JP5512418B2

JP5512418B2 - Damping apparatus and damping method

Info

Publication number: JP5512418B2
Application number: JP2010148783A
Authority: JP
Inventors: 裕二志賀; 正典今関
Original assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012013126A

Description

本発明は、対象構造物に加わる振動を低減して対象構造物を効果的に保護する制振装置および制振方法に関する。 The present invention relates to a vibration damping device and a vibration damping method for effectively protecting a target structure by reducing vibration applied to the target structure.

制振装置は、対象構造物に加わる風荷重や地震動の影響を低減し、対象構造物自体を極力振動させないように動作する装置である。また、制振装置は、エネルギーを外部から能動的に供給するアクティブ方式と、受動的なパッシブ方式とに大別される。以下では、アクティブ方式による制振制御をアクティブ制御と言い、パッシブ方式による制振制御をパッシブ制御と言う。 The vibration damping device is a device that operates to reduce the influence of wind load and earthquake motion applied to the target structure, and to prevent the target structure itself from vibrating as much as possible. Further, the vibration damping device is roughly classified into an active system that actively supplies energy from the outside and a passive passive system. Hereinafter, the vibration suppression control based on the active method is referred to as active control, and the vibration suppression control based on the passive method is referred to as passive control.

アクティブ制御では、例えば、対象構造物の頂部に滑動自在に設置された可動マスを、対象構造物の振動の強さに応じてアクチュエータで能動的に制御することで制振効果を得るのに対し、パッシブ制御では、同可動マスをバネ要素や減衰要素によって支持させ、可動マスが、力学的バランスによって対象構造物の振動に同調して、受動的に滑動することによって制振効果を得ている。また、アクティブ制御において、可動マスを許容ストローク範囲内で適切に駆動制御する技術も開示させている（例えば、特許文献１）。 In the active control, for example, a movable mass installed slidably on the top of the target structure is actively controlled by an actuator according to the strength of vibration of the target structure. In passive control, the movable mass is supported by a spring element or a damping element, and the movable mass is slid passively in synchronism with the vibration of the target structure due to the mechanical balance. . In addition, in active control, a technique for appropriately driving and controlling a movable mass within an allowable stroke range is disclosed (for example, Patent Document 1).

対象構造物として例えば建築物を対象とした場合、建築物が日常受ける風揺れ等の微振動から暴風や大地震といった強振動に至る広いレンジの制振制御が望まれる。ここで、微振動から強振動まで幅広く制振効果を得るためには、パッシブ制御とアクティブ制御とを併用したハイブリッド方式の制振装置（ハイブリッド方式）を採用し、微振動に対してはアクティブ制御を実行し、強振動に対してはパッシブ制御で対応するアクティブ／パッシブの切り換え法を用いることが有効である（例えば、非特許文献１）。かかる技術では、強振動の検出に応じて制振制御方式をアクティブ制御からパッシブ制御に切り換えることで、アクティブ制御では保護できない振動に対しても対象構造物を適切に保護することができる。 When a target structure is a building, for example, a wide range of vibration suppression control is desired, ranging from slight vibration such as wind sway that the building receives daily to strong vibration such as storms and large earthquakes. Here, in order to obtain a wide range of vibration control effects from micro vibration to strong vibration, a hybrid vibration control device (hybrid system) that combines passive control and active control is adopted, and active control is applied to micro vibrations. It is effective to use an active / passive switching method corresponding to passive vibration for strong vibration (for example, Non-Patent Document 1). In such a technique, the target structure can be appropriately protected against vibration that cannot be protected by active control by switching the vibration suppression control method from active control to passive control in response to detection of strong vibration.

特開２００７−２３９９４２号公報JP 2007-239842 A

渡壁守正、他６名、「塔状高層建物へ適用したアクティブ・パッシブ切換え型マスダンパの性能検証」日本建築学会技術報告集、第８号、１９９９年６月号、ｐ．６９−７２Morimasa Watanabe and 6 others, “Performance verification of active / passive switching mass damper applied to tower-shaped high-rise buildings” Architectural Institute of Japan Technical Report, No. 8, June 1999, p. 69-72

しかし、一般に、アクティブ制御とパッシブ制御とは制振効果が大きく異なり、例えば、同じ振動の入力に対して、パッシブ制御における可動マスの変位はアクティブ制御において能動的に駆動される可動マスの変位に比べ格段に小さくなる。そのため、パッシブ制御の方が振動を打ち消す力が弱く制振効果が低い。したがって、アクティブ制御の高い制振効果によって極めて小さく抑えられていた対象構造物自体の揺れが、制振制御方式の切換後に急激かつ不連続に大きくなり、唐突な強振動に対して対象構造物内の人が慌ててしまったり、その慣性力により対象構造物内の積載物の安定性が損なわれるおそれがあった。 However, in general, the vibration suppression effect differs greatly between active control and passive control.For example, for the same vibration input, the displacement of the movable mass in passive control is the displacement of the movable mass actively driven in active control. It becomes much smaller than that. For this reason, the passive control has a weaker force for canceling the vibration and has a lower damping effect. Therefore, the vibration of the target structure itself, which has been suppressed to a very small level by the high vibration suppression effect of active control, suddenly and discontinuously increases after switching of the vibration suppression control method. Or the inertial force may impair the stability of the load in the target structure.

本発明は、このような課題に鑑み、アクティブ制御からパッシブ制御へのスムーズな切換により、対象構造物を効果的に保護することが可能な、制振装置および制振方法を提供することを目的としている。 In view of such problems, the present invention has an object to provide a vibration damping device and a vibration damping method capable of effectively protecting a target structure by smoothly switching from active control to passive control. It is said.

上記課題を解決するために、本発明の制振装置は、対象構造物上を水平方向に移動自在に設けられた可動マスと、可動マスを駆動するアクチュエータと、対象構造物と可動マスとの水平方向の相対変位を検出する相対変位検出部と、対象構造物の振動の強さを検出する振動検出部と、振動検出部で検出された振動の強さに応じて、相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑え、かつ振動を抑制するように、アクチュエータを介して可動マスを駆動制御する駆動制御部と、対象構造物の振動を受動的に抑制する緩衝機能部と、振動検出部で検出された振動の強さが所定の閾値以上となると、駆動制御部の駆動制御を停止する制御切換部とを備え、所定の閾値は、駆動制御部が実行する、相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑える制御による周波数応答のピーク値が、緩衝機能部による周波数応答のピーク値以上となる振動の強さであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the vibration damping device of the present invention, a moving mass which is provided movably target structure Butsujo horizontally, and A click Chueta for driving the movable mass, the target structure and the moving mass Relative displacement detection unit for detecting horizontal relative displacement, vibration detection unit for detecting the strength of vibration of the target structure, and relative displacement detection according to the vibration intensity detected by the vibration detection unit A drive control unit that drives and controls the movable mass via an actuator so as to suppress the relative displacement detected by the unit within an allowable stroke range and suppress vibration, and passively vibrate the target structure. And a control switching unit that stops the drive control of the drive control unit when the intensity of vibration detected by the vibration detection unit exceeds a predetermined threshold value. The relative displacement detection unit Peak value of the frequency response of the control to keep within a predetermined stroke range allowed the relative displacements, wherein the strength der Rukoto of vibration equal to or larger than the peak value of the frequency response by buffering function unit.

