FR2637663A1 - Systeme d'amortissement de vibrations - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système d'amortissement de vibrations. Le système est caractérisé en ce qu'il comprend un poids 5 disposé en haut de la structure 1; un détecteur de vibrations 3 fixé à la structure 1; un mécanisme d'entraînement du poids 5; et un ensemble contrôleur de phase et d'amplitude 99 relié au détecteur de vibrations 5 pour calculer l'amplitude des vibrations de la structure 1. La présente invention trouve application notamment à des gratte-ciel.
Description
La présente invention concerne un système d'amortissement de vibrations
adapté pour une utilisation avec une structure. Plus particulièrement, elle concerne un système d'amortissement de vibrations placé en haut d'une structure telle qu'une tour d'un pont de suspension, un gratte-ciel, une tour d'acier, pour atténuer des vibrations dues aux charges du vent (forces
aérodynamiques) ou à un tremblement de terre.
Au moins quatre variétés de systèmes d'amortissement de vibrations susmentionnés sont
couramment connus.
La première est représentée en figure 13 des dessins accompagnants et est décrite dans la demande de brevet japonais No. 60-92569. Dans cette construction, on prévoit un dispositif d'amortissement 58 qui comprend un dispositif 50 pour détecter l'amplitude de vibrations du corps vibrant 52 (ce dispositif sera référé comme "détecteur de vibrations" ci-après), un actionneur 54 qui applique une force d'amortissement au corps vibrant 52 correspondant à l'amplitude des vibrations 50 à détecter, une masse ajoutée 56 qui équilibre la force
d'amortissement lorsqu'elle agit sur le corps vibrant 52.
Une unité tampon ou d'arrêt 60 interrompt un mouvement excessif de la masse ajoutée 56, et une unité d'amortissement 62 absorbe l'impact que la masse ajoutée
56 exerce sur l'unité d'arrêt 60.
La seconde est représentée en figure 14 des dessins accompagnants et est décrite dans la demande de brevet Japonais No. 60-92570. Cette demande décrit un système comprenant un actionneur de masse aJoutée 66 qui est monté sur la structure 64, un détecteur de vibrations 68 qui détecte les vibrations de la structure 64, un contrôleur 70 qui délivre des signaux de contr8le sur la base du signal que le détecteur de vibrations 68 produit, et un actionneur de masse ajoutée 66 qui fonctionne sous le contrôle du contrôleur 70 afin d'amortir les vibrations de la structure 64. L'énergie électrique à appliquer à l'actionneur de masse ajoutée 66 est contrôlée par la base de temps 76 et sur la base de la sortie d'un détecteur de prédiction de vibrations structurelles composé d'un détecteur de temblement de terre 72 qui est posé sur le sol et d'un circuit logique 74. La troisième est représentée aux figures 15A et 15B des dessins accompagnants et est décrite dans la demande de brevet japonais No. 59-97341. La construction dans cette demande antérieure comprend une masse aJoutée 82 qui est placée en libre déplacement sur le haut 80 de la structure 78, un actionneur 88 qui entratne la masse ajoutée 82 et qui a ses bras fixes 84 fixés à la protubérance 86 s'étendant du haut 80, un contr8leur 90 pour contr8ler l'actionneur 88, un détecteur de vibrations 92 fixé à la structure 78 pour détecter la vibration de structure, un détecteur de vibrations du sol 96 (un détecteur de tremblements de terre) posé sur la fondation 94 de la structure 78 pour détecter les vibrations du sol et un soustracteur 98 pour soustraire les signaux de sortie du détecteur de tremblements de terre 96 des signaux de sortie du détecteur de vibrations
92, et obtenir les signaux d'entrée au contrôleur 90.
La quatrième est représentée en figure 16 des dessins accompagnants et est décrite dans la demande de brevet Japonais No. 60-85165. La construction décrite dans cette demande antérieure est un système comprenant un actionneur de masse ajoutée 102 fixé à la structure et un détecteur de vibrations 104 pour détecter des vibrations de la structure 100, o l'actionneur de masse ajoutée 102 est actionné par un contr8leur 106 et une source d'alimentation 108 sur la base des signaux du détecteur de vibrations 104. Un filtre passe bande 110 est prévu entre le détecteur de vibrations 104 et
l'actionneur de masse ajoutée 102.
