(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微振動時のアクティブ振動制御を行う微振動モードと、地震時のアクティブ振動制御を行う地震モードとを切り換えることにより構造物の振動を制御する制御装置における制御モード切換方法であって、
外乱あるいは応答の信号が入力されたときに、前記外乱あるいは前記応答の信号の履歴を反映する以下の式で表される評価関数の値が設定値を上回った場合に前記地震モードに切り換え、前記評価関数の値が設定値を下回った場合に前記微振動モードに切り換えを行うことを特徴とする制御モード切換方法。
【数１】
0004318014.tif 000005
ただし、ｖ（ｔ）は時刻ｔにおける外乱あるいは応答の信号であり、評価関数ｒは時定数Ｔの指数関数的な忘却重みを付けたｖのｒｍｓ値に相当する。
【請求項２】
前記地震モードから前記微振動モードへ切り換えを行う場合の前記評価関数の時定数Ｔは、前記微振動モードから前記地震モードへ切り換えを行う場合の前記評価関数の時定数Ｔより大きいことを特徴とする請求項１に記載の制御モード切換方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制御モード切換方法を用いて制御モードの切り換えを行うことにより構造物の振動を制御す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、構造物をアクティブに制御する際の制御モード切換方法に関し、例えば、外乱や応答の振幅レベルの大きさによって制御ゲインやアクチュエータを切り換える方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物のアクティブ制御を行う場合、外乱や応答の振幅レベルの大きさによって、制御ゲインを変更することが一般に行われる。通常、小さい振幅レベルに対しては強いゲインを、大きい振幅レベルに対しては弱いゲインを設定し、アクチュエータ性能の限界内でより広い範囲の外乱に対して制御が行えるように設計する。さらに広いダイナミックレンジの外乱に対応しようという場合には、振幅レベルの大きさによって作動させるアクチュエータを切り換えることも考えられる。いずれにしても、制御モードの切り換え時点を判断するためには振幅レベルの大きさを何らかの方法で評価する必要があり、その制御モードの切り換えを行うタイミングが不適切だと様々な問題を引き起こすこととなる。
【０００３】
例えば、微振動用のアクチュエータと地震用のアクチュエータを備え、外乱レベルに応じて両者を切り換えるアクティブ制御システムを考える。従来の制御モード切換方法は、外乱あるいは応答の波形のデジタル値がある値を超えたら地震用に切り換え、ある一定時間ある値を上回らなければ微振動用に切り換えるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような方法だと、瞬間的に大きい値が出た場合にも制御モードの切り換えが起きてしまい、電気的なノイズなどにも敏感に反応してしまう。また、外乱あるいは応答の増大のしかたや収まり方に応じて、素早く切り換えをする、少し余裕を持たせて切り換えをするなどの設計は不可能であった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、制御モードの切り換えのタイミングを意図通りに設計することを可能にする制御モード切換方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、構造物をアクティブに制御する場合の制御モード切換方法において、外乱あるいは応答の信号が入力されたときに、評価関数の値が設定値を上回った、あるいは下回った場合に制御モードの切り換えを行うことを特徴とする。
従来のように、外乱あるいは応答の振幅レベルの瞬間値の大きさによって制御モードの切り換え時点を判断するのではなく、評価関数によって制御モードの切り換えのタイミングを判定することから、この評価関数を適宜設定することにより、制御モードの切り換えのタイミングを意図通りに設計することができる。
【０００７】
また、前記評価関数は外乱あるいは応答の信号の履歴を反映することを特徴とする。
このような評価関数を用いることにより、外乱あるいは応答の信号の履歴を評価して、より人間の判断に近い制御モードの切り換えを行うことができる。
例えば、地震のような大きい振幅レベルが入力され、これに対応する地震モードに切り換わった後も、しばらくは地震モードを維持し、地震の揺り戻しに対する準備を備えるといった制御モードの切り換えが可能になる。
【０００８】
また、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】
0004318014.tif 000002
ただし、ｖ（ｔ）は時刻ｔにおける外乱あるいは応答の信号であり、評価関数ｒは時定数Ｔの指数関数的な忘却重みを付けたｖのｒｍｓ値に相当する。
【０００９】
また、前記制御モード切換方法を用いて、構造物のアクティブ制御を行うような制御装置を用いることにより、前記制御モード切換方法を有効に実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明は、外乱あるいは応答の信号を入力とする評価関数の値が設定値を上回った、あるいは下回った場合に制御モードの切り換えを行うという制御モード切換方法であり、瞬間値ではなく履歴を反映する評価関数を用いることで、制御モードの切り換えのタイミングを意図通りに設計することが可能になる。
