JPH0249874A - Damping method and device thereof - Google Patents
Damping method and device thereofInfo
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Landscapes
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、アクチュエータ等の動力手段から加えられる
制振力で長周期性構造物を制振するに際して、構造物に
入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び動力
手段からの入力による構造物の応答を検出し、動力手段
の伸縮変位量を、入力される地震動に応じたフィードフ
ォワード制御と構造物の応答に従うフィードバック制御
とを重ね合せて制御するようにした制振方法及びその装
置に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention is designed to prevent seismic motion input into a structure in advance when damping a long-period structure using a damping force applied from a power means such as an actuator. At the same time, the response of the structure due to the input from the seismic motion and the power means is detected, and the amount of expansion and contraction of the power means is controlled by superimposing feedforward control according to the input seismic motion and feedback control according to the response of the structure. The present invention relates to a controlled vibration damping method and device.
（従来の技術）
地震動などに対して構造物の揺れを規制するための制振
手法としては、様々なものが案出されている。例えば、
地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ等で構
成した滑り支承材などの長周期化手段を介して支持した
構造物と地盤との間に地動方向に伸縮駆動されるアクチ
ュエータ等の動力手段を設け、この動力手段に地震動と
逆方向の制振力を発生させるようにして、移動する地盤
に対して構造物を絶縁し且つ構造物をできる限り一定位
置に維持するように考えられた制振機構などが知られて
いる（日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）（昭和
６２年１０月） ｐ、９０５−９０８等がある）。(Prior Art) Various vibration damping methods have been devised for regulating the shaking of structures due to earthquake motions and the like. for example,
A power means such as an actuator that is driven to extend and contract in the direction of ground motion is installed between the structure supported on the ground via a long-period means such as an isolator made of laminated rubber, a sliding bearing member made of rollers, etc., and the ground. A damping system designed to insulate the structure from the moving ground and maintain the structure in a constant position as much as possible by using this power means to generate a damping force in the opposite direction to the seismic motion. The mechanism is known (see Architectural Institute of Japan Conference Academic Lecture Abstracts (Kinki) (October 1986) p. 905-908).
ここに本出願人は、このような制振機構における動力手
段と構造物または地盤との結合構造に関し、伝達される
制御信号に対する動力手段の作動遅れやフィードバック
制御を採用した場合の制御系の発振などを考慮して、動
力手段に、その力伝達方向に弾発する弾発手段を取付け
て制振装置を構成することを考えている。Regarding the coupling structure between the power means and the structure or the ground in such a vibration damping mechanism, the present applicant hereby proposes that the oscillation of the control system may be prevented when the power means is delayed in response to the transmitted control signal or when feedback control is adopted. In consideration of the above, we are considering configuring a vibration damping device by attaching an elastic means to the power means to generate elastic force in the direction of force transmission.
すなわち、動力手段は伝達される制御信号、特に信号中
の高周波成分に対して極端な作動遅れを生ずるが、動力
手段と構造物とを直接結合して構成した場合、作動が遅
れる動力手段の挙動が制置ではなく、反対に構造物の揺
れを増幅させてしまうおそれがある。これに対し弾発手
段を取付けた場合には、高周波成分に対応する動力手段
の挙動は弾発手段によってカットでき、動力手段が制振
とは反対に作用してもその挙動を弾発手段で抑制して動
力手段の作動遅れによる悪影響を取り除くことができる
。In other words, the power means causes an extreme delay in operation with respect to the transmitted control signal, especially the high frequency component in the signal, but when the power means and the structure are directly connected, the behavior of the power means is such that the operation is delayed. However, rather than being a restraint, there is a risk that the shaking of the structure will be amplified. On the other hand, when a resilient means is installed, the behavior of the power means corresponding to high frequency components can be cut by the resilient means, and even if the power means acts in the opposite direction to damping, the behavior can be controlled by the resilient means. It is possible to suppress the adverse effects caused by the delay in the operation of the power means.
またフィードバック制御においては、構造物から検出さ
れ制御に利用されるフィードバック信号に高周波成分が
含まれていると制御系の発振の原因となるが、弾発手段
の介在により、構造物で検出される信号から高周波成分
をカットでき、制御の安定性を向上して動力手段に充分
な制振作用を発揮させることができる。In addition, in feedback control, if the feedback signal detected from the structure and used for control contains a high frequency component, it will cause oscillation of the control system, but due to the intervention of the elastic means, the feedback signal detected by the structure and used for control will cause oscillation of the control system. It is possible to cut high frequency components from the signal, improve control stability, and enable the power means to exert sufficient vibration damping action.
このように弾発手段を備えることにより、制御信号に含
まれる高周波成分に動力手段が応動して制振力を付与す
べき動力手段によって構造物の揺れが増幅されたり、制
御系の発振によって動力手段が充分な制振作用を発揮で
きなくなるのを防止することができる制振機構を考えて
いる。By providing the resilient means in this way, the power means responds to the high frequency components included in the control signal, and the shaking of the structure is amplified by the power means that should apply damping force, or the oscillation of the control system causes the power means to respond to the high frequency components contained in the control signal. We are considering a vibration damping mechanism that can prevent the means from being unable to exert sufficient damping action.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このように地震力及び制振力が相互に作
用する動力手段の力伝達系に弾発手段を介設した振動系
では、弾発手段を備えていない振動系と異なり、弾発手
段の存在を加味した上での動力手段の適切な制御を行な
わないと好ましい制振効果を得ることができない。この
ため、このような弾発手段を備えた振動系における適当
な制振制御方法並びにその装置の案出が望まれている。(Problem to be solved by the invention) However, in a vibration system in which an elastic means is interposed in the force transmission system of the power means in which seismic force and damping force interact with each other, the elastic means is not provided. Unlike a vibration system, a desirable vibration damping effect cannot be obtained unless the power means is appropriately controlled in consideration of the presence of the resilient means. Therefore, it is desired to devise an appropriate vibration damping control method and device for a vibration system equipped with such an elastic means.