上記課題を解決するために、対象構造物上を水平方向に移動自在に設けられた可動マスと、可動マスを駆動するアクチュエータと、対象構造物と可動マスとの水平方向の相対変位を検出する相対変位検出部と、対象構造物の振動の強さを検出する振動検出部と、対象構造物の振動を受動的に抑制する緩衝機能部とを用いて、対象構造物を制振する、本発明の制振方法は、振動検出部で検出された振動の強さに応じて、相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑え、かつ振動を抑制するように、アクチュエータを介して可動マスを駆動制御し、振動検出部で検出された振動の強さが、相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑える制御による周波数応答のピーク値が、緩衝機能部による周波数応答のピーク値以上となる振動の強さ以上となると、駆動制御部の駆動制御を停止することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a movable mass provided on a target structure so as to be movable in the horizontal direction, an actuator for driving the movable mass, and a relative displacement in the horizontal direction between the target structure and the movable mass are detected. The present invention uses a relative displacement detection unit, a vibration detection unit that detects the strength of vibration of the target structure, and a buffer function unit that passively suppresses the vibration of the target structure to control the target structure. According to the vibration damping method of the present invention, the relative displacement detected by the relative displacement detector is controlled within a predetermined allowable stroke range according to the strength of the vibration detected by the vibration detector, and the vibration is suppressed. In addition, the frequency is controlled by controlling the driving of the movable mass via the actuator so that the intensity of vibration detected by the vibration detection unit is within a predetermined stroke range in which the relative displacement detected by the relative displacement detection unit is allowed. The peak response value is When the above intensity of the peak value or become vibrational frequency response by opposition functional unit, characterized by stopping the drive control of the drive control unit.

本発明によれば、アクティブ制御からパッシブ制御へのスムーズな切換により、対象構造物を効果的に保護することが可能となる。 According to the present invention, the target structure can be effectively protected by smooth switching from active control to passive control.

制振システムの概略的な構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the schematic structure of a vibration suppression system. アクティブ制御とパッシブ制御の一般的な動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the general operation | movement of active control and passive control. 制振装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。It is the functional block diagram which showed the schematic structure of the damping device. 制振装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a damping device. 駆動制御部の動作を説明するための制御ブロック図である。It is a control block diagram for demonstrating operation | movement of a drive control part. アクティブ制御に可変ゲイン制御を採用した場合の等価減衰を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the equivalent attenuation | damping at the time of employ | adopting variable gain control for active control. 可変ゲイン制御を適用した場合の制振性能の変化を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the change of the damping performance at the time of applying variable gain control. アクティブ制御からパッシブ制御への切り換えを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating switching from active control to passive control. 制振方法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the vibration suppression method.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.

（制振システム１００）
図１は、制振システム１００の概略的な構成を説明するための説明図である。制振システム１００は、図１に示すように、振動を制御する対象である対象構造物１１０と、対象構造物１１０に加わる風荷重や地震動の影響を低減するための制振装置１２０とを含んで構成される。 (Vibration control system 100)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of the vibration damping system 100. As shown in FIG. 1, the vibration suppression system 100 includes a target structure 110 that is a target for controlling vibration, and a vibration control device 120 for reducing the influence of wind loads and earthquake motion applied to the target structure 110. Consists of.

対象構造物１１０は、地面１３０に立設し、地震動に対して対象構造物１１０自体の固有振動に従って振動する。また、その側面に風荷重を受けた場合にも、対象構造物１１０は、地面１３０を固定点とする片持ち分布荷重によって撓むこととなる。制振装置１２０は、対象構造物１１０の頂部に設置され、水平方向に移動（滑動）する可動マスを用いて（マスダンパ形式）、対象構造物１１０に加わる振動を低減し、対象構造物１１０自体を極力振動させないように制御する。また、本実施形態の制振装置１２０は、アクティブ制御とパッシブ制御を併用する所謂ハイブリッド方式の制振装置である。 The target structure 110 is erected on the ground 130 and vibrates according to the natural vibration of the target structure 110 itself against earthquake motion. Further, even when a wind load is received on the side surface, the target structure 110 is bent by a cantilever distributed load with the ground 130 as a fixed point. The vibration damping device 120 is installed on the top of the target structure 110 and uses a movable mass that moves (slids) in the horizontal direction (mass damper type) to reduce vibration applied to the target structure 110, and the target structure 110 itself. Is controlled so as not to vibrate as much as possible. The vibration damping device 120 of the present embodiment is a so-called hybrid vibration damping device that uses both active control and passive control.

図２は、アクティブ制御とパッシブ制御の一般的な動作を説明するための説明図である。図２における横軸は対象構造物１１０に加わる外乱の大きさ、縦軸は対象構造物１１０の等価減衰を示している。ここで、外乱は、風荷重や地震動であり、仮に制振制御が為されていないとすると、外乱が大きいほど対象構造物１１０が揺れることとなる。等価減衰は、対象構造物１１０そのものが有する減衰性能に制振装置による制振性能を加えたものを減衰性能として表したものである。したがって、等価減衰が大きいほど、対象構造物１１０に加わる風荷重や地震動の影響を小さくすることができ、対象構造物１１０の揺れが小さくなる。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining general operations of active control and passive control. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the magnitude of the disturbance applied to the target structure 110, and the vertical axis indicates the equivalent attenuation of the target structure 110. Here, the disturbance is a wind load or a ground motion, and if the vibration suppression control is not performed, the target structure 110 will sway as the disturbance increases. The equivalent damping is a damping performance obtained by adding the damping performance of the target structure 110 itself to the damping performance of the damping device. Therefore, the larger the equivalent attenuation, the smaller the influence of wind load and earthquake motion applied to the target structure 110, and the smaller the swing of the target structure 110.

風荷重や地震動等により対象構造物１１０に外乱が加わると、その影響で対象構造物１１０自体も振動するが、制振装置は、外乱が小さな間、アクティブ制御に基づいて能動的に可動マスを水平移動して対象構造物１１０の振動を低減する。従来のアクティブ制御では、図２に示すように、外乱の大きさに拘わらず一定の等価減衰ＥＤａを得ることができるので、外乱を効果的に抑制することができ、外乱の大きさに拘わらず対象構造物１１０自体はほとんど揺れず、対象構造物１１０上にいる居住者や作業者への影響は小さかった。 When a disturbance is applied to the target structure 110 due to wind load, earthquake motion, or the like, the target structure 110 itself vibrates due to the influence. However, while the disturbance is small, the vibration control device actively moves a movable mass based on active control. The vibration of the target structure 110 is reduced by moving horizontally. As shown in FIG. 2, in the conventional active control, a constant equivalent attenuation Eda can be obtained regardless of the magnitude of the disturbance, so that the disturbance can be effectively suppressed, and regardless of the magnitude of the disturbance. The target structure 110 itself hardly fluctuated, and the influence on residents and workers on the target structure 110 was small.

しかし、外乱が大きくなると、アクティブ制御による可動マスの変位が大きくなりすぎて、可動マスが許容される所定のストローク範囲（以下、単に許容ストローク範囲と言う。）を超えてしまい、制振機能が果たせなくなる可能性があるので、外乱の大きさが図２に示す任意の切換点に達すると、アクティブ制御が切られ、パッシブ制御のみで制振制御が為される。パッシブ制御では、力学的なバランスにより可動マスが受動的に移動するだけなので、図２において両矢印で示したように、等価減衰ＥＤｐが格段に小さくなり、振動の力を相殺できなくなって対象構造物１１０が揺れてしまう。 However, when the disturbance increases, the displacement of the movable mass due to active control becomes too large, and the movable mass exceeds a predetermined stroke range (hereinafter simply referred to as an allowable stroke range), and the vibration suppression function is Since there is a possibility that it cannot be fulfilled, when the magnitude of the disturbance reaches an arbitrary switching point shown in FIG. 2, the active control is turned off, and the vibration suppression control is performed only by the passive control. In passive control, the movable mass only passively moves due to a dynamic balance, so as shown by the double-headed arrow in FIG. 2, the equivalent damping EDp becomes much smaller, and the force of vibration can no longer be offset and the target structure The object 110 shakes.