Plusieurs défauts sont évidents dans les constructions ci-dessus décrites. Par exemple, la construction de la figure 13 est complexe structurellement à cause de l'utilisation de l'unité d'arrêt 60 et des composants en rapport; la construction de la figure 14 exige un- contr8leur compliqué à cause de la nécessité de poser le détecteur de tremblements de terre 72 au sol; la construction des figures 15A et et B appelle nécessairement des détecteurs de vibrations duplex à cause de l'utilisation du soustracteur 98 et la construction de la figure 16 doit supporter la charge d'un circuit superflus à cause de la présence du filtre
passe bande 110. Dans aucune de ces descriptions, de
plus, ne se trouve la méthode de contrôler l'actionneur présentée en termes concrets, et en plus la relation de phase entre la vibration de la structure et le mouvement
effectif du dispositif d'amortissement reste floue.
Un but de la présente invention est de supprimer la vibration de la structure en contrôlant, par utilisation de circuits simples, le déplacement ou mouvement d'un poids en une relation de phase optimale en regard de la vibration de la structure afin de priver la structure de son énergie cinétique en donnant l'énergie cinétique du poids à la structure, résolvant ainsi tous
- les problèmes qu'ont les agencements de l'art antérieur.
Dans l'un des modes de réalisation préféré de l'invention, une construction est proposée comprenant un poids posé en haut de la structure afin d'accomplir une oscillation d'harmonique simple, un actionneur qui entratne le poids, un détecteur d'accélération qui travaille comme détecteur de vibrations de la structure, et un ensemble contrôleur de phase et d'amplitude qui inverse le signe du signal du détecteur d'accélération et le transmet à l'actionneur comme signal de commande. Ici, l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude comprend un premier intégrateur qui convertit le signal d'accélération venant du détecteur d'accélération en un signal de vitesse, un second intégrateur qui convertit le signal de vitesse du premier intégrateur en un signal de déplacement, un comparateur qui compare le signal de déplacement provenant du second intégrateur à une valeur limite prédéterminée, un amplificateur qui inverse le signe du signal produit par le premier intégrateur, et un relais qui permet au signal de signe inversé d'atteindre l'actionneur comme commande d'actionnement du poids lorsque le comparateur trouve que le signal de
1s déplacement est supérieur à la valeur limite.
C'est dire, lorsque la vibration de la structure est détectée par le détecteur de vibrations, que le signal est envoyé à l'actionneur de poids après avoir été contr8lé en phase et amplitude par le contrôleur de phase et d'amplitude. Puisque l'énergie donnée au poids sous la forme d'une oscillation d'harmonique simple, qui est en retard de phase de 90 degrés par rapport à la vibration structurelle, est transférée à la structure avec la durée et l'amplitude les plus optimales, la vibration de la structure est
rapidement amortie.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparattront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique représentant un système d'amortissement de vibrations monté sur une tour d'un pont de suspension selon la présente invention; - la figure 2 est une vue de face du dispositif d'amortissement pour des structures; - la figure 3 est une vue plane du dessus de la figure 2; - la figure 4 est un diagramme représentant un système d'oscillation à pendule; - la figure 5 est un diagramme représentant le principe de la présente invention avec un modèle; - la figure 6 est un groupe de courbes représentant les relations entre le mouvement du poids de l'invention et la vibration de structure en termes de déplacement en (A), de vitesse en (B), et d'accélération en (C); - la figure 7 est un bloc diagramme représentant un mode de réalisation préféré de l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude selon l'invention; - la figure 8 est un bloc diagramme représentant un autre exemple de l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude selon la présente invention; - la figure 9 est un diagramme représentant encore un autre exemple du circuit qui comprend un dispositif pour compenser le retard du servo-système; - la figure 10 est un diagramme représentant le déplacement lorsque le retard du servo- système reste non compensé; - la figure 11 est un diagramme représentant le déplacement lorsque le retard du servo-système est correctement compensé; - la figure 12 est un diagramme représentant un cas o la présente invention est appliquée à un immeuble élevé; - les figures 13 à 16 sont des diagrammes schématiques représentant des agencements connus; et - la figure 17 illustre encore un autre bloc diagramme de l'ensemble contrôleur de phase selon la présente invention. La présente invention va être maintenant décrite aux moyens de modes de réalisation préféré en se
référant aux figures annexées.
