(57)【要約】【課題】制振システムにおいて、より簡単にゲインを設定でき、かつ、地震に対する制振制御をより効果的に行えるようにする。【解決手段】制御装置３００は、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位または地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度の少なくとも一方を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御を行う。これにより、地震による力のビルＢＩＬへの影響を低減させて、ビルＢＩＬの揺れを低減させることができる。すなわち、地震に対する制振制御をより効果的に行うことができる。また、ゲインを切り替える必要が無いので、ゲインを切り替える制振システムの場合と比べて、多くのゲインを設定する必要が無い。従って、より簡単にゲインを設定することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面に設置された構造物の変位または速度の少なくとも一方を検出する第１センサと、前記構造物に相対移動可能に支持された付加質量の変位または速度の少なくとも一方を検出する第２センサとの検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部を具備し、前記制御信号により駆動部を動作させることによって前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させて前記構造物を制振する制振システムであって、
前記制御部は、前記地面の変位による前記構造物の変位または前記地面の速度による前記構造物の速度の少なくとも一方を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成する
ことを特徴とする制振システム。
【請求項２】
前記第１センサは、少なくとも前記構造物の変位を検出し、前記第２センサは、少なくとも前記付加重量の変位を検出し、
前記制御部は、少なくとも前記地面の変位を検出する第３センサの検出信号に基づいて、前記地面の変位に対して所定の重み付けを行って得られる変位を、前記付加質量の変位の目標値に設定することで、前記地面の変位による前記構造物の変位を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の制振システム。
【請求項３】
前記第１センサは、少なくとも前記構造物の速度を検出し、前記第２センサは、少なくとも前記付加重量の速度を検出し、
前記制御部は、少なくとも前記地面の速度を検出する第３センサの検出信号に基づいて、前記地面の速度に対して所定の重み付けを行って得られる速度を、前記付加質量の速度の目標値に設定することで、前記地面の速度による前記構造物の速度を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制振システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記付加質量の重量と前記構造物の重量との合計に対する前記付加質量の重量の割合にて、前記所定の重み付けを行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の制振システム。
【請求項５】
地面に設置された構造物の変位または速度の少なくとも一方と、前記構造物に相対移動可能に支持された付加質量の変位または速度の少なくとも一方とに基づいて、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させて前記構造物を制振する制振システムの制振方法であって、
前記地面の変位による前記構造物の変位または前記地面の速度による前記構造物の速度の少なくとも一方を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる
ことを特徴とする制振方法。
【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。
【背景技術】
【０００２】
高層ビルなどの構造物において、風による揺れを低減させて居住者等の不快感を低減させる制振装置として、ＡＭＤ（Active Mass Damper）やＨＭＤ（Hybrid Mass Damper）がある。ＡＭＤやＨＭＤは、マスと呼ばれる付加質量をモータで動かし、モータがマスに作用させる力の反力（マスを加速させる際の慣性反力）によってビルの揺れを低減させる。
一方、地震の場合においては、風の場合よりも構造物の揺れが大きく、マスが可動範囲（ストローク制限）を超えてしまうおそれがある。また、通常、地震の周期と、風の場合の構造物の固有振動周期とは異なっており、ＡＭＤやＨＭＤによっては、地震の周期に充分に対応できないものもある。このため、一般的なＡＭＤやＨＭＤでは、地震に対する積極的な制振制御は行われていなかった。
【０００３】
なお、地震の場合にマスが可動範囲を超えてしまうおそれがある点に対し、特許文献１に記載の制振装置は、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、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、構造物の振動を制振する制振装置において、構造物の変位を制振するのに必要な付加質量の変位が付加質量の移動可能な動作範囲を越えると判断されるとき、付加質量が該動作範囲内で停止するようにアクチュエータを制御する付加質量停止手段を備えている。