そうすると、アクティブ制御の高い制振効果によって非常に小さく抑えられていた対象構造物１１０自体の揺れが、アクティブ制御からパッシブ制御への切換後に急激かつ不連続に大きくなり、唐突な強振動に対して対象構造物１１０内に存在する居住者や作業者が慌ててしまったり、その慣性力により絶対的な位置でほぼ静止していた対象構造物１１０内の積載物の安定性が損なわれるおそれがあった。 Then, the vibration of the target structure 110 itself, which has been suppressed to a very small level by the high vibration suppression effect of the active control, suddenly and discontinuously increases after switching from the active control to the passive control. There is a possibility that a resident or a worker existing in the target structure 110 may panic or the stability of the load in the target structure 110 that is almost stationary at an absolute position may be impaired by the inertial force. It was.

このような従来のハイブリット式の制振制御では、上述した切換点に外乱が到達しない範囲、即ちアクティブ制御が有効な範囲における制振性能が高く保たれることとなるが、アクティブ制御による等価減衰ＥＤａを維持しようとすると、外乱が比較的小さいうちに許容ストローク範囲の限界に達してしまうため、切換点自体を大きくとる（図２中、切換点を右側にずらす）ことができず、外乱が切換点を超え易くなり、上述した急激かつ不連続な振動が頻繁に生じ得る。 In such a conventional hybrid type vibration damping control, the vibration damping performance in the range where the disturbance does not reach the switching point described above, that is, in the range where the active control is effective is kept high. If the EDa is to be maintained, the limit of the allowable stroke range is reached while the disturbance is relatively small, so that the switching point itself cannot be increased (the switching point is shifted to the right in FIG. 2), and the disturbance is The switching point is easily exceeded, and the above-described sudden and discontinuous vibration can frequently occur.

そこで、本実施形態の制振装置１２０は、アクティブ制御とパッシブ制御とを併用するハイブリッド方式において、アクティブ制御からパッシブ制御へのスムーズな切換により、対象構造物１１０を効果的に保護することを目的とする。以下、このような目的を実現可能な制振装置１２０の詳細な構成を説明する。 Therefore, the vibration damping device 120 of the present embodiment aims to effectively protect the target structure 110 by smoothly switching from active control to passive control in a hybrid system that uses both active control and passive control. And Hereinafter, a detailed configuration of the vibration damping device 120 capable of realizing such an object will be described.

（制振装置１２０）
図３は、制振装置１２０の概略的な構成を示した機能ブロック図であり、図４は、制振装置１２０の外観を示す斜視図である。ここでは、説明の便宜のため、図３の如く、１軸の制振制御のみに言及してその構造を説明するが、図４の如く水平面における２軸以上の制振制御を一体的に実現する場合であっても、１軸に関する制振制御をそれぞれ独立して適用することができるのは言うまでもない。 (Vibration control device 120)
FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the vibration damping device 120, and FIG. 4 is a perspective view illustrating an appearance of the vibration damping device 120. Here, for convenience of explanation, the structure will be described with reference to only one-axis vibration suppression control as shown in FIG. 3, but two or more axes of vibration suppression control in a horizontal plane are integrally realized as shown in FIG. Even in this case, it goes without saying that the vibration suppression control for one axis can be applied independently.

制振装置１２０は、図３および図４に示すように、可動マス１５０と、アクチュエータ１５２と、相対変位検出部１５４と、振動検出部１５６と、機械リミッタ１５８と、緩衝機能部１６０（１６０ａ、１６０ｂ）と、中央制御部１６２とを含んで構成される。 3 and 4, the vibration damping device 120 includes a movable mass 150, an actuator 152, a relative displacement detection unit 154, a vibration detection unit 156, a mechanical limiter 158, a buffer function unit 160 (160a, 160b) and a central control unit 162.

可動マス１５０は、所要質量の錘で形成され、移動（滑動）方向に敷設されたガイドレール１８０にリニアベアリング１８２を介してガイドレール１８０上を移動自在に載置される。また、可動マス１５０の構成は、これに限らず、ガイドレール１８０を所要の曲率半径の円弧状に形成したり、可動マス１５０の底面を所要の曲率半径の円弧状またはＶ字状に形成して対象構造物１１０上に配設した２つの支持ローラ上に揺動自在に載置したり、可動マス１５０を所要の支持フレームより吊り下げる構成として、振り子のように単弦振動させたりすることでも、可動マス１５０を揺動することができる。 The movable mass 150 is formed of a weight having a required mass, and is movably mounted on the guide rail 180 via a linear bearing 182 on a guide rail 180 laid in the movement (sliding) direction. Further, the configuration of the movable mass 150 is not limited to this, and the guide rail 180 is formed in an arc shape with a required curvature radius, or the bottom surface of the movable mass 150 is formed in an arc shape or V shape with a required curvature radius. For example, the movable mass 150 may be suspended from a required support frame so that the movable mass 150 is suspended from a required support frame, and a single string is vibrated like a pendulum. However, the movable mass 150 can be swung.

アクチュエータ１５２は、例えば電動モータで構成され、ボールネジ１８４を介して可動マス１５０を駆動する。また、アクチュエータ１５２として、電動モータの変わりに油圧シリンダ等、様々な動力を用いることができる。そして、アクチュエータ１５２は、中央制御部１６２の制御指令に応じ、対象構造物１１０の揺れに対して９０度の位相遅れで可動マス１５０を水平方向に駆動し、可動マス１５０の慣性力を対象構造物１１０に作用させて対象構造物１１０自体の振動を抑える。また、ボールネジ１８４のネジ軸端部には、電磁弁により可動マス１５０の水平方向の移動を制動する電磁ブレーキ１８６も設けられている。 The actuator 152 is configured by an electric motor, for example, and drives the movable mass 150 via the ball screw 184. As the actuator 152, various powers such as a hydraulic cylinder can be used instead of the electric motor. Then, the actuator 152 drives the movable mass 150 in the horizontal direction with a phase delay of 90 degrees with respect to the shaking of the target structure 110 in accordance with the control command of the central control unit 162, and applies the inertial force of the movable mass 150 to the target structure. The vibration of the target structure 110 itself is suppressed by acting on the object 110. Further, an electromagnetic brake 186 that brakes the movement of the movable mass 150 in the horizontal direction by an electromagnetic valve is also provided at the screw shaft end of the ball screw 184.

相対変位検出部１５４は、対象構造物１１０と可動マス１５０との水平方向の相対変位（相対距離）を検出する。可動マス１５０の駆動手段として、上述したように本実施形態では、がたが生じにくいボールネジ１８４が用いられており、アクチュエータ１５２の回転量を検出するためのエンコーダをそのまま相対変位検出部１５４として利用することができる。 The relative displacement detector 154 detects the relative displacement (relative distance) in the horizontal direction between the target structure 110 and the movable mass 150. As described above, in this embodiment, the ball screw 184 that is less likely to cause rattling is used as a driving unit for the movable mass 150, and an encoder for detecting the amount of rotation of the actuator 152 is used as it is as the relative displacement detection unit 154. can do.

また、ここでは、相対変位検出部１５４として、アクチュエータ１５２の回転軸に設けられたエンコーダを利用する例を述べたが、かかる場合に限られず、対象構造物１１０と可動マス１５０とのレーザ反射時間を検出するレーザ変位計、対象構造物１１０と可動マス１５０との速度や加速度を導出するための速度計または加速度計等、対象構造物１１０と可動マス１５０との相対変位を導出可能な様々な機器を用いることができる。ここで、速度計や加速度計を用いる場合、相対変位検出部１５４は、対象構造物１１０および可動マス１５０からそれぞれの速度や加速度を個別に取得し、１回または２回積分することで互いの絶対変位を求め、その差分により相対変位を導出する。 Here, an example in which an encoder provided on the rotation shaft of the actuator 152 is used as the relative displacement detection unit 154 is described, but the present invention is not limited to this, and the laser reflection time between the target structure 110 and the movable mass 150 is described. Various displacements capable of deriving the relative displacement between the target structure 110 and the movable mass 150, such as a laser displacement meter for detecting the velocity, an accelerometer for deriving the speed and acceleration between the target structure 110 and the movable mass 150, etc. Equipment can be used. Here, when using a speedometer or an accelerometer, the relative displacement detector 154 individually acquires the respective speeds and accelerations from the target structure 110 and the movable mass 150, and integrates them once or twice, thereby integrating each other. The absolute displacement is obtained, and the relative displacement is derived from the difference.