La figure 1 représente une manière de fixer un système d'amortissement de structure 2 à une tour I d'un pont de suspension, qui représente ces structures qui vibrent à cause d'une force appliquée de l'extérieur. En haut de la tour 1, est prévu le système d'amortissement 2, et sur un c8té supérieur de la tour 1, un détecteur de
vibrations 3 est monté.
Pour décrire le système d'amortissement 2 en détails, sur la plate-forme 4 qui est placée en haut de la tour 1, il est prévu un poids mince 5 qui est formé en un arc et posé afin d'accomplir une oscillation d'harmonique simple (un mouvement pendulaire) lorsque supporté par des rouleaux de support 6 dans la direction de balancement 1, établissant un système élastique qui
travaille sous la foce de restitution due à la gravité.
L'intervalle d'oscillation du poids 5 est limité à la distance que la protubérance 7, prévue à un centre latéral (o des protubérances des deux c8tés) du poids 5, est autorisée à parcourir Jusqu'à ce qu'elle soit arrêtée par les amortisseurs de chocs 8 et 9 qui sont posés aux deux extrémités de la plate-forme 4. De plus, en haut du poids 5, on prévoit une crémaillère 10, s'étendant dans la direction d'oscillation du poids 5. Les références 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 servent en combinaison comme
mécanisme d'entratnement du poids.
En figure 3, un arbre 12 est fixé directement au moteur 11, s'étendant à angle droit au-delà de la crémaillère 10. A un point milieu de l'arbre 12, un pignon 13 engage la crémaillère 10. Près de l'extrémité étendue de l'arbre 12, de plus, un poids d'ajustement de période d'oscillation 14 est prévu afin d'aJuster la période d'oscillation du poids 5 par son inertie de rotation. C'est-à-dire, le moteur 11 entra!ne le poids 5 en oscillation de période donnée par l'intermédiaire de l'arbre 12, du pignon 13 et de la crémaillère 10, et à
l'aide du poids d'ajustement 14 de période d'oscillation.
L'arbre 12 est également pourvu d'un amortisseur 12a et
supporté par des paliers 12b et 12c.
Au détecteur de vibrations 3, par ailleurs, un ensemble contrôleur de phase et d'amplitude 99 est relié pour contr8ler la phase et l'amplitude du signal du détecteur de vibrations 3, tout en entraînant le moteur 11 par son signal de phase de sortie. Ainsi, en contrôlant de façon appropriée en phase et amplitude l'oscillation d'harmonique simple du poids 5 par rapport à la vibration de la tour 1, en utilisant la force d'entraînement du moteur 11, non seulement il est possible de maintenir le balancement de la tour 1 à un intervalle admissible, mais également de permettre à la
tour 1 de dissiper son énergie cinétique.
Ici, on attire l'attention sur le fait que la force d'entratnement du moteur 11 peut agir à la lois comme une force pour accélérer le poids 5 et comme une force d'atténuation pour appliquer un frein au poids 5 de
sorte qu'elle maintiendra l'amplitude nécessaire.
C'est-à-dire, à moins qu'un contr8le approprié soit accompli, l'énergie donnée au poids 5 sous forme d'oscillation d'harmonique simple par la tour I en balancement divergera, de sorte que l'on utilise le moteur 11 pour la double tâche d'accélérer le poids 5 à l'amplitude nécessaire et de le freiner pour empocher
l'apparition de divergence.
Ensuite, en considérant le poids 5 comme un pendule comme représenté en figure 4, on calcule sa période d'oscillation naturelle T et son déplacement verticale y: T =21. (R/g), R = (T/21r)2 g 2 g, et kx2 M 2x2 2x2
y =à =____à--
2mg 2mg 2g o R représente une distance du centre de gravité G, x un déplacement horizontal, m une masse du poids, uJ est la
fréquence naturelle et k est une constante élastique.
