JPH05231038A

JPH05231038A - 制振装置

Info

Publication number: JPH05231038A
Application number: JP3355692A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Suzuki; 哲夫鈴木; Mitsuru Kageyama; 満蔭山; Yoshiko Matsuoka; 佳子松岡; Katsuhiko Yoshizaki; 勝彦吉崎
Original assignee: Obayashi Corp; Tokico Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Tokico Ltd
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は風圧及び地震に応じた振動に適応し
た制振制御を行う制振装置を提供することを目的とす
る。【構成】制御装置４は地震計２２により地震が検出さ
れないときは風圧制振モードを設定し、風圧によるビル
２のゆるやかな振動に応じた制御量を動吸振器３のＡＣ
サーボモータに出力する。又、地震計２２が地震発生に
より縦方向のＰ波を検出したとき、地震制振モードを設
定し、地震によるビル２の急激な振動に応じた制御量を
動吸振器３のＡＣサーボモータ８に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制振装置に係り、特に、
付加質量を変位させて構造物の振動を制振する構成とし
た制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばビル等の構造物においては地震あ
るいは風圧等による振動を制振するための制振装置が設
けられている。この種の制振装置では、主にビルの質量
に応じた所定の重量を有する付加質量を、ビルの振動状
態に応じて変位させる動吸振器を動作させてビルで発生
した振動を制振するようになっている。

【０００３】従来の制振装置としては、例えば付加質量
をリニアベアリング等により摺動自在に支持するととも
に、付加質量に螺合するボールネジ等の伝達機構をモー
タ等により駆動し、付加質量が水平方向に往復動される
よう構成された動吸振器を有する装置が考えられてい
る。

【０００４】そして、動吸振器はビルの変位及び速度に
応じた制御量を演算する制御装置からの駆動信号により
モータを駆動制御され、付加質量を移動させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来は地震
発生後横方向の地震波（Ｓ波）の伝播によりビルが振動
してから、ビルの変位及び速度に応じて付加質量を移動
させるため、制振制御が遅く、地震に対する応答性が悪
いといった課題がある。

【０００６】しかも、従来は制振制御系のゲインが一定
であるので、例えばビルに風圧が作用するゆっくりとし
た揺れのときも、地震発生時の急激な振動のときも同一
のゲインで動吸振器が制御されることになる。そのた
め、例えば風圧による比較的小さな振動のときは付加質
量が移動しないため充分な制振効果が得られず、又地震
発生時のような大きな振動が急激に入力されたときは付
加質量が大きな駆動力により急激に移動するため、付加
質量がストローク端のリミットスイッチに当接してオン
に切換えてしまい、動吸振器は電源オフ状態となり、制
振不可能となってしまうといった課題がある。又、地震
発生時、付加質量がリミットスイッチをオンとした後、
ストッパに衝突して、ビルに衝突による衝撃が伝わり不
快感を与えてしまうといった課題もある。そこで、本発
明は上記課題を解決した制振装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
構造物の変位を検出するセンサ及び地震波を検出する地
震計からの検出信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆
動信号によりアクチュエータを駆動して付加質量を移動
させ、該構造物の振動を制振する制振装置において、前
記地震計により地震波が検出されなかったとき風圧によ
る振動を制振するように前記アクチュエータを駆動する
風圧制振モードを設定し、前記地震計により縦方向の地
震波（Ｐ波）が検出されたとき、前記構造物の地震によ
る振動を制振するように前記アクチュエータを駆動する
地震制振モードを設定する制振モード設定手段を備えて
なることを特徴とする。

【０００８】又、請求項２の発明は、前記制振モード設
定手段が、前記地震制振モード時に地震が止んだとき、
前記地震制振モードを所定時間継続した後風圧制振モー
ドを設定することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記請求項１によれば、通常は風圧制御モード
が設定され、地震計により縦方向の地震波が検出された
とき地震制御モードが設定されるので、風圧による振動
も良好に制振できるとともに地震による構造物の横方向
の振動が発生する前に地震制御モードとなり地震による
大きな振動も良好に制振できる。さらに、請求項２によ
り地震停止後も所定時間地震制御モードが継続されるた
め、余震あるいは段続的な地震にも即座に対応して良好
な制振効果が得られる。

