Fuzzy Hybrid Control of a Smart TMD for Reduction of Wind Responses in a Tall Building

초고층건물의 풍응답제어를 위한 스마트 TMD의 퍼지 하이브리드제어

Fuzzy hybrid control technique with a smart tuned mass damper(STMD) was proposed in this study for the suppression of wind-induced motion of a tall building. To develop the effective control algorithm for a STMD, skyhook and groundhook control algorithms were employed. Usually, skyhook controller can effectively reduce STMD motion and groundhook controller shows good control performance for the reduction of building responses. In this study, fuzzy hybrid controller, which can determine an optimal weighting factor for combining two controllers in real time, was developed to improve the control performance of conventional hybrid controller using weighted sum approach. A 76-story office building was used as an example structure to investigate the performance of the proposed controller. A magnetorheological(MR) damper was used to develop a STMD and the control performance of STMD was evaluated comparing with the passive and active TMD. The numerical studies show that the control effectiveness of a STMD is significantly superior to that of the conventional TMD. It is also shown that fuzzy hybrid controller can effectively adjust skyhook and groundhook control algorithms and reduce both responses of STMD and building.

본 연구에서는 초고층건물의 풍응답을 저감시키기 위하여 스마트 TMD(STMD)를 활용한 퍼지 하이브리드 제어기법을 제안하였다. 효과적인 제어알고리즘을 개발하기 위하여 STMD의 응답저감에 우수한 성능을 보이는 스카이훅(skyhook) 제어기와 구조물의 응답저감에 뛰어난 그라운드훅(groundhook) 제어알고리즘을 사용하였다. 본 연구에서는 두 제어기를 적절히 조합하기 위하여 최적의 가중치를 실시간으로 결정하는 퍼지 하이브리드 제어기를 개발함으로써 일반적인 가중합방식의 하이브리드 제어기법의 성능을 개선하였다 제안된 제어기의 성능을 검토하기 위하여 풍하중을 받는 76층 사무소 건물을 예제구조물로 사용하였다. MR감쇠기를 이용하여 STMD를 구성하였고, STMD의 제어성능을 평가하기 위하여 TMD및 ATMD의 성능과 비교하였다. 수치해석을 통하여 STMD의 제어성능이 TMD에 비하여 월등히 뛰어남을 확인할 수 있었다. 또한 퍼지 하이브리드 제어기법을 사용하면 스카이훅 및 그라운드훅 제어기를 효과적으로 조합하여 STMD와 건물의 응답을 동시에 줄일 수 있음을 확인하였다.