制御入力・振幅に制約のあるアクチュエータによる構造系の非線形振動制御(非線形アクチュエータのモデリングとゲインスケジュールド振動制御)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750179
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 西村 秀和 千葉大学, 工学部, 助教授 (70228229)
• Keywords: 振動制御 / ゲインスケジュールド制御 / 免震 / セミアクティブ制御 / 非線形 / 制御制約 / アクチュエータ / 制御実験

Research Abstract

ストローク制約,制御入力制約のあるアクティブ動吸振器およびセミアクティブ免震装置に対してアクチュエータ制約を含めた構造系全体のモデリングを行った.当該研究で対象とする構造系は実構造物を想定した高層ビルとするが,シミュレーションによる当該研究の妥当性を検証するため,まず,アクティブ動吸振器に関しては最も単純な1自由度振動系に対して,セミアクティブ免震装置に関しては3自由度構造物に対する設計を試みた.また,実験モデルとしては4自由度構造物を採用した.
まず,アクティブ動吸振器に関しては,アクチュエータの制約を考慮することで,時変系としてモデリングされた制御対象に対して,制御入力の大きさとストロークに対応したゲインスケジュールド制御系を線形行列不等式による最適化手法に基づき設計した.そして,アクチュエータの振幅,制御入力に飽和が生じてもシステム全体の安定性を損なうことなく,入力外乱の大きさに常に適応して制御系が変動することで,アクチュエータの飽和が生じる領域で優れた制御性能を有することをシミュレーションにより検証した.
セミアクティブ免震装置に関しては,可変ダンパ機構のモデリングを仮定し,減衰力調整用バルブの開閉を制御するゲインスケジュールド制御系設計を行い,シミュレーションによりその有効性を検証した.
次に,アクティブ動吸振器のストローク制約,制御入力制約を満たす実験装置の設計・製作を行った.アクチュエータにはボイスコイル型リニアモータを用い,センサには差動トランスを配した.また,制御対象の4自由度構造物に対しては最下層部に加速度センサを配置し,直流増幅器を介して加速度信号を検出することとした.そして,製作された実験モデルに対して,実験モード解析を施すことにより,モデリングの妥当性を検証した.また制御実験を行うためのゲインスケジュールド制御プログラムを実装した.
来年度以降,大規模地震波による加振実験により制御制約を考慮したアクティブ動吸振器に関する制御実験を行うとともに,セミアクティブ免震の制御実験を行う予定である.

Research Products

• [Publications] 西村秀和,尾家直樹,高木清志: "アクチュエータの制約を考慮に入れたアクティブ動吸振器による構造物の振動制御"日本機械学会論文集C編. 66-641. 53-59 (2000)
• [Publications] 西村秀和,小島章人: "Seismic Isolation Control for A Buildinglike Structure"IEEE Control Systems Magazine. 19-6. 38-44 (1999)