(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に立設された構造物の振動を抑制する構造物の振動抑制装置であって、
前記構造物の振動を抑制するための制振力を制御可能に構成され、前記支持体及び前記構造物を含む系内の所定の第１部位及び第２部位に連結されたアクティブダンパと、
前記支持体の変位を表す支持体変位パラメータを検出する支持体変位パラメータ検出手段と、
前記構造物の振動に対する当該構造物の所定の振動モードの寄与度合いを表す寄与度合いパラメータを取得する寄与度合いパラメータ取得手段と、
前記検出された支持体変位パラメータ、及び、前記取得された寄与度合いパラメータに応じて、前記構造物の前記所定の振動モードの振動に伴って当該構造物に作用する外力が前記アクティブダンパの制振力によって打ち消されるように、当該アクティブダンパの制振力を制御するための制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とする構造物の振動抑制装置。
【請求項２】
前記第１部位は前記第２部位よりも上側に位置しており、
前記第１部位の絶対変位を表す絶対変位パラメータを検出する絶対変位パラメータ検出手段をさらに備え、
前記制御パラメータ算出手段は、前記検出された絶対変位パラメータに応じて、当該絶対変位パラメータで表される前記第１部位の絶対変位が０になるように、フィードバック制御項を算出するとともに、当該算出されたフィードバック制御項にさらに応じて、前記制御パラメータを算出することを特徴とする、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置。
【請求項３】
前記所定の振動モードは、所定の複数の振動モードで構成されており、
前記寄与度合いパラメータ取得手段は、前記寄与度合いパラメータとして、前記構造物の振動に対する前記所定の複数の振動モードの寄与度合いをそれぞれ表す複数の寄与度合いパラメータを取得することを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持体に立設された構造物の振動を抑制する構造物の振動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の構造物の振動抑制装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この振動抑制装置は、高層の建物に適用されたものであり、建物の周囲に立設された軸力部材と、軸力部材の上端部と建物の上端部に連結されたマスダンパを備えている。これらの軸力部材及びマスダンパは付加振動系を構成しており、軸力部材の剛性及びマスダンパの慣性質量は、付加振動系の固有振動数が建物の１次固有振動数に同調するように、設定されている。以上により、従来の振動抑制装置では、建物の１次モードの振動を付加振動系で吸収することによって、建物の振動を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６３７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の振動抑制装置では、マスダンパは、いわゆるパッシブダンパであり、マスダンパの慣性質量などの諸元を、建物の１次固有振動数に応じて、あらかじめ設定しているにすぎない。このため、建物の振動に伴ってマスダンパに伝達される変位がある程度、大きくならない限り、付加振動系による振動吸収効果が十分に得られないので、建物の振動を迅速に抑制することができない。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、構造物の所定の振動モードの振動を迅速かつ適切に抑制することができる構造物の振動抑制装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、支持体に立設された構造物の振動を抑制する構造物の振動抑制装置であって、構造物の振動を抑制するための制振力を制御可能に構成され、支持体及び構造物を含む系内の所定の第１部位及び第２部位に連結されたアクティブダンパと、支持体の変位を表す支持体変位パラメータを検出する支持体変位パラメータ検出手段と、構造物の振動に対する構造物の所定の振動モードの寄与度合いを表す寄与度合いパラメータを取得する寄与度合いパラメータ取得手段と、検出された支持体変位パラメータ、及び、取得された寄与度合いパラメータに応じて、構造物の所定の振動モードの振動に伴って構造物に作用する外力がアクティブダンパの制振力によって打ち消されるように、アクティブダンパの制振力を制御するための制御パラメータを算出する制御パラメータ算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、構造物の振動を抑制するための制振力を制御可能に構成されたアクティブダンパが、支持体及び構造物を含む系内の第１部位及び第２部位に連結されている。また、支持体の変位を表す支持体変位パラメータが、支持体変位パラメータ検出手段によって検出されるとともに、検出された支持体変位パラメータに応じて、アクティブダンパの制振力を制御するための制御パラメータが、制御パラメータ算出手段によって算出される。これにより、前述した従来の振動抑制装置と異なり、地震などに伴って支持体が変位した時点ですぐに、支持体の変位に応じて、アクティブダンパの制振力を発生させることができる。
【０００８】