【００１０】

【実施例】図１乃至図４に本発明になる制振装置の一実
施例を示す。

【００１１】各図中、制振装置１は、大略、構造物とし
てのビル２の屋上に設置された動吸振器３が制御装置４
からの制御信号により制振動作してビル２の水平方向の
振動を制振する。

【００１２】動吸振器３は図２，図３に示す如くビル２
の屋上に設置された基台５上に付加質量６がＸ方向に摺
動する構成であり、付加質量６はビル２の総質量に対し
約０．５％程度の質量を有し、例えば５〜１０ｔ程度の
重量を有する。そのため、付加質量６は基台５上のリニ
アベアリング７により摺動自在を支持されている。

【００１３】又、基台５上にはアクチュエータとしての
ＡＣサーボモータ（以下モータと言う）８、電磁ブレー
キ９が設けられており、モータ８の出力軸８ａはカップ
リング１０を介して軸受１１，１２に軸承されたボール
ねじ１３に結合されている。ボールねじ１３は付加質量
６に螺合して貫通している。従って、付加質量６はボー
ルねじ１３の回転により基台５の凹部５ａ内を移動す
る。

【００１４】風圧又は地震発生によりビル２が振動する
と、制御装置４は後述するように振動の大きさに応じた
制御量を演算して動吸振器３のモータ８へ駆動信号を出
力する。モータ８は駆動信号の供給によりボールねじ１
３を回転させ、付加質量６をＸ方向（振動方向）に移動
させる。このとき、発生する付加質量６の慣性力の反作
用によりビル２の振動が制振される。

【００１５】尚、電磁ブレーキ９は制振モード時オフ状
態であり、電源をオフにされた停止モード時にボールね
じ１３を回転不可状態に制動する。

【００１６】ビル２の例えば１階，５階，１０階，１５
階の複数階には、ビル２の振動による変位及び速度を検
出するセンサ１５ａ〜１５ｄが設置されている。

【００１７】又、１５階建てのビル２の屋上には風速
（Ｖ）を計測する風速計１６が設置され、動吸振器３に
は付加質量６の変位、速度及び加速度を検出するセンサ
１８が設けられている。センサ１５ａ〜１５ｄ及びセン
サ１８からの各検出信号はサーボアンプ１９ａ〜１９ｅ
により増幅されて減算回路２０に入力される。減算回路
２０では１階の変位及び速度を基準として各階の実質的
な変位及び速度を算出する。つまり、減算回路２０は５
階，１０階，１５階の各センサ１５ｂ〜１５ｄにより検
出された変位及び速度から１階のセンサ１５ａにより検
出された変位及び速度を減算して１階の振動をゼロとし
たときの各階の振動の大きさを算出する。又、風速計１
６からの検出信号はアンプ２１で増幅されて制御装置４
に入力される。

【００１８】２２は地震計で、地面を伝播する縦方向の
地震波（Ｐ波）及び横方向の地震波（Ｓ波）を検出する
ように地面に埋没されている。尚、地震発生時地震計２
２からの検出信号はアンプ２３で増幅されて制御回路４
に入力される。

【００１９】制御装置４は、入力部としてのＡ／Ｄ変換
器２４、動吸振器３への制御量を演算するＣＰＵ２５、
出力部としてのＤ／Ａ変換器２６、Ｉ／Ｏインタフェー
ス回路２７を有する。Ａ／Ｄ変換器２４はスイッチ２８
を介して減算回路２０と接続されており、減算回路２０
から出力されたビル２及び付加質量６の変位、速度のア
ナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５に出力
する。又、Ａ／Ｄ変換器２４には風速計１６及び地震計
２２からの検出信号も入力されており、これらの検出信
号をデジタル信号に変換してＣＰＵ２５に出力する。

【００２０】ＣＰＵ２５は後述するようにＡ／Ｄ変換器
２４及びＩ／Ｏインタフェース回路２７からの各信号に
基づいて動吸振器３の制御量を演算し、Ｄ／Ａ変換器２
６へ出力する。又、Ｄ／Ａ変換器２６から出力された制
御量のデジタル信号はサーボドライバ２９に入力され、
サーボドライバ２９はＣＰＵ２５で演算された制御量に
応じた駆動信号としてのトルク指令電流を動吸振器３の
モータ８に出力する。３０はメモリで、後述する制振制
御の各プログラムが格納され、且つ制振制御に必要な各
演算の初期値及び地震フラグ、異常フラグ等を記憶す
る。

