제어력 포화를 고려한 병진-비틀림 모드 연계 고층구조물의 진동제어 = Vibration Control of Tall Building Structure coupled with Lateral-Torsional Mode Considering Control Force Saturation

국문 초록 (Abstract)

풍하중을 받는 구조물은 해석의 편의상 층당 3개의 자유도를 가지는 해석모델을 사용한다. 구조물의 입면 형상이 비정형이 되고, 평면내 구조재의 배치가 층에 따라 변경이 되면 각층의 질량중심과 강성중심의 차이에 의해서 병진방향상호간 또는 병진방향과 비틀림 방향이 상호연관되어 이에 따른 각 방향의 고유모드가 연계된 진동특성을 가지게된다. 본 연구에서는 풍하중에 의한 구조물의 응답에 가장 큰 영향을 미치는 저차의 3개의 병진-비틀림 모드가 연계된 구조물의 진동을 저감하기위한 능동제어기법에 대하여 다룬다. 이를 위하여 풍동실험으로부터 구한 각 방향 밑면 전도모멘트와 비틀림모멘트가 연계모드에 작용하는 모달풍하중으로 치환된 운동방정식을 유도하고, 운동방정식에 기반한 상태방정식을 통하여 제어력을 산정한다. 제어력 포화를 고려하여 위상분할 제어알고리듬과 H∞ 제어알고리듬이 합성된 새로운 제어알고리듬을 제안하였으며, 풍동실험을 수행한바 있는 대상구조물에 대해 수치시뮬레이션을 수행한 결과 기존 제어알고리듬인 LQR에 비해 대등한 제어효과를 가지면서 제어력의 크기를 줄일 수 있는 것을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For the simplicity of analysis, tall building structures subject to wind load can be modeled with three degrees of freedom at each floor. The structure with irregular form in the shape and the distribution of structural elements has a difference between the center of the mass and rigidity, as a result, induce the complex vibration modes coupled with the lateral-torsional direction. In this study, an active vibration control technique is provided to control the vibration of lateral-torsionally coupled system with first three fundamental modes which govern the responses of structure under wind load. For this, an equation of motion with modal wind loads obtained from lateral overturning and torsional moment is derived, the control force is calculated based on the equation. Considering the saturation of control force, a new active control algorithm synthesized the H∞ control and phase division algorithm is proposed. Through the numerical analysis for the structure which wind tunnel test performed, it is proved that the proposed control algorithm in this study has an equivalent control effect and reduce the control forces dramatically compared to the conventional control algorithm such as LQR.

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