(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部または一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、
上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また、上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、
上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と、制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、
一方、上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には、上記変数αを、設定した上限値を限度に増加させ、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を上回っている場合には、上記変数αを、設定した下限値を限度に減少させ、
更に、上記制御対象に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別し、地震によるものと判別した場合には、上記変数αの上限値を、風によるものと判別した場合よりも小さい側に変更することとし、
上記上限値と下限値の間で、上記変数αを、制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量と、その応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴とするアクティブ制振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震や風等の外乱によって揺れる建物および土木構築物等の構造物や機械等をアクティブに制振するアクティブ制振方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図１に示すように、構造物１をアクティブに制振するシステムでは、構造物１に作用する外乱や該構造物１に設置された制振装置３の制振結果に対する各応答量Ｘ１〜Ｘ４がセンサ２で検出され、その検出値が、Ａ／Ｄ変換器４でデジタル化されて、コントローラ５に供給される。コントローラ５は、数値演算プロセッサや加算・乗算回路等から構成され、供給された上記検出値に基づいて駆動指令電圧を求め、その求めた駆動指令電圧をＤ／Ａ変換器６を介して駆動装置制御回路７に供給する。駆動装置制御回路７は、入力された上記駆動指令電圧に基づいて制振装置３を駆動して、制御対象である構造物１に制御力を入力する。これを繰り返すことによって、当該構造物１に発生している揺れを抑える。
【０００３】
ここで、上記センサ２によって検出される応答量Ｘ１〜Ｘ４は、上記構造物１や制振装置３の変位、速度、加速度、電圧値等である。また、上記コントローラ５における駆動指令電圧を求める演算は、下記式のように、供給された各応答量Ｘ１〜Ｘ４に所定の各制御ゲインＧｉをそれぞれ掛けることによって求めている。
Ｕ＝Ｇ１・Ｘ１＋Ｇ２・Ｘ２・・・＋Ｇ４・Ｘ４
【０００４】
このとき、定数制御ゲインを用いるコントローラ５では、上記制御ゲインＧｉとして、最適制御理論等により予め計算した一定の値である定数制御ゲインＧｉを使用して上記駆動指令電圧Ｕを求めている。また、従来の可変制御ゲインを用いるコントローラ５では、予め、想定した数種類の外乱レベルに応じて、対応する数種類の定数制御ゲインＧｉを求めて記憶しておき、構造物１（制御対象）の変位、速度、加速度等の応答量Ｘ１、Ｘ２、Ｘ４、制振装置３の応答量Ｘ３（例えば、制振装置３のアクティブマスダンパーのストローク等）に応じて上記定数制御ゲインＧｉを適宜、切り換えながら上記駆動指令電圧Ｕを求めている。
【０００５】
しかしながら、上記定数制御ゲインを用いるコントローラ５では、地震や風による外乱の強度レベルの変化に対応して、制御ゲインＧｉが更新されることがないので、外乱の強度レベルの増大、つまり、構造物１等の応答量Ｘ１〜Ｘ４の増大に比例して制御力等の制振装置３への要求性能も増加する。即ち、予め想定した外乱レベルよりも大きな外乱レベルに対しては、図８に示すように、それに比例して要求される制御力が大きくなって、制振装置３で許容される制御力Ｕｃあるいは許容されるストロークを超えてしまう恐れがある。そして、上記のように制振装置３で許容される制御力Ｕｃあるいは許容されるストロークを超えてしまうと、アクティブ制御を続けることは出来ず、場合によってはシステムを停止させる必要が生じるという問題がある。
【０００６】
逆に、予め想定した外乱レベルよりも小さな外乱レベルに対しては、図９に示すように、対応する構造物１等の応答量Ｘ１〜Ｘ４も小さく、それに比例して出力可能な制御力も小さい値に抑えられるために、制振装置３の性能を十分に発揮させることができない。
【０００７】