振動検出部１５６は、可動マス１５０の移動方向に検出軸を合わせて対象構造物１１０に固定された、速度計または加速時計等で構成され、振動の強さ（対象構造物１１０の水平方向の速度や加速度、または、速度や加速度を１回または２回積分した相対変位）を検出する。また、上述した相対変位検出部１５４として速度計または加速度計が用いられる場合、その速度計または加速度計を当該振動検出部１５６として機能させることもできる。また、水平方向の絶対位置を、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて導出したり、上記速度計や加速時計のオフセットを排除するための参照値としてＧＰＳの出力を利用したりすることも可能である。 The vibration detection unit 156 is configured by a speedometer, an acceleration clock, or the like, which is fixed to the target structure 110 with the detection axis aligned with the moving direction of the movable mass 150, and has a vibration strength (horizontal direction of the target structure 110). Velocity or acceleration, or relative displacement obtained by integrating the velocity or acceleration once or twice). Further, when a speedometer or an accelerometer is used as the relative displacement detection unit 154 described above, the speedometer or the accelerometer can also function as the vibration detection unit 156. It is also possible to derive the absolute position in the horizontal direction using GPS (Global Positioning System), or to use the output of GPS as a reference value for eliminating the offset of the speedometer and acceleration clock. is there.

機械リミッタ１５８は、例えば、油圧緩衝器等で構成され、可動マス１５０の許容ストローク範囲を超えた移動を機械的に制限する。また、中央制御部１６２では、相対変位検出部１５４から相対変位を得ているので、上記機械リミッタ１５８に加えて、または機械リミッタ１５８に代えて、後述する変位制御系の指令値を固定することで、可動マス１５０の許容ストローク範囲を超えた移動をソフト的に制限するソフトリミッタを設けることもできる。 The mechanical limiter 158 is composed of, for example, a hydraulic shock absorber or the like, and mechanically limits movement of the movable mass 150 beyond the allowable stroke range. Further, since the central control unit 162 obtains the relative displacement from the relative displacement detection unit 154, in addition to the mechanical limiter 158 or instead of the mechanical limiter 158, a command value of a displacement control system described later is fixed. Thus, a soft limiter that softly restricts movement of the movable mass 150 beyond the allowable stroke range can be provided.

緩衝機能部１６０は、例えば、バネ（弾性体）１６０ａ、ダンパ（ショックアブソーバ）１６０ｂ、対象構造物１１０自体の減衰構造等で構成され、特にパッシブ制御において（厳密にはアクティブ制御時においても）、対象構造物１１０の振動を受動的に抑制する。 The buffer function unit 160 includes, for example, a spring (elastic body) 160a, a damper (shock absorber) 160b, a damping structure of the target structure 110 itself, and the like, particularly in passive control (strictly in active control), The vibration of the target structure 110 is passively suppressed.

例えば、バネ１６０ａは、対象構造物１１０と可動マス１５０とに狭装され、当該バネ１６０ａと可動マス１５０とによる新たな振動系を付加して対象構造物１１０の振動を抑制する。新たな振動系とは、対象構造物１１０と固有振動数を等しくして、なお力が働く方向が逆位相となる振動系である。したがって、バネ１６０ａは、対象構造物１１０が受ける外乱と逆位相の弾性力を対象構造物１１０に与えることができ、ひいては、対象構造物１１０の振動を抑制することができる。また、バネ１６０ａは、移動した可動マス１５０を、その弾性力により長い時定数で許容ストローク範囲の中央に戻す機能も有し、可動マス１５０が許容スロトーク範囲を超えてパッシブ制御が機能しなくなる事態を回避することも可能となる。 For example, the spring 160a is confined between the target structure 110 and the movable mass 150, and a new vibration system by the spring 160a and the movable mass 150 is added to suppress the vibration of the target structure 110. The new vibration system is a vibration system in which the natural frequency is made equal to that of the target structure 110 and the direction in which the force is applied is in the opposite phase. Therefore, the spring 160a can give the target structure 110 an elastic force having a phase opposite to that of the disturbance received by the target structure 110, and thus can suppress the vibration of the target structure 110. Further, the spring 160a also has a function of returning the moved movable mass 150 to the center of the allowable stroke range with a long time constant due to its elastic force, and the movable mass 150 exceeds the allowable strotalk range and the passive control does not function. Can also be avoided.

また、ダンパ１６０ｂは、バネ１６０ａ同様、対象構造物１１０と可動マス１５０とに狭装され、パッシブ制御において、対象構造物１１０が受ける振動エネルギーを熱エネルギーに変換して振動を減衰する。 Similarly to the spring 160a, the damper 160b is confined between the target structure 110 and the movable mass 150, and attenuates vibration by converting vibration energy received by the target structure 110 into heat energy in passive control.

中央制御部１６２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路により、制振装置１２０全体を管理および制御する。また、本実施形態において、中央制御部１６２は、駆動制御部１７０、制御切換部１７２としても機能する。 The central control unit 162 manages and controls the entire vibration damping device 120 by a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU), a ROM storing programs, a RAM as a work area, and the like. In the present embodiment, the central control unit 162 also functions as the drive control unit 170 and the control switching unit 172.

駆動制御部１７０は、変位指令生成部２００と、変位制御部２０２とからなり、振動検出部１５６で検出された振動の強さ（ここでは、対象構造物１１０の加速度）と相対変位検出部１５４で検出された相対変位とに応じて、対象構造物１１０の振動を抑制するように、アクチュエータ１５２を介して可動マス１５０を駆動制御する。 The drive control unit 170 includes a displacement command generation unit 200 and a displacement control unit 202, and the vibration intensity detected by the vibration detection unit 156 (here, the acceleration of the target structure 110) and the relative displacement detection unit 154. The movable mass 150 is driven and controlled via the actuator 152 so as to suppress the vibration of the target structure 110 in accordance with the relative displacement detected in step S1.

図５は、駆動制御部１７０の動作を説明するための制御ブロック図である。特に図５（ａ）では、変位指令生成部２００と変位制御部２０２とを含む駆動制御部１７０全体の制御ブロック図を、図５（ｂ）では、変位指令生成部２００に着目した制御ブロック図を示している。まず、変位指令生成部２００は、相対変位の指令値Ｄｃｏを生成し、変位制御部２０２は、その指令値Ｄｃｏに基づいて変位制御を行い、アクチュエータにトルク指令値Ｆｃを出力する。また、変位指令生成部２００や変位制御部２０２は、相対変位検出部１５４からフィードバックされる相対変位Ｄｒを取得する。 FIG. 5 is a control block diagram for explaining the operation of the drive control unit 170. 5A is a control block diagram of the entire drive control unit 170 including the displacement command generation unit 200 and the displacement control unit 202, and FIG. 5B is a control block diagram focusing on the displacement command generation unit 200. Is shown. First, the displacement command generation unit 200 generates a relative displacement command value Dco, and the displacement control unit 202 performs displacement control based on the command value Dco, and outputs a torque command value Fc to the actuator. Further, the displacement command generator 200 and the displacement controller 202 acquire the relative displacement Dr fed back from the relative displacement detector 154.

