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LQR 제어이득의 효율적 산정에 의한 능동텐던 구조물의 최적화
조창근,권준명,정인규,박문호,Cho, Chang-Geun,Kyun, Jun-Myong,Jung, In-Kju,Park, Moon-Ho 한국공간구조학회 2008 한국공간구조학회지 Vol.8 No.4
본 논문의 목적은, LQR 제어이득의 효율적 산정에 의한 지진하중을 받는 빌딩 구조물의 능동지진제어를 위하여 능동텐던 장치를 적용한 구조물의 지진응답제어를 위한 최적화 방법을 제시한 것이다. 텐던을 이용한 구조물 지진응답제어 문제의 정식화를 위해 Ricatti 폐회로 제어이론 및 위상보정에 의한 시간지연현상을 도입하였으며, 상태방정식의 해를 산정하기 위해 전달 행렬을 이용한 수치해석법을 이용 사다리꼴적분법에 의해 상태벡터의 해를 산정하였다. 성능지수의 최적화를 위해, 최소 가중행렬비를 설계변수로, IBC 2000의 허용층간변위 규정과 텐던의 최대제어력을 제약조건으로 하여, SUMT 기법에 의해 최적 해를 산정토록 최적제어 프로그램을 개발하였다. 8층 빌딩구조물에 대한 적용 예에서, 최적제어를 적용한 시스템이 비제어 시스템에 비해 층간제어효과가 우수하고, 일정 가중행렬비 적용 제어시스템에 비해 낮은 성능지수가 요구되었다. The objective of current study is to develop an optimization technique for the seismic actively controlled building structures using active tendon devices by an efficient solution of LQR control gain. In order to solve the active control system, the Ricatti closed-loop algorithm has been applied, and the state vector has been formulated by the transfer matrix and solved by a numerical technique of the trapezoidal rule. The time-delay problem has been also considered by phase compensation. To optimize the performance index, the ratio of the weighted matrix is the design variable, allowable story drift limits of IBC 2000 and tendon forces have been applied as restraint conditions, and the optimum control program has been developed with the algorithm of the SUMT technique. In examples of the optimization problem of eight stories shear buildings, it is evaluated that the optimum controlled building is more suitable in the control of earthquake response than the uncontrolled system and can reduce the performance index to compare with the controlled system with a constant ratio of the weighted matrix.
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제어기의 최적위치선정을 고려한 구조물의 최적 능동지진제어
조창근,권준명,박태훈,박문호 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.12 No.5
본 연구는 능동텐던을 이용 지진을 받는 구조물의 최적 능동제어 방법에 관한 수치해법 적용 및 프로그램 개발에 목적이 있다. 능동텐던 시스템에 의한 제어이론을 적용하기 위해서 Ricatti 폐회로 알고리즘을 이용하였으며, 시간지연 문제를 고려하였다. 최적제어의 정식화를 위해서 SUMT기법의 최적화에 의해 성능지수를 최소로 하는 최적 가중치행렬을 추정토록 하였다. 구조물에서의 능동텐던의 최적 위치 선정을 위해서 가제어지수에 의한 방법을 소개하였다. 수치 예를 통해, 제어기의 최적 위치선정을 고려한 능동최적제어가 지진하중을 받는 구조물의 성능제어에 우수한 효과를 나타내는 것으로 평가되었다. The object of this study is to develope a program with proposed numerical techniques for an optimal seismic control of structures using active tendon systems. Ricatti closed-loop algorithm has been applied to control the active tendon systems with time-delay problem. The optimal control is formulated as an optimization problem which is finding optimal weighting matrices by minimizing the quadratic performance index by SUMT. In order to find the optimal location of active tendons in structures, controllability index has been introduced. From numerical examples, the current optimal control technique with optimal location of tendons was suitable to control the seismic response of structures.
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