これにより、付加質量がストッパに衝突して構造物を加振してしまうことを防止でき、さらには電源が遮断されずに制振モードが継続されているので構造物の振動が小さくなった時点で直ちに制振動作を行うことができ、振動を短時間で制振することができるとされている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の制振装置は、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、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、構造物の振動を制振する制振装置において、アクチュエータを駆動制御する制御系の制御ゲインを構造物を振動させる外力の大きさに応じて切換えるゲイン切換手段を備えてなる。
これにより、構造物の振動の大きさに適合した制振力により構造物の振動を制振することができるとされている。そのため、例えば風による振動のようにゆっくりとした揺れのときは付加質量がゆっくりと移動するように制御ゲインを切換え、又、地震のような過大な変位が入力されたときには構造物の地震による振動を制振するように制御ゲインを切換えて効率良く短時間で構造物の振動を制振できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２３１０２５号公報
【特許文献２】特開平５−２３１０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の制振装置は、地震発生時など、付加質量が移動可能な範囲を超えると判断されると、付加質量を停止させるので、地震に対する積極的な制振制御を行うことは出来ず、この点で、地震に対する効果的な制振制御を行うことが出来ない。
また、特許文献２では、ＬＱ制御における評価関数を最小とするゲインを求めることが記載されているが、演算量が膨大となってしまう。従って、切り替えられるゲインの各々を、特許文献２の示す方法で求めることは、ゲインを設定する者の負担となってしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より簡単にゲインを設定でき、かつ、地震に対する制振制御をより効果的に行うことの出来る制振システムおよび制振方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による制振システムは、地面に設置された構造物の変位または速度の少なくとも一方を検出する第１センサと、前記構造物に相対移動可能に支持された付加質量の変位または速度の少なくとも一方を検出する第２センサとの検出信号に基づいて制御信号を生成する制御部を具備し、前記制御信号により駆動部を動作させることによって前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させて前記構造物を制振する制振システムであって、前記制御部は、前記地面の変位による前記構造物の変位または前記地面の速度による前記構造物の速度の少なくとも一方を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様による制振システムは、上述の制振システムであって、少なくとも前記構造物の変位を検出し、前記第２センサは、少なくとも前記付加重量の変位を検出し、前記制御部は、少なくとも前記地面の変位を検出する第３センサの検出信号に基づいて、前記地面の変位に対して所定の重み付けを行って得られる変位を、前記付加質量の変位の目標値に設定することで、前記地面の変位による前記構造物の変位を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様による制振システムは、上述の制振システムであって、前記第１センサは、少なくとも前記構造物の速度を検出し、前記第２センサは、少なくとも前記付加重量の速度を検出し、前記制御部は、少なくとも前記地面の速度を検出する第３センサの検出信号に基づいて、前記地面の速度に対して所定の重み付けを行って得られる速度を、前記付加質量の速度の目標値に設定することで、前記地面の速度による前記構造物の速度を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させる前記制御信号を生成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様による制振システムは、上述の制振システムであって、前記制御部は、前記付加質量の重量と前記構造物の重量との合計に対する前記付加質量の重量の割合にて、前記所定の重み付けを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様による制振方法は、地面に設置された構造物の変位または速度の少なくとも一方と、前記構造物に相対移動可能に支持された付加質量の変位または速度の少なくとも一方とに基づいて、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させて前記構造物を制振する制振システムの制振方法であって、前記地面の変位による前記構造物の変位または前記地面の速度による前記構造物の速度の少なくとも一方を相殺するように、前記付加質量を前記構造物に対して相対移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より簡単にゲインを設定でき、かつ、地震に対する制振制御をより効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における制振システムの配置例を示す配置図である。