Maintenant, pour expliquer le principe du contr8le de phase de l'invention, en figure 5, la référence 15 désigne une table à secouer par un actionneur 16; 17 un corps de test qui est placé en déplacement libre sur la table de secouage 15 (le corps 17 correspond à la tour 1 de la figure 1); 18 un poids (représentant le poids 5 de la figure 2); et 19 et 20 des potences. Ici, si la force aérodynamique (chargé du vent) agissant sur le corps 17 est représentée par P; la masse du corps 17 par M; la constante élastique équivalente ou réduite du corps 17 par k; le coefficient d'atténuation du corps 17 (par exemple la constante d'atténuation ajoutée, qui, est égale à 2M.h.LJ) par C, o ut est une fréquence naturelle et h représente un coefficient d'atténuation de la structure, par h = 0,01-0,02 dans le cas d'immeubles et h = 0,1-0,2 dans le cas d'un pont; le déplacement linéaire horizontal du corps 17 (en système de coordonées absolues) par X; la masse du poids 18 par m; la constante élastique du poids 18 par k; la force qui contrSle l'oscillation du poids 18 par p; et le déplacement linéaire horizontal du poids 18 (en système de coordonées relatives par rapport au corps 17) par x; alors les équations de déplacement du corps 17 et du poids 18 sont:
. -.,.
MX + CX + kX + m. (X + x) = P. cosWt, (1) et e. O mX + mx + kx = p(t), (2)
o t représente le temps.
En supposant de plus que le corps 17 et le poids 18 accomplissent une oscillation d'harmonique simple, X = A. sin Wt, (3) et X = B. sin(Wt +), (4) o A et B sont les amplitudes et O est la différence de
phase à Wt.
Puisque les constantes élastiques FL et k sont en relation avec les masses M et m comme: K = (M + m).U, (s) et K = m 2, (6) de ce fait, (M + m). X + KX = - (M + m). A 2. sinW/t + (M + m). Au2. sin%/t = o. (7) et m. x + k. x = - m. B. sin(Y t + () + m. BJ2. sin(Wt + () = o. (8) En substituant les équations (7) et (8) aux équations (1) et (2), on a: P. coswt = CX + mx = 2M. h. A2. cos Wt -m.. sin(Wlt +d), (g) et p(t) = m. X = - m. A w. sinWt. (10) Ici, l'équation (9) montre que, lorsque les deux termes à droite sont égaux en phase, une force apparaissant de l'atténuation du corps 17 et une force due au déplacement du poids 18 sont en équilibre avec la force aérodynamique P. Ceci signifie de plus que, lorsque le déplacement du poids 18 est retardé de 90 degrés par rapport au déplacement du corps 17, une force vient à agir dans même direction que l'atténuation du corps 17
afin de stopper la vibration.
De ce fait, en mettant i = - 90 degrés, l'équation (9) devient: P coswt
2 2
= 2M. AW2. cosiJt + m. B 2. cos Wt = (2M. h. A + mB). w2. cos.t, (11) ce qui donne l'amplitude B du poids 18: m. B = (P/W2) - 2M. h. A (12) Ici, ces équations signifient que, puisqu'elles sont valables, que le système d'amortissement concerné soit du type actif ou du type passif, la force P donnée par l'équation (10) agit comme une force de contrôle lorsque le système d'amortissement est du type actif, tandis que la même agit comme une force d'atténuation
lorsque le système est du type passif.
Si la constante élastique k n'est pas donnée -
par l'équation (6), la somme mx et kx n'est pas nulle (voir équation (8)). Dans ce cas, l'équation (10) nécessite quelques modifications. Egalement, si le système d'amortissement possède une force d'atténuation en luimême, tel que frictions entre les éléments constituant le système, ces forces d'atténuation doivent
être prises en compte.
Le principe de l'invention qui a été mathématiquement présenté ci-dessus peut alors être compris littéralement comme suit: (1) la force que le système d'amortissement produit afin de supprimer la vibration d'une structure (la tour 1 dans ce mode de réalisation) a son origine du déplacement de la masse du système d'amortissement; et (2) le système d'amortissement exerce sur la structure vibrante une force d'amortissement ou une force de contrSle qui est égale à la force externe agissant sur la structure en grandeur mais opposée en direction, de
sorte que la vibration de la structure est stabilisée.
