(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震床あるいは免震建物にアクチュエータを付加することにより、床あるいは建物の絶対加速度及び相対変位を抑制するアクティブ免震の制御方法において、
最適状態フィードバック制御における評価関数を、床あるいは建物の絶対加速度と相対変位とに独立に重みをかける形で構成し、
前記評価関数は以下に示す式で表されることを特徴とするアクティブ免震の制御方法。
【数１】
0004587011.tif 000012
ただし、ｕは制御力、ｙは床あるいは建物の相対変位と絶対加速度を要素にもつ出力ベクトル、ω０は免震床あるいは免震建物の固有角振動数、λは相対変位と絶対加速度とのいずれを主に抑制したいかを決定するパラメタ、ｇは制御力の大きさを決定するパラメタである。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブ免震の制御方法が用いられていることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震床あるいは免震建物にアクチュエータを付加して、床あるいは建物をアクティブに制御するアクティブ免震の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工場などの精密生産施設では、地震時における生産機器類の耐震安全性確保や機能性維持が強く求められている。この対策としては、工場の一部に免震床を設置し、特に高価で重要な機器や転倒しやすい機器をその上に置くという方法が実施されている。
【０００３】
しかし、免震床は地震時に建物との間に大きな水平方向の相対変位を生ずるため、その周りに十分なクリアランスを取っておくことが必要となる。半導体工場などでは、製品が専用の運搬機械によって各行程を移動するため、生産ラインの中に免震床を設置しようとした場合、このクリアランスが大きな障害となる。
また、通常の免震建物や免震レトロフィットの場合にも、敷地境界までに十分な距離がなく、クリアランスの確保に苦労することは少なくない。
【０００４】
このような問題を解決するために、免震床あるいは免震建物にアクチュエータを付加してアクティブに制御することにより、床あるいは建物の絶対加速度及び相対変位をさらに抑制し、免震床あるいは免震建物の周囲に必要とされるクリアランスを減少させることが狙われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、設置場所の状況に応じて、相対変位をどれだけ抑制するかといったことと、アクチュエータの能力に応じて、絶対加速度をどれだけ抑制するかといったことの両方を同時に参酌しながら、絶対加速度と相対変位とのどちらを重点的に抑制するかといったことまでを考慮した最適な振動制御を実現させることができず、結果的にアクチュエータの能力を十分に活用できていないおそれや、余分なクリアランスが存在するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、設置場所の状況やアクチュエータの能力に応じて、最適な振動制御を実現することができるアクティブ免震の制御方法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】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、免震床あるいは免震建物にアクチュエータを付加することにより、床あるいは建物の絶対加速度及び相対変位を抑制するアクティブ免震の制御方法において、最適状態フィードバック制御における評価関数を、床あるいは建物の絶対加速度と相対変位とに独立に重みをかける形で構成し、前記評価関数は以下に示す式で表されることを特徴とする。
【数２】
0004587011.tif 000002
ただし、ｕは制御力、ｙは床あるいは建物の相対変位と絶対加速度を要素にもつ出力ベクトル、ω０は免震床あるいは免震建物の固有角振動数、λは相対変位と絶対加速度とのいずれを主に抑制したいかを決定するパラメタ、ｇは制御力の大きさを決定するパラメタである。
【０００８】
絶対加速度と相対変位は相反する制御量で、どちらかの制御を強くしていくと、ある段階から必ずもう一方は逆に大きくなってしまう。ここで、最適状態フィードバック制御における評価関数を上記のように構成することにより、単に絶対加速度及び相対変位を同時に低減するだけでなく、どちらの量を重点的に低減できるかまで設計できる。
【００１０】
また、前記評価関数を用いて最適状態フィードバック制御を行うような制御装置を用いて、免震床あるいは免震建物のアクティブ制御を行うことにより、上記の制御方法を有効に実施することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の制御対象である免震床あるいは免震建物の概略図である。
【００１２】
本発明の制御対象は、図１に示すように、設置場所である基礎１と構造物である床２Ａあるいは建物２Ｂとの間に免震装置３が介されており、さらに、床２Ａあるいは建物２Ｂと基礎１との間にアクチュエータ４が付加されているものである。
【００１３】
このアクチュエータ４には、床上あるいは建物内と基礎１との両地点に設置されたセンサ５から得られた信号が入力されて、アクチュエータ４を指示通りに動作させるための制御装置６が接続されている。