また、上記可変制御ゲインを用いるコントローラ５では、定数制御ゲインＧｉの切換えにどの応答量Ｘ１〜Ｘ４を用いるかという応答量の選定や、切換えのための基準値の設定に合理的な方法がなく、場合に応じて試行錯誤的に決定する必要があった。また、ある定数制御ゲインＧｉから別の定数制御ゲインＧｉに切り換わる際に、制御に不連続が生じることによって、図１０に示すように制御力にスパイクノイズが発生したり、また、切換えが頻繁に起こることによって、図１１に示すように、制動力にチャタリングが生じることがある。更に、きめ細かく切換えのための基準値を設定することは、制御演算時間の関係から制約がある。
【０００８】
そこで、以上の問題を解決できるアクティブ制振方法が開発され、特許文献１として提案されている。特許文献１に示されるアクティブ制振方法は、地震や風などの外乱レベルに対応して、関数に基づいて連続的に制振装置の制御強さ（ゲイン）を変化させ、制振装置の能力制約内で有効な制振効果を発揮できるようにしたものである。
【０００９】
この特許文献１に記載されたアクティブ制振方法によれば、制振装置の応答量に基づいて制御強さ（制御ゲイン）を変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、所定基準値近傍に制振装置の応答量を近づけるように制御することができる。そのため、比較的定常性が強い強風時には、アクティブ制振装置の能力制約内で有効に制振効果を発揮させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０５６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、構造物（建物）の振動振幅が急激に増大するような大地震時（特に建物が共振するような長周期地震動）に対しては、制御強さの変化が間に合わないことがあり、制振装置がストロークオーバーとなって、制御が停止されてしまう可能性があることが分かった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大地震時においても制御が停止されることなく、制振装置の能力制約内で有効に制振効果を発揮させることの可能なアクティブ制振方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係るアクティブ制振方法は、制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部または一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また、上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と、制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、一方、上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には、上記変数αを、設定した上限値を限度に増加させ、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を上回っている場合には、上記変数αを、設定した下限値を限度に減少させ、更に、上記制御対象に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別し、地震によるものと判別した場合には、上記変数αの上限値を、風によるものと判別した場合よりも小さい側に変更することとし、上記上限値と下限値の間で、上記変数αを、制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量と、その応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のアクティブ制振方法においては、制振装置の応答量が所定基準値を超えている場合には、その応答量が小さくなるように、つまり、制振装置の制御量が小さくなる方向に制御ゲインが変化する。また、制振装置の応答量が所定基準値より小さい場合には、その応答量が大きくなるように、すなわち制振装置の制御量が大きくなる方向に制御ゲインが変化する。
【００１５】
この際に、一般に、応答量はほぼ外乱レベルに比例しているので、適当な応答量を選択することによって、応答量が所定以上に小さい状態、すなわち外乱レベルが想定以上に低い状態でも、制御量を所定以上の値に確保することができ、且つ、応答量が所定以上に大きい状態、すなわち外乱レベルが想定以上に大きい状態でも、制御量を所定以下の値に抑えることが可能となる。
【００１６】
また、制振装置の制御力等の応答量に基づいて制御ゲインを変化させることで、外乱の大きさに関わらず、制御量を所定の基準値に収束させることが可能になる。
【００１７】
また、制御ゲインは、時々刻々、連続的に変化するので、その制御ゲインを使用した制御量も連続的に小刻みに変化して、制御量に不連続が生じたり、その不連続が頻繁に生じたりすることが抑えられる。ここで、上記制御ゲインを変化させるための応答量は、必ずしも制御量を直接演算する際に使用する応答量でなくてもよい。
【００１８】
