ファジィ制御を用いた構造物のアクティブコントロールに関する研究

本研究では、まずファジィ制御における制御規制、メンバーシップ関数等の検討を行うため、パソコンを用いた数値解析シュミレーションを行った。なお、解析対象は、3層の骨組構造物である。一般に、多自由度系の運動方程式は、Mx(t)+Cx(t)+Kx(t)=F(t)+U(t)・・・・・・・(1)ここで、M:質量マトリックス C:減衰マトリックス K:剛性マトリックス F(t):外力ベクトル U(t):制御力ベクトル本研究では、U(t)の計算に、加速度と速度をパラメータとした前件部2変数、後件部1変数からなる直接法を用いたファジィ推論を用いている。式(1)の解析手法としては、ニューマークbeta法を用いた直接数値積分法を採用した。ここで、パラメータbeta=0.25、時間刻みDELTAt=0.01secである。図-1に規則数25個、自由振動の場合のシュミレーション結果を示す。図-1より、制振時には振幅が急速に減少し、制御力が有効に作用していることがわかる。地震波入力の場合についても同様の効果が認められた。以上の結果をふまえて、本研究ではパソコンを用いた振動制御システムを開発し実験を実施した。図-2に振動制御システムの概略図を、図-3に1次モード時の実験結果を示す。図-3より、実験においても加速度が急速に低下し、制御力が非常に有効に作用していることがわかる。減衰定数で比較すると、無制御時約0.36%から制御時約1.73%と、約5倍に増大することが判明した。本研究の制御システムは、その演算をすべてソフトウェアで行っており、特別な演算回路等は必要としないため比較的安価であり、また、ソフトウェアの変更のみで各種の制御理論を用いることが可能である。サンプリング周波数も最大200Hz程度とかなり高速で、実際の土木構造物の制振に関してはほぼ十分であると思われ、地震波等の入力に対しても制振が可能であると推定される。

本研究では、まずファジィ制御における制御規制、メンバーシップ関数等の検討を行うため、パソコンを用いた数値解析シュミレーションを行った。なお、解析対象は、3層の骨組構造物である。一般に、多自由度系の運動方程式は、Mx(t)+Cx(t)+Kx(t)=F(t)+U(t)・・・・・・・(1)ここで、M:質量マトリックス C:減衰マトリックス K:剛性マトリックス F(t):外力ベクトル U(t):制御力ベクトル本研究では、U(t)の計算に、加速度と速度をパラメータとした前件部2変数、後件部1変数からなる直接法を用いたファジィ推論を用いている。式(1)の解析手法としては、ニューマークbeta法を用いた直接数値積分法を採用した。ここで、パラメータbeta=0.25、時間刻みDELTAt=0.01secである。図-1に規則数25個、自由振動の場合のシュミレーション結果を示す。図-1より、制振時には振幅が急速に減少し、制御力が有効に作用していることがわかる。地震波入力の場合についても同様の効果が認められた。以上の結果をふまえて、本研究ではパソコンを用いた振動制御システムを開発し実験を実施した。図-2に振動制御システムの概略図を、図-3に1次モード時の実験結果を示す。図-3より、実験においても加速度が急速に低下し、制御力が非常に有効に作用していることがわかる。減衰定数で比較すると、無制御時約0.36%から制御時約1.73%と、約5倍に増大することが判明した。本研究の制御システムは、その演算をすべてソフトウェアで行っており、特別な演算回路等は必要としないため比較的安価であり、また、ソフトウェアの変更のみで各種の制御理論を用いることが可能である。サンプリング周波数も最大200Hz程度とかなり高速で、実際の土木構造物の制振に関してはほぼ十分であると思われ、地震波等の入力に対しても制振が可能であると推定される。