また、上述した構成によれば、構造物の振動に対する所定の振動モードの寄与度合いを表す寄与度合いパラメータが、寄与度合いパラメータ取得手段によって取得されるとともに、取得された寄与度合いパラメータにさらに応じて、制御パラメータが、構造物の所定の振動モードの振動に伴って構造物に作用する外力がアクティブダンパの制振力によって打ち消されるように、算出される。これにより、アクティブダンパの制振力を、所定の振動モードの振動に伴って構造物に作用する外力を打ち消すように適切に発生させられるので、構造物の所定の振動モードの振動を適切に抑制することができる。以上のように、本発明によれば、構造物の所定の振動モードの振動を迅速かつ適切に抑制することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置において、第１部位は第２部位よりも上側に位置しており、第１部位の絶対変位を表す絶対変位パラメータを検出する絶対変位パラメータ検出手段をさらに備え、制御パラメータ算出手段は、検出された絶対変位パラメータに応じて、絶対変位パラメータで表される第１部位の絶対変位が０になるように、フィードバック制御項を算出するとともに、算出されたフィードバック制御項にさらに応じて、制御パラメータを算出することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第２部位よりも上側に位置する第１部位の絶対変位（静止状態の支持体を基準とした第１部位の変位）を表す絶対変位パラメータが、絶対変位パラメータ検出手段によって検出される。また、検出された絶対変位パラメータに応じて、絶対変位パラメータで表される第１部位の絶対変位が０になるように、フィードバック制御項が算出されるとともに、算出されたフィードバック制御項にさらに応じて、アクティブダンパを制御するための制御パラメータが算出される。これにより、アクティブダンパの制振力を、第１部位の絶対変位が０になるように発生させることができるので、構造物の所定の振動モード以外の振動モードの振動を抑制でき、ひいては、構造物の振動をより適切に抑制することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置において、所定の振動モードは、所定の複数の振動モードで構成されており、寄与度合いパラメータ取得手段は、寄与度合いパラメータとして、構造物の振動に対する所定の複数の振動モードの寄与度合いをそれぞれ表す複数の寄与度合いパラメータを取得することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、所定の振動モードが複数の振動モードで構成されており、構造物の振動に対する所定の複数の振動モードの寄与度合いをそれぞれ表す複数の寄与度合いパラメータが取得される。また、取得された複数の寄与度合いパラメータに応じて、構造物の所定の複数の振動モードの振動に伴って構造物に作用する外力がアクティブダンパの制振力によって打ち消されるように、制御パラメータが算出される。したがって、所定の複数の振動モードの振動を迅速かつ適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態による振動抑制装置を、これを適用した建物とともに概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態によるアクティブダンパを示す断面図である。
【図３】図２及び図１０のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】振動抑制装置の制御装置などを示すブロック図である。
【図５】図４の制御装置によって実行されるアクティブダンパ制御処理を示すフローチャートである。
【図６】振動抑制装置を複数の建物に適用した場合における各建物の固有周期と上端部の最大応答変位との関係（実線）を、比較例（一点鎖線）とともに示す図である。
【図７】図６に示すデータを得るために用いた入力地震波の振動加速度、振動速度及び振動変位を示す図である。
【図８】１質点系モデルに置換された建物の上端部の応答変位と地動の変位との関係を示す図である。
【図９】第２実施形態による振動抑制装置を、これを適用した建物とともに概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態によるアクティブダンパを示す断面図である。
【図１１】第１実施形態による振動抑制装置の変形例を、これを適用した建物とともに概略的に示す図である。
【図１２】第２実施形態による振動抑制装置の変形例を、これを適用した建物とともに概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による振動抑制装置を、これを適用した建物Ｂとともに概略的に示している。建物Ｂは、基礎Ｆに立設された高層のビルであり、その左右の壁面には、上端部から下端部にわたって、複数の滑車ＰＵ、ＰＵ、…が、上下方向にほぼ等間隔に左右対称に取り付けられている。
【００１５】
振動抑制装置は、制振力を制御可能な左右のアクティブダンパ２、２と、両者２、２の制振力を制御するための制御装置３と、建物Ｂの振動に伴う変位をアクティブダンパ２、２にそれぞれ伝達するための左右の伝達部材４、４を備えている。
【００１６】
左右のアクティブダンパ２、２は、互いに同様に構成されているので、以下、両者２、２を代表して、左側のアクティブダンパ２について詳細に説明する。図２に示すように、アクティブダンパ２は、円筒状の本体部１１と、本体部１１に、軸線方向に移動可能に部分的に収容されたロッド１２と、本体部１１内に摺動可能に、かつロッド１２の軸線方向の中央部に一体に設けられたピストン１３を有している。
【００１７】
本体部１１は、互いに対向する一対の端壁１１ａ及び端壁１１ｂと、両者１１ａ、１１ｂの間に一体に設けられた周壁１１ｃなどで構成されている。これらの端壁１１ａ、１１ｂ及び周壁１１ｃによって画成された油室は、ピストン１３によって端壁１１ａ側の第１油室１１ｄと端壁１１ｂ側の第２油室１１ｅに区画されており、両油室１１ｄ、１１ｅには、シリコンオイルで構成された作動油ＨＦが充填されている。
【００１８】