本発明の目的は、地震力及び制振力が相互に作用する動
力手段の力伝達系に弾発手段を備えて、動力手段から加
えられる制振力で長周期性構造物を制振するに際して、
弾発手段を含む振動系に対して好適な制振制御方法並び
にその装置を提供することにある。An object of the present invention is to equip a force transmission system of a power means in which seismic force and damping force interact with each other, and to damp a long-period structure with the damping force applied from the power means. ,
It is an object of the present invention to provide a suitable vibration damping control method and device for a vibration system including an elastic means.
（課題を解決するための手段と作用）
本発明は、地盤上に長周期化手段を介して支持された構
造物を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し構造
物と地盤との間で地動方向に伸縮駆動されて構造物に制
振力を伝達する動力手段によって制振するに際し、構造
物に入力される地震動を予め検出すると共に地震動及び
動力手段からの入力による構造物の応答を検出し、動力
手段の伸縮変位量を、人力される地震動に応じたフィー
ドフォワード制御と構造物の応答に従うフィードバック
制御とを重ね合せて制御するようになっている。(Means and effects for solving the problem) The present invention has a resilient means for resiliently repelling a structure supported on the ground via a long period lengthening means in the direction of force transmission, and the structure and the ground are connected to each other. When damping vibrations using a power means that is driven to expand and contract in the direction of ground motion and transmit damping force to the structure, the seismic motion input to the structure is detected in advance, and the vibration of the structure due to the earthquake motion and the input from the power means is detected. The response is detected, and the amount of expansion/contraction displacement of the power means is controlled by superimposing feedforward control according to human-powered seismic motion and feedback control according to the response of the structure.
そして、弾発手段の存在を加味した上で動力手段の伸縮
変位量の制御を施すことにより、弾発手段の機能を活か
しつつ動力手段による制振制御を行なうようになってい
る。By controlling the amount of expansion and contraction of the power means in consideration of the presence of the resilient means, vibration damping control by the power means can be performed while taking advantage of the function of the resilient means.
また本発明は、地盤と地盤上に長周期化手段を介して支
持された構造物との間に設けられ、地動方向に伸縮駆動
されて構造物に制振力を伝達する動力手段と、動力手段
に取付けられその力伝達方向に弾発する弾発手段と、構
造物に入力される地震動を予め検出する第１の検出手段
と、地震動並びに動力手段からの入力による構造物の応
答を検出する第２の検出手段と、これら検出手段からの
検出信号に応じて動力手段の伸縮変位量を、入力される
地震動に応じたフィードフォワード制御並びに構造物の
応答に従うフィードバック制御を重ね合せて制御する制
御手段とを備えて構成され、弾発手段の機能を活かしつ
つ構造物に入力される地震動並びに構造物の応答に基づ
き動力手段の伸縮変位を制御対象として制振制御を行な
うようになっている。The present invention also provides a power means that is provided between the ground and a structure supported on the ground via a long period lengthening means, and that is driven to expand and contract in the direction of ground motion to transmit damping force to the structure; a first detection means that detects in advance seismic motion input to the structure; and a first detection means that detects the response of the structure due to the earthquake motion and input from the power means. 2 detection means, and a control means for controlling the expansion/contraction displacement amount of the power means according to the detection signals from these detection means by superimposing feedforward control according to the input seismic motion and feedback control according to the response of the structure. It is configured to take advantage of the function of the explosive means and perform vibration damping control by controlling the expansion and contraction displacement of the power means based on the seismic motion input to the structure and the response of the structure.
（実 施 例）
以下に、本発明の好適実施例を添付図面に従って詳述す
る。(Embodiments) Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図に示すように、凹部１が区画形成された地盤２上には
、その凹部１内に長周期化手段３を介して支持されて構
造物４が建設され、この構造物４は長周期化手段３によ
って長周期化されて構成される。本実施例にあっては長
周期化手段３として、適当な高さを有し且つ凹部１内に
間隔を隔てて配設された複数の積層ゴムが例示されてい
る。なお、長周期化手段３としては、積層ゴムに限らず
、滑り支承材、ベアリング、ソフトストリ、磁気浮上手
段などを採用してもよい。As shown in the figure, a structure 4 is built on the ground 2 in which a recess 1 is defined, supported within the recess 1 via a lengthening means 3. The period is made longer by the means 3. In this embodiment, as the period lengthening means 3, a plurality of laminated rubbers having an appropriate height and arranged at intervals within the recess 1 are illustrated. Note that the period lengthening means 3 is not limited to laminated rubber, but may also be a sliding support material, a bearing, a soft strip, a magnetic levitation means, or the like.
このように構成された構造物４と地盤２との間には、地
震時における地動方向に伸縮駆動されて構造物４に割振
力を伝達作用させる油圧シリンダなどの動力手段５が設
けられる。具体的には動力手段５は、凹部１の垂直壁１
ａとこれに相対向する構造物４の下層部分との間に、地
震の横揺れ方向に沿ってほぼ水平に設けられる。またこ
の動力手段５は、構造物４の周囲に間隔を隔てて複数配
設され、様々な方向性の地震に対応できるようになって
いる。A power means 5 such as a hydraulic cylinder that is driven to expand and contract in the direction of ground motion during an earthquake to transmit an allocation force to the structure 4 is provided between the structure 4 and the ground 2 configured in this manner. Specifically, the power means 5 operates on the vertical wall 1 of the recess 1.
A and the lower part of the structure 4 facing it, it is provided substantially horizontally along the direction of the earthquake's lateral shaking. Further, a plurality of power means 5 are arranged at intervals around the structure 4 so as to be able to cope with earthquakes of various directions.
そしてこの動力手段５には、その力伝達方向に弾発する
スプリングなどの弾発手段６が取付けられる。図示例に
あっては弾発手段６は、動力手段５と構造物４との間に
取付けられているが、力の伝達方向であれば、動力手段
５と地盤２側の凹部垂直ｕ １ ａとの間であっても良
い。そしてこの弾発手段６は、制御信号に含まれる高周
波成分に動力手段５が応動して割振力を付与すべき動力
手段５によって構造物４の揺れが増幅されたり、制御系
の発振によって動力手段５が充分な制振作用を発揮でき
なくなるのを防止するように機能する。A resilient means 6, such as a spring, is attached to the power means 5, and is resilient in the direction of force transmission. In the illustrated example, the explosive means 6 is installed between the power means 5 and the structure 4, but in the direction of force transmission, the recess vertical to the power means 5 and the ground 2 side u 1 a It may be between. The triggering means 6 is configured such that the swinging of the structure 4 is amplified by the power means 5 which should apply an allocated force in response to the high frequency component included in the control signal, or the power means 5 is caused by the oscillation of the control system. 5 from being unable to exert a sufficient vibration damping effect.
