第二章 結構控制
2.3 半主動控制
半主動控制系統(圖 2-3-1)是比較新的一項控制理論，經過多年的研究後，
目前已有應用於真實結構的例子。半主動系統，主要依消能的觀點，建立以阻尼 力為控因的半主動控制概念，目的要求以少量的能量來驅動執行訊號，而提供可 調整性質。其控制效益乃介於主動控制系統與被動控制系統之間，只需要少量的 能源供應，在遭遇重大災害時可避免能源不易取得的缺點，亦可改變被動控制系 統無法靈活控制的缺點。
半主動控制系統可依利用裝置原理不同而分五大類：[18]
1. 可變化閥門液壓阻尼器（Variable Orifice Damper）
其基本構造(圖 2-3-2)為在傳統黏滯性阻尼上加上一旁通管路，藉由控制閥 門的開關來控制液體流經此管路的流量，達到改變阻尼係數的目的[18]，並利用 閥門開啟的大小，以操控油缸內液體的流動速率，並決定阻尼力的輸出。
2. 兩段式液壓阻尼器（Two-Stage Damper）
兩段式液壓阻尼器(圖 2-3-3)將可變化流體流量之控制閥門簡化為單向流 動控制之閥門，經由單向油壓控制閥門的開關切換，促使阻尼裝置僅具有兩種階 段的阻尼性質，當閥門開啟時具最小阻尼係數，而切換控制閥後即轉為最大。此 定像行為，使其易於運用於實際的控制裝置，裝設操作經濟，相當適合運用於較 為簡單的控制法則之控制裝置。
3. 可控性液流阻尼器（Controllable Fluid Damper）
可控性液流阻尼器其主要關鍵在於材料具可變性，於瞬間由一自由流體轉變 為半固態、固態；依改變的機制可分為兩類：
（1）. 電流感應式液流阻尼器（Electrorheological Damper，簡稱 ER Damper）
電流感應式液流阻尼為一種具有電感應能力的流體（ER Dluid），流體在受 電場強度作用後，產生阻尼力因而改變自身黏滯行為的特性，當系統中無電場強
度導入時流體呈一般黏性流體行為，當電場強度增大時，電流感應式液流阻尼器 隨著輸入的電流增加而阻尼力增加，使系統將可吸收更大的能量。
（2）. 磁感應式液流阻尼器（Magnetorheological Damper，簡稱 MR Damper）
磁感應式液流阻尼器(圖 2-3-4)其行為則具有很高的非線性，最簡化可用 Bingham Model 加以描述。其外表像黏滯性阻尼器，但內部填充的是磁感應流體 (MR Fluid)[19]。
如同 ER Fluid 一般，磁感應流體亦存在類似的性質與行為，其內含微米般 小的磁感應粒子於矽油（Silicon Oil）中，當磁場產生時粒子鍵結，流體產生 抗阻。而磁感應流體較電感應流體具較大的降伏應力。磁感應式液流阻尼器亦隨 著輸入的磁通量增加而阻尼力增加，即吸收更大的能量。
4. 摩擦型半主動阻尼器（Variable Friction Damper）
摩擦型半主動阻尼器利用被動滑動摩擦裝置的原理，配合裝置滑動介面的鐵 氟隆材料受正向應力越大摩擦係數越小的特性，再配合滑動介面提供夾束之能 力，結合於滑動系統而成為半主動的可變式摩擦阻尼器。
5. 調整結構特性裝置
此類半主動控制裝置在於改變結構物之自然週期，大約分為三類：
（1）. 勁度控制裝置（Stiffness Control Device）
利用改變結構物勁度來調整週期。
（2）. 調和質量阻尼器（Tuned Mass Damper）
利用於主要結構的某處再加裝質量，當新加質量裝置的勁度及阻尼設技 士當時，可改變結構的震動反應，使其震動反應降低。
（3）. 調節液體阻尼器（Tuned Liquid Damper）
其原理類似 Tuned Mass Damper。
由上述討論可知，半主動控制與主動控制有相似的地方，前者特點在具有局
部的可調性，能以最小的控制能量大到最大的減震效果。此法與主動控制的不同 點，在於所需的能量很小，當大地震發生時，電力需求可由不斷電系統提供。就 可變性而言，主動控制最高，半主動控制次之，被動控制最差，不過主動控制雖 然有其優勢，但其控制系統輸入能量於結構系統中，極有可能因為不當的控制或 不預期的結果造成結構的損害。而被動控制已廣泛的應用於土木結構上，但若就 一些定性的問題，如隔震的位移的控制，便無法用被動控制解決。