Encore en d'autres termes, le principe de la présente invention consiste à convertir l'énergie, par exemple d'une force aérodynamique qui amène la structure à vibrer, en énergie cinétique du système d'amortissement, et laisser le mécanisme d'atténuation du système d'amortissement à consommer l'énergie: c'est-à-dire, c'est une méthode de consommer
indirectement l'énergie donnée ou restituée.
Des descriptions qui précèdent, on comprend que
la différence de phase en déplacement entre la tour 1 et le poids 5 du système d'amortissement 2 doit être de 90 degrés. Leurs déplacements sont représentés en figure 6(A) avec le trait fort indiquant le déplacement de la structure et le trait interrompu indiquant celui du poids. Leurs vitesses (figure 6(B)) sont obtenues par différentiation (figure 6(A)), ensuite leurs accélérations (figure 6(C)) sont obtenues une fois de
plus par différentiation (figure 6(B)).
C'est sur cette base qu'un détecteur d'accélération peut être utilisé comme détecteur de vibrations 3 dans le présent mode de réalisation: en détectant le balancement de la tour 1 par le détecteur de vibrations 3 et intégrant son signal une fois, on obtient le signal de vitesse de la tour 1, et ensuite le signal de déplacement en intégrant le signal de vitesse. Si le signal de déplacement obtenu de cette façon apparait plus grand que la valeur limite prédéterminée, le signe du signal de vitesse de la tour 1 est inversé, et le signal inversé est transmis à l'unité d'actionnement du système
d'amortissement 2 comme signal de déplacement du poids 5.
En faisant ainsi, on peut laisser le poids 5 osciller d'une manière que son déplacement soit retardé de 90
degrés par rapport à celui de la tour 1.
La figure 7 représente un bloc diagramme du contr8le de phase et d'amplitude décrit ci-dessus. Ici, la référence 21 est un premier intégrateur qui accomplit l'intégration sur le signal d'accélération "(4 détecté par le détecteur de vibrations 3; 22 un amplificateur qui inverse le signe du signal de vitesse vl, qui est la sortie du premier intégrateur 21, et le transmet à l'unité d'entraînement 24 du moteur 11 par un point de contact 23a d'un relais 23; 25 un générateur d'impulsion qui transmet le signal de contre-réaction à l'unité d'entraînement 24 pour égaliser la rotation du moteur 11 avec le signal venant de l'amplificateur 22; 26 un second intégrateur qui accomplit une intégration sur le signal vl provenant du premier intégrateur 21 afin d'obtenir le signal de déplacement ú4; 27 un comparateur qui accomplit une comparaison du signal de déplacement t à une valeur limite prédéterminée; 23 le relais disposé dans le comparateur et ayant le point de contact 23a qui est fermé lors de l'excitation de la bobine du relais 23 (introduite auparavant) lorsque le signal de déplacement 24 est supérieur à la valeur limite dans le comparateur 27, activant de la sorte le moteur 11 pour permettre au poids d'accomplir une oscillation d'harmonique simple; et 28 est un compteur de déplacement qui affiche le signal de sortie du second intégrateur 26. Ici, le comparteur 27, qui est là dans le but de déplacer le poids 5 lorsque le balancement de la tour 1 a dépassé un intervalle prédéterminé certain, n'est pas un composant d'une nécessité absolue, pas plus que le compteur de
déplacement 28 n'est absolument nécessaire.
En se référant à la figure 7, comme le détecteur de vibrations 3 qui est un détecteur d'accélération, détecte l'accélération de la tour 1, son signal "4 est intégré par le premier intégrateur 21, et devient le signal de vitesse vl. Ensuite, si le point de contact 23a du relais 23 est encore fermé, c'est-à-dire en position ON, après que l'amplificateur 22 ait inversé le signe du signal de vitesse vl, le signal de vitesse vl est transmis à l'unité d'entraînement 24, de sorte que le moteur 11 commence à tourner et le poids 5 commence à se balancer ou osciller. Alors, le signal de vitesse vl est intégré par le second intégrateur 26 au signal de déplacement 24. Si le signal de déplacement P est supérieur à la valeur limite dans le comparateur 27, le comparateur 27 transmet un signal au relais 23, qui à son tour ferme le point de contact 23a entre l'amplificateur
22 et l'unité d'entraînement du moteur 24.