【００２１】例えばメモリ３０には、図４に示す如くＣ
ＰＵ２５が実行する制振モード設定プログラム３０Ａ、
ゲイン判定プログラム３０Ｂ、ゲイン切換プログラム３
０Ｃ、付加質量停止制御プログラム３０Ｄが記憶されて
いる。ここで、各制御プログラムの概要について説明す
る。

【００２２】まず、本発明の要部を形成する制振モード
設定プログラム３０Ａは、通常は風圧制振モードの制振
制御を行い、地震発生により縦方向の地震波（Ｐ波）が
検出されると、横方向の地震波（Ｓ波）が伝播する前に
地震制振モードに切換えて最適制御を行う。そして、地
震が終了しても所定時間地震制振モードを継続してから
風圧制振モードに戻すことにより段続的な地震にも対応
できるよう制御を行う。

【００２３】又、ゲイン判定プログラム３０Ｂは、動吸
振器３のゲインが適切であるか否かを自己診断する機能
を有し、例えば制振動作時のビル２の一次モードの固有
周期に基づく２周期分の振動状態の最大値をチェックし
て振動が減衰せず加振されたとき、ゲイン異常と判定
し、動吸振器３を停止させる。

【００２４】又、ゲイン切換プログラム３０Ｃでは、ビ
ル２の変位又は風圧、地震の大きさに応じて制振制御の
ゲインを切換える。尚、本実施例では後述するＬＱ（Li
nearQuadratic) 制御により動吸振器３を制振動作させ
ており、ゲインはＬＱ制御の演算過程で算出される。

【００２５】又、付加質量停止制御プログラム３０Ｄ
は、例えばビル２に過大変位が生じたとき動吸振器３の
付加質量６が基台５のストッパに衝突しないように付加
質量６の移動可能な動作範囲内で付加質量６がゆるやか
に停止するようにモータ８の制御を行う。

【００２６】３１は電源で、制御回路４及びサーボドラ
イバ２９に接続されており、電源３１とサーボドライバ
２９との間には緊急停止用のスイッチ３２が配設されて
いる。このスイッチ３２は通常接点を有し、例えば過大
な地震が発生したときＩ／Ｏインタフェース回路２７か
らの停止信号により励磁されて開成する。

【００２７】３３はハイパスフィルタで、センサ１５ａ
からの検出信号がサーボアンプ１９ａを介して入力され
ると１次固有振数以上の周波数成分のみをＩ／Ｏインタ
フェース回路２７に出力する。ＣＰＵ２５はハイパスフ
ィルタ３３からの信号が過大な場合Ｉ／Ｏインタフェー
ス回路２７からスイッチ３２に停止信号を出力させる。
これによりスイッチ３２が開成して動吸振器３への電流
供給が停止し、動吸振器３は停止モードとなる。そのた
め、過大な振動を制振するために付加質量６が急激に駆
動されてストッパ（基台５の凹部５ａの側壁）に衝突す
ることが防止される。

【００２８】３４は表示器で、動吸振器３の制御系ある
いは各センサ１５ａ〜１５ｄ，１８、風速計１６、地震
計２２等に異常があると、その異常内容等を表示して監
視員に知らせる。

【００２９】３５は警報器で、異常発生時（アラーム）
を発する。

【００３０】次に、上記制振装置１が制振動作する際に
制御装置４のＣＰＵ２５が実行する処理について、図５
乃至図７を参照して説明する。

【００３１】又、ＣＰＵ２５は例えば５msec毎に図５乃
至図７の処理を繰り返し実行している。

【００３２】尚、制御装置４では予め演算処理を行う際
の初期設定が行なわれる。設定される初期値としては、
例えば、ビル２の最上階の最大変位（ｘ₄max) 、地震終
了後地震制振モード時間をカウントするタイマの時間
（数分間）ｔｅ、地表変位１ｍの白色雑音（ホワイトノ
イズ）による応答シミュレーションによる無制振時の最
大変位の絶対値（ｘe unit) 、風速１ｍ／sec 時の無制
振時の最大変位の絶対値（ｘｗ unit)、ビル２の振動の
２周期分の時間ｔ、付加質量６がストッパに衝突せずに
移動できるストローク限界位置、地震の縦方向の地震波
（Ｐ波）の下限値εｐ、地震の横方向の地震波（Ｓ波）
の下限値εｓ等があり、夫々メモリ３０に記憶される。