まず、変位指令生成部２００は、図５（ｂ）の如く、振動検出部１５６によって検出された対象構造物１１０の加速度Ａｒと、相対変位検出部１５４によって検出された相対変位Ｄｒそれぞれにおいて、対象構造物１１０の加速度を積分した速度および２回積分した変位ならびに相対変位を微分した相対速度にそれぞれ定数を乗じて加算することで、制振特性を与える相対変位の指令値Ｄｃｏを生成する。 First, as shown in FIG. 5B, the displacement command generation unit 200 performs object detection for each of the acceleration Ar of the target structure 110 detected by the vibration detection unit 156 and the relative displacement Dr detected by the relative displacement detection unit 154. A relative displacement command value Dco giving vibration damping characteristics is generated by multiplying a constant obtained by multiplying a velocity obtained by integrating the acceleration of the structure 110, a displacement obtained by integrating twice, and a relative velocity obtained by differentiating the relative displacement by a constant.

変位制御部２０２による変位制御系では、アウターループ（変位制御ループ）において、変位指令生成部２００で生成された相対変位の指令値Ｄｃｏと相対変位検出部１５４が検出した相対変位Ｄｒ（フィードバック）との差分に比例ゲインを乗じて可動マス１５０へ指令すべき相対速度の指令値Ｖｃが生成され、さらに、インナーループ（速度制御ループ）では、その相対速度の指令値Ｖｃと相対変位検出部１５４の微分値Ｖｒ（フィードバック）との差分にＰＩＤによる適切なゲインを乗じることでアクチュエータ１５２へのトルク指令値Ｆｃ（力指令値）を生成する。アクチュエータ１５２は、かかるトルク指令値Ｆｃを受けて可動マス１５０を駆動する。 In the displacement control system by the displacement control unit 202, in the outer loop (displacement control loop), the relative displacement command value Dco generated by the displacement command generation unit 200 and the relative displacement Dr (feedback) detected by the relative displacement detection unit 154 The relative speed command value Vc to be commanded to the movable mass 150 is generated by multiplying the difference between them by the proportional gain. Further, in the inner loop (speed control loop), the relative speed command value Vc and the relative displacement detection unit 154 A torque command value Fc (force command value) for the actuator 152 is generated by multiplying the difference from the differential value Vr (feedback) by an appropriate gain based on PID. The actuator 152 receives the torque command value Fc and drives the movable mass 150.

本実施形態の制御系には９０度遅れの位相制御が適用される。例えば、対象構造物１１０に振動が加わり、対象構造物１１０が固有振動数で揺れる場合には、加わる力に対して対象構造物１１０の絶対変位が理論上９０度遅れる。そこで、制御系全体として対象構造物１１０の揺れに対し９０度の位相遅れで速やかに水平移動することにより、可動マス１５０の慣性力を対象構造物１１０に作用させて対象構造物１１０自体の揺れを抑制することが可能となる。このようなアクティブ制御によって十分な制振効果を得ることができる。 A 90 degree delayed phase control is applied to the control system of this embodiment. For example, when vibration is applied to the target structure 110 and the target structure 110 swings at the natural frequency, the absolute displacement of the target structure 110 is theoretically delayed by 90 degrees with respect to the applied force. Therefore, the control system as a whole moves quickly with a phase delay of 90 degrees with respect to the shaking of the target structure 110, so that the inertial force of the movable mass 150 is applied to the target structure 110 to shake the target structure 110 itself. Can be suppressed. A sufficient damping effect can be obtained by such active control.

また、従来の制振装置では、力学的観点から運動方程式を用いているために可動マス１５０（アクチュエータ１５２）に対する制御系が、トルク等、力の作用（力制御）によって実行されていた。本実施形態では、まず、力制御の代わりに上述した変位制御を用いることで、可動マス１５０の水平位置を把握しつつ、制振効果を得ることができるので、可動マス１５０の許容ストローク範囲を変位制御系の中で制限することが可能となる。したがって、地震等により振動が大きくなった場合においても、可動マス１５０の機械リミッタ１５８への衝突を回避しつつ、十分な制振効果を得ることができる。 Further, in the conventional vibration damping device, since the equation of motion is used from a mechanical point of view, the control system for the movable mass 150 (actuator 152) is executed by the action of force (force control) such as torque. In the present embodiment, first, by using the displacement control described above instead of the force control, it is possible to obtain a vibration damping effect while grasping the horizontal position of the movable mass 150. Therefore, the allowable stroke range of the movable mass 150 is set. It is possible to limit within the displacement control system. Therefore, even when the vibration becomes large due to an earthquake or the like, a sufficient damping effect can be obtained while avoiding the collision of the movable mass 150 with the mechanical limiter 158.

ところで、本実施形態のように制振装置１２０を対象構造物１１０の頂部に設置する場合には、制振装置１２０における可動マス１５０の質量が大きいほど、また、可動マス１５０を水平方向に大きく移動させるほど、より大きな制振効果を得ることができる。したがって、十分に大きい制振性能を得るためには、設定された許容ストローク範囲内で駆動範囲を最大限確保することが重要である。 By the way, when installing the damping device 120 on the top of the target structure 110 as in the present embodiment, the larger the mass of the movable mass 150 in the damping device 120, the larger the movable mass 150 in the horizontal direction. The greater the movement, the greater the damping effect. Therefore, in order to obtain a sufficiently large vibration damping performance, it is important to ensure the maximum driving range within the set allowable stroke range.

しかし、図２を用いて説明したように、外乱が大きくなると、アクティブ制御による可動マス１５０の相対変位が大きくなりすぎて、許容ストローク範囲を超えた相対変位が必要になる。そのため、従来の制振装置では、単純に、外乱が任意の切換点以上の大きさになったことをもってアクティブ制御をパッシブ制御に切り換えていた。本実施形態では、アクティブ制御からパッシブ制御に切り換わる前段階において以下に示す可変ゲイン制御を実現することで、対象構造物１１０を効果的に保護する。 However, as described with reference to FIG. 2, when the disturbance increases, the relative displacement of the movable mass 150 by the active control becomes too large, and the relative displacement exceeding the allowable stroke range is required. For this reason, in the conventional vibration damping device, the active control is simply switched to the passive control when the disturbance becomes larger than an arbitrary switching point. In the present embodiment, the target structure 110 is effectively protected by realizing the variable gain control described below at the stage before switching from active control to passive control.

図５に戻って、変位指令生成部２００における可変ゲイン制御部２０４は、可動マス１５０が許容ストローク範囲内に収まるように相対変位の指令値Ｄｃを調整する。具体的に、可変ゲイン制御部２０４は、相対変位Ｄｒを許容される所定のストローク範囲内に抑えるべく１．０以下のゲイン値ｋを適宜選定し、対象構造物１１０の加速度を積分した速度および２回積分した変位ならびに相対変位を微分した相対速度にそれぞれ定数を乗じて加算した指令値Ｄｃｏに、選定されたゲイン値ｋを乗算して（Ｄｃ＝ｋ×Ｄｃｏ）、実際の指令値Ｄｃを導出する。可変ゲイン制御部２０４は、例えば、加算された指令値Ｄｃｏの平均値やピーク値を導出または予測し、その変動に応じて適切なタイミングで適切なゲイン値を選定する。 Returning to FIG. 5, the variable gain control unit 204 in the displacement command generation unit 200 adjusts the relative displacement command value Dc so that the movable mass 150 is within the allowable stroke range. Specifically, the variable gain control unit 204 appropriately selects a gain value k of 1.0 or less in order to keep the relative displacement Dr within a predetermined allowable stroke range, and the speed obtained by integrating the acceleration of the target structure 110 and The command value Dco obtained by multiplying the displacement obtained by integrating twice and the relative velocity obtained by differentiating the relative displacement and adding each to the constant is multiplied by the selected gain value k (Dc = k × Dco) to obtain the actual command value Dc. To derive. For example, the variable gain control unit 204 derives or predicts an average value or a peak value of the added command value Dco, and selects an appropriate gain value at an appropriate timing according to the fluctuation.

