JPH074114A - 構造物の制振方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 具体的に構造物に制振装置を実施するに際
し、正確に構造物の振動特性を把握し、的確に制振装置
を調整することが容易に行える手段を提供することにあ
る。 【構成】 構造物１１に対して相対的に移動する質量１
２，一端が構造物１１に固定され他端が質量１２に連結
されたアクチュエータ１３，振動センサー１４，能動制
御装置１５からなる構造物用制御装置及び方法におい
て、制振装置に、加振指令装置１６，振動特性同定解析
装置１７，制御パラメータ決定装置１８からなる制御パ
ラメータ修正装置１９を加えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物の地震，風，交
通などによる振動を抑制する制振方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、橋梁や建築の分野で構造
物が大型化し、地震，風，交通などにより揺れや振動を
生じやすくなったため、その振動を抑制する制振装置が
さまざまに提唱され実施されるようになった。図２は、
受動方式の機械部分のみによる制振装置である。この方
式は、基本的に質量１とバネ２及びダンパ３を機械的に
構成したものである。これによる作用は、古くから動吸
振器の原理で知られており、電力などの外部的エネルギ
ーを要しないで構造物４の振動に同調して質量１が振動
を始め、同時に構造物４の振動を抑制する。この質量１
の振動は、その固有振動数が構造物４の固有振動数にほ
ぼ等しくなる時制振効果が発揮される。しかし、この効
果は、構造物４の架設時の構造変化や経年変化などによ
り両者の固有振動数の間にズレが生じると敏感に低下す
る。したがって、この方式の具体的な実施では構造物４
の固有振動数などの振動特性を絶えず把握し、質量１の
振動特性を的確に調整することが不可欠になる。一方、
この受動方式に対し電力などの外部からのエネルギー供
給を受けて制振効果を発揮する能動方式の制振装置が見
られる。図３は、能動方式の最も簡単な構成による制振
装置である。その機械的部分は、質量１とアクチュエー
タ５とによって構成され、そのほかには構造物４の振動
を検知するセンサー６と制御装置７を備えている。この
場合、質量１は先に述べた受動方式とは異なり、電力な
どのエネルギー供給を受けたアクチュエータ５の駆動力
により運動する。質量１の運動は振動センサー６で構造
物４の振動を検知し、所要の駆動力を演算した制御装置
７の指示による。従って、この方式は、制御装置７で適
度に駆動力を制御し調整することにより、受動方式より
も優れた効果をもたらすという利点が期待される。図４
は、能動方式ではあるが受動方式との混合型であること
から、これを強調してハイブリッド方式と呼ばれる。こ
の方式は、それ自身が受動方式の性格を持ち質量が構造
物の振動に同調して自発的に振動するため、これにより
アクチュエータの駆動エネルギーが節約できる利点をも
つ。しかしながら、図３，図４に示す従来技術は、何れ
も構造物の架設時の構造変化や経年変化などにより両者
の固有振動数の間にズレが生じ制振効果が低下すること
から、振動特性を絶えず把握し、質量の振動特性を的確
に調整することが要求される。

【０００３】これら能動方式の制振装置で、機械部分の
構造に種々工夫がみられるが、最も重要な点は制御装置
部分の演算による性能であり、これにより制振効果が左
右されることになる。この演算に関しては、特開昭６３
−２１７０７５号公報，特開昭６４−２９５８５号公報
などにみられるように最適レギュレータ理論などをはじ
め種々の現代制御理論の応用が従来から提案されてい
る。しかしながら、今のところこれら現代制御理論は、
制振対象の構造物の振動特性および構造モデルが既知で
あることを前提とするものである。このため受動方式の
場合と同様能動方式の場合においても、具体的な実施に
際し何らかの方法で構造物の振動特性を正確に求めてお
く必要がある。構造物の振動特性が計算のみによる場
合、実際との誤差の幅が問題となる。受動方式では、同
調ズレによる制振効果の大幅な低下を見込むことによ
り、必要以上に大型の装置となって実際上困難な場合が
生じる。また、能動方式では、目的の制振効果が得られ
ないという問題に苦慮することになる。したがって、ハ
イブリッド方式を含む能動方式の具体的な実施に際して
は、実構造物の振動を直接計測し、そのデータを解析し
て、その振動特性を正確に把握し、制御パラメータをそ
れに適合するように定めることは非常に有効である。実
構造物の振動の計測は、簡便な常時微動計測と強制的に
加振して構造物にある程度の大きさの振動をもたらす加
振実験による方法がある。このうち前者による場合、得
られる振幅が極めて微小なものであるため、目的の振動
特性を正確に得ることが困難であり、加振実験による場
合には、大型の起振機などを別に用意するための現場で
の費用や労力などの問題が生じる。