【００３３】図５において、制御装置４のＣＰＵ２５は
ステップＳ１（以下ステップを省略する）で制振システ
ムの異常チェックを行う。例えば動吸振器３の制御系又
はセンサ１５ａ〜１５ｄ，１８、地震計２２、風速計１
６等に異常がないかどうかをチェックし、Ｓ２で異常な
しの場合はＳ３に移り地震計２２からの地震波（Ｐ波、
Ｓ波）の検出信号を読み込む。

【００３４】しかし、Ｓ２において、異常ありの場合は
図７に示すＳ４に移り、制御量ｕをゼロにするとともに
表示器３４に異常発生を表示して、Ｓ３６で制御量ｕ＝
０をＤ／Ａ変換器２６に出力してモータ８を停止させ動
吸振器３による制振動作を止める。そして、異常個所が
修理されて異常なしの状態に復帰するまでＳ１，Ｓ２，
Ｓ４，Ｓ３６が繰り返される。

【００３５】Ｓ５では地震フラグ＝０であるかどうかを
チェックする。地震フラグは通常地震のないとき（地震
発生前）“０”に設定され、地震発生と判断されたとき
“１”に設定される。

【００３６】従って、地震フラグ＝０のときはＳ６に至
り、縦方向の地震波（Ｐ波）の振幅Ａｐが下限値εｐよ
り大きいかどうかをチェックする（制振モード設定手
段）。地震が発生すると、まず伝播速度の速い縦方向の
地震波（Ｐ波）がビル２に伝播し、やや遅れて横方向の
地震波（Ｓ波）が伝播する。ビル２のような構造物は縦
方向の振動には充分な強度を有するが、横方向の振動の
場合、共振現象があるので動吸振器３により制振する必
要がある。

【００３７】ビル２が横方向に振動する主な原因として
は、風圧の増大、地震による横揺れがある。風圧に
よるビル２の振動は振幅が同じでも低い周波数でゆっく
り振動する。これに対し、地震によるビル２の振動は急
激且つ複雑であるが風圧の場合に比べて高い周波数で激
しく揺れることが多い。

【００３８】そのため、ＣＰＵ２５は、通常は図６に示
す風圧による振動に適した風圧制振モードの処理を実行
し、地震発生時は図５に示すＳ６以下及び図７に示す地
震による振動に適した地震制振モードの処理を実行す
る。

【００３９】ここでは、先に通常実行される風圧制振モ
ードの処理について説明し、その後地震制振モードの処
理について説明することにする。

【００４０】Ｉ「風圧制振モード」上記ステップＳ６において、Ｐ波の振幅Ａｐが下限値ε
ｐより小さいときは、図６に示すＳ７に移り地震フラグ
を“０”に設定するとともに表示器３４に「風圧制振モ
ード」を表示する。

【００４１】続いてＳ８では、ゲイン異常検出のための
ピークホールド用のタイマｔを１インクリメントして、
Ｓ９でビル２の一次モードの固有周期に基づく２周期分
の時間Ｔが経過したかどうかをチェックする。尚、２周
期分の時間Ｔは予めメモリ３０に入力されており、Ｔ＝
２（２π／ω₁）×Ｆの式により決まる。但し、ω₁は
ビル２の一次モードの固有振動数（０．５rad/S)、Ｆは
制御のサンプリング周波数（２００Ｈｚ）である。

【００４２】Ｓ９において、まだ２周期分の時間Ｔが経
過していないときは、後述するＳ１０〜Ｓ１２の処理を
実行せずに、Ｓ１３に移りビル２の複数階に設置された
各センサ１５ａ〜１５ｄ及び付加質量６のセンサ１８に
より検出された変位及び速度、加速度《Ｘ》（以下、状
態変位ベクトルを《Ｘ》で表わす）を読み込む。従っ
て、タイマｔの時間が２周期分の時間Ｔになるまでビル
２及び付加質量６の変位及び速度、加速度《Ｘ》が読み
込まれてメモリ３０に記憶される。