ここでは、変位制御部２０２によって変位制御が為されていることを前提に、その変位制御の指令値の絶対値の変動に応じて、制御の強さ（ゲイン）を適応的に調節し、その指令値自体を制限することで、相対変位を許容ストローク範囲内に収めつつ、高い制振効果を得ることが可能となる。 Here, on the premise that the displacement control is performed by the displacement control unit 202, the strength (gain) of the control is adaptively adjusted according to the fluctuation of the absolute value of the command value of the displacement control, By restricting the command value itself, it is possible to obtain a high vibration damping effect while keeping the relative displacement within the allowable stroke range.

図６は、アクティブ制御に可変ゲイン制御を採用した場合の等価減衰を説明するための説明図である。図６における横軸は対象構造物１１０に加わる外乱の大きさ、縦軸は対象構造物１１０の等価減衰を示している。風荷重や地震動により対象構造物１１０に外乱が加わると、対象構造物１１０は振動するが、上述したように、制振装置１２０によるアクティブ制御によって、能動的に可動マス１５０が水平移動され、対象構造物１１０の振動が抑制される。ここでは、さらに、可変ゲイン制御を用いているので、外乱が大きくなり所定値を超えると、所定の傾斜２１０を伴って等価減衰が低下する。したがって、制振性能自体は低下することとなる。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining equivalent attenuation when variable gain control is employed for active control. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the magnitude of the disturbance applied to the target structure 110, and the vertical axis indicates the equivalent attenuation of the target structure 110. When a disturbance is applied to the target structure 110 due to wind load or earthquake motion, the target structure 110 vibrates. However, as described above, the movable mass 150 is actively moved horizontally by the active control by the vibration damping device 120, and the target structure 110 is vibrated. The vibration of the structure 110 is suppressed. Here, since the variable gain control is further used, when the disturbance increases and exceeds a predetermined value, the equivalent attenuation decreases with a predetermined inclination 210. Therefore, the vibration damping performance itself is reduced.

図７は、可変ゲイン制御を適用した場合の制振性能の変化を説明するための説明図である。図７は、対象構造物１１０の周波数応答を示し、横軸は周波数を、縦軸は対象構造物１１０の振幅を示している。上述したように可変ゲイン制御によって相対変位の指令値Ｄｃを抑制しているので、外乱が大きくなるに連れて、図６に示す所定の傾斜２１０を伴って等価減衰が低下し、制振性能が低下して、図７の周波数応答においても白抜き矢印で示すように振幅が大きくなる。即ち、制振時における対象構造物１１０自体の揺れも外乱に応じて大きくなる。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a change in vibration suppression performance when variable gain control is applied. FIG. 7 shows the frequency response of the target structure 110, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the amplitude of the target structure 110. Since the relative displacement command value Dc is suppressed by the variable gain control as described above, as the disturbance increases, the equivalent attenuation decreases with the predetermined slope 210 shown in FIG. As shown by the white arrow in the frequency response of FIG. 7, the amplitude increases. That is, the vibration of the target structure 110 itself during vibration suppression also increases in accordance with the disturbance.

そして、アクティブ制御の許容ストロークが、パッシブ制御のそれよりも小さい場合には、可変ゲイン制御を用いたアクティブ制御を継続すると、加算された指令値Ｄｃｏも増大し続け、ゲイン値ｋが小さくなって、ついにはほぼ０となってしまい、加算された指令値Ｄｃｏの値によっては、可動マス１５０の指令値Ｄｃが０となる、即ち、対象構造物１１０に固定された（制振効果が無くなる）状態となることがある。このように可動マス１５０が固定された場合の等価減衰は、パッシブ制御の等価減衰より低いこととなるため、ある程度外乱が大きくなるとアクティブ制御を継続するより、パッシブ制御に切り換えるのが望ましいということになる。 When the active control allowable stroke is smaller than that of the passive control, if the active control using the variable gain control is continued, the added command value Dco continues to increase and the gain value k decreases. Finally, it becomes almost 0, and depending on the value of the added command value Dco, the command value Dc of the movable mass 150 becomes 0, that is, it is fixed to the target structure 110 (the damping effect is lost). It may become a state. Since the equivalent attenuation when the movable mass 150 is fixed in this way is lower than the equivalent attenuation of the passive control, it is preferable to switch to the passive control rather than to continue the active control when the disturbance becomes large to some extent. Become.

制御切換部１７２は、振動検出部１５６で検出された振動の強さ（外乱の大きさ）が所定の閾値以上となると、アクティブ制御をパッシブ制御に切り換えるべく、駆動制御部１７０の駆動制御を停止（切断）する。かかる駆動制御部１７０の駆動制御の停止は、例えば、パッシブ制御においては負荷となってしまうボールネジ１８４を可動マス１５０から機械的に切り離すことで実行される。 The control switching unit 172 stops the drive control of the drive control unit 170 in order to switch the active control to the passive control when the vibration intensity (disturbance magnitude) detected by the vibration detection unit 156 is equal to or greater than a predetermined threshold value. (Cut). The stop of the drive control of the drive control unit 170 is executed by mechanically separating the ball screw 184 that becomes a load in the passive control from the movable mass 150, for example.

図８は、アクティブ制御からパッシブ制御への切り換えを説明するための説明図である。図８（ａ）における横軸は対象構造物１１０に加わる外乱の大きさ、縦軸は対象構造物１１０の等価減衰を示している。風荷重や地震動により対象構造物１１０による外乱が大きくなると、可変ゲイン制御の作用によりアクティブ制御の等価減衰が低くなるので、制御切換部１７２は、外乱が所定の閾値に達すると、アクティブ制御をパッシブ制御に切り換える。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining switching from active control to passive control. In FIG. 8A, the horizontal axis indicates the magnitude of the disturbance applied to the target structure 110, and the vertical axis indicates the equivalent attenuation of the target structure 110. When the disturbance due to the target structure 110 increases due to wind load or earthquake motion, the equivalent attenuation of the active control decreases due to the action of the variable gain control. Therefore, when the disturbance reaches a predetermined threshold, the control switching unit 172 makes the active control passive. Switch to control.

ここでは、可変ゲイン制御により、等価減衰が低下した位置から、パッシブ制御に切り換わるので、制御方式切換による等価減衰の差分が、図２に示した単純切換に比べ格段に小さくなり、制御方式切換前後の対象構造物１１０の揺れの差が小さくなる。対象構造物１１０上にいる居住者や作業者に着目すると、従来では、制御方式の切換点ぎりぎりまでほぼ揺れを感じず、切換点を境に、いきなり大きな揺れを感じていたところ、本実施形態の制振装置１２０では、外乱が小さい時点から次第に揺れを感じ、その切換点においても、急激かつ不連続な揺れを感じることなく、徐々に大きくなる揺れに備えることができる。こうして、居住者等における制御方式切換による違和感や恐怖感を回避できる。 Here, since the variable gain control switches from the position where the equivalent attenuation is reduced to the passive control, the difference of the equivalent attenuation due to the control method switching becomes much smaller than the simple switching shown in FIG. The difference in shaking of the front and rear target structures 110 is reduced. Focusing on the residents and workers on the target structure 110, in the past, almost no shaking until the switching point of the control method, but suddenly feeling a large shaking at the switching point, this embodiment In the vibration damping device 120, it is possible to prepare for a gradually increasing vibration without feeling an abrupt and discontinuous vibration even at the switching point at which the vibration is gradually felt from the time when the disturbance is small. In this way, it is possible to avoid a sense of incongruity or fear due to switching of control methods among residents.