La figure 8 représente un autre mode de réalisation de l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude 99 de la présente invention. Cette construction est basée sur le fait que, comme le montre la figure 6, des mouvements représentés en figure 6(A) peuvent être obtenus en inversant le signe du signal du détecteur de vibrations 3 fixé à la tour I et utilisant ce signal comme signal de vitesse pour actionner le poids , car le signal du détecteur de vibrations 3 inversé en
signe est le signal de vitesse du poids 5.
C'est-à-dire, dans ce mode de réalisation, le signal provenant du détecteur de vibrations 3 est inversé en signe par l'inverseur 29 en _ cZ, et amplifié par un amplificateur d'amplitude 30, de sorte que le déplacement du poids 5 soit obtenu. Le signal obtenu de cette façon est transmis à l'unité d'entra!nement 24 du moteur par l'intermédiaire du point de contact 23a du relais 23. La procédure subséquente est la même que dans le dernier cas mentionné. Ce mode de réalisation produit plus le même effet que le premier mode de réalisation présenté en
figure 7.
La figure 17 représente une modification du système de la figure 7. Ici, l'amplificateur 22 n'est pas
-utilisé; à la place, un décaleur de phase 40 est prévu.
La sortie du second intégrateur 26 est retardée de 90 degrés par rapport au signal de déplacement par le décaleur de phase 40. Le signal du décaleur de phase 40
est envoyé au moteur 11 par l'intermédiaire du relais 23.
Pour l'un et l'autre des modes de réalisation, cependant, il existe une. possibilité que le mécanisme d'entraînement du poids et l'unité d'entraînement 24 du moteur peuvent retarder à cause de l'inertie si la tour 1 se balance avec une période courte. La figure 9 montre un autre diagramme qui est prévu avec un circuit pour corriger ce retard, dans lequel la référence 31 est un convertisseur analogique/numérique qui numérise les signaux de sortie du premier intégrateur 21; 32 une mémoire qui mémorise la donnée du signal provenant du convertisseur analogique/numérique 31 en synchronisation avec un signal d'horloge à sa borne a; 33 un contrôleur de phase qui contrôle l'entrée et la sortie de la donnée dans la mémoire 32 en amenant à la mémoire 32 la phase établie par le dispositif d'établissement de phase 34; et 35 et un convertisseur numérique/analogique qui convertit la donnée provenant de la mémoire 32 en un signal analogique et le transmet à l'unité d'entraînement 34 par le point de contact 23a du relais 23 comme
commande d'actionnement.
Dans le circuit de la figure 9, le signal 3du détecteur de vibrations 3 est converti en signal de vitesse v3 à travers le premier intégrateur 21, et le signal de vitesse v3 est ensuite transmis à la mémoire 32 après avoir été numérisé par le convertisseur analogique/numérique 31. La mémoire 32 mémorise la donnée du signal de vitesse v3 pour un nombre prédéterminé de périodes en synchronisation avec le signal d'horloge provenant de la borne a et, en même temps, délivre la donnée avec un retard de phase prédéterminé lors de la réception de la commande du contrôleur de phase 33 sur la base de la valeur établie dans le dispositif d'établissement de phase 34. Ici, puisque la mémoire 32 produit des données à la phase établie par le dispositif d'établissement de phase 34, et parce qu'on peut établir la phase comme souhaitée pour n'importe quel changement rapide de la vitesse, on peut corriger le retard dans le servo-système rapidement. C'est-à-dire, lorsque la mémoire 32 n'est pas prévue, le déplacement du poids 5 est retardé à cause du servo-retard, comme montré par le trait doublement hachuré en figure 10, tandis que lorsque la mémoire 32 est prévue et qu'un temps de retard s t (3/4 Hz dans cet exemple) est assigné au servo-système, le déplacement du poids 5 est correctement ajusté, comme montré en figure 11. En d'autres termes, on peut compenser le retard du
servo-système en retardant la phase.
