이 논문의 주된 목적은 지진을 받는 구조물의 비탄성 거동을 제어하기 위해 Coulomb 마찰감쇠기의 제어성능을 산출하는 것이다. 능력스펙트럼법을 이용하여 다양한 건물의 내진성능이 평가되나, 만약 평가된 성능수준이 목표수준에 미치지 못할 때는 추가적인 감쇠비를 산출하게 된다. 추가적인 감쇠비를 얻기 위한 마찰감쇠기의 리더 마찰력은 등가 점성 감쇠의 개념을 사용하여 산정된다. 이와 같이 제안된 방법의 효과를 증명하기 위해, 다양한 주기와 항복 후 강성비를 가진 단자유도 구조물들에 대하여 수치해석을 수행하였다.

설치의 용이성과 경제성, 여러 다른 용도로의 전용 가능성, 유지보수의 용이성, 그리고 재동조의 편의성 등을 고려할 때 TLCD (Tuned Liquid Column Damper)는 기존에 건물의 응답제어에 많이 사용되는 TMD를 대체할 수 있는 감쇠장치라 할 수 있다. 본 논문에서는 TMD (Tuned Mass Damper)와 TLCD의 지진하중을 받는 구조물의 응답제어 성능평가에 관한 비교연구를 수행하였다. 성능비교분석 결과, 층간변위 제어성능에서는 TLCD가 TMD보다 우수한 성능을 보였고 가속도 제어성능에서는 서로 비슷한 것으로 나타났다. 또한 층간변위 제어에서는 저층에서 큰 제어성능을 발휘하고, 절대가속도 제어에서는 상층부에서 성능이 우수한 것으로 나타났다. 이것은 TLCD가 지진에 가장 문제가 되는 구조물의 안전성 및 거주자의 사용성에 있어서 효율적인 감쇠기라 할 수 있는 근거가 된다.

제어기 포화를 고려한 비선형 제어 알고리듬은 폭넓게 연구되었으나 비선형성과 확률밀도함수(PDF)의 해석해가 존재하지 않기 때문에 알고리듬의 확률적 연구가 미진하여 왔다. 본 연구에서는, 제어기포화를 고려한 비선형 제어 알고리듬의 확률적 해석 방법이 등가 비선형 시스템 방법에 기초하여 제안되었다. 가우시안 백색잡음과 Kanai-Tagimi 필터통과 백색잡음에 의한 구조물 응답에 대하여 제안된 PDF 근사식을 이용하여 얻어진 결과를 통계적으로 얻어진 구조물 응답 PDF와 비교하여 정확성을 검증하였다.

In this study, the control perfomances of Tuned Mass Damper (TMD) and Tuned Liquid Column Damper (TLCD) are evaluated and compared for seismically excited structures. Results show that TLCD is more effective than TMD for interstory drift control while TLCD is as effective as TMD for acceleration control. In special, it is shown that interstory drifts are maximally controlled in lower floors and accelerations are reduced most in upper floors. This indicates that TLCD is an effective controller for earthquake-induced structures in terms of structural safety as well as serviceability.

The purpose of this paper is to present a design method for friction damper (FD) for inelastic response control of short-period structure. A critical design parameter of FD is maximum friction force (MFF) and previous study evaluated MFF using equivalent damping ratio which is based on the maximum displacement. This procedure, however, gives the overestimated MFF for short-period structure. In this study, MFF of FD is evaluated based on RMS displacement response which is obtained by using given maximum response and peak factor. Numerical analysis shows that proposed method provide a reasonable MFF of FD for short-period structure.

The purpose of this study is to propose the general method for evaluating the equivalent damping ratios of a structure with supplemental response control dampers. We define Lyapunov function of which derivative can be expressed in autoregressive form and evaluate the equivalent damping ratios by using Lyapunov function and its derivative. This Lyapunov function may be called as generalized structural energy. In this study, it is assumed that the response of a structure is stationary random process and control dampers do not affect the modal shapes of a structure, and the structure has proportional damping. Proposed method can be used to get the equivalent damping ratios of a structure with non-linear control dampers such as friction dampers as well as linear control dampers. To show the effectiveness of the proposed method, we evaluate the equivalent damping ratios of a structure with viscous dampers, AMDs, and friction dampers. The equivalent damping ratios from proposed method are compared to those from eigenvalue analysis for linear control dampers, and those from time history analysis for non-linear control dampers, respectively.

