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公開番号2024176694
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023095437
出願日2023-06-09
発明の名称制振システムおよび制振方法
出願人清水建設株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類E04H 9/02 20060101AFI20241212BHJP(建築物)
要約【課題】対象とする外乱の入力レベルを制約せずに装置の制約を考慮して性能限界まで活用できる制振システムおよび制振方法を提供する。
【解決手段】建物の頂部に設けられたアクティブマスダンパーと、建物に外力が作用した際に建物応答と計測する建物応答計測部と、建物応答計測部が計測した建物応答からモード応答を推定するモード応答推定部と、モード応答推定部が推定したモード応答に応じて、各モードの応答に独立に重みを設定する下式(1)の評価関数を用いて建物の加速度を低減させるようにアクティブマスダンパーを制御するモデル予測制御部と、を有する。
[数1]
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【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
建物の頂部に設けられたアクティブマスダンパーと、
前記建物に外力が作用した際に建物応答と計測する建物応答計測部と、
前記建物応答計測部が計測した建物応答からモード応答を推定するモード応答推定部と、
前記モード応答推定部が推定したモード応答に応じて、各モードの応答に独立に重みを設定する下式（１）の評価関数を用いて前記建物の加速度を低減させるように前記アクティブマスダンパーを制御するモデル予測制御部と、を有する制振システム。
TIFF
2024176694000007.tif
72
170
続きを表示（約 230 文字）【請求項２】
建物の頂部にアクティブマスダンパーを設け、
前記建物に外力が作用した際に建物応答を計測し、
計測した前記建物応答からモード応答を推定し、
推定した前記モード応答に応じて、各モードの応答に独立に重みを設定する下式（１）の評価関数を用いて前記建物の加速度を低減させるように前記アクティブマスダンパーを制御する制振方法。
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2024176694000008.tif
72
170

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振システムおよび制振方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ＡＭＤ（ＡｃｔｉｖｅＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）は、強風時や中小地震の居住性を向上する目的で、高層ビルや塔状構造物、橋梁などに設置されている可動マスと、アクチュエータとから構成されるアクティブ制振装置である。ＡＭＤは、パッシブ型のＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｎｐｅｒ）と比較して、主構造物に対する質量比が小さくても制振性能が高く、１つの装置で複数モードを制御できる。建物屋上にＡＭＤを設置し制御することによって、より高い制震性能を得ることが可能である。
ＡＭＤの制振性能は、建物に対する可動部の質量比やストロークなどの制振装置のスペックと、ＡＭＤをそのように動かすかを決める制御則の２つから決定される。ＡＭＤは、建物屋上に設置される特性上、実現できる質量やストロークに制限がある。このため。制震性能を向上するためには、限られた装置のスペックを最大限生かした効率的な制御が重要となる。
【０００３】
しかしながら、従来のＡＭＤ制御則は、装置の機械的な制約が明確に考慮されていないため、安定的な動作を維持するために制御対象とする入力レベルを制約して、主に風外乱や地震時の後揺れを対象に設計されている。一定の入力レベルを超える中小地震から大地震に対しては、ストロークを超えないよう出力を抑えて保守的な動作をさせる（可変ゲイン制御）か、装置自体を停止、あるいはパッシブ化させてＴＭＤとして動作させている。このため、地震に対してはあまり積極的にＡＭＤの制振性能が活かされていないのが現状である。
【０００４】
このような地震時のＡＭＤ運用の課題に対し、当社では対象とする外乱の入力レベルを制約せずに、装置の制約を考慮して性能限界まで活用できる制御則として、モデル予測制御（ＭＰＣ：ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ）を用いた制御手法を開発している。モデル予測制御を適用することで、地震時においても積極的にＡＭＤを稼働させ、頻発する中小地震に対して建物応答を低減し、居住性・安心性の向上を図る。また、大地震に対しても装置の性能を最大限生かした安定した制御が可能となり、装置を停止させずに性能範囲内で最大の効果を得られる、地震に対して有用性の高いＡＭＤ制振システムの実現が可能となる。
【０００５】
主なＡＭＤの制御手法としては、ＬＱＲ、Ｈ∞制御、極配置法（モード制御）、ＭＰＣなどがある。地震に対する揺れを扱う際は、建物の高次モードの応答も制御できる制御則であることが重要である。しかし、ＬＱＲのような時間領域の制御手法では、応答の大きさのみを考慮して制御入力を決定するため、制御対象としては応答が大きい１次モードが支配的になり２次や３次モードの応答低減効果が得られにくい。これに対し、Ｈ∞制御や極配置法（モード制御）などの周波数領域の制御手法では、対象とするモード・周波数帯域を任意に設定して制御することが可能であるため、建物の振動制御に適しているといえる。
ただし、上記の従来手法は、装置性能の制約を考慮できないため、一定の入力レベルを超える外乱に対しては出力を下げる必要がある。例えば特許文献１に開示されている可変ゲイン制御である。これに対し、近年、計算機の発達に伴いリアルタイムに複雑な処理、より賢い制御が可能になってきており、制約を考慮できる制御手法として、例えば、特許文献２に開示されているモデル予測制御が自動運転やロボット分野で広く使われている。モデル予測制御は各時刻で制御対象の未来の応答を建物の数式モデルを用いて予測することで、決められた制約の範囲内で最適な制御出力を導出できる手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００７－２３９９４２号公報
特開２０２３－００９４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの手法は、他分野で用いられている一般的なモデル予測制御はＬＱＲと同じく時間領域の制御手法であるため、任意のモードや周波数帯域を狙った制御はできず、建物の振動制御に適しているとはいえない。これらの理由から、高層や超高層の建物では、地震時に１次モードに加えて高次モードの影響により加速度応答が大きくなる場合があるが、建物の複数のモードを考慮した上で地震時にも積極的に制御することは難しい。
【０００８】
そこで、本発明は、対象とする外乱の入力レベルを制約せずに装置の制約を考慮して性能限界まで活用できる制振システムおよび制振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る制振システムは、建物の頂部に設けられたアクティブマスダンパーと、記建物に外力が作用した際に建物応答と計測する建物応答計測部と、前記建物応答計測部が計測した建物応答からモード応答を推定するモード応答推定部と、前記モード応答推定部が推定したモード応答に応じて、各モードの応答に独立に重みを設定する下式（１）の評価関数を用いて前記建物の加速度を低減させるように前記アクティブマスダンパーを制御するモデル予測制御部と、を有する。
【００１０】
TIFF
2024176694000001.tif
72
170
（【００１１】以降は省略されています）

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