En même temps, en se référant de nouveau à la figure 3, on notera qu'une valeur de compensation mo0, qui est donnée par l'équation suivante, est aJoutée à la masse m du poids 5 lorsqu'un dispositif de changement de vitesse est prévu dans le modificateur de période d'oscillation 14 ou entre le pignon 13 et le modificateur de période 14: n2r) mo=I o I représente le rayon du pignon 13, I l'inertie de rotation et n l'amplification de rotation du dispositif de changement de vitesses. Dans ce cas, la fréquence naturelle %J doit être multipliée par: m +m Les modes de réalisations précédents ont plusieurs mérites: leurs systèmes de contrôle sont simples, de ce fait le coût est réduit et la maintenance simplifiée; à cause de l'utilisation de l'oscillation d'harmonique simple, l'exigence d'énergie pour accélérer le poids 5 en une oscillation d'harmonique simple est petite, de sorte que l'énergie peut être économisée. De plus, même si la tour 1 a été la seule structure utilisée en décrivant les modes de réalisation préférés, il est évident que la structure peut être un gratte-ciel 101 comme représenté en figure 12 ou tout autre type de structure. Egalement, considéré dans le cadre de la présente invention est un contrôle d'avancement de phase, plutôt qu'un retard de phase cité dans ces modes de réalisation, en considération des vibrations de structure, c'est-à-dire, une application comme secoueur
plutôt que comme amortisseur, est totalement faisable.
Claims (11)
1. Système d'amortissement de vibrations d'une structure, caractérisé en ce qu'il comprend: un poids (5) disposé en haut d'une structure (1) d'une manière telle qu'il puisse supporter une oscillation d'harmonique simple; un détecteur de vibrations (3) produisant un signal de sortie et fixé à la structure (1) pour détecter des vibrations de la structure; un mécanisme d'entraînement de poids pour actionner le poids (5); et un contrôleur de phase et d'amplitude (99) relié au détecteur de vibrations (3) pour calculer l'amplitude de la vibration de la structure en traitant le signal de sortie du détecteur de vibrations, pour inverser le signe du signal de sortie du détecteur de vibrations lorsque l'amplitude de vibrations de la structure (1) dépasse une valeur limite prédéterminée, et pour actionner le mécanisme d'entratnement du poids sur la base du signal de sortie de signe inversé d'une manière telle que l'oscillation du poids serve comme une
force d'atténuation contre la vibration de la structure.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids (5) est en forme d'arc et le mécanisme d'entraînement du poids comprend des rouleaux de support (6) pour supporter le poids en haut de la structure (1), une crémaillère (10) montée en haut du poids (5), un pignon (13) engageant la crémaillère (10), et un moteur (11) pour entraPner en rotation le pignon (13) d'une manière telle que le poids (5)
accomplisse une oscillation d'harmonique simple.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement du poids comprend un poids d'ajustement (14) de la période d'oscillation.
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de vibrations (3) est un détecteur d'accélération ayant une sortie pour délivrer un signal d'accélération et le mécanisme d'entraînement comprend un moteur (11) pour amener le poids (5) à supporter une oscillation d'harmonique simple.
5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur de vibrations (3) est un détecteur d'accélération ayant une sortie et le mécanisme d'entraînement comprend un moteur (11) pour amener le poids (5) à supporter une oscillation
d'harmonique simple.
6. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur de vibrations (3) est un détecteur d'accélération ayant une sortie et le mécanisme d'entraînement comprend un moteur (11) pour amener le poids (5) à supporter une oscillation
d'armonique simple.
7. Système selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude (99) comprend: un premier intégrateur (21) ayant une sortie et relié à la sortie du détecteur d'accélération (3) pour convertir le signal d'accélération détecté par le détecteur d'accélération en un signal de vitesse; un second intégrateur (26) ayant une sortie et relié à la sortie du premier intégrateur (21) pour convertir le signal de vitesse du premier intégrateur en un signal de déplacement; un comparateur (27) ayant une sortie et relié à la sortie du second intégrateur (26) pour comparer le signal de déplacement du second intégrateur (26) à une valeur limite prédéterminée; un amplificateur (22) ayant une sortie et relié à la sortie du premier intégrateur (21) pour inverser le signe du signal de vitesse du premier intégrateur; et une unité d'entraînement du moteur (24) ayant une entrée et reliée à la sortie de l'amplificateur (22) pour recevoir le signal de vitesse de signe inversé lorsque le comparateur (27) trouve que le signal de déplacement est plus grand que la valeur limite et pour actionner le moteur (11) sur la base du signal de vitesse
de signe inversé.
