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2022 年度 実施状況報告書

地震観測網を用いた波形推定による予見型構造振動制御:波形推定システムの高度化

研究課題

研究課題/領域番号 22K03995
研究機関新潟大学

研究代表者

平元 和彦  新潟大学, 自然科学系, 教授 (00261652)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード振動制御 / 予見型制御 / リアルタイム地震観測網 / 適応フィルタ
研究実績の概要

強震モニタのようなリアルタイム地震観測網からの波形伝送を前提とし,伝送された波形データを用いた予見型の構造振動制御系設計について研究を行った.
今年度は,未知の地震波に対しても予見型制御系が高い振動抑制性能を発揮することを目標として,遠隔地観測データを元に構造系に到達する地震未来波形の推定のために,逐次的に係数が更新される適応フィルタを採用した.現在まで,過去の研究成果で採用されている人工ニューラルネットワーク(ANN)[1]に匹敵する性能は得られていないが,記録地震波を用いて学習したANNでは,未知の地震波の推定精度がANNの氾化能力に大きく依存するため,未知地震波に対する制御性能の確保が困難になる可能性がある.一方,適応フィルタを用いた推定では,入力されるすべての遠隔地地震波に対し到達地震波の1ステップ未来値の推定誤差の二乗(LMS手法を用いた場合)を最小化するため,様々な時間・周波数特性を持つ地震波に対して良好な精度で波形推定が行えることが期待される.現在も適応フィルタの構成や推定波形に基づく予見型制御についての検討を継続している.
[1] K. Hiramoto, T. Matsuoka, Active vibration control of structural systems with a preview of a future seismic waveform generated by remote waveform observation data and an artificial intelligence based waveform estimation system,Journal of Vibration and Control, vol. 26, issue 17-78 (2020).

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

適応フィルタの構成やそのアンサンブル化を検討したが,現在まで必ずしも良好な性能が得られていないため,現状では当初計画からやや遅れている.
なお,本研究に関連する成果としては,路面形状のカメラによる形状取得を前提とした未来情報を用いたセミアクティブサスペンションの制御系設計,慣性質量ダンパ(IMD)を用いた配管システムの振動制御系の最適設計および慣性質量を可変としたIMD機構の提案とその構造振動制御への応用についての成果が得られた.

今後の研究の推進方策

これまで得られた知見を元に,未来波形推定のための適応フィルタの構成や,複数のフィルタを用いたアンサンブル推定に関する検討をさらに進める.さらに,予見型制御においても予見ステップ数を可変とするなどの工夫を行い,より高い制御性能を様々な特性を持つ地震波に対して発揮できるような制御系設計を目指す.

次年度使用額が生じた理由

適応フィルタを用いた推定システムが当初期待していた性能を発揮できなかったため,それらの構成等の検討に時間を要し,高速計算を行うためのPCワークステーションの機器選定に至らなかった.また,コロナ禍の影響で対面での国際会議への参加を見送りオンラインでの発表としたため,旅費に残額が生じた.
R5年度においては,早急にPCワークステーションの購入手続きを進めるとともに,対面実施される国内外の講演会に積極的に参加する.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] A novel preview control for MLD models and its neural network approximation for real‐time implementation: Application to semi‐active vibration control of a vehicle suspension2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and K. Hiramoto
    • 雑誌名

      IET Control Theory & Applications

      巻: 17 ページ: 433~445

    • DOI

      10.1049/cth2.12381

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimal design of piping system represented by 3-dimensional beam model with inertia mass elements2022

    • 著者名/発表者名
      I. Yamazaki and K. Hiramoto
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 88 ページ: 20 pages

    • DOI

      10.1299/transjsme.22-00031

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vibration control of semi-active suspension with MR damper by optimal preview control of MLD model.2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and K. Hiramoto
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 88 ページ: 21 pages

    • DOI

      10.1299/transjsme.22-00028

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Semi-active vibration control of structural systems with a variable inerter2022

    • 著者名/発表者名
      K. Hiramoto and I. Yamazaki
    • 学会等名
      Joint 9th IFAC Symposium on Mechatronic Systems and 16th International Conference on Motion and Vibration Control
    • 国際学会
  • [学会発表] Vibration control of semi-active suspension by the neural network that learned the optimal preview control of MLD model2022

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and K. Hiramoto
    • 学会等名
      Joint 9th IFAC Symposium on Mechatronic Systems and 16th International Conference on Motion and Vibration Control
    • 国際学会
  • [学会発表] 遠隔地震観測データと適応フィルタによる推定未来波形を用いた 構造物の予見型振動制御2022

    • 著者名/発表者名
      小西耕平,平元和彦
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会

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公開日: 2023-12-25  

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