また、一対の端壁１１ａ、１１ｂの各々の径方向の中央には、軸線方向に貫通するロッド案内孔１１ｆが形成されており、ロッド案内孔１１ｆには、シール１４が設けられている。さらに、端壁１１ａには、軸線方向に突出する凸部１１ｇが一体に設けられており、凸部１１ｇの内側には、収容部１１ｈが画成されている。さらに、凸部１１ｇには、自在継手を介して、第１取付具ＦＬ１が設けられている。
【００１９】
前記ロッド１２は、上記のロッド案内孔１１ｆ、１１ｆに、シール１４を介して挿入され、軸線方向に延びており、本体部１１に対して軸線方向に移動可能である。また、ロッド１２は、その一端部が上記の収容部１１ｈに収容され、一端部以外の大部分が第１及び第２油室１１ｄ、１１ｅに収容されており、他端部が本体部１１から突出している。また、ロッド１２の他端部には、自在継手を介して、第２取付具ＦＬ２が設けられている。
【００２０】
前記ピストン１３は、円柱状に形成されており、その周面には、シール１５が設けられている。また、ピストン１３の径方向の外端部には、軸線方向に貫通する複数の孔が形成されており（２つのみ図示）、これらの孔には、第１リリーフ弁１６及び第２リリーフ弁１７が設けられている。第１リリーフ弁１６は、弁体１６ａと、これを閉弁側に付勢するばね１６ｂで構成されており、第１油室１１ｄ内の作動油ＨＦの圧力が所定の上限値に達したときに開弁する。これにより、第１及び第２油室１１ｄ、１１ｅが互いに連通されることによって、第１油室１１ｄ内の作動油ＨＦの圧力の過大化が防止される。第２リリーフ弁１７は、第１リリーフ弁１６と同様、弁体１７ａと、これを閉弁側に付勢するばね１７ｂで構成されており、第２油室１１ｅ内の作動油ＨＦの圧力が上記の上限値に達したときに開弁する。これにより、第１及び第２油室１１ｄ、１１ｅが互いに連通されることによって、第２油室１１ｅ内の作動油ＨＦの圧力の過大化が防止される。
【００２１】
また、アクティブダンパ２は、第１及び第２油室１１ｄ、１１ｅに、ピストン１３をバイパスするように接続された連通路１８と、連通路１８の途中に設けられた歯車モータ１９と、歯車モータ１９に連結された回転マス２５と、回転マス２５に連結された電気モータ２６（図３参照）をさらに有している。なお、図１では、便宜上、これらの連通路１８などを省略している。図２及び図３に示すように、歯車モータ１９は、外接歯車型のものであり、ケーシング２０と、ケーシング２０に収容された第１ギヤ２１及び第２ギヤ２２などで構成されている。ケーシング２０は、連通路１８の中央部に一体に設けられており、その内部が互いに対向する２つの出入口２０ａ、２０ａを介して、連通路１８に連通している。
【００２２】
また、第１ギヤ２１は、スパーギヤで構成され、第１回転軸２３に一体に設けられている。第１回転軸２３は、連通路１８に直交する方向に水平に延び、ケーシング２０に回転可能に支持されており、ケーシング２０の外部に若干、突出している（図３参照）。第２ギヤ２２は、第１ギヤ２１と同様、スパーギヤで構成され、第２回転軸２４に一体に設けられており、第１ギヤ２１と噛み合っている。第２回転軸２４は、第１回転軸２３と平行に延び、ケーシング２０に回転可能に支持されている。また、第１及び第２ギヤ２１、２２の互いの噛合い部分は、ケーシング２０の出入口２０ａ、２０ａに臨んでいる。
【００２３】
回転マス２５は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄から成る円板で構成されている。また、回転マス２５は、第１回転軸２３に同軸状に固定されており、第１ギヤ２１及び第１回転軸２３と一体に回転可能である。電気モータ２６は、例えば、発電可能なブラシレスＤＣモータで構成されており、そのロータ（図示せず）が第１回転軸２３に同軸状に連結されている。
【００２４】
アクティブダンパ２では、振動による外力は本体部１１及びロッド１２に伝達され、この外力に抗するように制振力が発生する。また、制振力を制御するための制御モードとして、第１〜第３制御モードが設定されている。これらの第１及び第２制御モードでは、電気モータ２６に電力を供給し、電気モータ２６で第１ギヤ２１を回転させることにより、連通路１８内の作動油ＨＦに流動を生じさせることによって、アクティブダンパ２の制振力が制御される。
【００２５】
より具体的には、第１制御モードでは、振動による外力がロッド１２及びピストン１３に伝達されたときに、電気モータ２６による第１ギヤ２１の駆動により生じる作動油ＨＦの流動方向（以下「モータ駆動流動方向」という）が、振動による外力によりピストン１３が移動することで生じる作動油ＨＦの流動方向（以下「振動流動方向」という）と反対方向になるように、電気モータ２６の回転方向が制御される。これにより、アクティブダンパ２のより大きな制振力が発生する。この場合、電気モータ２６の回転数を調整することによって、アクティブダンパ２の制振力が制御され、電気モータ２６の回転数が高いほど、制振力はより大きくなる。
【００２６】
第２制御モードでは、振動による外力がロッド１２及びピストン１３に伝達されたときに、モータ駆動流動方向が振動流動方向と同方向になるように、電気モータ２６の回転方向が制御される。これにより、アクティブダンパ２のより小さな制振力が発生する。この場合にも、電気モータ２６の回転数を調整することによって、アクティブダンパ２の制振力が制御され、第１制御モードの場合と異なり、電気モータ２６の回転数が高いほど、制振力はより小さくなる。
【００２７】
上記の第３制御モードでは、振動による外力によりピストン１３が移動することで発生した作動油ＨＦの流動を用いて電気モータ２６で発電を行うとともに、その発電電力を調整することによって、アクティブダンパ２の制振力が制御される。この場合、作動油ＨＦの流動が、第１ギヤ２１により回転運動に変換され、さらに電気モータ２６で電気エネルギに変換（発電）される。第３制御モードにおけるアクティブダンパ２の制振力は、電気モータ２６の発電電力が大きいほど、作動油ＨＦが流れにくくなるため、より大きくなる。第１〜第３制御モードの各々で得られる制振力の大小関係は、第１制御モード＞第３制御モード＞第２制御モードの順になっている。なお、制御モードとして、第１〜第３制御モードのうちの１つ又は２つの制御モードを設定してもよい。