본 논문에서는 동반논문에서 연구된 가진방법과 응답특성을 바탕으로, 실물크기의 철골건물에 설치될 점탄성 감쇠기의 설계과정을 다루었으며 가진실험을 수행하여 감쇠기의 진동제어효과를 검증하였다. 최대변위응답을 주어진 수준까지 감소시키기 위하여 요구되는 추가적인 감쇠비를 컨벡스 모델을 이용하여 구하였다. 모드변형에너지법을 이용하여 감쇠기 강성 변화에 따른 모드 감쇠비의 차이를 분석함으로써 감쇠기의 크기를 구하였다. 가새 강성의 효과 또한 모드의 특성을 구하는 과정에 반영하였다. 점탄성 감쇠기는 1층과 2층의 층간에 각각 2개씩 설치되었으며 응답효과를 검증하였다.

점탄성 감쇠기의 설계를 위한 자료를 얻기 위해 실물크기 5층 건물에 대해 가진과 시스템 식별을 수행하였다. 5층 바닥에 설치된 HWD는 건물을 움직이는 외부 가진력으로 작용하였고, 각 층의 응답을 측정하여 점탄성 감쇠기의 용량과 최적위치에 필요한 자료를 확보하였다. 고유진동수, 감쇠비, 모드와 같은 동적특성을 파악하기 위해 건물에 HMD로 조화하중과 백색잡음 하중을 주어 실험을 수행하였다. 동반논문에서는 건물의 층간에 설계된 점탄성 감쇠기를 설치한 후 응답 거동을 얻기 위한 실험 연구를 수행하였다.

이 연구의 목적은 무리보행하중을 받는 구조물의 주요 지점에 대한 응답을 계측하고 분석하여 하중의 특성을 파악하는 것이다. 이를 위하여 먼저 건축구조물의 동특성을 파악하였으며 이를 바탕으로 무리보행하중의 주파수 특성을 파악할 수 있는 식을 유도하였다. 그리고, 단위보행하중의 주파수 특성을 바탕으로 무리보행하중의 크기를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 유도된 식은 무리보행하중의 진동수 및 크기를 잘 나타내었으며, 단위보행하중을 기준으로 한 무리보행하중의 크기를 평가하는 경우에는 고차모드형상을 포함하여야 좋은 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

Sliding mode control(SMC) keeps responses of a structure in sliding surface when the structure is stable. Recently, this method has been investigated for application to seismically excited civil engineering structures because it can design both linear controller and non-linear controller such as bang-bang controller. This paper presents vibration control of the SDOF system using saturated sliding mode controller, of which maximum conrtol force is limited. It is assumed that the response of a structure is stationary random process and control dampers do not affect the modal shapes, and the structure has proportional damping. SMC method can be used to get the equivalent damping ratios of a SDOF system with non-linear control dampers such as friction dampers as well as linear control dampers. The determinated equivalent damping ratios and numerical simulation results indicate that the performance of saturated SMC method is verified.

가중행렬은 일반적인 최적 제어 설계에서 우선적으로 필요하지만 일반적으로 제어 설계자들 이 경험적 지식에 의존하고 있다. 이 논문은 구조물의 에너지를 고려한 최적제어기의 가중행렬을 결정하는 체계적인 절차를 제시하였다. 최적제어기는 LQR과 ILQR로 구분될 수 있다. 구조물의 총에너지를 고려한 Lyapunov 함수를 적용하고, 이로부터 유도된 식이 음수라는 상태를 이용하면 가중행렬을 어렵지 않게 구할 수 있다. 이러한 방법으로 산정된 가중행렬을 이용하여 LQR과 ILQR제어기를 설계하고 제어효율을 입증하였다.