【０００４】本発明の目的は、具体的に構造物に制振装
置を実施するに際し、正確に構造物の振動特性を把握
し、的確に制振装置を調整することが容易に行える手段
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来技術の課題を解決す
る本発明の構成は、超高層建築物や橋梁の主塔などの構
造物に搭載され、構造物に対して相対的に移動する質
量、及び一端が前記構造物に固定され他端が前記質量に
連結されたアクチュエータよりなる機械部分、並びに構
造物の振動を検知しその振動情報を基に、前記機械部分
を駆動させる能動制御装置により構造物の振動抑制に最
適な動きを前記質量に与えるようにした構造物の制振方
法において、前記制振手段に加振制御指令装置，振動特
性同定解析装置と制御パラメータ決定装置とからなる制
御パラメータ修正装置を加え、一時的に制振装置の機能
を停止させ、代わって加振制御指令装置の働きにより機
械部分を起振機として作動させ、この起振機の作用によ
って振動が励起された構造物の振動特性を同定し、能動
制御装置の制御パラメータを構造物の振動特性に応じて
的確に修正すること、および超高層建築物や橋梁の主塔
などの構造物に搭載され、構造物に対して相対的に移動
する質量、及び一端が前記構造物に固定され他端が前記
質量に連結されたアクチュエータよりなる機械部分、並
びに構造物の振動を検知しその振動情報を基に、構造物
の振動抑制に最適な動きを前記質量に与えるような機械
部分を駆動させる能動制御装置からなる構造物の制振装
置において、前記制振装置に加振制御指令装置，振動特
性同定解析装置と制御パラメータ決定装置とからなる制
御パラメータ修正装置を加え、一時的に制振装置の機能
を停止させ、代わって加振制御指令装置の働きにより機
械部分を起振機として作動させ、この起振機の作用によ
って振動が励起された構造物の振動特性を同定し、能動
制御装置の制御パラメータを構造物の振動特性に応じて
的確に修正する機能を併せもつことができるようにした
ものである。

【０００６】

【実施例】次に、図面について本発明実施例の詳細を説
明する。図は本発明装置の一例を示す説明図である。

【０００７】超高層建築物や橋梁の主塔などの構造物１
１に搭載されるとともに、構造物１１に対して相対的に
移動する質量１２、および、一端が前記構造物１１に固
定され他端が前記質量１２に連結されたアクチュエータ
（機械部分）１３、並びに、構造物１１にとりつけた振
動センサー１４により構造物１１の振動を検知しその振
動情報を基に、構造物１１の振動制御に最適な動きを前
記質量に与えるような機械部分１３を駆動させる能動制
御装置１５からなる構造物用制振装置において、前記能
動制御装置１５に、加振制御指令装置１６，振動特性同
定解析装置１７，制御パラメータ決定装置１８とからな
る制御パラメータ修正装置１９を加えたものである。そ
して、途中一時的に制振装置の機能を停止させ、代わっ
て制御パラメータ修正装置１９の働きによって機械部分
１３を起振機として作動させ、この起振機の作用によっ
て振動が励起された構造物１１の振動特性を同定し、能
動制御装置１５の制御パラメータを構造物１１の振動特
性に応じて的確に修正する機能を併せもつことができる
ようにしたものである。また、機械装置１３は、図４の
ように質量のほかにバネやダンパを加えた場合、およ
び、重力作用下の液体の振動を利用した場合のハイブリ
ッド方式のものでもよい。また、制御パラメータ修正装
置の加振制御指令装置・振動特性同定解析装置・制御パ
ラメータ決定装置や能動制御装置の能動制御指令装置な
どは、同一の計算機システムによって実装してもよい。