他方地盤２側には、地震時に構造物４に入力される地震
動（地盤の地動変位及び地動速度等）を予め検出する第
１の検出手段７が設置される。また構造物４内には、地
震動並びに動力手段５からの入力による構造物４の応答
を検出する第２の検出手段１０が設置される。そしてこ
れら検出手段７．１０には、検出信号を増幅するための
増幅器８を介してコンピュータなどの制御手段９が接続
される。この制御手段９は動力手段５に接続され、これ
ら検出手段７，１０からの検出信号に応じて動力手段５
の伸縮変位量を、入力される地震動に応じたフィードフ
ォワード制御並びに構造物４の応答に従うフィードバッ
ク制御を重ね合せて制御する機能を有する。フィードバ
ック制御は、地震動の作用及び動力手段５の作用による
構造物４の応答が検出手段１０によって常に検出され、
この検出量が制御手段９で処理されてその制御信号が動
力手段５に常に帰還されるようになっている。On the other hand, on the ground 2 side, a first detection means 7 is installed to detect in advance seismic motion (ground motion displacement, ground motion velocity, etc.) input to the structure 4 during an earthquake. Further, inside the structure 4, a second detection means 10 is installed to detect earthquake motion and the response of the structure 4 due to input from the power means 5. A control means 9 such as a computer is connected to these detection means 7 and 10 via an amplifier 8 for amplifying the detection signal. This control means 9 is connected to the power means 5, and the power means 5 responds to detection signals from these detection means 7 and 10.
It has a function of superimposing feedforward control according to the input seismic motion and feedback control according to the response of the structure 4 to control the amount of expansion/contraction displacement of the structure 4 . Feedback control is such that the response of the structure 4 due to the action of seismic motion and the action of the power means 5 is always detected by the detection means 10,
This detected amount is processed by the control means 9 and its control signal is constantly fed back to the power means 5.
なお、増幅器８並びに制御手段９の設置位置は、図示の
ように構造物４内であっても、地盤２側であっても良い
。The amplifier 8 and the control means 9 may be installed inside the structure 4 as shown in the figure, or on the ground 2 side.
ここで、■本発明の制振手法の概念、■制御手段９の制
御量として動力手段５の伸縮変位量を採用した点、並び
に■制御手法（フィードフォワード、フィードバック）
の点について説明する。Here, ■The concept of the vibration damping method of the present invention, ■The point that the expansion/contraction displacement amount of the power means 5 is adopted as the control amount of the control means 9, and ■The control method (feed forward, feedback)
This point will be explained below.
■について
本発明は、弾発手段６を備えた制振系に対応する特有の
制御関数を制御手段９内に設定し、この制御関数に基づ
いて動力手段５の伸縮変位量を制御して制振を達成する
ようになっている。Regarding (2), the present invention sets a specific control function corresponding to the vibration damping system equipped with the elastic means 6 in the control means 9, and controls the amount of expansion/contraction displacement of the power means 5 based on this control function. It is supposed to achieve the swing.
まず、構造物４に入力される地震動を予め検出し、動力
手段５の伸縮変位量を、入力される地震動でフィードフ
ォワード制御することについて説明する。First, a method will be described in which seismic motion input to the structure 4 is detected in advance and the amount of expansion/contraction displacement of the power means 5 is feedforward controlled using the input seismic motion.
長周期化手段３によって支持された構造物４に動力手段
５の制御力を作用させることによって、地震時の地動に
よる構造物４の揺れを抑制する場合の基本的な振動方程
式は、次のように表現される。The basic vibration equation for suppressing the shaking of the structure 4 due to ground motion during an earthquake by applying the control force of the power means 5 to the structure 4 supported by the period lengthening means 3 is as follows. is expressed in
ｍ ”ｙｊ ＋ ｃ ｘ ＋ ｋ Ｘ−１−ｍ ｙ ＋
Ｆ −（１）ｍ：構造物４固有の質量
Ｃ：構造物４固有の減衰係数
に：長周期化手段３の弾発係数
に：構造物４の地盤２に対する相対速度Ｘ：構造物４の
地盤２に対する相対速度Ｘ：構造物４の地盤２に対する
相対変位シ：地動加速度
Ｆ：動力手段５の制御力
ここに動力手段５の力伝達系には弾発手段６が介設され
ているので、（１）式の動力手段５の制御力Ｆの内容は
次のように書き直すことができる。m ”yj + c x + k X-1-m y +
F - (1) m: Mass specific to the structure 4 C: Damping coefficient specific to the structure 4: Resilience coefficient of the lengthening means 3: Relative velocity of the structure 4 to the ground 2 X: Mass of the structure 4 Relative velocity with respect to the ground 2 , the content of the control force F of the power means 5 in equation (1) can be rewritten as follows.
Ｆｍｋａ （ｚ−ｘ）
・・・ （２）
ｋａ二弾発手段の弾発係数
２：動力手段の伸縮変位量
ここで（２）式を（１）式に代入する。この際、地動変
位ｙと構造物４の地盤２に対する相対変位Ｘとを重ね合
せた静止系（絶対系）に対する絶対応答変位、絶対応答
速度等で整理すると、次のようになる。Fmka (z-x) (2) Resilience coefficient 2 of ka2 elastic means: Expansion/contraction displacement amount of power means Here, equation (2) is substituted into equation (1). At this time, when the ground motion displacement y and the relative displacement X of the structure 4 with respect to the ground 2 are superimposed, the absolute response displacement, absolute response speed, etc. for a stationary system (absolute system) are summarized as follows.