また、制振装置の所定基準値からの応答量の偏差が最小となる方向に、設定した上限値と下限値の範囲内において常に変数αを変化させることで、制御ゲインを変化させるので、制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている状態では、変数αを、設定した上限値を限度に増加させることで制御ゲインが変化し、外乱レベルが小さくても、所定以上の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに上限値を設定することで、変数αおよび制御量が大きくなり過ぎることは防止される。
【００１９】
また、制振装置の応答量が所定基準値を上回っている状態では、変数αを、設定した下限値を限度に減少させることで制御ゲインが変化し、外乱レベルが大きくても、所定以下の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに下限値を設定することで、変数αおよび制御量が小さくなり過ぎることは防止される。
【００２０】
また、制御対象に作用する外乱には、地震または風による力があるが、地震による揺れと判断した場合には、変数αの上限値が、風による揺れと判断した場合の上限値よりも小さい側に変更され、制御強さの弱い（制御ゲインの小さい）保守的な運用が行われる。そのため、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のような制御強さの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなることが防止され、制御が停止されてしまう可能性がなくなり、制振装置の能力制約内で有効に制振効果が発揮される。
【００２１】
なお、上記変数αと制御ゲインとの関係は、例えば、従来のように各外乱レベルに対応させて決定した複数の定数ゲインを結ぶ、変数αの多項式に近似させて関連付ける。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のアクティブ制振方法によれば、例えば、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであれば、マスのストローク量等の制振装置の応答量に基づいて制御ゲインを変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、確実に制御量を制振装置の能力限界値に近い値等、所定基準値近傍に常時近づけるように制御できる。従って、制振装置の制約内で確実に、制振装置の能力を有効に発揮させて制振を行うことができる。
【００２３】
また、外乱が小さくても、所定以上の制御量が確保可能であり、さらに、外乱が想定したレベルよりも大きくても、所定の制御量近傍の値で制振可能となって、制振装置の能力制約内で且つきめ細かい制御が可能となると共に、制振装置の作動効率を大幅に向上させることが可能になる。また、上記制御ゲインを連続的に変化させることで、外乱の変化等に影響しないで、安定した制御力を発揮可能となる。
【００２４】
更に、制御ゲインを規定する関数の中の変数αは、所定の上限値と下限値との間で増減するので、対応する各制御ゲインも所定の上限と下限との間で変化して、制御量を所定の範囲に抑えることが可能になる。しかもその際、地震時には、地震時以外のときに比べて変数αの上限値を小さい側に変更するので、制御強さの弱い保守的な運用を行うことができ、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなるのを防ぐことができて、制御が停止される事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施形態のアクティブ制振システムを示す概要構成図である。
【図２】本発明に係る実施形態の変数αとゲイン関数Ａｉ（α）との関係の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態のコントローラの処理の流れを示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の制御による模式的な状態を示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は外乱に対応するαの時刻歴を、（ｃ）は外乱に対応する制御力の時刻歴を示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態の変数αとゲイン関数Ａｉ（α）との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態における外乱としての最大入力加速度が４０Ｇａｌでの変数αおよび制御力の状態を示す図であり、（ａ）はαの時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態における外乱としての最大入力加速度が１００Ｇａｌでの変数αおよび制御力の状態を示す図であり、（ａ）はαの時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示す図である。