【００４３】しかし、Ｓ９において、時間Ｔが経過した
ときは、Ｓ１０に移り最上階の変位のリミット値Ｘ₄lm
t を風速１m/s 時の無制振時の最大変位の絶対値（Ｘｗ
unit)に最大風速ｗｐを乗算した値に更新する（Ｓ１
０）。続いて、Ｓ１１でメモリ３０に記憶された２周期
の変位のうちビル２の最上階の最大変位｜Ｘ₄max ｜と
Ｓ１０のリミット値Ｘ₄lmt とを比較する。

【００４４】Ｓ１１において、最大変位Ｘ₄max の値が
リミット値Ｘ₄lmt より小さい場合にはビル２の振動が
動吸振器３の制振動作により減衰しているため、異常な
しと判定し、Ｓ１２でメモリ３０に記憶された最大変位
Ｘ₄max 、タイマｔ、最大風速ｗｐの各値をゼロリセッ
トする。そして、Ｓ１３で各センサ１５ａ〜１５ｄによ
り検出されたビル２及び付加質量６の変位及び速度、加
速度《Ｘ》を読み込む。

【００４５】しかし、Ｓ１１において、最大変位Ｘ₄ma
x がリミット値Ｘ₄lmt より大きい場合には動吸振器３
が制振動作しているにも拘らずビル２が加振されて振動
が大きくなっているため、制御ゲイン《Ｆ》（以下、制
御ゲインベクトルを《Ｆ》で表わす）が異常であると判
定し、Ｓ１４で異常フラグ＝１を設定して警報を発す
る。そして、前述したＳ４に移り、制御量ｕをゼロにす
るとともに表示器３４に「制御ゲイン異常」を表示し、
さらにＳ３６で制御量ｕ＝０を出力して動吸振器３を停
止させる。

【００４６】図６に戻って、Ｓ１５では最上階の変位Ｘ
₄の絶対値｜Ｘ₄｜がメモリ３０に記憶された前回の最
大変位Ｘ₄max より大きいかをチェックする。今回の変
位Ｘ ₄の絶対値｜Ｘ₄｜の方が大きい場合にはＳ１６に
移り最大変位Ｘ₄max を今回の変位Ｘ₄の絶対値｜Ｘ₄
｜に更新してメモリ３０に記憶してＳ１７に移る。又、
今回の変位Ｘ₄の絶対値｜Ｘ₄｜の方が小さい場合に
は、更新せずにＳ１７に移り風速計１６により検出され
た風速ｗを読み込む。

【００４７】次のＳ１８では今回検出された風速ｗの絶
対値｜ｗ｜がメモリ３０に記憶されている最大風速ｗｐ
より大きいかどうかをチェックしており、今回の風速ｗ
の絶対値｜ｗ｜の方が大きい場合にはＳ１９に移り最大
風速ｗｐを今回の値に更新してＳ２０に至る。

【００４８】又、今回の風速の方が小さい場合には、更
新せずに、Ｓ２０に移り動吸振器３への制御量ｕを演算
する。

【００４９】Ｓ２０では後述するＬＱ制御による風圧制
振モードの制御ゲイン《Ｆ》が求められ、次式（１）

【００５０】

【数１】

【００５１】により制御量ｕが算出される。そして、風
圧制振モードにより算出された制御量ｕはＳ３６で出力
される。

【００５２】従って、通常地震のないときはＳ７〜Ｓ２
０の処理が実行され、風等の比較的小さな外力による変
位に対応したゲイン、即ちビル２が振動しない場合のゲ
イン《Ｆｗ》を用いて動吸振器３を制御するため、風圧
によるゆっくりとした変位を制振するのに最適な速度で
付加質量６を移動させて良好に制振できる。

【００５３】II「地震制振モード」図５に示すＳ６において、地震発生により地震が伝播さ
れ、地震計２２により検出された縦方向の地震波（Ｐ
波）が下限値εｐ以上になると、地震制振モードが設定
される。即ち、Ｓ６において、Ｐ波が振幅Ａｐ＞εｐで
あるときは、Ｓ２１に移り地震フラグを“１”にして地
震制振モードとなる。