ｍ （ｘ＋ｙ）＋ｃ にｃ＋シ）
＋（ｋ＋ｋａ）（ｘ＋ｙ）＝
ｃｙ＋ （ｋ＋ｋａ）ｙ＋ｋａｚ−（３）このように
表現された（３）式は、左辺が上述の構造の絶対系での
振動特性を、右辺が外力の内容となっている。そして上
記の構造物４の絶対応答が零となるためには、右辺の内
容、すなわち外力の項が零となれば良い。換言すれば、
外力の項が０となれば、構造物４の絶対応答は０となる
。m (x+y)+c to c+shi)+(k+ka)(x+y)=cy+(k+ka)y+kaz-(3)Equation (3) expressed in this way has the vibration characteristics in the absolute system of the above structure on the left side. , the right-hand side is the content of the external force. In order for the absolute response of the structure 4 to become zero, the content on the right side, that is, the term of the external force, needs to become zero. In other words,
If the external force term becomes 0, the absolute response of the structure 4 becomes 0.
そこで（３）式を右辺−〇として、動力手段５の伸縮変
位量２で式を整理すると、次のように表わされる。Therefore, if the right-hand side of equation (3) is set to -0, and the equation is rearranged using the expansion/contraction displacement amount 2 of the power means 5, it is expressed as follows.
ｃｙ＋ （ｋ＋ｋａ）ｙ＋ｋａｚ−０ｚ −−（ｃｉ
＋ （ｋ＋ｋａ）ｙｌ −（４）ａ
これは構造物４を、絶対系に対して静止させることがで
きる制御量である。そしてこの値２と構造物４の絶対応
答とが等しい値となれば、そのときの動力手段５の伸縮
変位ｊｌｚは構造物４を地動に拘らず一定位置に維持で
きている（絶対制振状態）ことになる。cy+ (k+ka)y+kaz-0z --(ci
+(k+ka)yl-(4)a This is a control amount that can make the structure 4 stationary with respect to the absolute system. If this value 2 and the absolute response of the structure 4 are equal, then the expansion/contraction displacement jlz of the power means 5 can maintain the structure 4 in a constant position regardless of ground motion (absolute vibration damping state). ).
このようにして、地震力及び制振力が相互に作用する動
力手段５の力伝達系に弾発手段６を新設した振動系にお
いて、新たに導出された上記（４）式を制御手段９の制
御関数とし、検出手段７の検出量として構造物に入力さ
れる地震動、すなわち地動変位ｙ及び地動速度９を採用
して動力手段５の伸縮変位量２のフィードフォワード制
御を行なうことにより、弾発手段６の存在を加味した上
で、弾発手段６にその機能を発揮させつつ動力手段５に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。In this way, in a vibration system in which the elastic means 6 is newly added to the force transmission system of the power means 5 in which seismic force and damping force interact, the newly derived equation (4) is applied to the control means 9. By using the seismic motion input to the structure as the control function and the amount detected by the detection means 7, that is, the ground motion displacement y and the ground motion velocity 9, and performing feedforward control of the expansion/contraction displacement amount 2 of the power means 5, the Taking into account the existence of the means 6, it is possible to output an appropriate vibration damping control signal to the power means 5 while allowing the resilient means 6 to perform its function, and an excellent vibration damping effect can be obtained.
なお、上記（４）式に関し、構造物４固有の減衰係数Ｃ
が弾発手段６の弾性係数ｋａに比較して極めて小さい場
合には、Ｃ？ ／ ｋ ａの値は無視できる゛ので、制
御上は省略しても良い。Regarding the above equation (4), the damping coefficient C specific to the structure 4
is extremely small compared to the elastic coefficient ka of the elastic means 6, then C? Since the value of /ka can be ignored, it may be omitted for control purposes.
また地動変位ｙ及び地動速度９を検出する検出手段７と
しては、これら値を各別独立に検出する変位計及び速度
計で構成しても良いし、単一の速度計を設置し、この速
度計の検出地動速度シを積分して地動変位ｙを検出する
ようにしても良い。Further, the detection means 7 for detecting the ground motion displacement y and the ground motion velocity 9 may be composed of a displacement meter and a speed meter that detect these values independently, or a single speed meter may be installed and the speed The ground motion displacement y may be detected by integrating the ground motion velocity y detected by the meter.
次に、地震動及び動力手段５からの入力による構造物４
の応答を検出し、動力手段５の伸縮変位量を、その構造
物４の応答でフィードバック制御することについて説明
する。Next, the structure 4 due to earthquake motion and input from the power means 5
A description will be given of how the response of the structure 4 is detected and the amount of expansion/contraction displacement of the power means 5 is feedback-controlled based on the response of the structure 4.
上記（１）式に関し、地震動の作用並びに動力手段５か
らの入力による構造物４の応答量としてはその変位Ｘ、
速速度文論加速度がある。また上起振動系を考慮した場
合、構造物４の振動特性を変更できる諸量としては構造
物４固有の質量ｍ。Regarding the above equation (1), the amount of response of the structure 4 due to the action of seismic motion and the input from the power means 5 is its displacement X,
There is a rapid speed literature acceleration. Further, when considering the upward vibration system, the mass m specific to the structure 4 is the quantity that can change the vibration characteristics of the structure 4.
構造物４固有の減衰係数Ｃ及び長周期化手段３の弾発係
数ｋがある。そしてフィードバック制御にあっては、構
造物４の応答を検出してこれら検出量を制御系で処理す
るにあたり、適当な制御関数を設定してこれら振動特性
を変更できる諸量を制御系において適当に変更すること
により、構造物４の振動特性を変化させて制振させるよ
うになっている。ここでは、（Ｉ）構造物４の応答速度
Ｘを用いて振動系の減衰力を変更する場合、（ＩＩ）構
造物４の応答変位Ｘを用いて振動系の弾発力を変更させ
る場合、及び（ｍ）構造物４の応答加速度父を用いて振
動系の質量を変更する場合について説明する。There is a damping coefficient C unique to the structure 4 and an elastic coefficient k of the period lengthening means 3. In feedback control, when detecting the response of the structure 4 and processing these detected quantities in the control system, an appropriate control function is set to appropriately control various quantities that can change these vibration characteristics in the control system. By changing the structure, the vibration characteristics of the structure 4 are changed and vibrations are suppressed. Here, (I) when changing the damping force of the vibration system using the response speed X of the structure 4, (II) when changing the elastic force of the vibration system using the response displacement X of the structure 4, and (m) a case where the mass of the vibration system is changed using the response acceleration value of the structure 4 will be explained.