이 논문은 지진을 받는 축소 3층 건물모델의 제어 실험에 관한 것이다. 건물모델에 대해 능동 질량 감쇠기를 사용하여 강인제어기인 \mu합성 제어기를 설계하고 실험적으로 검증하였다. 외란 입력과 제어용 출력에 적합한 주파수 가중함수를 설정하고 가중함수의 조합을 분석하여 최적의 \mu합성 제어기를 제시하였다. 실험 결과 백색잡음 가진 입력에 대한 RMS 응답에서 60-70%의 감소를 보여주었고, 축소 지진 입력에 대한 최대 응답에서 30-45% 정도의 감소효과를 나타내었다. 수치해석결과와 실험의 결과가 매우 정확히 일치하였으며 불확실성을 갖는 구조물에 대하여 제어기가 불확실성의 범위 내에서 강인하다는 것을 보여주었다.

본 연구에서는 부분적으로 정상상태 확률과정으로 모델링할 수 있는 가진입력에 대하여 확률적으로 정의된 구조물의 최대응답에 대한 구속조건을 만족시키면서 제어력을 최소화 할 수 있는 최적설계 방법을 제안한다. 최적화 과정에서 안정성의 확보를 위해 제어기를 전상태 피드백 LQR제어기의 형태로 한정하였으며 가중치 행렬을 설계변수로 하고 Riccati 행렬을 매개변수로 하여 목적함수와 구속조건 함수 및 그 기울기를 계산한다. 제안된 방법을 통해 설계된 전상태 피드백 LQR제어기는 목표 응답성능을 만족시킬 수 있었고 이에 필요한 최대 제어력을 확률적으로 정량화하여 제어금기의 제작에 유용한 자료가 될 수 있도록 하였다. 상태변수 추정을 위해 독립적으로 설계된 Kalman 필터와 최적화된 LQR 제어기가 결합된 LQG 제어기 및 그 차수를 축소시킨 제어기는 모두 큰 성능의 저하가 없었으며 따라서 제안된 설계방법을 이용하여 구조물의 최대응답에 관한 구속조건을 만족시키는 출력 피드백 제어기 설계가 충분히 가능함을 확인하였다.

성능지수는 제어 대상이 되는 구조물의 응답과 제어기의 성능에 관한 가중함수로 구성되어 있다. 따라서 가중함수의 설계에 따라 성능지수가 변화되며 제어 효율이 달라진다. 본 논문에서는 최적 능동제어 알고리듬의 일종인 시간 영역에서의 성능지수를 고려한 LQR기법과 LQG기법 및 주파수 영역에서의 성능지수를 고려한 H기법에 대하여 동일한 가중함수를 적용하여 제어 성능인 제어율과 제어력을 비교하는데 목적을 두고 있다. 그러나, LQG기법은 모든 상태 변수를 알아야 하는 LQR기법의 한계를 극복할 수 있으며 LQR기법과 동일 수준의 제어율과 제어력을 보이고 있고 출력 제어라는 장점을 고려하면 현실적인 기법이라고 말할 수 있다. 마지막으로 구조물 응답과 제어기의 주파수 특성을 고려하여 주파수 필터의 가중함수를 설계하는 H기법을 분석하였다. H기법은 제어력을 저주파수 영역에 집중시킬 수 있기 때문에 구조물 응답을 효과적으로 제어할 수 있는 방법으로 분석되었다.

본 논문은 Lyapunov 함수의 목표 변화율을 이용한 슬라이딩 모드 제어 기법을 제안한다. 슬라이딩 모드 제어는 구조물이 안정적인 거동을 하는 슬라이딩 표면을 정의하고 정의된 슬라이딩 표면에서 구조물이 거동하도록 만드는 제어기법으로 선형제어와 뱅뱅제어 등의 다망한 제어기 설계가 가능하다. 그러나, 기존 연구에서 선 형제어의 경우 Lyapunov 함수의 변화율이 음수라는 조건만 만족하도록 제어기 설계를 수행하여 제어기의 성능을 충분히 활용하지 못한다. 또한 제어기의 성능을 극대화하기 위해 사용하는 뱅뱅제어의 경우, 불필요하게 큰 제어력이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 제안된 제어기법은 설계자에 의해 설정된 Lyapunov 함수의 목표 변화율을 달성함으로써 제어기의 성능을 효율적으로 활용할 수 있다. 수치해석결과, 제안된 제어기법은 기존의 선형제어보다 큰 최대응답감소의 효과를 가지며, 기존의 뱅뱅제어보다 적은 제어력을 가지고도 동등한 제어효과를 보인다.

