幅倍率《P》に予めメモリ30に入力され
ている《P1 》を選択する。
When the vibration mode of the building 2 is the first-order mode, the frequency counter becomes 190 or more, so that the steps S9 to S9 are performed.
Then, the process proceeds to step 10, and << P 1 >> which has been inputted in the memory 30 in advance is selected for the amplitude magnification << P >>.

【0066】次のS11では周波数カウンタをゼロリセ
ットする。その後、前述したS6,S7を実行し周波数
により推定された振動モードに応じた制御量uが演算さ
れて動吸振器3へ出力される。そして、動吸振器3では
入力された制御量uによりモータ8が駆動されて付加質
量6を制振方向へ駆動する。
In the next step S11, the frequency counter is reset to zero. After that, S6 and S7 described above are executed, and the control amount u according to the vibration mode estimated by the frequency is calculated and output to the dynamic vibration reducer 3. Then, in the dynamic vibration reducer 3, the motor 8 is driven by the input control amount u to drive the additional mass 6 in the damping direction.

【0067】又、S9において、周波数カウンタの積算
値が190以下のときはS12に移り積算値が60以上
かどうかをチェックする。
In S9, when the integrated value of the frequency counter is 190 or less, the process proceeds to S12 and it is checked whether the integrated value is 60 or more.

【0068】2次モードの周波数を1.5Hzとした場
合、固有周期は0.666秒あるので、2次モードの振
動が発生したとき周波数カウンタの積算値は0.666
/2×0.005=66.6となる。そして、カウンタ
値の誤差を5%として周波数カウンタの2次判別値を6
0に設定する。
When the frequency of the secondary mode is 1.5 Hz, the natural period is 0.666 seconds. Therefore, when the vibration of the secondary mode occurs, the integrated value of the frequency counter is 0.666.
/ 2 x 0.005 = 66.6. Then, assuming that the error of the counter value is 5%, the secondary discriminant value of the frequency counter is 6%.
Set to 0.

【0069】従って、ビル2の振動モードが2次モード
の場合は、周波数カウンタが60以上となる。即ち、周
波数カウンタの積算値が60〜189であるときは、ビ
ル2の振動モードが2次モードであると推定できる。そ
のため、S12においては周波数カウンタの積算値が6
0以上のときはS13に移り、振幅倍率《P》を予めメ
モリ30に入力されている《P2 》を選択してS11,
S6,S7,S8の処理を実行する。
Therefore, when the vibration mode of the building 2 is the secondary mode, the frequency counter becomes 60 or more. That is, when the integrated value of the frequency counter is 60 to 189, it can be estimated that the vibration mode of the building 2 is the secondary mode. Therefore, the integrated value of the frequency counter is 6 in S12.
0 shifts are to S13 above case, S11 by selecting the amplitude ratio "P" is input in advance in the memory 30 to "P 2",
The processing of S6, S7 and S8 is executed.

【0070】又、S12において、周波数カウンタの積
算値が59以下のときは、ビル2の振動モードが3次モ
ードであると推定してS14に移り、振幅倍率《P》を
予め3次モード用に設定されている《P3 》を選択して
S11,S6,S7,S8の処理を実行する。
When the integrated value of the frequency counter is 59 or less in S12, it is estimated that the vibration mode of the building 2 is the third-order mode, the process proceeds to S14, and the amplitude magnification << P >> is previously set for the third-order mode. << P 3 >> which is set to is selected and the processing of S11, S6, S7 and S8 is executed.

【0071】尚、S2において、動吸振器3等に異常が
あったときは、S15に移り動吸振器3への制御量uを
ゼロにする。
If there is an abnormality in the dynamic vibration reducer 3 or the like in S2, the flow advances to S15 to set the control amount u to the dynamic vibration reducer 3 to zero.

【0072】このように、本実施例ではビル2の振動周
波数をカウントして振動モードを推定することができ、
その推定値に基づいて動吸振器3への制御量uを演算す
ることができるので、演算処理時間が短縮され動吸振器
3の制振動作遅れをなくすことが可能となる。
As described above, in this embodiment, the vibration frequency of the building 2 can be counted to estimate the vibration mode,
Since the control amount u to the dynamic vibration reducer 3 can be calculated based on the estimated value, the calculation processing time can be shortened and the vibration damping operation delay of the dynamic vibration reducer 3 can be eliminated.

【0073】しかも、ビル2の上部と下部にセンサ15
a,15bを設けるだけなのでセンサ数が少なくて済
み、高層ビルでも制振装置1の取付費を安価にできると
ともに設置工事が容易となる。特に既存のビルに制振装
置1を取り付ける際には、工期も短くて済むので有利で
ある。
Moreover, the sensors 15 are provided on the upper and lower parts of the building 2.
Since only a and 15b are provided, the number of sensors is small, and the installation cost of the vibration damping device 1 can be reduced and the installation work can be facilitated even in a high-rise building. In particular, when the vibration damping device 1 is attached to an existing building, the construction period can be shortened, which is advantageous.

