先進地震工程模擬實驗技術研究-隔減震結構與複合模擬-設備物主動隔震之基底加速度積分回饋天鉤控制律研發與試驗驗證(子計畫五)(I)

現今採用被動式隔震系統之設備物，其作法乃藉由加裝較低勁度之隔震器於設備下方，來延長設備物之振動週期，以避開基底震動之主要頻率內涵，並適度增加隔震層之阻尼來抑制隔震位移。相關學術研究與實務應用已證明，設計良好之被動隔震系統在大地震時，能有效降低設備物之絕對加速度，保護設備物不因地震力損壞。為了確保於設計地震來臨時，隔震系統有足夠之消能，且於超越地震時，不致損壞，其隔震系統常設計具一較大之阻尼，且機構通常存在摩擦阻尼或降伏阻尼，使隔震層需克服初始束制方可啟動。因此，一般適用於隔絕設計地震之隔震裝置，於中小度地震時隔震效果較難施展。台灣每年發生的中小度地震數量不少，中小度地震雖不致損傷高科技廠房，但其地震力可能因廠房結構放大，使得廠房內之設備因而常需停機檢測，甚或直接造成損失，因此需要特別開發可有效隔絕中小度地震之隔震系統。有鑑於此，本研究旨在研發設備物之主動隔震系統，地震來臨時藉由致動器控制隔震滑台移動，達到隔震效果，且可搭配目前常用之隔絕微振之被動隔振裝置，形成一多自由度主被動混合控制隔震系統。為了使其主動控制律之計算包含基底速度(其由基底加速度積分)、滑台之速度以及數位濾波器之狀態，本研究以狀態擴展之狀態空間表示式，使狀態變數含括上述之訊號回饋，從而提出適用於主動隔震系統之基底加速度積分回饋天鉤控制律，並可配合現代控制理論之直接輸出回饋及參數迭代更新方法設計控制增益。此外，配合致動器可採用位移或速度伺服控制，從而克服摩擦影響，可更有效控制滑台之絕對加速度於中小型地震。再者，與一般被動隔震系統不同，由於研發之控制律係考量基底震動之輸入，因此可藉由控制律，大幅提高主動隔震系統之阻尼比，而不影響隔震效果，如此可使主動隔震層受到非基底震動之額外外力作用，如人為外力或機械運作外力時，主動隔震層不會有過大反應，維持設備物有效運作，相較傳統被動隔震系統，展現更高適應性之控制效果。最後將基於前項結果發展水平雙向之主動隔震系統，並於控制律中加入衝程保護控制，避免位移容量不足造成碰撞失敗，並利用複合模擬實驗技術，充分驗證設備物主動隔震系統之設計與控制效益。研發成功後，預計將可提供高科技廠房一克服地震之有效解決方案。