【図８】従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に大きくなった場合の状態を示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示す図である。
【図９】従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に小さい場合の状態を示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示す図である。
【図１０】従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱の変化によるゲインの切り換わりを示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示す図である。
【図１１】従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における制御力の時刻歴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のアクティブ制振方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
先ず、上記アクティブ制振方法を実施するためのアクティブ制振システムの構成について説明すると、図１に示すように、制御対象である構造物（例えば建物）１の地上階（地面または地面に近い位置）、最上階、および中間階等にセンサ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｄ）が配設されている。また、上層階にはアクティブマスダンパーやアクティブテンドン等からなる制振装置３が配設されている。制振装置３には、応答量を検出するセンサ２（２Ｃ）が配設されている。また、構造物１の最上部には、主に地震の判定に用いるセンサ２（２Ｅ）が配設されている。
【００２７】
上記センサ２（２Ａ〜２Ｅ）は、それぞれ設置位置での変位量、速度、加速度等の外乱や制振の結果による応答量Ｘ１〜ＸＮを検出する変位計や加速度計等のセンサである。特に、センサ２Ａ〜２Ｄは、水平方向の応答量を検出するセンサ、センサ２Ｅは、鉛直方向（上下）方向の応答量を検出するセンサである。
【００２８】
これらセンサ２（２Ａ〜２Ｅ）の検出した応答量Ｘ１〜ＸＮに応じた応答量信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器４に入力される。各Ａ／Ｄ変換器４は、入力された応答量信号をデジタル化してコントローラ５に入力する。
【００２９】
このコントローラ５は、従来と同様に、供給された各応答量Ｘ１〜ＸＮにそれぞれ対応する制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを掛けることで、制御量である駆動指令電圧Ｕ（α）を求める。そして、その求めた駆動指令電圧Ｕ（α）をＤ／Ａ変換器６に入力する。
【００３０】
Ｄ／Ａ変換器６は、入力された駆動指令電圧Ｕ（α）をアナログ化して駆動装置制御回路７に入力する。駆動装置制御回路７は、入力された駆動指令電圧Ｕ（α）に応じた制御信号（制御電流）を制振装置３に入力する。制振装置３は、駆動装置制御回路７からの制御信号に応じた制御力を、上記構造物１に入力する。
【００３１】
ここで、コントローラ５における駆動指令電圧Ｕ（α）は、下記（１）式のように、各応答量Ｘ１〜ＸＮに対応する各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを掛け合わせることで算出する。
Ｕ（α）＝Ａ１（α）・Ｇ１・Ｘ１
＋Ａ２（α）・Ｇ２・Ｘ２
＋・・・＋ＡＮ（α）・ＧＮ・ＸＮ  ・・・（１）
【００３２】
このとき、各応答量Ｘ１〜ＸＮに応じた各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉは、所定の各定数制御ゲインＧｉに、変数αで表される各ゲイン関数Ａｉ（α）を重み付けすることで設定される可変制御ゲインである。また、上記ゲイン関数Ａｉ（α）は、αの多項式等によって表される関数であって、Ａｉ（α）とαとは、対応する応答量Ｘ１〜ＸＮに応じて、例えば、図２に示されるような関係となっている。
【００３３】
一般には、Ａｉ（α）は、図２中の実線で示されるように、αの増加に比例して増加するものとして規定されるが、所定の応答量Ｘ１〜ＸＮに対するＡｉ（α）は、例えば、図２中の一点鎖線で示す曲線を描くように変化するよう規定される場合もある。そして、αを制御中に変化させることで、ゲイン関数Ａｉ（α）、更には制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉが変化するようになっている。
【００３４】
ここで、上記変数αには、上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮとが設定されており、変数αを、下限値αＭＩＮと上限値αＭＡＸとの間の範囲でだけ変化させることができるようになっている。これは、αが大きくなり過ぎないように、また、αが小さくなり過ぎないようにするためである。