【図２】同実施形態における制振システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図３】同実施形態において、制御装置が制御信号を生成する処理手順の例を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態における制御対象モデルの例を示す説明図である。
【図５】同実施形態における制振システムが行う制振制御のシミュレーション結果を時間応答のグラフにて示す説明図である。
【図６】構造物を振動させる外力の大きさに応じて制御ゲインを切換える制振システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図７】同実施形態における制振システムが行う制振制御のシミュレーション結果を周波数特性のグラフにて示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における制振システムの配置を示す配置図である。同図において、制振システム１は、制振装置１１０と、制御装置（制御部）３００とを具備する。制振装置１１０は、モータ１１１と、マス（付加質量）１１２とを具備する。また、制振装置１１０と、制御装置３００とは、ビル（Building）ＢＩＬに設置されており、ビルＢＩＬは、地面ＧＮＤに設置されている。また、第１センサ部２１０は、ビルＢＩＬに設置されており、第２センサ部２２０は、モータ１１１に設置されており、第３センサ部２３０は、地面ＧＮＤに設置されている。
【００１６】
ビルＢＩＬは高層ビルであり、地震や風によって振動する。そこで、制振システム１は、付加質量であるマス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させることによって、ビルＢＩＬを制振する。
モータ１１１は、モータ１１１自らの軸を回転させることによってマス１１２を移動させる。例えば、モータ１１１はネジ（ボルト）状の軸を有し、マス１１２はネジ穴（ナット）状の開口部を有する。そして、モータ１１１は、モータ１１１自らの軸を回転させることによってネジ締め動作またはネジ緩め動作を行い、当該動作によってマス１１２を移動させる。
制御装置３００は、第１センサ部２１０の測定するビルＢＩＬの速度および変位や、第２センサ部２２０の測定するマス１１２の速度および変位や、第３センサ部２３０の測定する地面ＧＮＤの速度および変位に基づいて、モータ１１１がマス１１２を移動させるための制御信号を生成して、モータ１１１に出力する。
【００１７】
図２は、制振システム１の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、制振システム１は、制振装置１１０と、制御装置３００とを具備する。制振装置１１０は、モータ１１１と、マス１１２とを具備する。制御装置３００は、ハイパスフィルタ（High-pass Filter；ＨＰＦ）３０１〜３０６と、係数乗算部３１１〜３１２と、減算部３２１〜３２２と、ゲイン乗算部３３１〜３３４と、加算部３４１〜３４３とを具備する。
また、制振装置１１０は、ビルＢＩＬに設置されており、ビルＢＩＬは、地面ＧＮＤに設置されている。また、ハイパスフィルタ３０１は変位センサ２１１から検出信号を取得し、ハイパスフィルタ３０２は速度センサ２１２から検出信号を取得し、ハイパスフィルタ３０３は変位センサ２２１から検出信号を取得し、ハイパスフィルタ３０４は速度センサ２２２から検出信号を取得し、ハイパスフィルタ３０５は変位センサ２３１から検出信号を取得し、ハイパスフィルタ３０６は速度センサ２３２から検出信号を取得する。速度センサ２１２と変位センサ２１１とで第１センサ部２１０を構成し、速度センサ２２２と変位センサ２２１とで第２センサ部２２０を構成し、速度センサ２３２と変位センサ２３１とで第３センサ部２３０を構成する。
図２において、図１の各部と同一の部分には同一の符号（１、１１０〜１１２、２１０、２２０、２３０、３００、ＢＩＬ、ＧＮＤ）を付している。
【００１８】
ビルＢＩＬは、上記のように高層ビルであり、本発明における地面に設置された構造物の一例として、制振システム１によって制振される。但し、本発明における制振対象はビルに限らない。例えば展望塔や管制塔などのタワー状の構造物等、様々な構造物を本発明における制振対象とすることができる。
地面ＧＮＤは、ビルＢＩＬの設置されている場所における地面、あるいは、地面と同視し得るビルＢＩＬの基礎である。
【００１９】
制振装置１１０は、例えばビルＢＩＬの最上階に設置されて、マス１１２を多段振り子にて支持するなど、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動可能に支持する。また、制振装置１１０は、モータ１１１をビルＢＩＬに対して固定的に支持ずる。
モータ１１１は、本発明における駆動部の一例であり、制御装置３００の出力する制御信号に従って動作する。モータ１１１は、制御信号に従って動作することによってマス１１２に対して力を加え、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる。
なお、本発明における駆動部はモータに限らない。例えば、駆動部が、エンジンなどモータ以外の動力源を具備して付加質量を移動させるようにしてもよい。
【００２０】
マス１１２は、モータ１１１から加えられる力によってビルＢＩＬに対して相対移動する。マス１１２は、モータ１１１から加えられる力に対する反力（モータ１１１から加えられる力によってマス１１２が加速する際の慣性力）をモータに加える。