まず上述の構造を検討すると、動力手段５の力伝達系に
は弾発手段６が介設されているので、（１）式の動力手
段５の制御力Ｆの内容は、上述したように次のように書
き直すことができる。First, considering the above-mentioned structure, since the force transmission system of the power means 5 includes the elastic means 6, the content of the control force F of the power means 5 in equation (1) is as follows, as described above. It can be rewritten as
Ｆ−ｋａ（ｚ−ｘ）
・・・ （２）
ここで（２）式を（１）式に代入する。この際、地動変
位ｙと構造物４の地盤２に対する相対変位Ｘとを重ね合
せた静止系（絶対系）に対する構造物４の絶対応答変位
（ｘ＋ｙ）、絶対応答速度（Ｍ ＋ ｙ）等で整理する
と、次のようになる。F-ka(z-x)... (2) Here, equation (2) is substituted into equation (1). At this time, the absolute response displacement (x + y), absolute response speed (M + y), etc. of the structure 4 with respect to the static system (absolute system), which is a superposition of the ground motion displacement y and the relative displacement X of the structure 4 with respect to the ground 2, are calculated. When organized, it becomes as follows.
ｍ （ｘ＋ｙ） ＋ｃ （大＋９）＋ （ｋ＋
ｋａ） （ｘ＋ｙ） −ｃｙ＋ （ｋ＋ｋａ）
ｙ＋ｋａｚ−（５）このように表現された（５）式に
おいて、外力の項である右辺のｋａｚは弾発手段６を設
置したことによる効果である。ここに、（Ｉ）に対応さ
せてｋａｚで与えられた力の項に関し、この力の項を振
動系の減衰力を変更させるための制御量として与える場
合を考えると、構造物４の絶対応答速度を用いて次のよ
うに表現することができる。m (x+y) +c (large+9)+ (k+
ka) (x+y) -cy+ (k+ka)
y+kaz-(5) In equation (5) expressed in this way, kaz on the right side, which is an external force term, is the effect of installing the explosive means 6. Regarding the force term given by kaz in correspondence with (I), if we consider the case where this force term is given as a control variable to change the damping force of the vibration system, the absolute response of the structure 4 is It can be expressed using velocity as follows.
ｋａｚ−−ｃａ （ｘ十ｙ）
ｃａ：制御手段９で与えられる減衰係数 ａ
（女＋９）
・・・ （６）
ｋａ
この（６）式を上記（５）式に代入して整理すると次の
ように表現され、（５）式と比較すると構造物４の振動
特性が変更された効果が与えられる。kaz--ca (x + y) ca: Attenuation coefficient given by control means 9 a (woman + 9) ... (6) ka Substituting this equation (6) into the above equation (5) and rearranging it, we get the following When compared with equation (5), the effect of changing the vibration characteristics of the structure 4 is given.
ｍ （ｘ＋ｙ）
＋（ｃ＋ｃａ）（交＋：Ｉ）
＋ （ｋ＋ｋ ａ） （ｘ＋ｙ）−ｃｙ＋ （
ｋ＋ｋａ） ｙ・・・ （７）同様に、（■）に対応
させてｋａｚで与えられた力の項に関し、この力の項を
振動系の弾発力を変更させるための制御量として与える
場合を考えると、構造物４の絶対応答変位を用いて次の
ように表現することができる。m (x+y) + (c+ca) (cross+:I) + (k+k a) (x+y)-cy+ (
k+ka) y... (7) Similarly, regarding the force term given by kaz corresponding to (■), when this force term is given as a control amount to change the elastic force of the vibration system. Considering this, it can be expressed as follows using the absolute response displacement of the structure 4.
ｋａｚ −−ｋｂ （ｘ＋ｙ）
ｋｂ：制御手段９で与えられる弾発係数ｂ
（ｘ ＋ ｙ）
・・・ （８）
ｋａ
この（８）式を上記（５）式に代入して整理すると次の
ように表現され、（５）式と比較すると構造物４の振動
特性が変更された効果が与えられる。kaz −−kb (x+y) kb: Resilience coefficient b given by control means 9 (x + y) ... (8) ka Substituting this equation (8) into the above equation (5) and rearranging it, we get the following When compared with equation (5), the effect of changing the vibration characteristics of the structure 4 is given.
ｍ （ｘ＋ｙ） 十ｃ （交＋９）
＋ （ｋ＋ｋａ＋ｋｂ）（ｘ＋ｙ）””ｃｙ＋ （ｋ
＋ｋａ） Ｖ・・・ （９）また同様に、（■）に対
応させてｋａｚの力の項を振動系の質量を変更するため
の制御量として与える場合を考えると、構造物４の絶対
応答加速度を用いて次のように表現することができる。m (x+y) 10c (cross+9) + (k+ka+kb) (x+y)""cy+ (k
+ka) V... (9) Similarly, considering the case where the force term of kaz is given as a control variable to change the mass of the vibration system in correspondence with (■), the absolute response of the structure 4 is It can be expressed using acceleration as follows.
ｋａｚ−−ｍａ （ｘ＋ｙ）
ｍａ：制御手段９で与えられる質量
ａ
２ 閾 −
（Ｍ−１−Ｖ）
・・・ （１０）
ａ
この（１０）式を上記（５）式に代入して整理すると次
のように表現され、（５）式と比較すると構造物４の振
動特性が変更された効果が与えられる。kaz--ma (x+y) ma: mass given by the control means 9 a 2 threshold - (M-1-V) ... (10) a Substitute this equation (10) into the above equation (5) and rearrange it. Then, it is expressed as follows, and when compared with equation (5), the effect of changing the vibration characteristics of the structure 4 is given.