【００２８】
以上の構成の左側のアクティブダンパ２は、その第１取付具ＦＬ１が基礎Ｆに連結され、上下方向に延びており、建物Ｂの下端部の左側の壁面付近に配置されている。右側のアクティブダンパ２は、建物Ｂを中心として、左側のアクティブダンパ２と左右対称に設けられており、その第１取付具ＦＬ１が基礎Ｆに連結され、上下方向に延びており、建物Ｂの下端部の右側の壁面付近に配置されている。
【００２９】
前記制御装置３は、コンバータや、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェースなどの組み合わせで構成されており、図４に示すように、電気モータ２６及び直流式の電源２７に電気的に接続されている。制御装置３及び電源２７は、建物Ｂ内に設けられている。なお、電源２７は交流式のものでもよい。制御装置３は、前述した第１〜第３制御モードのうちの１つによってアクティブダンパ２、２の制振力を制御する。各制御モードにおいて、電源２７から電気モータ２６への供給電力と、電気モータ２６の発電電力は、制御装置３による後述する制御信号Ｚ０に基づいて調整され、ひいては、アクティブダンパ２の制振力が制御される。なお、電気モータ２６の発電電力は、電源２７に充電可能である。
【００３０】
前記左右の伝達部材４、４の各々は、鋼線から成るケーブルで構成されている。左側の伝達部材４の一端部は、建物Ｂの上端部の左端部に連結されており、他端部は、左側のアクティブダンパ２の第２取付具ＦＬ２に連結され、鉛直に延びている。また、左側の伝達部材４は、その途中で、建物Ｂの左側の壁面に取り付けられた複数の滑車ＰＵ、ＰＵ、…のうちの最上位の滑車ＰＵと最下位の滑車ＰＵに折り返された状態で巻き回されるとともに、他の滑車ＰＵ、…に案内されている。
【００３１】
右側の伝達部材４は、左側の伝達部材４と左右対称に設けられていて、その一端部が、建物Ｂの上端部の右端部に連結されるとともに、他端部が、右側のアクティブダンパ２の第２取付具ＦＬ２に連結されており、鉛直に延びている。また、右側の伝達部材４は、左側の伝達部材４と同様、その途中で、建物Ｂの右側の壁面に取り付けられた複数の滑車ＰＵ、ＰＵ、…のうちの最上位の滑車ＰＵと最下位の滑車ＰＵに折り返された状態で巻き回されるとともに、他の滑車ＰＵ、…に案内されている。
【００３２】
以上のように、アクティブダンパ２の本体部１１は、基礎Ｆに連結されており、ロッド１２は、伝達部材４を介して建物Ｂの上端部に連結されている。
【００３３】
また、振動抑制装置は、地震などに伴って発生した基礎Ｆの振動による加速度（以下「基礎振動加速度」という）を検出する第１加速度センサ３１と、地震などに伴って発生した建物Ｂの上端部の振動による加速度（以下「上端部振動加速度」という）を検出する第２加速度センサ３２を備えている。第１及び第２加速度センサ３１、３２は、例えば半導体式のものであり、前者３１は基礎Ｆに、後者３２は建物Ｂの屋上に、それぞれ設けられており、両センサ３１、３２の検出信号は、制御装置３に入力される（図４参照）。
【００３４】
以上の構成の振動抑制装置では、建物Ｂが静止しているときには、アクティブダンパ２のピストン１３は、図２に示す中立位置にある。地震などにより建物Ｂが振動すると、建物Ｂの振動による外力が、伝達部材４を介してアクティブダンパ２に伝達され、ピストン１３を本体部１１に対して移動させるように作用する。制御装置３は、この振動による外力を打ち消すように、また、建物Ｂの上端部の変位が０になるように、アクティブダンパ２の制振力を制御する。
【００３５】
具体的には、制御装置３は、上述した各種のセンサ３１、３２の検出信号に応じ、そのＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、図５に示すアクティブダンパ制御処理を実行することによって、アクティブダンパ２の制振力を制御する。以下、このアクティブダンパ制御処理について説明する。本処理は、所定周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。
【００３６】
まず、図５のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、アクティブダンパ２、２の制振力の制御に必要な各種のパラメータをＲＯＭから読み出す。各種のパラメータには、次のパラメータが含まれる。
ｋ（１）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの１次モードの等価剛性（以下「建物１次等価剛性」という）
ｃ（１）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの１次モードの等価減衰（以下「建物１次等価減衰」という）
ｋ（２）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの２次モードの等価剛性（以下「建物２次等価剛性」という）
ｃ（２）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの２次モードの等価減衰（以下「建物２次等価減衰」という）
ｋ（３）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの３次モードの等価剛性（以下「建物３次等価剛性」という）
ｃ（３）：建物Ｂを１質点系とみなした場合において建物Ｂの上端部を基準としたときの建物Ｂの３次モードの等価減衰（以下「建物３次等価減衰」という）
βＵ（１）：建物Ｂの上端部の１次モードの刺激関数（以下「１次刺激関数」という）