【００５４】次のＳ２２からＳ３０の処理は前述した風
圧制振モードのＳ８からＳ１６と同様ゲイン異常判定を
行っており、ビル２の最上階の一次モードの固有周期に
基づく２周期分の変位をチェックしてその間の最大値Ｘ
₄max が地震によるリミット値Ｘ₄lmt より小さくなっ
ていれば、正常な制振制御が行なわれ、逆に今回の最大
変位Ｘ₄max がリミット値Ｘ₄lmt より大きくなったと
きはゲイン異常と判定する。

【００５５】Ｓ３１では、地震計２２により検出された
横方向の地震波（Ｓ波）の振幅が下限値εｓより小さい
かどうかをチェックする。従って、Ｓ３１において震源
地からの地震（Ｓ波）が地震計２２により検出されＳ波
の振幅Ａｓが下限値εｓより大きいときは、Ｓ３２に移
り地震制振モード用タイマｔｅをゼロリセットして、Ｓ
３３〜Ｓ３６でビル２の変位の大きさに応じた制御量ｕ
を算出して付加質量６を移動させる。

【００５６】しかし、Ｓ３１において、縦方向の地震波
（Ｐ波）が検出されたか、まだ横方向の地震波（Ｓ波）
が検出されていないときは、Ｓ３７に移りタイマｔｅを
インクリメントしてＳ３８でタイマｔｅのカウント時間
が予めメモリ３０に設定された待機時間Ｔｅ（数分間程
度）に達したかどうかを見る。そして、まだ待機時間Ｔ
ｅに達していないとき（ｔｅ＜Ｔｅ）は、Ｓ３３の処理
に移る。従って、Ｓ６で縦方向の地震波（Ｐ波）が検出
されて横方向の地震波（Ｓ波）が検出されるまでの間は
地震制振モードの待機状態が維持される。

【００５７】地震波は前述したようにＰ波が先に伝播さ
れ、若干遅れてＳ波が伝播される。そして、上記のよう
に地震制振モードで待機しているときに、下限値εｓよ
りも大きい地震波（Ｓ波）が検出されると、前述の如く
Ｓ３２でタイマｔｅをゼロリセットする。

【００５８】続いて、Ｓ波の振幅Ａｓが前記メモリ３０
に記憶された最大振幅ｅｐより大きいかどうかをチェッ
クする（Ｓ３３）。今回の振幅Ａｓの方が大きい場合に
は、Ｓ３４で最大振幅ｅｐを今回の振幅に更新してメモ
リ３０に記憶させ、Ｓ３５に至る。

【００５９】又、今回のＳ波の振幅の方が小さい場合に
は、更新せずにＳ３５に移り動吸振器３への制御量ｕを
演算する。

【００６０】Ｓ３５では、後述するＬＱ制御による地震
制振モードの制御ゲイン《Ｆ》が求められ、次式（２）

【００６１】

【数２】

【００６２】により制御量ｕが算出される。そして、地
震制振モードにより算出された制御量ｕはＳ３６で出力
される。又、次回の処理のときにはＳ２１で地震フラグ
＝１が設定されているので、Ｓ５から直接Ｓ２２の処理
に移り、Ｓ６，Ｓ２１を省略する。

【００６３】従って、地震波（Ｓ波）が伝播したときは
Ｓ２１〜Ｓ４０の処理が実行され、地震による急激な変
位に対応したゲイン、即ちビル２が高周波数で振動した
場合のゲイン《Ｆｅ》を用いて動吸振器３を制御するた
め、横方向の地震による急激な振動を制振するのに最適
な速度で付加質量６を移動させて良好に制振できる。従
って、地震発生時急激な変位が検出されても付加質量６
が基台５のストッパに衝突するまで駆動されず、従来の
ようにリミットスイッチをオンにして停止状態となり制
振できなくなったり、あるいはストッパへの衝撃がビル
２に伝わってしまうといった不都合が生じないようにな
っている。