【００３５】
ところで、制御対象に作用する外乱には、地震による揺れと風による揺れがある。大地震の場合には、構造物１の振動振幅が急激に増大するので、制御ゲインの変化が間に合わない場合があり得る。制御ゲインの変化が間に合わない場合には、制振装置３がストロークオーバーになる可能性がある。
【００３６】
そこで、地震時には、変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮを共に小さい側に変更する。即ち、制御対象である構造物１に作用する外乱が地震によるものか風によるものかを判別する機能をコントローラ５に設定し、地震によるものと判別した場合には、変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮを共に、風によるものと判別した場合の上限値と下限値よりも小さい側に変更する。_
【００３７】
具体的には、地震開始の判定がされた場合は、変数αの関数とした制御ゲインに対するαの可変範囲である上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮを、地震用に用意した「αＭＡＸ_地震」と「αＭＩＮ_地震」に変更設定する。また、地震終了の判定がされた場合は、変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮを、風用に用意した「αＭＡＸ_風」と「αＭＩＮ_風」に戻す。
ここで、
αＭＡＸ_地震  ≦  αＭＡＸ_風
αＭＩＮ_地震  ≦  αＭＩＮ_風
である。
【００３８】
なお、地震の開始判定は、例えば、（ａ）「地面に近い位置に配設したセンサ２Ａの検出する水平方向の加速度が第１の閾値を超えた場合」、または、（ｂ）「構造物１の最上部に配設したセンサ２Ｅの検出する上下方向の加速度が第２の閾値を超えた場合」に行う。
【００３９】
また、地震の終了判定は、例えば、（ａ）「地面に近い位置に配設したセンサ２Ａの検出する水平方向の加速度が一定時間、第１の閾値を下回り、且つ、構造物１の最上部に配設したセンサ２Ｄの検出する水平方向の加速度が一定時間、第３の閾値を下回った場合」、または、（ｂ）「構造物１の最上部に配設したセンサ２Ｅの検出する上下方向の加速度が一定時間、第２の閾値を下回り、且つ、構造物１の最上階に配設されたセンサ２Ｄの検出する水平方向の加速度が一定時間、第３の閾値を下回った場合」に行う。
【００４０】
次に、コントローラ５において実行される上記制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉの決定等の処理概要について、図３のフローチャートに従って説明する。
【００４１】
本実施形態では、制振装置３の応答量の一つである、制御力に対応した制御電流値Ｙに応じて、制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを連続的に変化させる場合について説明する。
【００４２】
また、本実施形態の基準値は、その応答量（制御電流値Ｙ）の能力限界値よりやや低い値である許容目標値（所定基準値）ＹＭＡＸとする。例えば、上記許容目標値ＹＭＡＸ  を、能力限界値の８０％等の値に設定する。なお、制御電流値Ｙは、上記応答量Ｘ１〜ＸＮの一つまたは所定の応答量Ｘ１〜ＸＮから導き出される値である。
【００４３】
まず、制御開始時に、適当な初期値αｉｎｉｔをαに設定しておく（ステップＳ１）。
次に、センサ２（２Ａ〜２Ｅ）からそれぞれ、制御対象（構造物１）と制振装置３の応答量Ｘ１〜ＸＮと、該応答量の一つである制振装置３の制御電流値Ｙを入力する（ステップＳ２）。
【００４４】
次に、地震判定を行い（ステップＳ３）、地震判定の結果に応じてαＭＡＸとαＭＩＮを定める。即ち、地震と判定しない場合（ＮＯの場合）は、αＭＡＸとαＭＩＮを風用に用意した「αＭＡＸ_風」と「αＭＩＮ_風」に設定する（ステップＳ４）。また、地震と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、αＭＡＸとαＭＩＮを地震用に用意した「αＭＡＸ_地震」と「αＭＩＮ_地震」に設定する（ステップＳ５）。
【００４５】
なお、上述したように、
αＭＡＸ_地震  ≦  αＭＡＸ_風
αＭＩＮ_地震  ≦  αＭＩＮ_風
である。
【００４６】
次に、制振装置３の現在の制御電流値Ｙと許容目標値（所定基準値）ＹＭＡＸとを比較して、余裕変数βを算出する（ステップＳ６）。この余裕変数βは、例えば、下記（２）式によって算出する。
β＝１．０−（｜Ｙ｜／ＹＭＡＸ）  ・・・（２）
【００４７】