ここで、モータ１１１はビルＢＩＬに対して固定的に支持されているため、マス１１２がモータに加える反力はビルＢＩＬに伝達される。制振装置１１０は、この力を用いてビルＢＩＬを制振する。
【００２１】
上記のように、ビルＢＩＬは地面ＧＮＤに設置されており、また、マス１１２はビルＢＩＬに設置されている。これにより、地面ＧＮＤは、地震等によって自らが振動することで、ビルＢＩＬを振動させる。また、ビルＢＩＬは、地面ＧＮＤからの振動等によって自らが振動することで、マス１１２を振動させる。
【００２２】
第１センサ部２１０は、ビルＢＩＬの変位または速度の少なくとも一方を（測定し）検出する。本実施形態では、第１センサ部２１０は、地面ＧＮＤに対するビルＢＩＬの変位および速度（第３センサ部２３０の観測点に対する相対的な変位および速度）を検出する。具体的には、第１センサ部２１０は、制振装置１１０と同じくビルＢＩＬの最上階に設置された変位センサ２１１および速度センサ２１２を具備する。変位センサ２１１は、地面ＧＮＤに対するビルＢＩＬの変位を検出してハイパスフィルタ３０１に出力する。速度センサ２１２は、地面ＧＮＤに対するビルＢＩＬの速度を検出してハイパスフィルタ３０２に出力する。
なお、第１センサ部２１０の設置場所は、ビルＢＩＬの最上階に限らず、制振装置１１０と同様の揺れを示す場所であればよい。例えば、制振装置１１０と第１センサ部２１０とが、最上階以外の階に設置されていてもよいし、共にビルＢＩＬの屋上に設置されていてもよい。
【００２３】
第２センサ部２２０は、マス１１２の変位または速度の少なくとも一方を検出する。本実施形態では、第２センサ部２２０は、ビルＢＩＬに対するマス１１２の変位および速度（第１センサ部２１０の観測点に対する相対的な変位および速度）を検出する。具体的には、第２センサ部２２０は、モータ１１１に設けられた変位センサ２２１および速度センサ２２２を具備する。変位センサ２２１は、モータ１１１の回転量（回転角）を測定することで、ビルＢＩＬに対するマス１１２の変位を検出してハイパスフィルタ３０３に出力する。速度センサ２２２は、所定時間当たりのモータ１１１の回転量測定値に基づいて、ビルＢＩＬに対するビルＢＩＬの速度を検出してハイパスフィルタ３０２に出力する。
なお、第２センサ部２２０の設置場所は、モータ１１１に限らず、マス１１２の変位や速度を検出可能な場所であればよい。例えば、第２センサ部２２０は、マス１１２に設置されていてもよい。
【００２４】
第３センサ部２３０は、地面ＧＮＤの変位または速度の少なくとも一方を検出する。本実施形態では、第３センサ部２３０は、地面ＧＮＤの変位および速度（定常状態からの変位および速度）を検出する。具体的には、第３センサ部２３０は、地面と同視し得るビルＢＩＬの基礎に設けられた変位センサ２３１および速度センサ２３２を具備する。変位センサ２３１は、地面ＧＮＤの変位を検出してハイパスフィルタ３０５に出力する。速度センサ２３２は、地面ＧＮＤの速度を検出してハイパスフィルタ３０６に出力する。
なお、第３センサ部２３０の設置場所はビルＢＩＬの基礎に限らず、ビルＢＩＬの設置されている場所における地面としての地面ＧＮＤの変位や速度を測定可能な場所であればよい。例えば、第３センサ部２３０は、ビルＢＩＬの周辺の地面に設置されていてもよい。
【００２５】
制御装置３００は、第１センサ部２１０と、第２センサ部２２０との検出信号に基づいて制御信号を生成する。
より具体的には、制御装置３００は、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位、または、地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度の少なくとも一方を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御信号を生成する。本実施形態では、制御装置３００は、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位と、地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度とを相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御信号を生成する。
【００２６】
さらに具体的には、制御装置３００は、第３センサ部２３０（変位センサ２３１）の検出信号に基づいて、地面ＧＮＤの変位に対して所定の重み付けを行って得られる変位を、マス１１２の変位の目標値に設定することで、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御信号を生成する。また、制御装置３００は、第３センサ部２３０（速度センサ２３２）の検出信号に基づいて、地面ＧＮＤの速度に対して所定の重み付けを行って得られる速度を、マス１１２の速度の目標値に設定することで、地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御信号を生成する。ここで、制御装置３００は、マス１１２の重量とビルＢＩＬの重量との合計に対するマス１１２の重量の割合にて、上記の所定の重み付け（地面ＧＮＤの変位に対する重み付け、および、地面ＧＮＤの速度に対する重み付け）を行う。
制御装置３００は、生成した制御信号をモータ１１１に出力してモータ１１１を動作させる。
【００２７】
ハイパスフィルタ３０１〜３０６は、いずれも、センサ（それぞれ、変位センサ２１１、速度センサ２１２、変位センサ２２１、速度センサ２２２、変位センサ２３１、速度センサ２３２）の測定値にオフセットが含まれる場合に、当該オフセットを除去するフィルタである。ハイパスフィルタ３０１〜３０６は、オフセットを除去した測定値を、それぞれ、ゲイン乗算部３３１〜３３１、ハイパスフィルタ３０５〜３０６に出力する。