図８（ａ）を用いて説明したように、アクティブ制御に可変ゲイン制御を用いることで、アクティブ制御の等価減衰がパッシブ制御の等価減衰と等しくなる等点が存在することとなる。かかる等点は、例えば、図８（ｂ）に示す周波数応答において、アクティブ制御の周波数応答における振幅のピーク値が大きくなり、パッシブ制御の周波数応答における振幅のピーク値以上となる切換点に相当する。したがって、上述した所定の閾値は、駆動制御部１７０がアクティブ制御における周波数応答のピーク値が、パッシブ制御による周波数応答のピーク値以上となる振動の強さとするのが望ましい。このような所定の閾値は、予め定めておくことができるが、対象構造物１１０の改修等によるパッシブ制御の制振性能の変動に応じて定期的に変更したり、振動のスケールに応じて変更したりすることができる。 As described with reference to FIG. 8A, by using variable gain control for active control, there is an equal point where the equivalent attenuation of active control becomes equal to the equivalent attenuation of passive control. For example, in the frequency response shown in FIG. 8B, the equal point corresponds to a switching point where the peak value of the amplitude in the frequency response of the active control becomes large and becomes equal to or greater than the peak value of the amplitude in the frequency response of the passive control. . Therefore, it is desirable that the above-described predetermined threshold value be a vibration intensity at which the peak value of the frequency response in the active control by the drive control unit 170 is equal to or higher than the peak value of the frequency response by the passive control. Such a predetermined threshold can be determined in advance, but is periodically changed according to fluctuations in the vibration control performance of the passive control due to the modification of the target structure 110, or changed according to the vibration scale. You can do it.

こうすることで、制御方式の切り換えに対して等価減衰がシームレスに推移し、対象構造物１１０上にいる居住者や作業者は、急激かつ不連続な揺れを全く感じることなく、徐々に大きくなる揺れに備えることができる。また、アクティブ制御においても、外乱が大きくなるに連れて等価減衰を下げているので許容ストローク範囲に至ることはなく、図２と比較して、より大きな外乱に至るまでアクティブ制御を十分に機能させることが可能となる。こうして、微小振動から大地震までの幅広い振動を低減して、対象構造物１１０を効果的に保護することができる。 By doing so, the equivalent attenuation changes seamlessly with respect to the switching of the control method, and the resident or worker on the target structure 110 gradually increases without feeling any sudden and discontinuous shaking. Can be prepared for shaking. Also, in active control, the equivalent damping is lowered as the disturbance increases, so that the allowable stroke range is not reached, and the active control functions sufficiently until a larger disturbance is generated as compared with FIG. It becomes possible. Thus, it is possible to effectively protect the target structure 110 by reducing a wide range of vibrations from minute vibrations to large earthquakes.

また、かかる制振方式の切換は、大地震のような場合においては、瞬時に実行するのが望ましいが、風荷重や地震動等による不規則性を考慮した場合、数秒間の平均値をとってその平均値が所定値となってはじめて実行されるとしてもよい。こうして、振動が瞬間的にのみ大きくなった場合であっても、制御切換部１７２が敏感に反応しなくなるので、制振効果の高いアクティブ制御を維持することが可能となる。 In addition, it is desirable that such switching of vibration suppression methods be performed instantaneously in the case of a large earthquake, but taking into account irregularities due to wind loads, earthquake motion, etc., take an average value for several seconds. It may be executed only when the average value reaches a predetermined value. In this way, even when the vibration increases only momentarily, the control switching unit 172 does not react sensitively, so that active control with a high vibration damping effect can be maintained.

（制振方法）
次に、上述した制振装置１２０を用いた制振方法について説明する。図９は、制振方法の処理の流れを示すフローチャートである。制振装置１２０では、初期状態として、アクティブ制御が為され、駆動制御部１７０の変位指令生成部２００によって、振動検出部１５６で検出された振動の強さに応じて可動マス１５０の相対変位が許容ストローク範囲内に抑えられ、変位指令生成部２００と変位制御部２０２とによって対象構造物１１０の振動が抑制されている。 (Vibration control method)
Next, a vibration damping method using the above-described vibration damping device 120 will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing of the vibration suppression method. In the vibration damping device 120, active control is performed as an initial state, and the relative displacement of the movable mass 150 is changed according to the strength of vibration detected by the vibration detection unit 156 by the displacement command generation unit 200 of the drive control unit 170. The vibration is suppressed within the allowable stroke range, and the vibration of the target structure 110 is suppressed by the displacement command generator 200 and the displacement controller 202.

具体的に、変位指令生成部２００は、振動検出部１５６によって検出された対象構造物１１０の加速度Ａｒと、相対変位検出部１５４によって検出された相対変位Ｄｒとを取得し（Ｓ３００）、対象構造物１１０の加速度を積分した速度および２回積分した変位ならびに相対変位を微分した相対速度にそれぞれ定数を乗じて加算することで仮の相対変位の指令値Ｄｒｏを生成する（Ｓ３０２）。さらに、変位指令生成部２００は、可変ゲイン制御部２０４を通じて、相対変位Ｄｒを許容される所定のストローク範囲内に抑えるべく１．０以下のゲイン値ｋを適宜選定し、仮の指令値Ｄｃｏに、選定されたゲイン値ｋを乗算して（Ｄｃ＝ｋ×Ｄｃｏ）、実際の指令値Ｄｃを導出する（Ｓ３０４）。 Specifically, the displacement command generation unit 200 acquires the acceleration Ar of the target structure 110 detected by the vibration detection unit 156 and the relative displacement Dr detected by the relative displacement detection unit 154 (S300). A temporary relative displacement command value Dro is generated by multiplying and adding a constant to the velocity obtained by integrating the acceleration of the object 110, the displacement obtained by integrating twice, and the relative velocity obtained by differentiating the relative displacement (S302). Further, the displacement command generation unit 200 appropriately selects a gain value k of 1.0 or less through the variable gain control unit 204 so as to keep the relative displacement Dr within a permitted stroke range, and sets the temporary command value Dco. Then, the selected gain value k is multiplied (Dc = k × Dco) to derive the actual command value Dc (S304).

変位制御部２０２は、アウターループ（変位制御ループ）において、変位指令生成部２００で生成された相対変位の指令値Ｄｃｏと相対変位検出部１５４が検出した相対変位Ｄｒ（フィードバック）との差分に比例ゲインを乗じて可動マス１５０へ指令すべき相対速度の指令値Ｖｃを生成し（Ｓ３０６）、さらに、インナーループ（速度制御ループ）では、その相対速度の指令値Ｖｃと相対変位検出部１５４の微分値Ｖｒ（フィードバック）との差分にＰＩＤによる適切なゲインを乗じることでアクチュエータ１５２へのトルク指令値Ｆｃ（力指令値）を生成する（Ｓ３０８）。アクチュエータ１５２は、かかるトルク指令Ｆｃ値を受けて可動マス１５０を駆動する（Ｓ３１０）。 In the outer loop (displacement control loop), the displacement controller 202 is proportional to the difference between the relative displacement command value Dco generated by the displacement command generator 200 and the relative displacement Dr (feedback) detected by the relative displacement detector 154. A command value Vc for the relative speed to be commanded to the movable mass 150 is generated by multiplying the gain (S306). Furthermore, in the inner loop (speed control loop), the command value Vc for the relative speed and the differential of the relative displacement detector 154 are generated. A torque command value Fc (force command value) for the actuator 152 is generated by multiplying the difference from the value Vr (feedback) by an appropriate gain based on PID (S308). The actuator 152 receives the torque command Fc value and drives the movable mass 150 (S310).