【００１１】
評価関数は具体的には次式で表される。
【数３】
0004318014.tif 000003
ここで、ｖ（ｔ）は時刻ｔにおける外乱あるいは応答波形の信号であり、評価関数ｒは時定数Ｔの指数関数的な忘却重みを付けたｖのｒｍｓ値に相当する。
【００１２】
この評価関数ｒがある閾値θを横切るときに制御モードの切り換えを行うという規則を設ける。この際、時定数Ｔの値を変えることによって、制御モードの切り換えのタイミングを設計できる。
【００１３】
例えば、微振動用のアクチュエータと地震用のアクチュエータを備え、外乱レベルに応じて両者を切り換えるアクティブ制御システムを考えると、微振動モードから地震モードへの切り換えに対してはより短い時定数を設定し、地震モードから微振動モードへの切り換えに対しては、より長い時定数を設定する。
【００１４】
すると、地震がはじまるとすぐ、迅速に地震モードへの切換が行われ、逆に微振動モードに復帰するのには十分に地震が収まってからになり、安全性を高めた制御モードの切換設計ができることになる。
【００１５】
実際のデジタル制御では、式（１）は以下のアルゴリズムで各時刻ステップ毎に逐次的に計算できる。
【数４】
0004318014.tif 000004
ただし、Δｔはサンプリング時間である。
【００１６】
なお、本実施形態では、微振動用と地震用の２種類のアクチュエータを備えたアクティブ制御システムで説明したが、これに限定されることなく、他のデバイスを用いたアクティブ制御システムでも構わない。例えば、１種類のアクチュエータで、外乱あるいは応答の振幅レベルに応じて、制御ゲインを変更するようなアクティブ制御システムに本発明の制御モード切換方法が用いられてもよい。
【００１７】
【実施例】
本発明の制御モード切換方法を微振動の途中に地震が起こる場合を想定した時刻歴波形に適用し、従来の手法と比べ、制御モードの切り換えの判断がどのように改善されるかを示す。図１は解析に用いた外乱の波形である。微振動の途中に地震が起き、いったん収まった後、再び揺り戻しがあり、収束した後また微振動に戻るという地盤の速度波形を設定した。なお、これに加えて時刻５秒及び５５秒に、電気的なノイズを模擬した小さいパルスを付加している。
【００１８】
本発明の制御モード切換方法を適用した制御モードの切り換えの様子を示したのが図２で、網がかかった部分が地震モードの状態を表す。閾値はθ＝０．１（ｃｍ／ｓ）とし、微振動モードから地震モードへの切換に対する時定数をＴ＝０．５（ｓ）、地震モードから微振動モードへの切換に対する時定数をＴ＝２（ｓ）とした。本制御方法により、図２に示すように、地震モードに切り換わる場合には迅速に、微振動モードに切り換わる場合には十分に地震が収まってからというタイミングの設計が適切に実現されていることがわかる。いったん地震が収まった際にも、時定数を長めにとっていることによって、次の揺り戻しが完全に収まるまで地震モードに留まっている。また、電気的ノイズにも影響されていないことがわかる。
【００１９】
これに対し、従来の制御モード切換方法を用いた場合が図３で、同じく網がかった部分が地震モードの状態を示す。外乱が０．２ｃｍ／ｓを超えたら地震モードに切り換え、３秒間０．２ｃｍ／ｓを上回らなければ微振動モードに切り換えるというものである。この場合、地震の開始時、終了時には、本発明による制御モード切換方法と同時刻に制御モードの切り換えが起こっているが、その他に、瞬間的なノイズにもその度に反応して地震モードへの切り換えが起こってしまい、また、いったん地震が収まると、それまでの履歴に関係なく３秒間で微振動モードへの切り換えが起こってしまうため、揺り戻しが来る前に微振動モードに入ってしまっている。
【００２０】
このように、本発明による制御モード切換方法は、波形の履歴を考慮した判定を行うために、制御モードの切り換えのタイミングを意図通りに設計できる上、電気的あるいは局所的なノイズの影響も受けにくいことが示された。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、外乱あるいは応答の信号が入力された場合に、ある評価関数を上回った、あるいは下回った場合に制御モードの切り換えを行うことから、この評価関数を適宜設定することにより、意図通りに制御モードの切り換えを行うことができる。
また、制御モードの切り換えに用いられる評価関数は、外乱あるいは応答の信号の履歴を反映することにより、より人間の判断に近い制御モードの切り換えを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による制御モード切換方法を用いて解析を行った外乱の波形である。
【図２】  本発明による制御モード切換方法を用いて、図１に示す外乱の解析を行った際の説明図である。
【図３】  従来の制御モード切換方法を用いて、図１に示す外乱の解析を行った際の説明図である。
【図１】
0004318014.tif 000006
【図２】
0004318014.tif 000007
【図３】
0004318014.tif 000008