【００２８】
係数乗算部３１１〜３１２は、それぞれ、ハイパスフィルタ３０５〜３０５から出力される、オフセットを除去された測定値に対して、マス１１２の重量とビルＢＩＬの重量との合計に対するマス１１２の重量の割合による重み付け（係数の乗算）を行う。係数乗算部３１１〜３１２は、重み付けした測定値を、それぞれ、減算部３２１〜３２２に出力する。
【００２９】
減算部３２１は、ハイパスフィルタ３０３の出力する、オフセットを除去されたマス１１２の変位から、係数乗算部３１１の出力する、重み付けされた地面ＧＮＤの変位を減算して、ゲイン乗算部３３３に出力する。
減算部３２２は、ハイパスフィルタ３０４の出力する、オフセットを除去されたマス１１２の速度から、係数乗算部３１２の出力する、重み付けされた地面ＧＮＤの速度を減算して、ゲイン乗算部３３４に出力する。
【００３０】
ゲイン乗算部３３１は、ハイパスフィルタ３０１の出力する、オフセットを除去されたビルＢＩＬの変位に、ゲイン定数を乗算して、加算部３４１に出力する。
ゲイン乗算部３３２は、ハイパスフィルタ３０２の出力する、オフセットを除去されたビルＢＩＬの速度に、ゲイン定数を乗算して、加算部３４１に出力する。
ゲイン乗算部３３３は、減算部３２１の出力する、地面ＧＮＤの変位を重み付け加算されたマス１１２の変位に、ゲイン定数を乗算して、加算部３４２に出力する。
ゲイン乗算部３３４は、減算部３２２の出力する、地面ＧＮＤの速度を重み付け加算されたマス１１２の速度に、ゲイン定数を乗算して、加算部３４３に出力する。
【００３１】
加算部３４１は、ゲイン乗算部３３１の出力する、ゲインを乗算されたビルＢＩＬの変位と、ゲイン乗算部３３２の出力する、ゲインを乗算されたビルＢＩＬの速度とを足し合わせて、加算部３４２に出力する。
加算部３４２は、加算部３４１の出力する値と、ゲイン乗算部３３３の出力する、マス１１２の変位から地面ＧＮＤの変位を重み付けして減算してゲインを乗算した値とを足し合わせて、加算部３４３に出力する。
加算部３４３は、加算部３４２の出力する値と、ゲイン乗算部３３４の出力する、マス１１２の速度から地面ＧＮＤの速度を重み付けして減算してゲインを乗算した値とを足し合わせて、制御信号としてモータ１１１に出力する。
以上のように、制御装置３００は、マス１１２の変位およびマス１１２の速度から、それぞれ、係数を乗算された地面ＧＮＤの変位および係数を乗算された地面ＧＮＤの速度を減算しててゲインを乗算し、これらの値と、ビルＢＩＬの変位およびビルＢＩＬの速度に係数を乗算した各値とを足し合わせて制御信号を生成し、モータ１１１に出力する。
【００３２】
なお、制御装置３００は、コンピュータによって実現されていてもよい。すなわち、制御装置３００の各部は、中央処理装置（Central Processing Unit）が記憶装置からプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
あるいは、制御装置３００の各部が、専用の回路によって実現されていてもよい。例えば、ハイパスフィルタ３０１〜３０６が、それぞれ、コンデンサおよび抵抗によるフィルタ回路を用いて構成されて、電流の大きさで示されるセンサ測定値のオフセット(直流成分)を除去するようにしてもよい。また、係数乗算部３１１〜３１２や、減算部３２１〜３２２や、ゲイン乗算部３３１〜３３４や、加算部３４１〜３４３が、それぞれ、パワーアンプを用いて構成されて、入力される電流の大きさを変換することで各種演算を行うようにしてもよい。
【００３３】
次に、図３を参照して、制振システム１の動作について説明する。
図３は、制御装置３００が制御信号を生成する処理手順の例を示すフローチャートである。制御装置３００は、電源を接続（ＯＮ）された稼動状態において、同図の処理を繰り返し行う。
同図の処理において、まず、ハイパスフィルタ３０１〜３０６の各々は、センサの出力する検出信号を取得することにより、検出値（測定値）を取得する（ステップＳ１１１）。そして、ハイパスフィルタ３０１〜３０６の各々は、取得した検出値からオフセットを除去する（ステップＳ１１２）。
【００３４】
次に、係数乗算部３１１は、ハイパスフィルタ３０５がオフセットを除去した地面ＧＮＤの変位に係数を乗算し、また、係数乗算部３１２は、ハイパスフィルタ３０６がオフセットを除去した地面ＧＮＤの速度に係数を乗算する（ステップＳ１１３）。
そして、減算部３２１は、係数乗算部３１１が係数を乗算した地面ＧＮＤの変位を、ハイパスフィルタ３０３がオフセットを除去したマス１１２の変位から減算することで、マス１１２の変位の目標値を設定し、また、減算部３２２は、係数乗算部３１２が係数を乗算した地面ＧＮＤの速度を、ハイパスフィルタ３０４がオフセットを除去したマス１１２の速度から減算することで、マス１１２の速度の目標値を設定する（ステップＳ１１４）。なお、減算による目標値の設定については後述する。
【００３５】
また、ゲイン乗算部３３１〜ゲイン乗算部３３４は、それぞれ、ハイパスフィルタ３０１、ハイパスフィルタ３０２、減算部３２１、減算部３２２の処理結果を取得して、ゲインを乗算する（ステップＳ１１５）。
そして、加算部３４１〜３４３は、ゲイン乗算部３３１〜３３４の処理結果を足し合わせて制御信号を生成し、モータ１１１に出力する。
その後、同図の処理を終了し、モータ１１１は、制御装置３００（加算部３４３）から出力された制御信号に従って、マス１１２を移動させる。
【００３６】
次に、図４〜図６を参照して、制御装置３００が行う制振制御について説明する。
