2018 Fiscal Year Annual Research Report
Broadcast Responsive Vibration Control System to Reduce Damage to Facilities
| Project/Area Number |
16H04455
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
小檜山 雅之 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10333577)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西 宏章 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00365470)
高橋 正樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (10398638)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 構造制御 / 地震防災 / 構造ヘルスモニタリング / システム同定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は以下の2項目について，理論の構築ならびに数値解析，実験を行った。
①建物応答情報の一斉送信による機能維持性の向上方法の構築
平成29年度に設計したブロードキャスト情報を活用し動作するシステムについて，設備系（キャスター付きの医療機器を想定）の被害軽減に効果があるか，震動台実験により検証を行った。まず設備系のモデリングを行い，摩擦を考慮した動的解析によりキャスターの固定・非固定の切替制御の設計を行った。具体的には，以下の流れで制御を行った。まず，撮影装置により設備系のマーカーを撮影し位置座標を読み取る。次に，位置座標を計算機に送信しキャスターの固定・非固定の切替を判断，命令信号を出力する。最後に，無線通信により命令を制御装置に送信し装置を作動させる。制御にはニューラルネットワークを使用し，動的解析を用いて最大変位と転倒角度を抑制するよう強化学習を行った。震動台実験の結果，制御により設備系の変位，転倒角度を低減できることを確認した。
②システム同定と構造制御の融合による制御性能の向上
大学校舎を対象に構造パラメータを同定し，その結果に基づき被害発生確率が最小となるようセミアクティブ免震システムの制御パラメータを更新した結果について，国際会議および査読付き論文で発表した。同建物の地震観測システムについて，ブロードキャスト対応制震システムに用いられるよう，観測記録を外部出力できるようにした。建物の地震応答特性に関して，幾何学的非線形性により水平変位とそれに直交する慣性力によりねじれ振動が励起される現象の分析を行った。ガウス性白色雑音地動に対するねじれ応答の自己相関関数とパワースペクトル密度および回転方向強制項の確率密度関数を導出し，動的解析結果から理論が正しいことを確認した。さらにねじれ応答が強制項とは異なる形の非ガウス性分布となることを明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ブロードキャスト情報を活用し動作するシステムについて，理論の構築と数値解析・実験による検討を実施した。具体的には，ニューラルネットワーク制御の学習に摩擦を考慮した時刻歴応答解析を用いているが，そのために必要な設備系のモデルを構築することができた。また，ブロードキャスト制御するための無線通信システムについても実験により良好に動作することを確認している。
加えて，平成29年度に発見した幾何学的非線形性により水平変位とそれに直交する慣性力により励起されるねじれ振動現象について，ねじれ応答の確率分布を明らかにするとともに，実験により理論予測された現象が実際に生じることを確認することができた。この現象が超高層建物でどの程度の地震被害リスクをもたらすのか定量的に明らかにするとともに制震装置など構造制御に応用することが次の課題である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に沿って，①建物応答情報の一斉送信による機能維持性の向上方法の構築と②システム同定と構造制御の融合による制御性能の向上について，実験・解析の両面の研究を研究協力者と連携して実施する。
とくに，通信の遮断や遅延があった場合のロバスト性については，無線MEMSセンサーを用いた制御の振動台実験を行ったものの，性能確認結果をまとめるところまでは達成できなかったため，平成31年度（令和元年度）に検討を行う。
|
