時間遅延を考慮した磁性流体ダンパーに基づく確率的セミアクティブ構造制御法

Summary

この論文では、MRダンパーによって制御される構造物の信頼性を維持するように設計された、時間遅延補償付き確率最適セミアクティブ制御法(SOSC-PSO)を提案しています。

Abstract

セミアクティブ制御システムにおける磁性流体(MR)ダンパーの使用は、フィードバックプロセスによって引き起こされる時間遅延という重要な課題に直面しており、確率的加振下での土木構造物の信頼性を低下させます。本稿では、物理的確率最適制御理論(PSO)を活用して、この問題に対処し、構造信頼性を維持するために、時間遅延補償付き確率最適セミアクティブ制御法(SOSC-PSO)を提案します。提案手法は、セミアクティブ制御力を現在の状態と以前の状態の両方の関数として導き出し、制御プロセスの時間遅延を補償します。制御の有効性を最適化するために、主要なパラメータはシステムの信頼性基準に基づいて調整されます。確率的地震加振下での単一自由度および多自由度構造の検証解析では、時間遅延がMRダンパーの性能を著しく損なうことが示されています。しかし、時間遅延補償を施したSOSC-PSO法は、制御効果を大幅に向上させ、パラメータの最適化により、パラメータの最適化を行わない方法よりも構造制御システムの信頼性を高めることができます。

Introduction

地震や強風などの壊滅的な事態に直面した場合のエンジニアリング構造物の性能向上は、土木工学コミュニティ内で依然として主要な関心事です。振動を低減するための効果的な技術である構造制御は、そのような構造の安全性と機能性の両方を向上させることが証明されています^1,2,3。過去数十年にわたり、この目的のためにさまざまな高度な方法と技術が開発されてきました。これらの方法は、制御装置を駆動するために使用されるエネルギーの種類に基づいて、アクティブ、セミアクティブ、パッシブ、およびハイブリッド制御システム^{4、5、6、7}の4つのカテゴリに大きく分類することができる。

アクティブ制御では、必要な制御力が制御装置を通じて直接加えられるため、^大量のエネルギー8,9,10が必要になる。

Protocol

1. ストキャスティクス最適セミアクティブ制御法

MRダンパーの制御効果は避けられない時間遅延の影響を大きく受けるため、時間遅延補償アルゴリズムを用いたセミアクティブ制御方式を開発し、制御構造の性能を向上させています。さらに、外部励起に固有のランダム性は、動的応答の明らかな不確実性を引き起こします。PSO制御は、構造制御システムの信頼性を確保するための提案された方法の重要なパラメータを最適化するために導入されます。

1.1 セミアクティブ制御の補償アルゴリズム

一般性を損なうことなく、時間遅延のあるMRダンパーによって制御されるn自由度(n-DOF)構造を考えてみて、確率的励起を受ける運動方程式は次式で与えられます。

(1)

ここで、

Results

本論文では、MRダンパーを用いた手法の制御効果に対する時間遅延の影響に着目し、時間遅延補償を用いたセミアクティブ制御手法を提案します。提案手法では、信頼性基準に基づいて臨界パラメータを最適化します。制御の有効性を比較することにより、次の結論が解決されます。

(1)MRダンパーによるセミアクティブ制御方式は、アクティブ制御方式よりも堅牢です。時間遅延があっても、セミアクティブ制御システムはある程度の制御効果を発揮しますが、不安定性はありません。

(2)MRダンパーを用いたセミアクティブ制御方式の制御効果は、時間遅延とともに特徴的な周期的な変動を示す時間遅延に大きく影響されます。

(3)時間遅延補償により、セミアクティブ制御構造の信頼性が飛躍的に向上し、不確実性が低減されます。

(4)提案するセミアクティブ制御法の重要なパラメータを最適化することにより、.......

Discussion

本稿では、物理確率最適制御理論(PSO)の導入に伴い、MRダンパーによって制御される構造物の信頼性を維持するための時間遅延補償付き確率最適セミアクティブ制御法(SOSC-PSO)を提案しています。提案手法における時間遅れを補償するために、セミアクティブ制御力は、現在の状態だけでなく、離散状態空間における前の時間ステップの状態と制御力の関数としても導出されます。信頼性に対する最適な制御効果を達成するために、SOSC-PSO法の重要なパラメータは、構造制御システムの信頼性基準に基づいて最適化されます。

検証のために、確率的地震動を受け、MRダンパーによって制御される、単一自由度および多自由度の構造を調査します。この分析は、MRダンパーの制御効果が時間遅延によって大幅に損なわれることを示しています。それにもかかわらず、時間遅延補償を含む適切に設計されたセミアクティブ制御方法は、制御効果を大幅に向上させることができます。さらに、最適なパラメータを使用すると、SOSC-PSO法は、パラメータ最適化のない方法と比較して、構造制.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
MATLAB	MathWorks	2016	提案手法の計算に使用