A multi-input single-output (MISO) semi-active control systems were studied by many researchers. For more improved vibration control performance, a structure requires more than one control device. In this paper, multi-input multi-output (MIMO) semi-active fuzzy controller has been proposed for vibration control of seismically excited small-scale buildings. The MIMO fuzzy controller was optimized by multi-objective genetic algorithm. For numerical simulation, five-story example building structure is used and two MR dampers are employed. For comparison purpose, a clipped-optimal control strategy based on acceleration feedback is employed for controlling MR dampers to reduce structural responses due to seismic loads. Numerical simulation results show that the MIMO fuzzy control algorithm can provide superior control performance to the clipped-optimal control algorithm.

실시간 하이브리드 실험법(real-time hybrid testing method)은 구조물의 수치해석부와 실험부 부분구조를 운동방정식으로 통합하여 실시 간으로 동시에 계산과 실험을 수행하는 방법이다 본 연구는 실시간 하이브리드 실험법을 사용하여 수동 및 준능동 MR감쇠기가 설치된 건축구조물의 내진성능을 정량적으로 평가한다. 건물 모델은 실물 크기 5층 건물을 강제진동실험 결과를 통해 식별한 수치모델로 사용하였고, MR감쇠기는 실험적 부분구조르 UTM에 설치되었다. 본 연구에서 수행되는 실시간 하이브리드 실험은 사인파 및 지진파 가진을 통하여 얻은 결과와 전류에 따른 MR감쇠기의 제어력을 이용하여 얻은 Bouc-Wen모델을 사용하여 얻은 해석모델과 일치함으로 그 유효성을 입증하였다. 또한 예비연구로써 구조물의 응답을 최적으로 제어하기 위한 clipped-optimal 제어알고리즘과 modulated homogeneous friction 준능동 제어알고리즘을 MR감쇠기에 적용하였다. 각 전류별 Bouc-Wen모델을 곡선맞춤하여 각각의 Bouc-Wen모델 파라미터를 식별하였으며 그 결과를 준능동 제어알고리즘 수치해석에 적용하였다. 또한 실시간 하이브리드 실험법을 이용한 준능동 제어 실험결과와 해석결과를 비교하여 준능동 제어알고리즘의 성능을 평가함에 있어 실시간 하이브리드 실험이 합리적임을 보여준다.

건축 및 토목 구조물의 진동 제어분야에서 중앙집중식 제어방식은 주어진 목표응답수준을 만족시키기 위해서 전력공급, 센서, 그리고 감쇠기 등을 포함하는 복잡한 제어시스템을 구축하고 유지하는 노력이 필요하고, 구조물 유한요소모델의 큰차수, 모델의 불확실성, 가력장치의 제한 등의 이유로 적용성의 한계가 있다. 본 논문에서는 센서 혹은 컴퓨터없이 준능동 MR 감쇠기가 설치된 층만의 정보에 의해 제어력이 생성되는 분산제어식 응답의존형 MR 감쇠기가 제안하였다. 제안된 분산제어식 응답의존형 MR 감쇠기는 구조물의 층전단력에 대한 가변마찰력 크기 비의 변화에 따라 지진하중을 받는 구조물의 제어성능이 수동인 경우와 비선형 시간이력해석을 통해 비교 평가되었다. 마지막으로 일반 제어이론에서 널리 이용되는 중앙집중식 LQR 알고리듬과 본 논문에서 제안된 분산제어식 응답의존형 MR감쇠기가 3층 전단형 구조물을 대상으로 수치해석을 통해 비교 평가됨으로써 제안된 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