（ｍ＋ｍａ）（ｘ＋ｉ） 十ｃ （Ｍ＋ｙ）＋ （ｋ十
ｋａ）（ｘ＋ｙ）■
ｃｙ＋ （ｋ＋ｋａ）ｙ−（１１）
このように力の項であるｋａｚに対応させて（６） 、
（８） 、 （１０）式に示したような制御関数
を制御系に導入することにより、（７）、（９）（１１
）式に示したような振動系の変更を確保してこの振動系
の変更という面から制振効果を発揮させることができる
。特に、（７）式は構造物４に新たにダンパを付加して
共振増幅を抑える効果を発揮するものであり、また（９
）、 （１１）式は振動系の固有周期を変化させて構
造物４の周期を特定の周期帯からシフトさせる効果を発
揮する。(m + ma) (x + i) 10 c (M + y) + (k 1 ka) (x + y) ■ cy + (k + ka) y - (11) In this way, corresponding to kaz, which is a force term, (6)
By introducing the control functions shown in equations (8) and (10) into the control system, (7), (9), and (11)
) It is possible to ensure that the vibration system is changed as shown in the equation, and the vibration damping effect can be exerted from the perspective of changing the vibration system. In particular, equation (7) adds a new damper to the structure 4 and exhibits the effect of suppressing resonance amplification, and also (9
), Equation (11) has the effect of changing the natural period of the vibration system and shifting the period of the structure 4 from a specific periodic band.
また必要な場合には、これら（６）、（８）。Also, if necessary, these (6) and (8).
（１０）式を適当に組合せて制御系を構成しても良いこ
とはもちろんである。It goes without saying that the control system may be configured by appropriately combining equations (10).
このようにして、地震力及び制振力が相互に作用する動
力手段５の力伝達系に弾発手段６を新設した振動系にお
いて、新たに導出された上記各式を制御手段９の制御関
数とし、検出手段１０の検出量として構造物４の応答を
採用して動力手段５の伸縮変位量２のフィードバック制
御を行なうことにより、弾発手段６の存在を加味した上
で、弾発手段６にその機能を発揮させつつ動力手段５に
適切な制振制御信号を出力することができ、優れた制振
効果を得ることができる。In this way, in the vibration system in which the elastic means 6 is newly installed in the force transmission system of the power means 5 in which seismic force and damping force interact, each of the above newly derived equations is used as the control function of the control means 9. By employing the response of the structure 4 as the detection amount of the detection means 10 and performing feedback control of the expansion/contraction displacement amount 2 of the power means 5, taking into account the presence of the resilient means 6, An appropriate vibration damping control signal can be output to the power means 5 while allowing the power means 5 to perform its functions, and an excellent vibration damping effect can be obtained.
また構造物４の絶対応答量を検出するに際しては、図示
のように構造物４に設置した第２の検出手段１０で構造
物４独自で静止系に対するその絶対加速度、絶対速度、
絶対変位を検出しても良いし、他方地動の加速度、速度
、変位並びに地盤２に対する構造物４の相対的な加速度
、速度、変位をそれぞれ別個のセンサで検出して上記算
式のようにこれらを重ね合せて用いるようにしても良い
。In addition, when detecting the absolute response amount of the structure 4, as shown in the figure, the second detection means 10 installed in the structure 4 is used to independently detect the absolute acceleration, absolute velocity, and velocity of the structure 4 relative to the stationary system.
The absolute displacement may be detected, or the acceleration, velocity, and displacement of the ground motion as well as the relative acceleration, velocity, and displacement of the structure 4 with respect to the ground 2 may be detected using separate sensors and calculated using the above formula. They may be used in an overlapping manner.
更に、加速度、速度、変位の相互間については、例えば
検出された速度を微分、積分する等して得るようにして
も良い。Further, the relationship between acceleration, velocity, and displacement may be obtained by, for example, differentiating or integrating the detected velocity.
そして更に本発明にあっては制振制御に関し、次のよう
な配慮がなされる。すなわち、（４）式で与えられた絶
対制振の制御では、制御手段９から出力される制御信号
に対して動力手段５が迅速に作動されねばならない。迅
速な作動が確保されない場合には、上述したように動力
手段５の挙動が制振ではなく、逆に構造物４の揺れを増
幅させることとなってしまう場合がある。しかしながら
動力手段５には相当の作動遅れがあり、制御手段９から
出力される制御信号に対応できない場合がある。そこで
本発明にあっては、絶対制振を達成すべき（４）式に基
づくフィードフォワードの制御に重ね合せて、構造物４
の応答量に対応させた上記（７） 、 （９） 、
（１１）式の制御関数に基づくフィードフォワードの
制御を組合せて制御が行なわれるようになっている。こ
れにより、絶対制振の制御をベースとして、動力手段５
の作動遅れなどの悪影響を振動系の変更という観点から
フィードバック制御で補正することにより、弾発手段６
を備えた振動系に対する絶対制振の制御における動力手
段５の作動遅れなどの悪影響を排除して優れた制振制御
を行なうことができる。Further, in the present invention, the following considerations are made regarding vibration damping control. That is, in the absolute vibration damping control given by equation (4), the power means 5 must be operated quickly in response to the control signal output from the control means 9. If prompt operation is not ensured, the behavior of the power means 5 may not damp the vibrations as described above, but may instead amplify the shaking of the structure 4. However, the power means 5 has a considerable delay in operation and may not be able to respond to the control signal output from the control means 9. Therefore, in the present invention, in addition to feedforward control based on equation (4) to achieve absolute vibration damping,
The above (7), (9), corresponding to the response amount of
Control is performed in combination with feedforward control based on the control function of equation (11). As a result, based on absolute vibration damping control, the power means 5
By correcting adverse effects such as delay in the activation of the explosive means 6 by using feedback control from the viewpoint of changing the vibration system,
It is possible to perform excellent vibration damping control by eliminating adverse effects such as a delay in the operation of the power means 5 in absolute vibration damping control for a vibration system equipped with the present invention.
なお、上述した絶対制振の制御関数を示す（４）式は、
構造物４の応答を利用して次のように表現しても良い。In addition, the equation (4) showing the control function of the absolute damping mentioned above is:
It may be expressed as follows using the response of the structure 4.
すなわち上述の式（４）において、２という値を現在に
おける実際の動力手段５の伸縮変位量として制御に導入
し、これら値２と構造物４の応答量とに基づいて制御を
行なうことになる。そこで実際の制御のためにこの値２
をＺａとし、これを上記（３）式に代入して制御関数を
整理すると次のようになる。That is, in the above equation (4), the value 2 is introduced into the control as the current amount of expansion/contraction displacement of the power means 5, and control is performed based on these values 2 and the response amount of the structure 4. . Therefore, for actual control, this value is 2.
