Seismic Control of Tuned Mass Damper System with MDOF Sliding Mode Control Accounting for the Uncertainties

The control performance in active structural control system can be drastically deteriorated when the modeling errors and the uncertainties existing in the disturbances are disregarded in the designing stage. It can even throw the control system into an unstable phase, resulting in out of control against the seismic excitations. The purpose of the study is to investigate the control effectiveness of a non-linear control system called sliding mode controller(SMC) in cooperation with a Tuned Mass Damper subjected to the three seismic excitations selected from the FFT analysis. Even though the transient performance such as settling time and overshoot were deteriorated, the robustness against the system stability was appeared from SMC when the structural masses and stiffness perturbed within the range of ${\pm}30%$. SMC is a feasible technique for active structural control in cooperation with TMD against seismic disturbances, exhibiting robustness in perturbation of system stiffness and mass as well as uncertainties of the disturbances.

불확실성을 고려한 동조질량 감쇠기(TMD) 시스템의 다자유도 슬라이딩 모드 지진동 제어

지진동에 대처하기 위한 구조물의 능동제어기를 설계할 때, 모델링의 오차 및 외란의 불확실성을 무시하고 진행하면 제어성능이 크게 퇴화될 수 있다. 심지어 시스템 전체가 불안정하게 되어 제진이 불가능하게 될 가능성도 배제할 수 없다. 본 연구의 목적은 슬라이딩 모드제어기(SMC)라 불리는 비선형제어기의 제어성능을 TMD가 장착된 구조물에 설계하여 그 적용 가능성을 검토하는 것이다. 이때 가진 외란은 FFT 해석으로 탁월주파수를 분석한 3개의 지진동이다. SMC로 제어한 결과, 구조물의 질량과 강성이 ${\pm}30%$ 섭동되어도 강인성을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 오버슈트가 증대되고 정정시간이 증가하는 등 과도응답성능은 다소 퇴화되는 것을 확인할 수 있었다. 전반적으로 SMC는 모델링 및 외란의 불확실성에 대해 강인함을 유지하고 지진동을 효과적으로 제어하는 능동제어법으로 TMD 구조물과 결합시켜 지진동제어에 적용해 볼 수 있는 유용한 기법이라 판단된다.