βＵ（２）：建物Ｂの上端部の２次モードの刺激関数（以下「２次刺激関数」という）
βＵ（３）：建物Ｂの上端部の３次モードの刺激関数（以下「３次刺激関数」という）
ここで、刺激関数とは、対応する振動モードの刺激係数に、対応する振動モードの固有ベクトルを乗算した値である。
ｋｓ：伝達部材４の剛性を、建物Ｂの等価剛性の評価方向（第１実施形態では左右方向）に換算したもの（以下「伝達部材剛性」という）
【００３７】
上記の各種のパラメータは、建物Ｂの固有値解析などを行うことによって算出され、ＲＯＭにあらかじめ記憶される。周知のように、刺激係数は、建物Ｂの振動に対する、対応する振動モードの寄与度合いを表すパラメータである。また、刺激関数は、対応する振動モードの振動による相対変位と密接な相関関係を有することから明らかなように、建物Ｂの振動に対する、対応する振動モードの寄与度合いをより良好に表す。
【００３８】
上記ステップ１に続くステップ２では、前記第１加速度センサ３１で検出された基礎振動加速度を積分することによって、地震などに伴う基礎Ｆの振動による速度（以下「基礎振動速度」という）ｄｙ／ｄｔを算出する。次いで、算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔを積分することによって、地震などに伴う基礎Ｆの振動による変位（以下「基礎振動変位」という）ｙを算出する（ステップ３）。
【００３９】
次に、前記ステップ１で読み出された建物１次等価剛性ｋ（１）、建物１次等価減衰ｃ（１）、１次刺激関数βＵ（１）、及び伝達部材剛性ｋｓ、ならびに、上記ステップ２及び３でそれぞれ算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙを用い、次式（１）によって、第１フィードフォワード制御項ｚｆ１を算出する（ステップ４）。
ｚｆ１＝｛−［（ｋ（１）＋ｋｓ）／ｋｓ］ｙ−［ｃ（１）／ｋｓ］ｄｙ／ｄｔ｝
・［βＵ（１）／（βＵ（１）＋βＵ（２）＋βＵ（３））］    ……（１）
この第１フィードフォワード制御項ｚｆ１は、建物Ｂの１次モードの振動による外力を打ち消すようにアクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御項である。
【００４０】
次いで、前記ステップ１で読み出された建物２次等価剛性ｋ（２）、建物２次等価減衰ｃ（２）、２次刺激関数βＵ（２）、及び伝達部材剛性ｋｓ、ならびに、算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙを用い、次式（２）によって、第２フィードフォワード制御項ｚｆ２を算出する（ステップ５）。
ｚｆ２＝｛−［（ｋ（２）＋ｋｓ）／ｋｓ］ｙ−［ｃ（２）／ｋｓ］ｄｙ／ｄｔ｝
・［βＵ（２）／（βＵ（１）＋βＵ（２）＋βＵ（３））］    ……（２）
この第２フィードフォワード制御項ｚｆ２は、建物Ｂの２次モードの振動による外力を打ち消すようにアクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御項である。
【００４１】
次に、前記ステップ１で読み出された建物３次等価剛性ｋ（３）、建物３次等価減衰ｃ（３）、３次刺激関数βＵ（３）、及び伝達部材剛性ｋｓ、ならびに、算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙを用い、次式（３）によって、第３フィードフォワード制御項ｚｆ３を算出する（ステップ６）。
ｚｆ３＝｛−［（ｋ（３）＋ｋｓ）／ｋｓ］ｙ−［ｃ（３）／ｋｓ］ｄｙ／ｄｔ｝
・［βＵ（３）／（βＵ（１）＋βＵ（２）＋βＵ（３））］    ……（３）
この第３フィードフォワード制御項ｚｆ３は、建物Ｂの３次モードの振動による外力を打ち消すようにアクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御項である。
【００４２】
なお、式（１）において、第１フィードフォワード制御項ｚｆ１の算出に、１次刺激関数βＵ（１）〜３次刺激関数βＵ（３）の総和に対する１次刺激関数βＵ（１）の比（βＵ（１）／（βＵ（１）＋βＵ（２）＋βＵ（３））を乗算項として用いているが、これに代えて、１次刺激関数βＵ（１）を乗算項として用いてもよい。このことは、第２及び第３フィードフォワード制御項ｚｆ２、ｚｆ３の算出についても、同様に当てはまる。すなわち、１次刺激関数βＵ（１）〜３次刺激関数βＵ（３）の総和に対する２次刺激関数βＵ（２）の比及び３次刺激関数βＵ（３）の比に代えて、２次刺激関数βＵ（２）及び３次刺激関数βＵ（３）を乗算項としてそれぞれ用いてもよい。
【００４３】
次いで、第２加速度センサ３２で検出された上端部振動加速度を積分することによって、地震などに伴って発生した建物Ｂの上端部の振動による絶対速度（以下「上端部振動絶対速度」という）（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）を算出する（ステップ７）。上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）は、静止状態の基礎Ｆを基準とした建物Ｂの上端部の振動による速度である。
【００４４】
次に、読み出された伝達部材剛性ｋｓ及び上記ステップ７で算出された上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）を用い、次式（４）によって、フィードバック制御項ｚｂを算出する（ステップ８）。
ｚｂ＝−（ｃｓ／ｋｓ）（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）        ……（４）