上記（２）式から分かるように、制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを上回っている場合には、余裕変数βは負の値を取り、また、制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを下回っている場合には、余裕変数βは正の値を取る。すなわち余裕変数βは、所定基準値からみた制御電流値Ｙの余裕状態（制御量の余裕状態）を示していて、制御電流値Ｙに余裕がある場合（制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを下回っている場合）には、余裕に応じた正値を取り、制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを超えている場合には、そのオーバー分に応じた負値を取るようになっている。
【００４８】
なお、上記余裕変数βの算出式は、上記（２）式に限定されるものではなく、下記（３）式のような式でもよい。要は、上記に説明したように、所定基準値からみた制御電流値Ｙの余裕状態を示すような式となっていればよい。
β＝１．０−（｜Ｙｉ｜／ＹＭＡＸ）Ｎ  ・・・（３）
ここで、Ｎは定数である。
【００４９】
次に、以上のようにして求めた余裕変数βを、下記（４）式に代入して、αを更新する（ステップＳ７）。ここで、下記式におけるΔαは、αの増分量である。
α＝α  ＋  Δα・β  ・・・（４）
【００５０】
この（４）式によって、αは、制御電流値Ｙに余裕があれば、増加方向に変化し、許容目標値ＹＭＡＸを超えていれば減少方向に変化する。つまり、ＹがＹＭＡＸに近づくように、αが小刻みに、つまり滑らかに増減する。ただし、このαは、式の性質上、正負とも無限大になり得る。
【００５１】
そこで、上記αと所定下限値αＭＩＮとを比較して（ステップＳ８）、αがαＭＩＮよりも小さければ、αＭＩＮをαの値とする（ステップＳ９）。また、上記αと所定上限値αＭＡＸとを比較して（ステップＳ１０）、上記αが所定上限値αＭＡＸよりも大きければ、αＭＡＸをαの値とする（ステップＳ１１）。
【００５２】
次に、上記決定されたαに基づいて、各ゲイン関数Ａｉ（α）の値をそれぞれ求め、この各ゲイン関数Ａｉ（α）を各制御定数ゲインＧｉに掛けることで、各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを更新し、上記（１）式のように、その制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを各応答量Ｘ１〜ＸＮに掛けて駆動指令電圧Ｕ（α）値を算出する（ステップＳ１２）。
【００５３】
ここで、上記変数αは、増分Δαを基準に小刻みに、つまり連続的に変化し、その変数αによるゲイン関数Ａｉ（α）、さらには、各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉも小刻みに、つまり連続的に変化するようになる。
【００５４】
また、上記変数αは、制御の強さを表す指標となっていて、応答量Ｘ１〜ＸＮが一定であれば、αが大きくなるほど駆動指令電圧Ｕ（α）が大きくなるように、また、αが小さくなるほど駆動指令電圧Ｕ（α）が小さくなるように、上記各Ａｉ（α）は設定されている。即ち、例えば、変数αが大きくなっても、それに比例して各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉの変化を決定するゲイン関数Ａｉ（α）は、上記のように大きくなるとは限らないが、上記制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸよりも小さければ、αが増加して駆動指令電圧Ｕ（α）が大きくなるように、つまり、制御電流値Ｙと許容目標値ＹＭＡＸ（所定基準値）との差が小さくなる方向に、各制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉが変化するように設定される。
【００５５】
次に、上記算出した駆動指令電圧Ｕ（α）とその許容値Ｕｌｉｍｉｔとを比較して（ステップＳ１３）、上記Ｕ（α）が許容値Ｕｌｉｍｉｔよりも大きければ、ＵｌｉｍｉｔをＵ（α）の値とする（ステップＳ１４）。このように、許容値Ｕｌｉｍｉｔを設けることで、駆動指令電圧Ｕ（α）が過大化することを防止している。そして、その算出した駆動指令電圧Ｕ（α）を駆動装置制御回路７に供給する（ステップＳ１５）。上記のような処理を、コントローラ５は、所定サンプル時間毎に繰り返すようになっている。
【００５６】
次に、上記アクティブ制振システムによる構造物１の制振等について説明する。
地震や風等による外乱が構造物１に入力され、当該構造物１が揺れると、上記外乱に対する構造物１の各応答量Ｘ１〜ＸＮがセンサ２によって検出され、検出された応答量Ｘ１〜ＸＮが、順次、Ａ／Ｄ変換器４を介してコントローラ５に供給される。すると、コントローラ５は、上記のように、供給された応答量Ｘ１〜ＸＮに基づいて駆動指令電圧Ｕ（α）を求め、求めた駆動指令電圧Ｕ（α）をＤ／Ａ変換器６を介して駆動装置制御回路７に供給する。駆動装置制御回路７では、供給された駆動指令電圧Ｕ（α）に基づいて制振装置３を駆動し、上記駆動指令電圧Ｕ（α）に応じた制御力を構造物１に入力して当該構造物１を制振する。
【００５７】