This paper presents vibration control of a real-scaled five-story steel structure subjected to horizontal excitation using a semi-active magneto-rheological (MR) damper. A large-sized double-rod MR damper, which is applicable for vibration control of the real-scaled five-story structure, is designed and manufactured on the basis of the field-dependent Bingham model of the MR fluid. The damping force of the MR damper is experimentally evaluated with respect to the excitation frequency at various magnetic fields. After formulating the governing equation of motion for the five-story structure associated with the MR damper, displacement and acceleration responses of the structure are discussed under pseudo earthquake excitation in which a hybrid mass damper is designed to reproduce seismically excited structural responses. The controllers which require only structural response of the damper installed floor for calculating the input current of the MR damper are designed to effectively suppress unwanted structural vibrations

Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, is different with respect to the dynamic characteristics of earthquake excitations such as magnitude and frequency contents. In this study, effects of excitation characteristics on the equivalent linear system represented by an equivalent damping ratio for single-degree-of-freedom (SDOF) systems with a MR damper are investigated through numerical analysis for various natural frequencies of the structures and design parameters of the MR damper. In addition, to implement the an equivalent linearization procedure considering non-stationarity and frequency contents of the earthquake excitation, seismic response reduction factors for artificial earthquake ground motions are proposed using regression analysis of the linear structural responses. Analysis results show that the relative magnitude of the excitation compared to the friction force of the MR damper and frequency contents of the excitation affect the equivalent damping ratio considerably, and appropriate combination of friction and damping produces additional damping effect

본 연구의 목적은 건축구조물의 지진응답제어를 위한 MR 감쇠기의 크기, 개수 및 최적위치를 결정하는 설계절차를 제안하는 것이다. 기존의 연구에서 제안된 MR 감쇠기의 모델링 방법들의 특성과 차이점을 진동제어효과의 관점에서 분석하였으며, 이 모델 중 해석이 간단하고 이력특성을 모사할 수 있는 이력 이점성 모델을 사용하여 MR 감쇠기의 변수연구를 수행하였다. 건축구조물의 층간에 설치되는MR 감쇠장치의 용량은 지진응답의 경우 구조물의 주기와 감쇠비에 따라 층전단력이 다르게 됨을 고려하여, 20개의 지진하중에 대한 해석으로부터 구한 응답스펙트럼을 이용하여 결정하였으며, 설치 갯수에 따른 제어경향을 분석하였다. MR 감쇠기의 크기, 개수, 그리고 최적위치를 결정하기 위한 방법이 제안되었으며, 기존의 점성감쇠기 설계시 이용되는 층간변위 혹은 층간속도가 가장 큰 층에 순차적으로 설치하는 방법과의 비교를 통해 유효성을 검증하였다. 수치해석결과는 제안된 방법을 사용하여 MR 감쇠기의 크기, 개수, 그리고 위치를 합리적으로 결정할 수 있음을 보여준다

In this paper, the preliminary design procedure of magnetorheological (MR) dampers is developed for controlling the building response induced by seismic excitation. The dynamic characteristics and control effects of the modeling methods of MR dampers such as Bingham, biviscous, hysteretic biviscous, simple Bouc-Wen, Bouc-Wen with mass element, and phenomenological models are investigated. Of these models, hysteretic biviscous model which is simple and describes the hysteretic characteristics, is used for numerical studies. The capacity of MR damper is determined as a portion of not the building weight but the lateral restoring force. A method is proposed for optimal placement and number of MR dampers, and its effectiveness is verified by comparing it with the simplified sequential search algorithm. Numerical results indicate that the capacity, number and the placement can be reasonably determined using the proposed design procedure

The purpose of this paper is to determine the optimal placement of MR dampers for the vibration control of building structures. The dynamic characteristics of Bingham model, Simple Bouc-Wen model, Simple Bouc•Wen model with Mass Element and Spencer model for the modeling of MR dampers, were investigated. By performing the numerical analysis of SDOF system excited by harmonic, white noise, and seismic load, the type and amplitude of excitation which are important design factors of MR dampers were considered. Finally, Four cases for placement of MR dampers installed at 20-story building structure were considered and the corresponding results indicate that the case installing MR dampers sequentially at the story with maximum inter-story drifts provides the best performance.