Let Za be and substitute this into the above equation (3) to rearrange the control function as follows.
ｍ （マ＋ν） ＋Ｃ（）Ｃ＋１１’）＋ （ｋ＋
ｋ ａ） （ｘ＋ｙ） −−ｋａｚａ＋ｋａｚ
ｚ−ｚａ＋Ｇｆ （ｘ＋ｙ）
−（１２）ｆ （ｘ＋ｙ） ：ｍ （ｘ＋ｙ）
＋ｃ （Ｍ＋ｙ）＋ （ｋ＋ｋａ） （ｘ＋ｙ）
Ｇ：フィードバックゲイン（Ｇ ＝ １ ／ ｋ ａ
）この制御は、構造物４の応答量に基づきながらも、地
震動の入力に対して直接応答して構造物４を制振しよう
とするものである。m (ma+ν) +C()C+11')+ (k+
k a) (x+y) --kaza+kaz z-za+Gf (x+y)
−(12)f (x+y) :m (x+y)
+c (M+y)+ (k+ka) (x+y) G: Feedback gain (G = 1 / ka
) This control is based on the amount of response of the structure 4 and attempts to dampen the vibration of the structure 4 in direct response to the input of seismic motion.
そしてここで得られた制御関数（１２）を、必要に応じ
て上記（７） 、 （９） 、 （１１）式の制御
関数と組合せても良い。The control function (12) obtained here may be combined with the control functions of equations (7), (9), and (11) above, if necessary.
■について
次に、制御手段９の制御量として動力手段５の伸縮変位
Ｈｚを採用した点について説明すると、油圧シリンダ等
の動力手段５を制御する場合の制御量としては、その変
位量、変位速度、変位加速度がある。また他方、ロード
セル等を動力手段５と構造物４との間に設置して動力手
段５の発生する作用力を制御する方法もある。ここに動
力手段５として例えば油圧シリンダを採用した場合には
、その作動はバルブを制御することで行なわれる。Regarding (2), next, we will explain the point that the expansion/contraction displacement Hz of the power means 5 is adopted as the control amount of the control means 9. As the control amount when controlling the power means 5 such as a hydraulic cylinder, the displacement amount, displacement speed, etc. , there is a displacement acceleration. On the other hand, there is also a method of installing a load cell or the like between the power means 5 and the structure 4 to control the acting force generated by the power means 5. If, for example, a hydraulic cylinder is employed as the power means 5, its operation is performed by controlling a valve.
このバルブ制御はオイルの流入量を調整するもので、そ
の流入量は油圧シリンダの変位速度に対応するから、こ
のバルブ制御は油圧シリンダの変位速度制御を行なって
いることになる。従ってこのような場合には、制御手段
９による制御量を動力手段５の変位速度とすることが最
も直接的且つ簡単であり、一般的にはこの速度制御が行
なわれている。しかしながら制御系の一般的な考え方と
して、変位制御が制御系の発振を起こしにくく最も安定
性の高いものである。すなわち、速度制御を基準に考え
ると、加速度制御は速度制御に対して微分制御の関係に
あり、動力手段５が素早く反応することができれば優れ
た追従性を発揮するが、安定性に劣り発振を起こしやす
い制御系である。This valve control adjusts the amount of oil inflow, and since the inflow amount corresponds to the displacement speed of the hydraulic cylinder, this valve control controls the displacement speed of the hydraulic cylinder. Therefore, in such a case, it is most direct and simple to set the control amount by the control means 9 to the displacement speed of the power means 5, and this speed control is generally performed. However, as a general concept of control systems, displacement control is less likely to cause oscillation in the control system and has the highest stability. In other words, when considering speed control as a standard, acceleration control has a differential control relationship with respect to speed control, and if the power means 5 can react quickly, it will exhibit excellent followability, but it will be less stable and may cause oscillation. It is a control system that is easy to cause.
また力制御の制御系は、加速度制御と同様に発振を起こ
し易く、不安定なものである。これらに対して変位制御
は速度制御に対して積分制御の関係にあり、安定性に優
れ発振も起こし難いものである。Furthermore, the control system for force control is unstable and prone to oscillations, similar to acceleration control. On the other hand, displacement control has an integral control relationship with respect to speed control, has excellent stability, and is less likely to cause oscillation.
そして本制振制御にあっては、上述した新しい制御関数
の導出にあたり動力手段５の伸縮変位量２を制御式に導
入したことにより、この変位制御で動力手段５の制御を
達成することができ、この安定性の高い変位制御を上述
の制振方法に採用することで更に優れた制振を達成する
ことができる。In this damping control, by introducing the expansion/contraction displacement amount 2 of the power means 5 into the control equation when deriving the new control function described above, the control of the power means 5 can be achieved by this displacement control. By employing this highly stable displacement control in the above-mentioned vibration damping method, even more excellent vibration damping can be achieved.
■について
本制振方法及び装置にあっては、構造物４が地震動によ
って揺れ始める前の地動を予め検出して行なわれるフィ
ードフォワード制御を採用しており、従ってこの面から
も制御系の発振が起こらないように構成されている。と
ころでこのフィードフォワード制御は予測制御となるた
め、構造物４の振動特性やその非線形性を事前に把握し
これらを反映した制御回路が必要となって制御が比較的
難しい。ここに本発明にあっては、このフィードフォワ
ード制御の補正制御として構造物４の非線形性に対して
も追従することが可能なフィードバック制御を採用して
おり、制御の的確性が確保できるようになっている。Regarding (2), this vibration damping method and device employs feedforward control that is performed by detecting ground motion in advance before the structure 4 begins to shake due to earthquake motion, and from this point of view as well, oscillations in the control system are prevented. It's configured so that it doesn't happen. By the way, since this feedforward control is predictive control, it is necessary to grasp the vibration characteristics of the structure 4 and its nonlinearity in advance and to create a control circuit that reflects these, which makes the control relatively difficult. Here, in the present invention, feedback control that can also follow the nonlinearity of the structure 4 is adopted as correction control for this feedforward control, so that accuracy of control can be ensured. It has become.