【００６４】又、上記地震波（Ｓ波）が止まり下限値ε
ｐ以下になったときは、すぐに風圧制振モードに切換わ
らず、Ｓ３１からＳ３７に移りタイマｔｅをインクリメ
ントして待機時間Ｔｅを経過するまで（Ｓ３８）地震制
振モードが継続される。従って、一旦地震が止まっても
余震あるいは再び地震波が伝播されるような段続的な地
震の場合でも地震停止後所定時間Ｔｅの間地震制振モー
ドが維持されているので、余震あるいは２回目，３回目
…の地震による急激な入力変化に対してもビル２を良好
に制振することができる。

【００６５】そして、Ｓ３８において、予め設定された
待機時間Ｔｅが経過しても地震が発生しないときは、Ｓ
３９に移り地震フラグを“０”にしてＳ４０で最大振幅
ｅｐをゼロリセットする。そして、前述したＳ３５，Ｓ
３６の処理を実行する。また、Ｓ４０_-1でタイマｔｅを
クリアする。

【００６６】そのため、次回の処理ではＳ６でＰ波の振
幅が下限値εｐより小さい場合、再び風圧制振モードに
戻る。

【００６７】このように、地震制振モード中に地震が止
でもすぐに風圧制振モードに切換えず地震制振モードが
時間Ｔｅの間継続されるため、段続的な地震があっても
地震による急激な変位に応じたゲイン《Ｆｅ》で動吸振
器３を制御することができる。

【００６８】ここで、上記Ｓ２０，Ｓ３５における制御
量ｕを演算する際の演算方法について説明する。

【００６９】まず、風圧制御モードのゲイン《Ｆｗ》と
地震制振モードのゲイン《Ｆｅ》の決定について説明す
る。ゲイン《Ｆｗ》，《Ｆｅ》を求めるに際して、図８
に示すようなＮ階建てのビル２と動吸振器３との力学モ
デルを考える。尚、図８中ｍは質量、Ｋはばね要素、Ｃ
は減衰要素である。そして、図８の力学モデルに関する
最適レギュレータを設計し、これを制振装置１に適用す
る。

【００７０】即ち、ＬＱ（Linear Quadratic) 制御と呼
ばれる方法で評価関数Ｊを求め、評価関数Ｊが最小にな
るように制御系のゲインＦｗ，Ｆｅを決定する。

【００７１】力学モデルは１階からＮ階までの質量msi
の質点と、剛性ksi のばね減衰定数csi の減衰要素で構
成する。また、動吸振器３は付加質量maと制御量ｕで表
わす。

【００７２】又、各階の絶対変位をｙsi、動吸振器３の
変位をｙa とする。ここで、地面階ｙsoと各階の相対変
位ｘsiは、ｘsi＝ｙsi−ｙso …（３）と表わされ、最上階（ｍ_SN）と動吸振器３の付加質量６
（ｍａ）との相対変位ｘａは、ｘａ＝ｙａ−ｙ_SN …（４）と表わされる。

【００７３】状態変位ベクトル《Ｘ》を

【００７４】

【数３】

【００７５】とすると、（但し、

【００７６】

【数４】

【００７７】は夫々付加質量６の変位、速度、加速度
で、Ｘ_S1〜Ｘ_sNはビル２の変位、

【００７８】

【数５】

【００７９】はビル２の速度である。）この系の状態方
程式は、

【００８０】

【数６】

【００８１】と表され、

【００８２】

【数７】

【００８３】但し、Ｉは単位行列、Ｏはゼロ行列であ
る。

【００８４】

【数８】

【００８５】質量マトリクスＭ、剛性マトリクスＫ、減
衰マトリクスＣは、

【００８６】

【数９】

【００８７】と表わすことができる。ここで、ビル２の
変位を抑えることを目的として、次のような評価関数Ｊ
を設定する。

【００８８】

【数１０】

【００８９】但し、《Ｘ》は各質点の状態量（《Ｘ》^T
《Ｘ》は面積に比例）、Ｑはフィードバック量に対する
重み、Ｒは動吸振器ｕに関する制約である。よって、Ｒ
が小のとき付加質量６の加速度が大となり、Ｒが大のと
き付加質量６の加速度が小となる。

【００９０】ここで、

【００９１】

【数１１】

【００９２】である。

【００９３】よって、ゲイン《Ｆｗ》及び《Ｆｅ》は、《Ｆ》＝Ｒ^-1Ｂ^TＰ …（１４）で表わされ、Ｐはリカッチ（Riccati)方程式（１５）の
解として求められる。