図４は、制御対象モデルの例を示す説明図である。同図に示すように、地面ＧＮＤとビルＢＩＬとの間で作用する力を、バネ定数Ｋ１と減衰係数（ダンパ係数）Ｃ１とを用いて近似を行う。ここでは、ビルＢＩＬを１つの剛体とみなし、ビルＢＩＬ全体で、地面ＧＮＤとの間で力を作用させて変位を生じるものとして近似を行う。
また、ビルＢＩＬとマス１１２との間で作用する力を、バネ定数Ｋ２と減衰係数（ダンパ係数）Ｃ２と制御力ｆとを用いて近似を行う。ここでいう制御力ｆは、モータ１１１が、マス１１２を移動させるためにマス１１２に加える力である。
【００３７】
また、水平方向のうちの一方向にｘ軸を取り、ｘ軸方向における地面ＧＮＤの変位をｘｇで示す。ここで、定常状態（地面ＧＮＤと、ビルＢＩＬと、マス１１２とのいずれも静止している安定状態）における変位ｘｇの値を０として当該変位を示す。
また、ｘ軸方向における、地面ＧＮＤに対するビルＢＩＬの変位をｘ１で示す。ここで、定常状態における変位ｘ１の値を０として当該変位を示す。
また、ｘ軸方向における、ビルＢＩＬに対するマス１１２の変位をｘ２で示す。ここで、定常状態における変位ｘ２の値を０として当該変位を示す。
【００３８】
図４に示すモデルに基づいて、ビルＢＩＬにおける力を式で表すと、式（１）のようになる。
【００３９】
【数１】
2013087857.tif 000003
【００４０】
ここで、定数ｍ１は、ビルＢＩＬの質量を示す。
また、変数の上に付された１つのドット（・）は、１階の時間微分を示し、変数の上に付された２つのドットは、２階の時間微分を示す。以下、文章中においては、１階の時間微分を、変数の右に「’」を付して表記する。例えば、ビルＢＩＬの変位ｘ１の１階微分、すなわち、ビルＢＩＬの速度を「ｘ１’」のように表記する。また、２階の時間微分を、変数の右に「’’」を付して表記する。例えば、ビルＢＩＬの変位ｘ１の２階微分、すなわち、ビルＢＩＬの加速度を「ｘ１’’」のように表記する。
【００４１】
式（１）の左辺は、ビルＢＩＬの慣性力を示す。また、式（１）の右辺第１項および第２項は、ビルＢＩＬが地面ＧＮＤに加える力を示す。また、式（１）の右辺第３項〜第５項は、ビルＢＩＬがマス１１２に加える力を示す。
また、マス１１２における力を式で表すと、式（２）のようになる。
【００４２】
【数２】
2013087857.tif 000004
【００４３】
ここで、定数ｍ２は、マス１１２の質量を示す。
式（２）の左辺は、マス１１２の慣性力を示す。また、式（２）の右辺は、マス１１２がビルＢＩＬに加える力を示す。
【００４４】
この式（２）を変形すると、式（３）のようになる。
【００４５】
【数３】
2013087857.tif 000005
【００４６】
そして、式（３）を式（１）の右辺に代入すると、式（４）のようになる。
【００４７】
【数４】
2013087857.tif 000006
【００４８】
さらに、式（４）を変形すると、式（５）のようになる。
【００４９】
【数５】
2013087857.tif 000007
【００５０】
ここで、式（５）の左辺の各項は、それぞれ、ビルＢＩＬの加速度、変位、速度に応じた力であり、いわば、ビルＢＩＬ自らの状態に応じた力である。従って、式（５）の右辺が０になるようにすれば、地面ＧＮＤの加速度ｘｇ’’によってビルＢＩＬに加えられる力（地震外乱）を、マス１１２の加速度ｘ２’’によってビルＢＩＬに加えられる力で相殺できる。すなわち、地震による力のビルＢＩＬへの影響を低減させることができ、理想的には、地震による力がビルＢＩＬに影響しないように出来る。
そこで、式（５）の右辺＝０とおいて変形すると、式（６）が得られる。
【００５１】
【数６】
2013087857.tif 000008
【００５２】
この式（６）は、式（５）の右辺を０とするための、マス１１２の加速度ｘ２’’が（従って、地震による力が）ビルＢＩＬに影響しないようにするためのマス１１２の加速度ｘ２’’を、地面ＧＮＤの加速度ｘｇ’’に対する相対値で示している。
また、以下では、地面ＧＮＤの変位ｘｇを時刻に対する正弦波（ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋θ）。但し、定数ａ、ω、θは、それぞれ振幅、周波数、位相を示す）で近似する。
すると、式（６）を時間で１階積分して得られる式は、式（７）のようになる。
【００５３】
【数７】
2013087857.tif 000009
【００５４】
但し、式（７）における定数Ｃは積分定数を示す。この積分定数Ｃは、マス１１２の速度ｘ２’におけるオフセットを示す。制御装置３００は、ハイパスフィルタ３０４を用いてマス１１２の速度からオフセットを除去しているので、式（７）からオフセットを除くと、式（８）のようになる。
【００５５】
【数８】
2013087857.tif 000010
【００５６】
さらに、式（８）を時間で１階積分すると、式（９）のようになる。
【００５７】
【数９】
2013087857.tif 000011
【００５８】
但し、式（９）における定数Ｃは積分定数を示す。この積分定数Ｃは、マス１１２の変位ｘ２におけるオフセットを示す。制御装置３００は、ハイパスフィルタ３０３を用いてマス１１２の速度からオフセットを除去しているので、式（９）からオフセットを除くと、式（１０）のようになる。
【００５９】
【数１０】
2013087857.tif 000012
【００６０】
そこで、制御装置３００は、式（８）に基づいて、マス１１２の変位の目標値（制御目標）を設定し、式（１０）に基づいて、マス１１２の速度の目標値を設定する。これにより、制御装置３００は、地面ＧＮＤの加速度ｘｇ’’によってビルＢＩＬに加えられる力（地震外乱）を、マス１１２の加速度ｘ２’’によってビルＢＩＬに加えられる力で相殺するように、制振装置１１０を制御する。