そして、制御切換部１７２は、振動検出部１５６で検出された振動の強さが所定の閾値以上であるか否か判定し（Ｓ３１２）、所定の閾値未満であれば（Ｓ３１２におけるＮＯ）、また、情報取得ステップＳ３００からを繰り返し、可変ゲイン制御を伴うアクティブ制御を継続する。したがって、振動が大きくなるに連れ、図８に示したように、等価減衰が緩やかに低下し、可動マス１５０が許容ストローク範囲内で有効に機能するものの、対象構造物１１０の揺れは少しずつ大きくなる。 Then, the control switching unit 172 determines whether or not the intensity of vibration detected by the vibration detection unit 156 is greater than or equal to a predetermined threshold (S312), and if less than the predetermined threshold (NO in S312), The information acquisition step S300 is repeated and active control with variable gain control is continued. Therefore, as the vibration increases, as shown in FIG. 8, the equivalent damping gradually decreases and the movable mass 150 functions effectively within the allowable stroke range, but the vibration of the target structure 110 increases little by little. Become.

上記の振動判定ステップＳ３１２において、振動の強さが所定の閾値以上であると判定されると、即ち、アクティブ制御の等価減衰がパッシブ制御の等価減衰より劣ると、（Ｓ３１２におけるＹＥＳ）、制御切換部１７２は、アクティブ制御をパッシブ制御に切り換えるべく、駆動制御部１７０の駆動制御を停止する（Ｓ３１４）。 If it is determined in the vibration determination step S312 that the vibration intensity is greater than or equal to a predetermined threshold value, that is, if the equivalent attenuation of the active control is inferior to the equivalent attenuation of the passive control (YES in S312), the control switching is performed. The unit 172 stops the drive control of the drive control unit 170 in order to switch the active control to the passive control (S314).

上記の制振方法によっても、アクティブ制御からパッシブ制御へのスムーズな切換により、対象構造物１１０を効果的に保護することが可能となる。 Also by the above vibration damping method, the target structure 110 can be effectively protected by smooth switching from active control to passive control.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.

例えば、上述した実施形態において、対象構造物１１０として建築物を例に挙げて説明したが、対象構造物１１０は建築物に限らず、例えば、海洋構造物等、水平方向の振動を受け得る様々な物を対象とすることができる。建築物が地震等の影響を受けることは少ないが、例えば、海洋構造物は、水面に浮いているだけなので、波や風の影響により大きな振動を受ける機会が多い。したがって、このようなアクティブ制御とパッシブ制御の切換が実行される機会も多く、本実施形態のようなアクティブ制御からパッシブ制御へのスムーズな切換により、対象構造物１１０を効果的に保護することが可能となる。 For example, in the above-described embodiment, the building structure has been described as an example of the target structure 110. However, the target structure 110 is not limited to a building, and various kinds of horizontal vibrations such as an offshore structure may be used. You can target anything. Although buildings are rarely affected by earthquakes and the like, for example, marine structures are only floating on the surface of the water, so there are many opportunities to receive large vibrations due to the effects of waves and wind. Therefore, there are many occasions where switching between active control and passive control is executed, and the target structure 110 can be effectively protected by smooth switching from active control to passive control as in the present embodiment. It becomes possible.

なお、本明細書の制振方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 Note that each step in the vibration damping method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include parallel or subroutine processing.

本発明は、対象構造物に加わる振動を低減して対象構造物を効果的に保護する制振装置および制振方法に利用することができる。 The present invention can be used in a vibration damping device and a vibration damping method that effectively protect a target structure by reducing vibration applied to the target structure.

１１０ …対象構造物
１２０ …制振装置
１５０ …可動マス
１５２ …アクチュエータ
１５４ …相対変位検出部
１５６ …振動検出部
１６０ …緩衝機能部
１７０ …駆動制御部
１７２ …制御切換部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Target structure 120 ... Damping apparatus 150 ... Movable mass 152 ... Actuator 154 ... Relative displacement detection part 156 ... Vibration detection part 160 ... Buffer function part 170 ... Drive control part 172 ... Control switching part

Claims

対象構造物上を水平方向に移動自在に設けられた可動マスと、
前記可動マスを駆動するアクチュエータと、
前記対象構造物と前記可動マスとの水平方向の相対変位を検出する相対変位検出部と、
前記対象構造物の振動の強さを検出する振動検出部と、
前記振動検出部で検出された振動の強さに応じて、前記相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑え、かつ前記振動を抑制するように、前記アクチュエータを介して前記可動マスを駆動制御する駆動制御部と、
前記対象構造物の振動を受動的に抑制する緩衝機能部と、
前記振動検出部で検出された振動の強さが所定の閾値以上となると、前記駆動制御部の駆動制御を停止する制御切換部と、
を備え、
前記所定の閾値は、前記駆動制御部が実行する、前記相対変位検出部で検出される相対変位を前記許容される所定のストローク範囲内に抑える制御による周波数応答のピーク値が、前記緩衝機能部による周波数応答のピーク値以上となる振動の強さであることを特徴とする制振装置。 A movable mass provided to be movable in a horizontal direction on the target structure;
And A click Chueta for driving the movable mass,
A relative displacement detector that detects a horizontal relative displacement between the target structure and the movable mass;
A vibration detection unit for detecting the strength of vibration of the target structure;
The actuator is configured to suppress the relative displacement detected by the relative displacement detection unit within an allowable stroke range and to suppress the vibration according to the intensity of the vibration detected by the vibration detection unit. A drive control unit for driving and controlling the movable mass via
A buffer function unit that passively suppresses vibration of the target structure;
A control switching unit that stops the drive control of the drive control unit when the intensity of vibration detected by the vibration detection unit is equal to or greater than a predetermined threshold;
Equipped with a,
The predetermined threshold is a peak value of a frequency response by the control executed by the drive control unit to suppress the relative displacement detected by the relative displacement detection unit within the allowable predetermined stroke range. vibration damping device according to claim intensity der Rukoto of vibration equal to or larger than the peak value of the frequency response by.

対象構造物上を水平方向に移動自在に設けられた可動マスと、該可動マスを駆動するアクチュエータと、該対象構造物と該可動マスとの水平方向の相対変位を検出する相対変位検出部と、該対象構造物の振動の強さを検出する振動検出部と、該対象構造物の振動を受動的に抑制する緩衝機能部とを用いて、該対象構造物を制振する制振方法であって、
前記振動検出部で検出された振動の強さに応じて、前記相対変位検出部で検出される相対変位を許容される所定のストローク範囲内に抑え、かつ前記振動を抑制するように、前記アクチュエータを介して前記可動マスを駆動制御し、
前記振動検出部で検出された振動の強さが、前記相対変位検出部で検出される相対変位を前記許容される所定のストローク範囲内に抑える制御による周波数応答のピーク値が、前記緩衝機能部による周波数応答のピーク値以上となる振動の強さ以上となると、前記駆動制御部の駆動制御を停止することを特徴とする制振方法。 A movable mass provided on the target structure so as to be movable in the horizontal direction, an actuator for driving the movable mass, and a relative displacement detector for detecting a horizontal relative displacement between the target structure and the movable mass, A damping method for damping the target structure using a vibration detection unit that detects the strength of vibration of the target structure and a buffer function unit that passively suppresses vibration of the target structure. There,
The actuator is configured to suppress the relative displacement detected by the relative displacement detection unit within an allowable stroke range and to suppress the vibration according to the intensity of the vibration detected by the vibration detection unit. The movable mass is driven and controlled via
The peak value of the frequency response by the control that suppresses the relative displacement detected by the relative displacement detecting unit within the allowable predetermined stroke range is the vibration intensity detected by the vibration detecting unit. The vibration control method is characterized in that the drive control of the drive control unit is stopped when the vibration intensity is equal to or higher than the peak value of the frequency response due to.