ここで、ｃｓは、所定のフィードバック粘性係数（ゲイン）であり、例えば、アクティブダンパ２の制振能力に応じて設定される。このフィードバック制御項ｚｂは、建物Ｂの上端部の絶対速度すなわち絶対変位が０になるようにアクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御項である。
【００４５】
次いで、ステップ９において、前記ステップ４〜６でそれぞれ算出された第１〜第３フィードフォワード制御項ｚｆ１〜ｚｆ３と、ステップ８で算出されたフィードバック制御項ｚｂの総和（ｚｆ１＋ｚｆ２＋ｚｆ３＋ｚｂ）を、アクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御信号Ｚ０として算出し、本処理を終了する。
【００４６】
この制御信号Ｚ０は、各アクティブダンパ２のピストン１３の本体部１１に対する変位の目標値に相当する。上述したように制御信号Ｚ０が算出されると、この制御信号Ｚ０に基づいて、前述した第１〜第３制御モードのいずれかが選択されるとともに、ＲＯＭに記憶された所定のマップ（図示せず）を検索することにより、電気モータ２６への供給電力又は発電電力の指令値が算出される。そして、算出された指令値に基づいて電気モータ２６への供給電力又は発電電力が制御されることにより、ピストン１３の変位が制御信号Ｚ０で表される目標値に調整されることによって、アクティブダンパ２の制振力が制御される。
【００４７】
また、図６は、第１実施形態による振動抑制装置を、固有周期が互いに異なる複数の高層の建物に適用した場合（例えば５ｓ以上）における各建物の固有周期と各建物の上端部の最大応答変位との関係（実線）を、比較例（一点鎖線）とともに示している。より具体的には、各建物を１質点系モデルに置換するとともに、入力地震波として、図７に示す告示波（乱数位相）のレベル２を用いた場合における各建物の固有周期と各建物の上端部の最大応答変位（基礎Ｆと建物Ｂの上端部との最大相対応答変位）との関係を、比較例とともに示している。この比較例は、第１実施形態による振動抑制装置に代えて、一般的なパッシブタイプの粘性ダンパ（減衰定数＝３％）が各建物の層間に設けられた場合の例である。
【００４８】
図７に示すように、地震による地動の変位の最大値（以下「最大地動変位」という）は、ＤＭＡＸになっている。図６に実線で示すように、振動抑制装置を適用した複数の建物ではいずれも、最大応答変位がこの最大地動変位と等しくなっている（＝ＤＭＡＸ）ことが分かる。ここで、１質点系モデルに置換した建物の上端部の応答変位と地動の変位は、図８のように表される。以上から明らかなように、振動抑制装置を適用した複数の建物ではいずれも、地面と建物の上端部との変位差が地動の変位と等しくなっており、各建物の上端部が絶対静止していることが分かる。
【００４９】
これに対して、図６に一点鎖線で示す比較例では、各建物の上端部の最大応答変位は、ＤＭＡＸである最大地動変位よりも大きくなっており、建物の固有周期が大きいほど、より大きくなっている。
【００５０】
また、第１実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、第１実施形態における建物Ｂ及び基礎Ｆが、本発明における構造物及び支持体にそれぞれ相当し、第１実施形態における制御装置３及び第１加速度センサ３１が、本発明における支持体変位パラメータ検出手段に相当するとともに、第１実施形態における制御装置３及び第２加速度センサ３２が、本発明における絶対変位パラメータ検出手段に相当する。また、第１実施形態における制御装置３が、本発明における寄与度合いパラメータ取得手段及び制御パラメータ算出手段に相当する。
【００５１】
以上のように、第１実施形態によれば、建物Ｂの振動を抑制するための制振力を制御可能に構成されたアクティブダンパ２、２が、建物Ｂの上端部と基礎Ｆに連結されている。また、基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ（地震などに伴う基礎Ｆの振動による速度）及び基礎振動変位ｙ（地震などに伴う基礎Ｆの振動による変位）が算出される（ステップ２、３）とともに、算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙに応じて、アクティブダンパ２、２の制振力を制御するための制御信号Ｚ０が算出される（ステップ４〜６、９）。これにより、前述した従来の振動抑制装置と異なり、地震などに伴って基礎Ｆが変位した時点ですぐに、基礎Ｆの変位に応じて、アクティブダンパ２、２の制振力を発生させることができる。
【００５２】
また、建物Ｂの振動に対する１次〜３次モードの寄与度合いをそれぞれ良好に表す１次〜３次刺激関数βＵ（１）〜βＵ（３）が、あらかじめ算出され、制御装置３のＲＯＭに記憶されている。さらに、これらの１次〜３次刺激関数βＵ（１）〜βＵ（３）が、ＲＯＭから読み出される（ステップ１）とともに、読み出された１次〜３次刺激関数βＵ（１）〜βＵ（３）にさらに応じて、制御信号Ｚ０が、建物Ｂの１次〜３次モードの振動に伴って建物Ｂに作用する外力がアクティブダンパ２、２の制振力によって打ち消されるように、算出される（ステップ４〜６、９）。これにより、アクティブダンパ２、２の制振力を、１次〜３次モードの振動に伴って建物Ｂに作用する外力を打ち消すように適切に発生させられるので、建物Ｂの１次〜３次モードの振動を適切に抑制することができる。以上のように、第１実施形態によれば、建物Ｂの１次〜３次モードの振動を迅速かつ適切に抑制することができる。
【００５３】
また、上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）（地震などに伴って発生した建物Ｂの上端部の振動による絶対速度）が算出される。さらに、算出された上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）に応じて、建物Ｂの上端部の絶対変位が０になるように、フィードバック制御項ｚｂが算出される（ステップ８）とともに、算出されたフィードバック制御項ｚｂにさらに応じて、制御信号Ｚ０が算出される（ステップ９）。これにより、アクティブダンパ２、２の制振力を、建物Ｂの上端部の絶対変位が０になるように発生させることができるので、建物Ｂの１次〜３次モード以外のより高次の振動モードの振動を抑制でき、ひいては、建物Ｂの振動をより適切に抑制することができる。