具体的には、係数乗算部３１１は、ハイパスフィルタ３０５の出力する、オフセットを除去された地面ＧＮＤの変位に対して、式（１１）に示される係数を乗算し、減算部３２１に出力する。
【００６１】
【数１１】
2013087857.tif 000013
【００６２】
そして、減算部３２１は、ハイパスフィルタ３０３の出力する、オフセットを除去された地面ＧＮＤの変位から、係数乗算部３１１の出力する、係数を乗算された（すなわち、重み付けされた）地面ＧＮＤの変位を減算することによって、ハイパスフィルタ３０３の出力する値を、マス１１２の変位の目標値に設定する。
【００６３】
また、係数乗算部３１２はハイパスフィルタ３０６の出力する、オフセットを除去された地面ＧＮＤの速度に対して、式（１１）に示される係数を乗算し、減算部３２２に出力する。
そして、減算部３２２は、ハイパスフィルタ３０４の出力する、オフセットを除去された地面ＧＮＤの速度から、係数乗算部３１２の出力する、係数を乗算された（すなわち、重み付けされた）地面ＧＮＤの速度を減算することによって、ハイパスフィルタ３０４の出力する値を、マス１１２の速度の目標値に設定する。
【００６４】
ここで、本願発明者は、制振システム１が行う制振制御の様子をシミュレーションにて確認した。
図５は、制振システム１が行う制振制御の様子を時間応答のグラフにて示す説明図である。同図（ａ）における線Ｌ１１１は、地面ＧＮＤの加速度を示す。同図（ａ）の横軸はシミュレーション開始時からの経過時間を示し、縦軸は加速度を示す。
また、同図（ｂ）における線Ｌ１２１は、マス１１２の変位を示す。同図（ｂ）の横軸はシミュレーション開始時からの経過時間を示し、縦軸は変位を示す。
また、同図（ｃ）における線Ｌ１３１は、ビルＢＩＬの変位を示す。同図（ｂ）の横軸はシミュレーション開始時からの経過時間を示し、縦軸は変位を示す。
【００６５】
また、線Ｌ１２２およびＬ１２３は、比較対象の一例としての、図６に示す制振システムが行う制振制御のシミュレーション結果を示す。
図６は、比較対象の一例として、構造物を振動させる外力の大きさに応じて制御ゲインを切換える制振システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、制振システム１００２は、制振装置１１１０と、制御装置２３００とを具備する。制振装置１１１０は、モータ１１１１と、マス１１１２とを具備する。制御装置２３００は、ハイパスフィルタ１２６１〜１２６４と、ゲイン乗算部２３３１〜２３３４と、加算部１３４１〜１３４３とを具備する。また、制振装置１１１０は、ビルＢＩＬに設置されており、ビルＢＩＬは、地面ＧＮＤに設置されている。また、変位センサ１２１１、速度センサ１２１２は、それぞれ、ビルＢＩＬの変位、速度を検出する。変位センサ１２２１、速度センサ１２２２は、それぞれ、マス１１２の変位、速度を検出する。速度センサ１２３２は、地面ＧＮＤの速度を検出する。
【００６６】
制振システム１００２は、制振システム１と異なり、地面ＧＮＤの変位や速度に基づいてマス１１２の変位や速度の目標値を設定する処理を行わず、これらの目標値を０として制御を行う。
また、制振システム１００２は、加速度センサの検出する地面ＧＮＤの加速度に基づいて、構造物を振動させる外力の大きさが所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、閾値よりも大きいと判定した場合（例えば、地震発生時）は、閾値以下であると判定した場合よりも小さいゲインに切り替えて制振制御を行う。
【００６７】
図５（ｂ）における線Ｌ１２２は、制振システム１００２（図６）が行う制振制御におけるマス１１１２の変位を示す。また、図５（ｃ）における線Ｌ１３２は、制振システム１００２が行う制振制御におけるビルＢＩＬの変位を示す。
【００６８】
図５（ｃ）を参照すると、制振システム１の行う制振制御のほうが、制御システム１００２の行う制振制御よりも、ビルＢＩＬの振幅が小さくなっている。すなわち、制振システム１のほうが、制御システム１００２よりも、地震に対する制振制御をより効果的に行うことができる。
【００６９】
図７は、制振システム１が行う制振制御の様子を周波数特性のグラフにて示す説明図である。同図のグラフの横軸は周波数を示し、縦軸は、ビル変位／地面変位（すなわち、地面の変位に対するビルの変位の相対的な大きさ）を示す。
線Ｌ３１１は、制振システム１が行う制振制御のシミュレーション結果を示す。また、線Ｌ３２１は、比較対象として、制振システム１００２（図６）が行う制振制御のシミュレーション結果を示す。また、線Ｌ３２２は、もう１つの比較対象として、モータをフリーラン（Free Run）にして振り子が勝手に動くようにした場合（すなわち、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）によるパッシブ制御の場合）のシミュレーション結果を示す。また、線L３２３は、さらにもう１つの比較対象として、マスが動かないように固定した場合（すなわち、制振装置を作動させなかった場合）のシミュレーション結果を示す。
【００７０】
図７に示すように、制振システム１の場合のビルの変位が最も小さくなっている。すなわち、制振システム１が、地震に対する制振制御を最も効果的に行うことができる。例えば、変位の最も大きい周波数の周辺（０．２ヘルツ付近）において、制振システム１の場合のビルの変位は、制振システム１００２の場合のビルの変位の約半分となっている。