8. Système selon l'une des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude (99) comprend: un premier intégrateur (21) ayant une sortie et relié à la sortie du détecteur d'accélération (3) pour convertir le signal du détecteur d'accélération en un signal de vitesse; un second intégrateur (26) ayant une sortie et relié à la sortie du premier intégrateur (21) pour convertir le signal de vitesse du premier intégrateur en un signal de déplacement; un comparateur (27) ayant une sortie et relié à la sortie du second intégrateur (26) pour comparer le signal de déplacement du second intégrateur à la valeur limite prédéterminée; un inverseur de signe (22) ayant une sortie et relié à la sortie du détecteur d'accélération pour inverser le signe du signal d'accélération du détecteur d'accélération; un amplificateur d'amplitude (30) ayant une sortie et relié à la sortie de l'inverseur de signe (22) pour amplifier le signal d'accélération à signe inversé; et une unité d'entraînement du moteur (24) ayant une entrée et reliée à la sortie de l'amplificateur d'amplitude (30) pour recevoir le signal de celui-ci lorsque le comparateur (27) trouve que le signal de déplacement est supérieur à la valeur limite et pour actionner le moteur (11) sur la base du signal reçu de
l'amplificateur d'amplitude (30).
9. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un relais (23) entre l'amplificateur (22) et le moteur (11) pour permettre au signal d'atteindre l'unité d'entraînement (24) lorsque le signal de déplacement est plus grand que la valeur prédéterminée dans le comparateur (27), et le moteur (11) comprend un générateur d'impulsions pour coupler rétroactivement un signal à l'entrée de l'unité d'entraînement (24) pour égaliser le nombre de tours du moteur avec le signal de l'amplificateur (22) ou du
second intégrateur (26).
10. Système selon l'une des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude (99) comprend: un premier intégrateur (21) ayant une sortie et relié à la sortie du détecteur d'accélération pour intégrer le signal d'intégration du détecteur d'accélération pour former un signal de vitesse; un convertisseur analogique/numérique (31) ayant une sortie et relié à la sortie du premier intégrateur (21) pour numériser le signal de vitesse; une mémoire (32) reliée à la sortie du convertisseur analogique/numérique (31) et ayant une sortie et deux entrées, l'une des entrées recevant le signal du convertisseur et l'autre entrée recevant un signal d'horloge, pour stocker le signal provenant du convertisseur; un dispositif d'établissement de phase (34) ayant une sortie pour produire un signal de phase préétablie; un contrôleur de phase (33) relié à la sortie du dispositif d'établissement de phase (34) pour recevoir le signal de phase préétablie et relié à l'entrée de la mémoire (32) pour contrôler la phase de l'entrée et de la sortie de données respectivement à et de la mémoire sur la base de la phase préétablie; un convertisseur numérique/analogique (35) ayant une sortie et relié à la sortie de la mémoire (32) pour convertir le signal provenant de la mémoire (32) en un signal analogique; une unité d'entraînement du moteur reliée à la sortie du convertisseur numérique/analogique (35) pour recevoir le signal de celui-ci et pour actionner le
moteur (11) sur la base du signal reçu de cette façon.
11. Système selon l'une des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que l'ensemble contrôleur de phase et d'amplitude (99) comprend: un premier intégrateur (21) ayant une sortie et relié à la sortie du détecteur d'accélération (3) pour convertir le signal d'accélération du détecteur en un signal de vitesse; un second intégrateur (26) ayant une sortie et relié à la sortie du premier intégrateur pour intégrer le signal de vitesse du premier intégrateur en un signal de déplacement; un comparateur (27) ayant une sortie et relié à la sortie du second intégrateur (26) pour comparer le signal de déplacement du second intégrateur à une valeur prédéterminée; un déphaseur ayant une sortie et relié à la sortie du second intégrateur (26) pour retarder le signal de déplacement du second intégrateur de 90 degrés; un relais (23) ayant une sortie et relié à la sortie du déphaseur pour permettre au signal du déphaseur de passer à travers celui-ci lorsque le signal de déplacement du second intégrateur (26) est plus grand que la valeur prédéterminée; et une unité d'entraînement du moteur (24) reliée à la sortie du relais (23) pour actionner le moteur (11) lors de la réception du signal passant à travers le
relais (23).
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