【０００８】

【作用の説明】次に、実施例装置に基いて本発明の運
用、詳しくは、制御パラメータの決定および修正と、能
動制振作動について説明する。運用と所要機器構成は下
記とし、運用の切り替えは人為操作による。 制御パラメータの決定および修正時 機械装置…質量，アクチュエータ 振動センサー 制御装置…制御パラメータ修正装置 能動制振作動時 機械装置…質量，アクチュエータ 振動センサー 制御装置…能動制御装置 運用１：（制御パラメータの決定および修正） まず、加振制御指令装置１６がアクチュエータ１３に対
し駆動指令の信号を送ることにより、アクチュエータ１
３が質量１２を加振し質量１２が振動する。同時にこの
加振の反力が構造物１１に加えられ、静止した構造物１
１は振動を始める。この時質量１２の振動数を増減すれ
ば、構造物１１の固有振動数の近くにおいては構造物１
１の振動振幅が急激に増大する共振現象により、構造物
１１の大きな振動を計測できる。振動センサー１４によ
り検知された構造物１１の振動は、電気信号として振動
特性同定解析装置１７に送られ、この装置１７によりデ
ータの解析計算を行い構造物１１の振動特性、または、
構造モデルが得られる。この情報に基づき、制御パラメ
ータ決定装置では、能動制振作動時に働く能動制御装置
１５の演算に必要な演算定数（例えばゲイン）が求めら
れる。この演算定数の算出方法は、例えば現代制御理論
の最適レギュレータ理論を応用する場合、Ｒｉｃｃａｔ
ｉ方程式を解くことで知られる最適制御力の算出のゲイ
ンマトリックスを求めることに相当するなど、適用する
振動制御の理論に応じて種々の方法がある。 運用２：（能動制振作動） ここでは、先の運用１で得られた演算定数が能動制御装
置に引き入れられている。構造物１１が、風その他によ
り振動を生じると、振動センサー１４がその振動を検知
し、検知された振動はただちに能動制御装置１５に伝え
られ、能動制御装置１５は先の演算定数と合わせ所定の
制御理論に沿って、構造物１１の振動を制御する方向の
所要の加振力を瞬時に算出し、ただちにアクチュエータ
１３に対し駆動の指令をする。駆動の指令を受けたアク
チュエータ１３が質量１２を加振すると、その反力が構
造物１１に作用し、構造物の振動が抑制される。

【０００９】

【発明の効果】上述のように本発明の構成によれば、次
のような効果が得られる。 （ａ）制振装置は正確に構造物の振動特性を把握し、的
確な調整が容易に行えるようになり、地震，風，交通に
よる超高層建築物や横梁の主塔などの構造物の振動が確
実に抑制しうる。 （ｂ）また、作業の進行により経時的に変化する構造物
の振動特性が把握でき、その抑制も容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示し、その説明図であ
る。

【図２】従来の受動機の制振装置を示す説明図である。

【図３】従来の能動方式の制振装置を示す説明図であ
る。

【図４】従来のハイブリット方式の制振装置を示す説明
図である。

【符号の説明】

１１ 構造物 １２ 質量 １３ 機械部分（アクチュエータ） １４ 振動センサー １５ 能動制御装置 １６ 加振制御指令装置 １７ 振動特性同定解析装置 １８ 制御パラメータ決定装置 １９ 制御パラメータ修正装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超高層建築物や橋梁の主塔などの構造物
   に搭載され、構造物に対して相対的に移動する質量、及
   び一端が前記構造物に固定され他端が前記質量に連結さ
   れたアクチュエータよりなる機械部分、並びに構造物の
   振動を検知しその振動情報を基に、前記機械部分を駆動
   させる能動制御装置により構造物の振動抑制に最適な動
   きを前記質量に与えるようにした構造物の制振方法にお
   いて、 前記制振手段に加振制御指令装置，振動特性同定解析装
   置と制御パラメータ決定装置とからなる制御パラメータ
   修正装置を加え、一時的に制振装置の機能を停止させ、
   代わって加振制御指令装置の働きにより機械部分を起振
   機として作動させ、この起振機の作用によって振動が励
   起された構造物の振動特性を同定し、能動制御装置の制
   御パラメータを構造物の振動特性に応じて的確に修正す
   ることを特徴とする構造物の制振方法。
2. 【請求項２】 超高層建築物や橋梁の主塔などの構造物
   に搭載され、構造物に対して相対的に移動する質量、及
   び一端が前記構造物に固定され他端が前記質量に連結さ
   れたアクチュエータよりなる機械部分、並びに構造物の
   振動を検知しその振動情報を基に、構造物の振動抑制に
   最適な動きを前記質量に与えるような機械部分を駆動さ
   せる能動制御装置からなる構造物の制振装置において、 前記制振装置に加振制御指令装置，振動特性同定解析装
   置と制御パラメータ決定装置とからなる制御パラメータ
   修正装置を加え、一時的に制振装置の機能を停止させ、
   代わって加振制御指令装置の働きにより機械部分を起振
   機として作動させ、この起振機の作用によって振動が励
   起された構造物の振動特性を同定し、能動制御装置の制
   御パラメータを構造物の振動特性に応じて的確に修正す
   る機能を併せもつことができるようにしたことを特徴と
   する構造物の制振装置。