そして上述したような、地盤２上に長周期化手段３を介
して支持された構造物４を、その力伝達方向に弾発する
弾発手段６を有し構造物４と地盤２との間で地動方向に
伸縮駆動されて構造物４に制振力を伝達する動力手段５
によって制振するに際し、本発明の制振方法にあっては
、検出手段７゜１０により構造物４に入力される地震動
を予め検出すると共に地震動及び動力手段５からの入力
による構造物４の応答を検出し、動力手段５の伸縮変位
量２を、上述した種々の制御関数に基づいて、入力され
る地震動に応じたフィードフォワード制御と構造物４の
応答に従うフィードバック制御とを重ね合せて制御する
ようになっている。As described above, the structure 4 supported on the ground 2 via the long period lengthening means 3 is provided with a springing means 6 for springing the structure 4 in the direction of force transmission, between the structure 4 and the ground 2. Power means 5 that is driven to expand and contract in the direction of ground motion and transmits damping force to the structure 4
In the vibration damping method of the present invention, the seismic motion input to the structure 4 is detected in advance by the detection means 7 10, and the response of the structure 4 due to the seismic motion and the input from the power means 5 is detected. is detected, and the expansion/contraction displacement amount 2 of the power means 5 is controlled by superimposing feedforward control according to the input seismic motion and feedback control according to the response of the structure 4 based on the various control functions described above. It looks like this.
（発明の効果）
以上要するに本発明に係る制振方法及びその装置によれ
ば、地震力及び制揚力が相互に作用する動力手段の力伝
達系に弾発手段を新設した振動系において、弾発手段の
弾発係数を含んだ形で新たに導出された振動方程式を制
御手段の制御関数とし、検出手段の検出量として構造物
に入力される地震動並びに地震動及び動力手段からの入
力による構造物の応答を採用して動力手段の伸縮変位量
の制御を行なうことにより、弾発手段の存在を加味した
上で、弾発手段にその機能を発揮させつつ動力手段に適
切な割振制御信号を出力することができ、優れた制振効
果を得ることができる。(Effects of the Invention) In summary, according to the vibration damping method and device according to the present invention, in a vibration system in which an elastic means is newly installed in a force transmission system of a power means in which seismic force and damping force interact, an elastic force is generated. The newly derived vibration equation that includes the elastic coefficient of the means is used as the control function of the control means, and the seismic motion input to the structure as the amount detected by the detection means, as well as the seismic motion and the input from the power means, are calculated. By controlling the expansion/contraction displacement amount of the power means by adopting the response, an appropriate allocation control signal is output to the power means while allowing the resilient means to perform its function, taking into consideration the presence of the resilient means. It is possible to obtain excellent vibration damping effects.
また上述した新しい制御関数の導出にあたり動力手段の
変位量を制御式に導入したことにより、この変位制御で
動力手段の制御を達成することができ、この安定性の高
い変位制御を制振制御に採用することで更に優れた制振
を達成することができる。In addition, by introducing the displacement amount of the power means into the control equation when deriving the new control function described above, it is possible to achieve control of the power means using this displacement control, and this highly stable displacement control can be used as vibration damping control. By adopting this method, even better vibration damping can be achieved.
また更に、＄Ｉ１ｇＩ系の発振を抑制できるフィードフ
ォワード制御を採用すると共に、その補正制御として構
造物の振動特性やその非線形性を事前に把握しこれらを
反映した制御回路とする必要のないフィードバック制御
を採用しているので、制御の安定性を図りつつ、的確な
制振制御を達成することができる。Furthermore, we have adopted feedforward control that can suppress the oscillation of the $I1gI system, and as a correction control, we have implemented feedback control that eliminates the need to understand the vibration characteristics of the structure and its nonlinearity in advance and create a control circuit that reflects these. Since this method is adopted, it is possible to achieve accurate vibration damping control while maintaining control stability.
図は本発明に係る制振装置の好適実施例を示す概略図で
ある。The figure is a schematic diagram showing a preferred embodiment of a vibration damping device according to the present invention.
Claims (2)
を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し該構造物
と地盤との間で地動方向に伸縮駆動されて構造物に制振
力を伝達する動力手段によって制振するに際し、上記構
造物に入力される地震動を予め検出すると共に地震動及
び上記動力手段からの入力による構造物の応答を検出し
、上記動力手段の伸縮変位量を、入力される地震動に応
じたフィードフォワード制御と構造物の応答に従うフィ
ードバック制御とを重ね合せて制御するようにしたこと
を特徴とする制振方法。(1) A structure that has a springing means that springs a structure supported on the ground via a long-period means in the direction of force transmission, and is driven to expand and contract in the direction of ground motion between the structure and the ground. When damping vibrations using a power means that transmits damping force to an object, the seismic motion input to the structure is detected in advance, the response of the structure due to the earthquake motion and the input from the power means is detected, and the vibration control of the power means is performed. A vibration damping method characterized in that the amount of expansion/contraction displacement is controlled by superimposing feedforward control according to input seismic motion and feedback control according to the response of the structure.
た構造物との間に設けられ、地動方向に伸縮駆動されて
上記構造物に制振力を伝達する動力手段と、該動力手段
に取付けられその力伝達方向に弾発する弾発手段と、上
記構造物に入力される地震動を予め検出する第１の検出
手段と、地震動並びに上記動力手段からの入力による構
造物の応答を検出する第２の検出手段と、これら検出手
段からの検出信号に応じて上記動力手段の伸縮変位量を
、入力される地震動に応じたフィードフォワード制御並
びに構造物の応答に従うフィードバック制御を重ね合せ
て制御する制御手段とを備えたことを特徴とする制振装
置。(2) A power means provided between the ground and a structure supported on the ground via a long period lengthening means, which is driven to expand and contract in the direction of ground motion to transmit damping force to the structure; a first detection means for detecting in advance seismic motion input to the structure; and a first detection means for detecting in advance the seismic motion and the response of the structure due to the input from the power means. A second detection means detects the expansion/contraction displacement amount of the power means according to the detection signals from these detection means, and superimposes feedforward control according to the input seismic motion and feedback control according to the response of the structure. A vibration damping device comprising a control means for controlling the vibration.
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