【００５４】
さらに、前述したように、アクティブダンパ２、２を制御することによって、建物Ｂの１次〜３次モードの振動を適切に抑制できるため、振動を抑制する対象となる複数の振動モードごとにダンパを設けなくても済むので、振動抑制装置全体としての小型化及び製造コストの削減を図ることが可能になる。
【００５５】
次に、図９及び図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態による振動抑制装置について説明する。この振動抑制装置は、第１実施形態と比較して、アクティブダンパ４１の構成が主に異なっている。図９及び図１０において、第１実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
第２実施形態では、アクティブダンパ４１は、第１実施形態と異なり、単一のアクティブダンパで構成されており、建物Ｂの屋上に設けられている。また、アクティブダンパ４１は、第１実施形態のアクティブダンパ２と比較して、本体部４２の構成と、ロッド１２を有していない点のみが異なっている。
【００５７】
図１０に示すように、本体部４２は、第１実施形態の本体部１１と同様に、端壁４２ａ、４２ｂ及び周壁４２ｃを有するものの、第１実施形態と異なり、凸部１１ｇ及び収容部１１ｈを有しておらず、建物Ｂの屋上に取り付けられている。本体部４２内には、ピストン１３が摺動可能に設けられており、端壁４２ａ、４２ｂ及び周壁４２ｃによって画成された油室は、ピストン１３によって端壁４２ａ側の第１油室４２ｄと端壁４２ｂ側の第２油室４２ｅに区画されている。両油室４２ｄ、４２ｅには、作動油ＨＦが充填されている。また、ピストン１３には、前述した第１及び第２リリーフ弁１６、１７が設けられている。さらに、端壁４２ａ、４２ｂの各々の径方向の中央には、軸線方向に貫通するケーブル案内孔４２ｆが形成されており、ケーブル案内孔４２ｆには、シール４３が設けられている。
【００５８】
また、アクティブダンパ４１は、第１実施形態のアクティブダンパ２と同様、第１及び第２油室４２ｄ、４２ｅに接続された連通路１８と、連通路１８の途中に設けられた歯車モータ１９と、歯車モータ１９に連結された回転マス２５と、回転マス２５に連結された電気モータ２６（図３参照）をさらに有している。なお、図９では、便宜上、連通路１８などを省略している。
【００５９】
左側の伝達部材４は、その一端部がピストン１３の左端部に取り付けられており、ピストン１３から左方に延び、端壁４２ａのケーブル案内孔４２ｆに、シール４３を介して挿入されている。また、左側の伝達部材４は、端壁４２ａから左方に延び、建物Ｂの上端部の左端部に取り付けられた滑車ＰＵに巻き掛けられ、下方に鉛直に延びており、その他端部が、基礎Ｆにおける建物Ｂの左壁面の付近の部位に取り付けられている。さらに、左側の伝達部材４は、その途中で、この上端部の滑車ＰＵと建物Ｂの左壁面の下端部に取り付けられた滑車ＰＵとに折り返された状態で巻き回されており、両滑車ＰＵ、ＰＵの間に設けられた他の滑車ＰＵ、…に案内されている。
【００６０】
右側の伝達部材４は、ピストン１３を中心として、左側の伝達部材４と左右対称に設けられており、その一端部がピストン１３の右端部に取り付けられ、ピストン１３から右方に延び、端壁４２ｂのケーブル案内孔４２ｆに、シール４３を介して挿入されている。また、右側の伝達部材４は、端壁４２ｂから右方に延び、建物Ｂの上端部の右端部に取り付けられた滑車ＰＵに巻き掛けられ、下方に鉛直に延びており、その他端部が、基礎Ｆにおける建物Ｂの右壁面の付近の部位に取り付けられている。さらに、右側の伝達部材４は、その途中で、この上端部の滑車ＰＵと建物Ｂの右壁面の下端部に取り付けられた滑車ＰＵとに折り返された状態で巻き回されており、両滑車ＰＵ、ＰＵの間に設けられた他の滑車ＰＵ、…に案内されている。
【００６１】
以上のように、アクティブダンパ４１の本体部４２は、建物Ｂの屋上（上端部）に連結されており、ピストン１３は、伝達部材４、４を介して基礎Ｆに連結されている。
【００６２】
以上の構成の第２実施形態による振動抑制装置では、建物Ｂが静止しているときには、アクティブダンパ４１のピストン１３は、図１０に示す中立位置にある。地震などにより建物Ｂが振動すると、建物Ｂの振動による外力が、伝達部材４、４を介してアクティブダンパ４１に伝達され、ピストン１３を本体部４２に対して移動させるように作用する。また、第１実施形態と同様、制御装置３によって、前述したアクティブダンパ制御処理（図５）が実行される。
【００６３】
以上により、第２実施形態によれば、第１実施形態による効果を同様に得ることができる。
【００６４】
なお、本発明は、説明した第１及び第２実施形態（以下、総称する場合「実施形態」という）に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１及び第２実施形態では、伝達部材４、４を、鉛直に延びるように設けているが、図１１及び図１２に示すように、斜めに延びるように設けてもよい。この場合、各伝達部材４と建物Ｂの最上面が成す角度をθとすると、前記式（１）〜（４）において、伝達部材剛性ｋｓ（伝達部材の剛性を建物の等価剛性の評価方向（例えば水平方向）に換算したもの）は、伝達部材の軸方向の剛性をｋｄとすると、ｋｓ＝ｋｄ・ｃｏｓ2θとなることがわかる。
【００６５】
