Journal of the wind engineering institute of Korea (한국풍공학회지)

The Wind Engineering Institute of Korea (한국풍공학회)
권호 표지

Optimal Control and Minimizing Stroke of an Active Mass Damper Using Gain Scheduling and Input Filter

게인 스케줄링과 입력필터를 사용한 능동질량감쇠기의 최적제어력 산정 및 이송거리 최소화 기법

  • 우성식 (단국대학교 건축공학과) ;
  • 이상현 (단국대학교 건축공학과) ;
  • 정란 (단국대학교 건축공학과) ;
  • 한주연 (단국대학교 리모델링연구소)
  • Received : 2014.04.22
  • Accepted : 2014.05.26
  • Published : 2014.06.30
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Abstract

An active mass damper(AMD) for controlling wind-induced vibration of a building structure determines its control force according to a control algorithm and the measured structural responses. One of the important design factors in application of the AMD is to design the AMD to show good control performance in spite of minimizing its mass, motor torque, and stroke. In this study, a technique was proposed to minimize the stroke and mass of the AMD and assure its control performance. Gain scheduling for the control force and constant-velocity signal directing the AMD go backward to its zero point were presented. Also, a band-pass filter was used for eliminating the spill over effect due to the higher mode. The effectiveness of the proposed method was first analytically verified and then the method was applied to the factory experiment and field test for a 39 story building structure installed with a 56 ton AMD. Experimental and field test results showed that the AMD could show the desired control performance and the stable movement within the stroke limit by using the proposed method.

구조물의 풍진동 제어에 사용되는 능동질량감쇠기(Active Mass Damper, AMD)는 구조물의 가속도, 속도, 변위 응답을 계측하고 제어알고리즘에 따라 제어력을 산정한 후, 질량체에 연결된 모터 구동를 통해 제어력을 발생시키는 장치로, 핵심 설계기술은 이동 질량체의 질량, 모터용량, 이송거리를 최소화하면서 제어성능을 확보하는 데 있다. 하지만 이동질량을 최소화하는 경우 제어성능을 증가시키기 위해 AMD에 요구되는 가속도가 증가하게 되고, 이에 따라 이송거리가 증가하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 AMD의 제어성능은 유지하면서, 질량 및 이송거리를 최소할 수 있는 방안으로 제어력 게인 스케줄링을 위한 가중함수와 등속도 원점보정을 위한 속도입력 함수를 제시하였다. 또한, 구조물 응답에서 제어 대상 신호만을 추출하기 위한 입력필터 설계 방안을 제시하여, 이에 대한 효용성 검증을 위한 해석을 수행한 후, 39층 구조물에 설치한 56ton 용량의 AMD에 적용하여 제어실험을 수행하였다. 실험 결과, 게인 스케줄링 가중함수와 등속도 원점보정 속도입력 함수에 의해 이동질량체의 이송거리를 최소화하면서도, 원점근처에서의 안정적인 거동이 가능함을 확인하였고, 입력 필터를 통해 제어 모드 이외의 신호를 제거함으로써, 목표 제어성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 국토교통부

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