【００７１】
以上のように、制御装置３００は、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位、または、地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度の少なくとも一方を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御を行う。
これにより、制振システム１は、地面ＧＮＤがビルＢＩＬに加える力（地震外乱）を、マス１１２がビルＢＩＬに加える力で相殺するように制御することができる。すなわち、地震による力のビルＢＩＬへの影響を低減させて、ビルＢＩＬの揺れを低減させることができる。すなわち、地震に対する制振制御をより効果的に行うことができる。
また、制振システム１では、ゲインを切り替える必要が無いので、ゲインを切り替える制振システムの場合と比べて、多くのゲインを設定する必要が無い。従って、制振システム１では、より簡単にゲインを設定することができる。
また、地面の揺れが生じていない状態では、マス１１２の変位の目標値、および、マス１１２の速度の目標値は、それぞれ０に設定され、制振システム１は、風によるビルＢＩＬの振動に対して、適切に制振を行うことができる。
【００７２】
また、制御装置３００は、地面ＧＮＤの変位に対して所定の重み付けを行って得られる変位を、マス１１２の変位の目標値に設定することで、地面ＧＮＤの変位によるビルＢＩＬの変位を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御を行う。
これにより、制振システム１は、係数を乗算された地面ＧＮＤの変位をマス１１２の変位から減算するという簡単な処理で制御目標の設定を行うことができる。従って、制御装置３００の各部をコンピュータ上で構成する場合は、コンピュータの負荷が軽くて済み、また、制御装置３００の各部を専用の回路で構成する場合は、回路構成を簡単に出来る。
【００７３】
また、制御装置３００は、地面ＧＮＤの速度に対して所定の重み付けを行って得られる速度を、マス１１２の速度の目標値に設定することで、地面ＧＮＤの速度によるビルＢＩＬの速度を相殺するように、マス１１２をビルＢＩＬに対して相対移動させる制御を行う。
これにより、制振システム１は、係数を乗算された地面ＧＮＤの速度をマス１１２の速度から減算するという簡単な処理で制御目標の設定を行うことができる。従って、制御装置３００の各部をコンピュータ上で構成する場合は、コンピュータの負荷が軽くて済み、また、制御装置３００の各部を専用の回路で構成する場合は、回路構成を簡単に出来る。
【００７４】
また、制御装置３００は、マス１１２の重量とビルＢＩＬの重量との合計に対するマス１１２の重量の割合にて、所定の重み付けを行う。具体的には、係数乗算部３１１および係数乗算部３１２は、それぞれ、式（１１）に示す係数の乗算を行う。
これにより、係数乗算部３１１や係数乗算部３１２に設定する係数を、式（１１）に基づいて簡単に算出することができる。従って、係数を設定するものの負担が軽くて済む。
【００７５】
なお、ゲイン乗算部３３１〜３３４のゲインの設定方法としては、様々な方法を用いることが出来る。例えば、特許文献２に示されるように、ＬＱ制御における評価関数を最小とするゲインを求め、得られたゲインをゲイン乗算部３３１〜３３４に設定するようにしてもよい。
【００７６】
また、マス１１２が可動範囲を超えてしまうおそれがある場合は、マス１１２を一時停止させるようにしてもよいし、ゲイン乗算部３３１〜３３４のゲインを、比較的小さい値に切り替えるようにしてもよい。
これにより、マス１１２が動作している状態では、ビルＢＩＬの揺れをより効果的に低減させることができ、かつ、マス１１２が可動範囲を超えてストッパに衝突することを防止し得る。
【００７７】
また、減算部３２１や減算部３２２の位置は、図１に示す位置に限らない。例えば、係数乗算部３１１の出力する値に、ゲイン乗算部３３３に設定されたゲインと同じゲインを乗算し、得られた演算結果を、ゲイン乗算部３３３の出力から減算するようにしてもよい。
【００７８】
また、係数乗算部３１１および係数乗算部３１２における係数の値は、数１１によって得られる値と同一である必要は無い。係数乗算部３１１および係数乗算部３１２における係数の値が、数１１によって得られる値にある程度近ければ、地震による力のビルＢＩＬへの影響を低減させて、ビルＢＩＬの揺れを低減させられる効果を期待し得る。
【００７９】
なお、上述したように、制御装置３００はコンピュータを用いて構成し得る。従って、制御装置３００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１…制振システム
１１０…制振装置
１１１…モータ
１１２…マス
２１０…第１センサ部
２１１、２２１、２３１…変位センサ
２１２、２２２、２３２…速度センサ
２２０…第２センサ部
２３０…第３センサ部
３００…制御装置
３０１〜３０６…ハイパスフィルタ
３１１〜３１２…係数乗算部
３２１〜３２２…減算部
３３１〜３３４…ゲイン乗算部
３４１〜３４３…加算部
ＢＩＬ…ビル
ＧＮＤ…地面ＧＮＤ
【図１】
2013087857.tif 000014
【図２】
2013087857.tif 000015
【図３】
2013087857.tif 000016
【図４】
2013087857.tif 000017
【図５】
2013087857.tif 000018
【図６】
2013087857.tif 000019
【図７】
2013087857.tif 000020