【0074】尚、上記実施例ビル2の1階と屋上2aの
2箇所にセンサ15a,15bを設置したが、これに限
らず、2箇所以上にセンサを設けても良いし、あるいは
1階以外のビル下層部分あるいは屋上以外のビル上層部
分に設置するようにしても良いのは勿論である。
Although the sensors 15a and 15b are installed at two places on the first floor and the rooftop 2a of the building 2 of the embodiment, the invention is not limited to this, and the sensors may be provided at two or more places, or other than the first floor. Of course, it may be installed in the lower part of the building or in the upper part of the building other than the rooftop.

【0075】[0075]

【発明の効果】上述の如く、本発明になる制振装置は、
少なくとも構造物の上層部分と下層部分にセンサがあれ
ば構造物の振動モードを推定することができ、センサ数
を減らして取付工事の手間を簡略化して取付費を安価に
できるとともに動吸振器への制御量を短時間で演算する
こができる。そのため、構造物が振動したとき動吸振器
の制振動作が遅れて構造物を加振してしまうことがな
く、動吸振器による制振動作の応答性を高めることがで
きる等の特長を有する。
As described above, the damping device according to the present invention is
If there are sensors in at least the upper and lower layers of the structure, it is possible to estimate the vibration mode of the structure, reduce the number of sensors, simplify the installation work, reduce the installation cost, and reduce the vibration absorber. The control amount of can be calculated in a short time. Therefore, when the structure vibrates, the vibration damping operation of the dynamic vibration absorber is not delayed and the structure is not vibrated, and the response of the vibration damping operation by the dynamic vibration absorber can be improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明になる制振装置の一実施例の構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a vibration damping device according to the present invention.

【図2】動吸振器の正面図である。FIG. 2 is a front view of a dynamic vibration reducer.

【図3】動吸振器の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view of a dynamic vibration reducer.

【図4】メモリに記憶された項目を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing items stored in a memory.

【図5】制御装置のCPUが実行するフローチャートで
ある。
FIG. 5 is a flowchart executed by the CPU of the control device.

【図6】ビルの力学モデルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a dynamic model of a building.

【図7】力学モデルの振動モードを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing vibration modes of a dynamic model.

【図8】ビルが振動したときの振幅と周期との関係を示
す波形図である。
FIG. 8 is a waveform diagram showing a relationship between an amplitude and a cycle when a building vibrates.

【図9】図8の波形を振幅倍率と周波数との関係に変換
した波形図である。
9 is a waveform diagram in which the waveform of FIG. 8 is converted into a relationship between an amplitude magnification and a frequency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制振装置 2 ビル 3 動吸振器 4 制御装置 6 付加質量 8 ACサーボモータ 15a,15b,18 センサ 16 風速計 25 CPU 1 Vibration Control Device 2 Building 3 Dynamic Vibration Absorber 4 Control Device 6 Additional Mass 8 AC Servo Motor 15a, 15b, 18 Sensor 16 Anemometer 25 CPU

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔭山 満 東京都清瀬市下清戸4丁目640番地 株式 会社大林組技術研究所内 (72)発明者 松岡 佳子 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuru Kageyama 4-640 Shimoseito, Kiyose-shi, Tokyo Inside Obayashi Institute of Technology Co., Ltd. (72) Inventor Keiko Matsuoka 1-6-3 Fujimi, Kawasaki-ku, Kanagawa Prefecture Tokiko Within the corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多層の構造物の振動を制振するように質
量を駆動する動吸振器と、 少なくとも前記構造物の下層部分と前記構造物の上層部
分とに設けられ、各設置部分の変位を検出するセンサ
と、 前記各センサの出力により前記下層部分に対する上層部
分の振動周波数を算出する周波数演算手段と、 該周波数演算手段により得られた振動周波数に基づいて
前記構造物の振動モードを判別する判別手段と、 該判別手段により判別された振動モードに応じた前記動
吸振器の制御量を算出する制御量演算手段と、 よりなることを特徴とする制振装置。
1. A dynamic vibration absorber that drives a mass to suppress vibration of a multi-layered structure, and at least a lower layer portion of the structure and an upper layer portion of the structure. A frequency detecting means for calculating the vibration frequency of the upper layer portion with respect to the lower layer portion by the output of each sensor, and the vibration mode of the structure based on the vibration frequency obtained by the frequency calculating means. A vibration damping device comprising: a determining unit for controlling the dynamic vibration absorber and a control amount calculating unit for calculating a control amount of the dynamic vibration reducer according to the vibration mode determined by the determining unit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07317834A (en) * 1994-05-31 1995-12-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hybrid type vibration control device
JP2009191961A (en) * 2008-02-14 2009-08-27 Lotte Engineering & Construction Co Ltd Vibration control system and vibration control device for existing large-sized structure
JP2011149249A (en) * 2010-01-25 2011-08-04 Taisei Corp Control system for variable damping damper in vibration control structure

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