【００９４】Ａ^TＰ＋ＰＡ＋Ｑ−ＰＢＲ^-1Ｂ^TＰ＝０ …（１５）尚、重みＱ，Ｒにおいて、ゲイン《Ｆｗ》，《Ｆｅ》に
対応する動吸振器３の変位係数ｑａ、付加質量６の加速
度の係数Ｒをそれぞれ風圧用のｑｗ，ｒｗ、地震用のｑ
ｅ，ｒｅとすると、風圧よりも地震による外力が数倍大
きいので、ｑｗ≪ｑｅ，ｒｗ≪ｒｅと設定し上記の手順でゲインＦを求める。

【００９５】このようにして得られたゲインＦに基づい
て制御量ｕが算出され、動吸振器３のモータ８に出力さ
れる。よって、付加質量６は風圧制振モード時はゲイン
《Ｆｗ》による制御量ｕにより制御されて制振方向に移
動し、地震制振モード時はゲイン《Ｆｅ》による制御量
ｕにより制振動作するように駆動される。

【００９６】尚、上記実施例では、ビル２の制振を行う
制振装置を一例として挙げたが、これに限らず上記動吸
振器３をビル以外の構造物（例えば橋梁、鉄塔、高架建
築物、スタジアム等）にも適用できるのは勿論である。

【００９７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
通常地震のないときは風圧制振モードが設定されるた
め、風圧による小さな外力によるゆるやかな振動の場
合、風圧に応じたゲインで動吸振器を制御でき、付加質
量を風圧による変位を制振するようにゆっくりと移動さ
せて風圧による振動を良好に制振できる。しかも、縦方
向の地震の地震波（Ｐ波）が検出された時点で地震制振
モードに切換わり、やや遅れて横方向の地震波（Ｓ波）
が伝播したときには地震による急激な振動に対応したゲ
インで動吸振器の付加質量を駆動制御するため、地震に
よる構造物の振動を良好に制振できる。

【００９８】従って、地震時の急激な変位が検出された
とき付加質量がストッパに衝突するまで駆動せずに済
み、従来のようにリミットスイッチをオンにして停止状
態となって制振できなくなったり、あるいはストッパへ
の衝撃が構造物に伝わってしまうといった不都合を解消
できる。

【００９９】又、請求項２の発明によれば、地震が止ん
だ後も所定時間地震制振モードが継続されるため、余震
がある場合あるいは地震波が断続的に伝播するような場
合でも地震による急激な振動に対応して良好な制振効果
が得られる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる制振装置の概略構成図である。

【図２】動吸振器の正面図である。

【図３】動吸振器の縦断面図である。

【図４】メモリに記憶された項目を示す図である。

【図５】制振装置のＣＰＵが実行する処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図６】図５の処理に続いて実行される風圧制振モード
の処理を説明するためのフローチャートである。

【図７】図５の処理に続いて実行される地震制振モード
の処理を説明するためのフローチャートである。

【図８】ビル及び動吸振器の振動モデルを示す図であ
る。

【符号の説明】

１制振装置２ビル３動吸振器４制御装置６付加質量８ＡＣサーボモータ１５ａ〜１５ｄ，１８センサ１６風速計２２地震計２５ＣＰＵ３３ハイパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔭山満東京都清瀬市下清戸４丁目640番地株式会社大林組技術研究所内 (72)発明者松岡佳子神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者吉崎勝彦神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の変位を検出するセンサ及び地震
波を検出する地震計からの検出信号に基づいて駆動信号
を生成し、該駆動信号によりアクチュエータを駆動して
付加質量を移動させ、該構造物の振動を制振する制振装
置において、前記地震計により地震波が検出されなかったとき風圧に
よる振動を制振するように前記アクチュエータを駆動す
る風圧制振モードを設定し、前記地震計により縦方向の地震波（Ｐ波）が検出された
とき、前記構造物の地震による振動を制振するように前
記アクチュエータを駆動する地震制振モードを設定する
制振モード設定手段を備えてなることを特徴とする制振
装置。
【請求項２】前記制振モード設定手段は、前記地震制
振モード時に地震が止んだとき、前記地震制振モードを
所定時間継続した後風圧制振モードを設定することを特
徴とする請求項１の制振装置。