구조물이 가지는 에너지의 확률밀도함수를 이용한 능도제어 알고리듬을 제안한다. 구조물의 에너지는 Rayleigh 확률분포를 가지는 것으로 가정된다. 이것은 에너지가 항상 양의 값을 가지고 최소에너지가 발생할 확률은 1이라는 조건을 Rayleigh 확률분포가 만족시킨다는 사실에 근거한다. 제어력의 크기는 가정된 확률밀도함수에 따라 구조물의 에너지가 설계자에 의해 설정된 에너지 임계값을 넘을 확률의 크기에 비례하도록 산정되며, 제어력의 방향은 Lyapunov 제어기 설계기법에 따라 결정된다. 제시된 알고리듬은 LQR 제어기와 비교하여 최대응답을 줄이는 효과를 가지며, 제어력의 임계를 고려할 수 있는 장점을 가진다. 또한 Lyapunov 제어기에서 발생가능한 채터링(chattering)현상을 피할 수 있다.

능동 제어기를 설계하기 위해서는 제어대상 구조물의 수학모델의 구해야한다. 그러나, 무한차원의 구조물에 대하여 정확한 모델을 구하는 것은 불가능하므로 유한차원인 저차원화된 모델을 사용하여 제어기를 설계한다. 그러나, 실제 구조물과 저차원화된 모델사이의 오차에 의하여 제어기의 성능이 저하가 되면 제어기와 구조물의 상호작용, 지진과 같은 오란 등의 불확실성, 지진시 구조물의 동적 특성 변화로 인하여 제어기의 성능이 더욱 저하가 된다. 이러한 저하 요인은 제어기 설계시 요구되는 구조물의 수학모델에 대한 불확실한 요소로 작용하기 때문에 제어성능의 저하를 일으키며 응답의 불안정을 유발하기로 한다. 본 연구에서는 질량형 능동제어기(AMD)가 설치된 3층 건물 모형의 모델 오차에 관한 불확실성을 반영한 강인제어기법을 적용하여 제어성능과 안정성을 실험을 통하여 분석하였다. 강인제어 기법인 \mu 합성법에 요구되는 여러 가지 가중함수인 주파수필터는 건물과 AMD의 특성, 모델 오차, 제어율과 AMD 성능의 , 측정잡음 및 지진외란의 특성 등을 고려하여 정량적으로 선택되었다. \mu합성법에 의하여 제어기를 설계하였으며 강인성을 비교하기 위하여 불확실성이 고려되지 않는 LQG 기법에 의한 제어기를 선택하였다. \mu합성법은 규정된 불확성에 대하여 제어의 강인성을 가지므로 동적특성이 바뀐 건물모형에 관한 강인성을 LQG 기법에 의한 제어성능과 비교하였다. 그 결과 동적특성이 변화된 건물에 대하여 \mu합성법만이 제어의 효율성이 유지되는 강인성을 나타내었다. 개발 프로그램의 예측결과를 비교.분석하였으며, 다양한 간극비 상태의 비선형 계수가 해석결과에 미치는 영향을 알아보았다.한 소비자 의견은 미국과 한국노인 모두 유니버셜 디자인된 새 설비의 장점을 인정하였다. 욕조와 세면조가 매력적이라 평하였고 샤워조작기가 색상구분으로 도운물과 찬물인지가 편하며, 접이식 의자가 유용하며, 문 달린 욕조의 안전 손잡이와 욕조가장자리를 잡고 안전하게 출입한다고 했다. 그러나 욕조길이와 높이에서 두 나라간에 차가 있어 앞으로 치수에 대한 것이 연구과제로 지적되었다. 3) 욕실 설비 개발 시 유니버셜 디자인 용품에 요구되는 목표는 안전하게 쓸 수 있고, 가령에 따른 신체장애요소가 커버되어 스스로 사용가능하고, 사용상 번거로움이 없어 정신적 스트레스를 주지않는 것이어야 하겠다. 4) 선택된 유니버셜 디자인 욕실설비는 표준치수의 현 욕조위치에 장착이 가능하여 앞으로 현 주택에의 교체가 가능하였다. 5) 선택된 유니버셜 디자인 욕실설비는 인체치수와 문화가 다른 두 나라 노인 모두 긍정적으로 평가하여 앞으로의 국제적 보급이 기대되었다.ction factor has been suggested with decreasing power law as a function of rainfall rate. This proposed model uses the entire rainfall rate distribution as input to the model, while the ITU-R and DAH model approaches only use a single 0.01% annual rainfall rate and assume that