この制御装置６により、床２Ａあるいは建物２Ｂがアクティブに制御される。
【００１４】
ここで、図１に示すようなアクティブ免震床あるいは免震建物を１質点系でモデル化し、固有振動数をｆ0、固有角振動数をω0＝２πｆ0、減衰定数をｈ0とする。状態フィードバックによる最適制御を行う場合、状態方程式及び観測方程式は次式で表すことができる。
【数３】
0004587011.tif 000003
ただし、
【数４】
0004587011.tif 000004
は床あるいは建物の相対変位と絶対加速度を要素にもつ出力ベクトル、
【数５】
0004587011.tif 000005
である。
【００１５】
ここで、相対変位と絶対加速度とのいずれを主に抑制したいかを決定するパラメタλを導入し、制御力の大きさを決定するパラメタｇとともに、次式で評価関数を定義する。
【数６】
0004587011.tif 000006
【００１６】
式（２），（８），（９）から、式（１０）は以下のように書き直せる。
【数７】
0004587011.tif 000007
ただし、
【数８】
0004587011.tif 000008
【００１７】
これより、最適制御入力が以下のように求められる。
【数９】
0004587011.tif 000009
ここで、Ｐは以下のリカッチ方程式を解いて得られる正定対称行列である。
【数１０】
0004587011.tif 000010
【００１８】
以上の構成により、パラメタｇを大きくすればするほど制御力は大きくなり、また、パラメタλは０の時に絶対加速度のみに、１の時には相対変位のみに、それぞれ重みが作用し、パラメタλが０から１に変化するに伴い制御の重点が絶対加速度から相対変位へ移ることになる。
【００１９】
よって、上記のような評価関数を用いて、最適状態フィードバック制御を行うことにより、パラメタｇ及びパラメタλの２つを適当に選択するだけで、アクチュエータ４の能力の制限の範囲内で、設置状況に応じて絶対加速度と相対変位のどちらに重点を置いてどの程度低減するのかを設計することができる。
【００２０】
すなわち、アクチュエータ４の能力の範囲内で、設置状況に応じて、免震床あるいは免震建物の周囲に必要なクリアランスを最小限にすることができ、免震システムの適用範囲を大幅に拡大することができる。
【００２１】
【実施例】
上記パラメタλ，ｇを変化させたときの絶対加速度及び相対変位に対する制御効果を評価する。免震床あるいは免震建物の固有振動数及び減衰定数はそれぞれｆ0＝０．５Ｈｚ，ｈ0＝１０％とした。評価指数としては、絶対加速度及び相対変位についてそれぞれの伝達関数のＨ2ノルム
【数１１】
0004587011.tif 000011
をとる。
これは白色雑音の加速度が入力した場合の床あるいは建物の絶対加速度及び相対変位のｒｍｓ値に相当する。
【００２２】
評価結果を図２に示す。ここで、図２（ａ）は絶対加速度に関する指標、（ｂ）は相対変位に関する指標であり、それぞれの指標を非制御の場合の指標により基準化した値で表現している。
【００２３】
図２（ａ）の絶対加速度に関する指標を見ると、λが０に近いときには、制御力が強まるほど（ｇが大きくなるほど）値が小さくなって絶対加速度が低減することを示しているが、λが１に近いときには、ある程度以上制御力を強めると絶対加速度が下げ止まり、反対に上昇に転ずることがわかる。これは、相対変位を抑制しようとした場合、床２Ａあるいは建物２Ｂが設置場所である基礎１あるいは地盤と同じ動きをしようとして、免震の効果を喪失することによる。
【００２４】
逆に、図２（ｂ）の相対変位に関する指標を見ると、λが１に近いときには、制御力が強まるほど相対変位も低減するが、λが０に近いときには、ある程度以上の制御力に対しては値が増加に向かう。
【００２５】
よって、例えば、免震床あるいは免震建物の周りにクリアランスを取る余裕が非常に少ない場合には、λを１に近くとり、ｇを１０2程度に設定することにより、絶対加速度の低減を多少犠牲にしながらも、相対変位をパッシブの場合の１／５程度まで抑えることができる。この場合でも、絶対加速度についてもパッシブの場合と比較するとさらに２割低減できていることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、最適状態フィードバック制御における評価関数を、床あるいは建物の絶対加速度と相対変位とに独立に重みをかける形で構成したことにより、絶対加速度と相対変位のどちらを重点的に制御できるかといったことまで制御できる。これにより、アクチュエータの能力の範囲内で、設置状況に応じて、免震床あるいは免震建物の周囲に必要なクリアランスを最小限にすることができ、免震システムの適用範囲を大幅に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御対象である免震床あるいは免震建物の概略図である。
【図２】（ａ）は本発明による制御方法を用いて行った制御試験の評価指数の絶対加速度を示すグラフであり、（ｂ）は、同評価指数の相対変位を示すグラフである。
【符号の説明】
１  基礎
２Ａ  床
２Ｂ  建物
３  免震装置
４  アクチュエータ
５  センサ
６  制御装置
【図１】
0004587011.tif 000013
【図２】
0004587011.tif 000014