また、第１実施形態におけるアクティブダンパ２に代えて、本出願人による特許第5337320号の図９などに記載された慣性質量ダンパ３と、その第１及び第２バイパス通路６、７に設けられた歯車モータ１９及び第１実施形態の電気モータ２６とを備えるアクティブダンパを用いてもよい。この場合にも、図１１及び図１２に示す場合と同様に、左右の伝達部材４、４を斜めに延びるように設けてもよい。さらに、実施形態では、アクティブダンパ２に回転マス２５を設けているが、これを省略してもよい。
【００６６】
また、実施形態では、アクティブダンパ２、４１の制振力を変化させるアクチュエータとして、歯車モータ１９及び電気モータ２６を組み合わせたものを用いているが、本出願人による特許第5191579号の図２及び図５などに記載されたスクリュー機構１６と、第１実施形態の電気モータ２６とを組み合わせたものを用いてもよい。あるいは、本出願人による特許第5161395号の図２などに記載されたねじ軸１５及び第２ピストン１６と、第１実施形態の電気モータ２６とを組み合わせたものを用いてもよい。
【００６７】
さらに、実施形態におけるアクティブダンパ２、４１に代えて、油圧（空気圧）ポンプやシリンダの組み合わせで構成されたアクティブダンパや、電磁アクチュエータで制振力を発生させるアクティブダンパなどを用いてもよい。また、実施形態では、本発明における支持体変位パラメータとして、基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙの双方を用いているが、両者ｄｙ／ｄｔ、ｙの一方を用いてもよい。この場合、第１〜第３フィードフォワード制御項ｚｆ１〜ｚｆ３を算出するに当たり、前記式（１）〜（３）における基礎振動速度ｄｙ／ｄｔ及び基礎振動変位ｙの他方に関する項、すなわち、−［ｃ（ｘ）／ｋｓ］（ｄｙ／ｄｔ）又は−［（ｋ（ｘ）＋ｋｓ）／ｋｓ］ｙが省略される。
【００６８】
さらに、実施形態では、本発明における寄与度合いパラメータとして、１次〜３次刺激関数βＵ（１）〜βＵ（３）を用いているが、構造物の振動に対する所定の振動モードの寄与度合いを表す他の適当なパラメータ、例えば刺激係数を用いてもよい。また、実施形態では、本発明における絶対変位パラメータとして、上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）を用いているが、これを積分することによって算出した建物Ｂの上端部の絶対変位を用いてもよい。さらに、実施形態では、制御信号Ｚ０の算出に、フィードバック制御項ｚｂを用いているが、これを省略してもよい。
【００６９】
また、実施形態では、第１加速度センサ３１で検出された基礎振動加速度を積分することによって、基礎振動速度ｄｙ／ｄｔを算出するとともに、算出された基礎振動速度ｄｙ／ｄｔをさらに積分することによって、基礎振動変位ｙを算出しているが、これらのパラメータｄｙ／ｄｔ、ｙを、加速度センサと積分器の組み合わせで構成されたセンサによってそれぞれ検出してもよい。さらに、実施形態では、上端部振動絶対速度（ｄｘ／ｄｔ＋ｄｙ／ｄｔ）を、第２加速度センサ３２で検出された上端部振動加速度を積分することによって、算出しているが、加速度センサと積分器の組み合わせで構成されたセンサによって検出してもよい。
【００７０】
また、実施形態では、本発明における所定の振動モードとして、１次〜３次モードを用いているが、これらのうちの１つ又は２つを含む所定の複数の振動モードを用いてもよく、あるいは、１次〜ｎ次モード（ｎ≧２）のうちの所定の１つの振動モードを用いてもよい。さらに、実施形態では、本発明における第１部位及び第２部位として、建物Ｂの上端部及び基礎Ｆを用いているが、他の適当な部位を用いてもよい。
【００７１】
また、第１実施形態では、左右の伝達部材４、４を、鋼線から成るケーブルで構成しているが、柱材で構成してもよい。このことは、前述したように特許第5337320号の慣性質量ダンパ３などによりアクティブダンパを構成した場合にも、同様に当てはまる。さらに、第１実施形態では、アクティブダンパ２、２及び伝達部材４、４を、建物Ｂの左右の両側に配置しているが、建物の前後の両側に配置してもよい。このことは、第２実施形態の伝達部材４、４についても同様に当てはまる。また、実施形態では、建物Ｂに振動抑制装置のみを設けているが、建物の中間階の応答が大きくなるような場合には、振動抑制装置に加え、この中間階などに適当なダンパを設けてもよい。以上の実施形態に関するバリエーションを適宜、組み合わせて採用してもよいことは、もちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
Ｂ  建物（構造物）
Ｆ  基礎（支持体）
２  アクティブダンパ
３  制御装置（支持体変位パラメータ検出手段、寄与度合いパラメータ取得               手段、制御パラメータ算出手段、絶対変位パラメータ検出手段）
３１  第１加速度センサ（支持体変位パラメータ検出手段）
３２  第２加速度センサ（絶対変位パラメータ検出手段）
４１  アクティブダンパ
βU(1)  １次刺激関数（寄与度合いパラメータ）
βU(2)  ２次刺激関数（寄与度合いパラメータ）
βU(3)  ３次刺激関数（寄与度合いパラメータ）
dy/dt  基礎振動速度（支持体変位パラメータ）
y  基礎振動変位（支持体変位パラメータ）
(dx/dt+dy/dt)  上端部振動絶対速度（絶対変位パラメータ）
zb  フィードバック制御項
Z0  制御信号（制御パラメータ）
【図１】
0006320902.tif 000002
【図２】
0006320902.tif 000003
【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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【図１２】
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