このとき、地震や風等の外乱のレベルが小さい場合には、コントローラ５に入力される制御電流値Ｙも小さいので、駆動指令電圧Ｕ（α）は小さくなるが、許容目標値ＹＭＡＸと比較した制振装置３の制御電流値Ｙが小さいために、上記変数αは大きくなる方向に変化し、外乱のレベルが小さい状態でも、所定以上の制御力を構造物１に入力可能となる。この結果、外乱のレベルが想定したレベルよりも低くても、制振装置３の性能が有効に発揮されて、有効に制振可能となる。
【００５８】
このとき、上記変数αには所定の上限値と下限値が設定されているから、上記αと所定上限値αＭＡＸとを比較して（ステップＳ１０）、上記αが所定上限値αＭＡＸよりも大きければ、αＭＡＸをαの値とする（ステップＳ１１）ことにより、変数αおよび制御量が大きくなり過ぎることは防止される。
【００５９】
また、地震や風等の外乱のレベルが大きい場合には、コントローラ５に入力される応答量Ｘ１〜ＸＮが大きくなって、駆動指令電圧Ｕ（α）も大きくなるが、制振装置３の制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを越えると、上記変数αは、小さくなる方向に変化して、駆動指令電圧Ｕ（α）を小さくなる方向に変化させる。これによって、外乱のレベルが想定したレベルよりも大きくなっても、制振装置３の許容性能を越えることが回避されて、従来のように制振装置３を停止させることなく、制振装置の許容目標値ＹＭＡＸ近傍の制御力で制振することが可能となる。
【００６０】
このとき、上記αと所定下限値αＭＩＮとを比較して（ステップＳ８）、αがαＭＩＮよりも小さければαＭＩＮをαの値とする（ステップＳ９）ようにしたから、変数αおよび制御量が小さくなり過ぎることは防止される。
【００６１】
また、地震と判別された場合は、変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮが地震用の上限値「αＭＡＸ_地震」と下限値「αＭＩＮ_風」に設定され、地震と判別されない場合や地震と判別されなくなった場合は、変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮが風用の上限値「αＭＡＸ_風」と下限値「αＭＩＮ_風」に設定されるので、地震時とそうでない時との変数αの取り得る規制範囲、つまり、制御ゲインの取り得る規制範囲が切り替わる。即ち、地震時には、地震時以外のときに比べて変数αの上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮが小さい側に変更されるので、制御強さの弱い保守的な運用が行われることになる。従って、制御対象の振動振幅が急激に増大する大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置がストロークオーバーとなるのを防ぐことができて、制御が停止される事態を回避することができる。
【００６２】
また、上記制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉを変化させる変数αは、式（４）によって現在の変数αに所定増分量Δαに余裕係数βを乗じた値が増減されて更新され、小刻みに、即ち滑らかに変化するので、当該制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉも連続的に変化して、従来のような制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉの切換えの際に制御指令値電圧にスパイクノイズやチャタリングが発生することが回避されて、安定且つきめ細かく制振が可能となる。
【００６３】
上記制御の一例を模式的に表すと、図４に示すようになる。つまり、外乱のレベルが想定したレベルより小さい状態では、対応する制御電流値Ｙも小さいために、上記αが増加して上限値αＭＡＸ近傍を維持し、それに応じた制御力を出力する。そして、制御電流値Ｙが許容目標値ＹＭＡＸを越えるほど、つまり、外乱のレベルが想定したレベルより大きくなると、それに追従してαが減少するように変化して、制御力の増分を抑える。このように、外乱レベルに応じて変数α、更には制振力が変化し、制振装置３は、外乱レベルに応じて制約された機能の範囲内で所定の制御力を発揮する。
【００６４】
さらに、具体的に説明する。
まず、制振対象である構造物モデルとして、各質点質量が１００ｔｏｎ  の１０質点剪断ばねモデルを考え、構造物モデルの頂部に、制振装置としてアクティブマスダンパーを設置すると共に、構造物１の５階並びに１０階の速度・変位、およびアクティブマスダンパーの速度・変位を応答量Ｘ１〜ＸＮとする場合を想定する。また、１次固有周期を１．２秒、以下２〜５次の固有周期を、それぞれ０．４７秒、０．２２秒、０．１７秒として、各次モード減衰定数は１％に設定する。
【００６５】