건축구조물의 진동제어 시스템의 안정성과 효율성은 대상 시스템의 수학적 모델의 정확성에 크게 좌우 된다. 본 연구에서는 3층의 축소 건물모델과 소형 AMD(active mass damper)를 대상으로 각각의 상태방정식 모델을 시간영역에서의 시스템 식별 기법인 OKID(observer/Kalman filter identification)를 대상으로 각각의 상태방정식 모델을 시간영역에서의 시스템 식별 기법인 입력과 AMD의 이동질량체의 설치층에 대한 상대가속도 입력에 대하여 시스템 식별을 개별적으로 수행한 뒤 두 개의 상태방정식을 모델 응축 과정을 통해 통합하였다. AMD의 시스템 식별은 모터제어 신호를 입력으로 AMD 이동질량의 설치층에 대한 상대가속도를 출력으로 선정하여 수행하였으며 큰 감쇠비와 위상지연 현상을 확인할 수 있었다 결과적으로 얻어진 건물 모델 및 AMD의 이동질량의 설치층에 대한 상대가속도를 출력으로 선정하여 수행하였으며 큰 감쇠비와 위상지연 현상을 확인할수 있었다. 결과적으로 얻어진 건물 모델 및 AMD의 상태방정식 모델로부터 재구성한 전달함수와 시간이력은 실험에서의 측정치와 잘 일치하였다.

지진력을 받는 건물의 응답을 능동적으로 제어하기 위해서는 건물의 응답을 측정하고, 이것을 바탕으로 제어력을 산정하여야 한다. 제어력의 산정 방법에는 여러 제어 알고리듬이 적용이 될 수 있는데, 2차 성능지수를 이용하는 LQ제어는 해석의 용이함과 제어의 효율성으로 인하여 널리 쓰이고 있다. 그러나, LQ제어에는 실시간으로 계측이 된 건물의 지반과의 상대 변위 및 속도를 필요로 하나 이러한 상태 변수를 계측하기가 매우 어려워 건물의 제어를 위한 적용에 한계가 있다. 따라서, 계측이 용이한 건물의 절대 가속도를 바탕으로 관측이 용이한 건물의 절대 가속도를 바탕으로 관측기를 이용하여 상태 변수를 추정하여 제어력을 산정하는 LQC 제어 알고리듬이 지진력을 받는 건물에 대한 실용적인 알고리듬이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 LQC 알고리듬의 성능을 검증하기 위하여 능동제어추진기가 설치된 축소 1층 모형에 대한 해석 및 실험을 수행하였으며, 그 결과 LQC 알고리듬의 제어 효율을 확인할 수 있었다.

본 연구의 목적은 능동질량 장치를 이용하여 지진하중을 받는 건물모델의 응답을 제어하는 것으로서 실험에 사용된 능동질량 장치는 교류형 서보 모터에 의해 관성력이 건물모델의 응답에 반작용하여 제어를 하게 되는 원리를 이용한 것이다 소형 진동대에 의한 외부하중 묘사 신호처리와 제어력 발생을 위한 장비들이 구축된 실험 모델로써 능동 질량 추진기가 1층 전단형 건물모델 상부에 설치된 해석 모델을 실현하였으며 제어력 산정을 위한 선형 2차 제어 알고리듬은 LabVIEW 프로그램을 사용해서 구현하였다. 건물의 응답과 제어력을 고려해서 제어성능을 검증하였으며 능동 질량 장치를 설치함으러써 공진하중과 지진하중에 대한 건물의 응답이 감소하고 또한 속도피드백 알고리듬이 그 외의 피드백 알고리듬 보다 제어력이 가장 적게 소용되면서 건물의 응답을 감소시키는 것을 실험적으로 파악하였다.