また、αと各ゲイン関数Ａｉ（α）との関係を図５に示すように設定する。これは、αを、０．２〜２．０まで０，２毎に増加させて各応答量Ｘ１〜ＸＮに対応する各制御ゲインのサンプル値を求め、そのサンプル値に基づいて、ゲイン関数Ａｉ（α）・Ｇｉをαの多項式に近似したものである。ここで、図５中、Ｇ５Ｄは、構造物５階の変位に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ１０Ｄは、構造物１０階の変位に掛けるゲイン関数の値を、ＧＭＤは、アクティブマスダンパーの変位に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ５Ｖは、構造物５階の速度に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ１０Ｖは、構造物１０階の速度に掛けるゲイン関数の値を、ＧＭＶは、アクティブマスダンパーの速度に掛けるゲイン関数の値を、それぞれ表している。
【００６６】
また、αは、下限値αＭＩＮを０．２、上限値αＭＡＸを２．０とし、初期値αｉｎｉｔを１．０とすると共に、増分Δαを０．０５に設定する。また、αを変化させる応答量として制振装置３の制御力を使用し、制御力の限界値を１．３１ｔｏｎｆ、所定基準値をその６０％の０．８５ｔｏｎｆに設定した。
【００６７】
以上のように設定したモデルに対して、外乱として、時系列的な強度レベルの変化が大きいＥ１−Ｃｅｎｔｒｏ１９４０Ｎを用い、最大入力加速度を４０Ｇａｌ、および１００Ｇａｌとして、上記αと制御力の時刻歴波形を求めて見たところ、図６および図７となった。図６が、最大入力加速度を４０Ｇａｌの場合を示し、図７が、最大入力加速度を１００Ｇａｌの場合を示している。
【００６８】
この図から分かるように、本実施例のアクティブ制振方法を採用することで、外乱である入力加速度に追従して変数α、即ち制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉが時々刻々更新されて、制御力を基準とする制御力に時々刻々近づけながら、制振が行われていることが分かる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、制御ゲインＡｉ（α）・Ｇｉの変数αを、制振装置３の駆動電流や制御力に基づいて変化させているが、これに限定されるものではなく、例えば、制振装置の消費電力、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであれば、マスのストローク量等の応答量に基づいて変化させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、一つの応答量Ｙに基づいてα、つまりゲイン関数Ａｉ（α）を更新するようにしているが、複数の応答量に基づいてαを変化させるようにしてもよいし、また、上記対象とする制御ゲイン毎に対応するαを複数個用意して各制御ゲインを更新するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記αを変化させるための応答量は、上記（１）式の演算のために使用される応答量である必要はない。
【００７２】
以上詳述したように、本実施形態のアクティブ制振方法によれば、制振装置３がアクティブマスダンパーを使用したものである場合、マスのストローク量等の制振装置３の応答量に基づいて制御ゲインを変化させるので、外乱レベルの大小に関係なく、確実に制御量を制振装置３の能力限界値に近い値等、所定基準値近傍に常時近づけるように制御できる。従って、制振装置３の制約内で確実に、制振装置の能力を有効に発揮させて制振を行うことができる。
【００７３】
また、外乱が小さくても、所定以上の制御量が確保可能であり、さらに、外乱が想定したレベルよりも大きくても、所定の制御量近傍の値で制振可能となって、制振装置３の能力制約内で且つきめ細かい制御が可能となると共に、制振装置３の作動効率を大幅に向上させることが可能になる。また、上記制御ゲインを連続的に変化させることで、外乱の変化等に影響しないで、安定した制御力を発揮可能となる。
【００７４】
更に、制御ゲインを規定する関数Ａ（α）の中の変数αは、所定の上限値αＭＡＸと下限値αＭＩＮとの間で増減するので、対応する各制御ゲインも所定の上限と下限との間で変化して、制御量を所定の範囲に抑えることが可能になる。
【００７５】
しかも地震時には、制御強さの弱い保守的な運用が行われるので、大地震時のように制御ゲインの変化が間に合わない場合にも、制振装置３がストロークオーバーとなることが防止されて、制御が停止される事態を回避することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  構造物
２，２Ａ〜２Ｅ  センサ
３  制振装置
５  コントローラ
７  駆動装置制御回路
α  変数
αＭＡＸ  αの上限値
αＭＩＮ  αの下限値
αＭＡＸ_地震  地震時用のαの上限値
αＭＩＮ_地震  地震時用のαの下限値
αＭＡＸ_風  地震時以外のαの上限値
αＭＩＮ_風  地震時以外のαの下限値
Ａｉ（α）  ゲイン関数
Ｘ１〜ＸＮ  応答量
Ｙ  変数αを変化させるための応答量
ＹＭＡＸ  基準値
Ｕ（α）  駆動指令電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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