JP2004340247A

JP2004340247A - Active vibration controller

Info

Publication number: JP2004340247A
Application number: JP2003137226A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kubota; 哲也久保田; Eiichi Yagi; 栄一八木; Moriyuki Sakamoto; 守行坂本; Hideaki Sakurai; 秀明桜井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4402371B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active vibration controller supporting device capable of obtaining a stable vibration controlling effect even in respect to fluctuation of engine load or engine speed. <P>SOLUTION: In this vibration controller, vibration for negating vibration transmitted from an engine 2 is generated by an actuator 7, and the vibration transmitted from the engine 2 is suppressed. The vibration controller is equipped with a load sensor DI for measuring loads D of the engine 2; and a control device 8 for calculating a command waveform S" of the vibration for negating the vibration transmitted from the engine 2, which corresponds to the measured loads D of the engine 2, from a load reference waveform S of the vibration for negating the vibration transmitted from the engine 2, which is predetermined for each of the loads D of the engine 2 with respect to a reference rotational speed N1 of a driving shaft 2a of the engine 2, by interpolation, and for controlling an operation of the actuator 7 based on the command waveform S". <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機、船舶等のエンジンから伝播する振動を打ち消すための振動を発振させて防振するアクティブ防振支持装置に関する。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】
従来のアクティブ防振支持装置として、例えば、公知文献（非特許文献１参照。）に開示されたものがある。この装置は、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動を発生させるアクチュエータと、このアクチュエータの動作を制御する制御装置とを備える。
【０００３】
この装置は、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動をアクチュエータに発生させるための制御信号Ｓを制御装置からアクチュエータに送るようになっている。この制御信号Ｓは、式（１）より算出されている。
【０００４】
【数１】
Ｓ＝Ｈ^−１・Ｒ_０（１）
ここで、Ｒ_０は、アクチュエータの所定の制御点におけるアクチュエータ停止時の振動（例えば、加速度）である。Ｈは、振動Ｒ_０を制御信号Ｓに変換する伝達関数である。この伝達関数Ｈは、エンジンを停止した状態で疑似の制御信号Ｓを送り、そのときの振動Ｒ（例えば、加速度）を計測し、この制御信号Ｓおよび振動Ｒを下式（２）に代入することにより算出されている。
【０００５】
【数２】
Ｈ＝Ｒ・Ｓ^−１（２）
この装置では、エンジンの負荷が変動してＲ_０が変動し、Ｒ_０’＝Ｒ_０＋ΔＲとなった場合、新たな制御信号Ｓ’が式（１）にＲ_０＝Ｒ_０’−ΔＲを代入することにより算出されるようになっている。こうすると、新たな制御信号Ｓ’は式（３）のように表される。
【０００６】
【数３】
Ｓ’＝Ｓ−Ｈ^−１・ΔＲ（３）
従って、この装置では、アクチュエータの所定の制御点における振動の変動量ΔＲを常にモニタし、式（３）により新たな制御信号Ｓ’を生成し、この制御信号Ｓ’をアクチュエータに送ることにより、エンジンの負荷が変動したあとの振動に対応している。
【０００７】
しかしながら、この装置では、伝達関数Ｈがエンジンの負荷または回転速度の変動により変動することが考慮されていない。すなわち、伝達関数Ｈは略一定としている。そのため、式（３）により得られる制御信号Ｓ’は、アクチュエータに出力すべき真の制御信号からずれたものになる。従って、従来の装置では、エンジンから伝播する振動を十分に抑制することができない場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、エンジンの負荷または回転速度の変動に対しても安定した防振効果を得ることができるアクティブ防振支持装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【非特許文献１】
三橋邦宏、外７名、「船用機器のアクティブ防振支持装置」、三井造船技報、三井造船株式会社、平成元年１０月、第１３８号、ｐ．３３−４０
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明装置は、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動をアクチュエータにより発生させて、エンジンから伝播する振動を抑制するアクティブ防振装置であって、エンジンの負荷を計測する負荷計測装置と、エンジンの駆動軸の基準回転速度に対してエンジンの負荷ごとに予め設定された、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動の負荷基準波形から補間により、上記計測されたエンジンの負荷に対応する、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動の指令波形を計算し、該指令波形に基づいてアクチュエータの動作を制御する制御装置とを備える。
【００１１】
この構成では、エンジンの負荷ごとにエンジンから伝播する振動を打ち消すための振動の負荷基準波形が予め設定されている。エンジンの負荷が変動した場合には、これらの負荷基準波形から補間によりエンジンの負荷に対応した指令波形（制御信号）が計算される。そして、この指令波形に基づいてアクチュエータの動作が制御される。これにより、エンジンの負荷変動に対して安定した防振効果を得ることができる。
【００１２】
この原理は以下の通りである。まず、下式（４）で表される負荷基準波形を予め設定する。
【００１３】
【数４】
Ｓ（Ｄ）＝−Ｈ^−１（Ｄ）・Ｒ_０（Ｄ）（４）
ここで、Ｓ（Ｄ）はエンジンの負荷Ｄ（例えば、Ｄ＝０、２０、４０、６０、８０、１００％）に対応する負荷基準波形である。Ｈ（Ｄ）はエンジンの負荷Ｄに対応する伝達関数である。Ｒ_０（Ｄ）は、アクチュエータを停止した状態でエンジンの負荷Ｄごとに得られた、アクチュエータの所定の制御点における振動（例えば、加速度）である。
【００１４】
なお、Ｈ（Ｄ）は以下のように得られる。まず、エンジンを停止した状態でアクチュエータに複数の疑似の負荷基準波形Ｓを送り、そのときの各負荷基準波形Ｓに対応する振動Ｒ（例えば、加速度）をそれぞれ計測する。そして、各負荷基準波形Ｓおよびこれに対応する振動Ｒから伝達関数Ｈをそれぞれ計算する。次に、このようにして算出された伝達関数Ｈと計測された振動Ｒとの関係に基づいて、上記振動Ｒ_０（Ｄ）に対応する伝達関数Ｈ（Ｄ）を算出する。このようにしてエンジンの各負荷Ｄに対応する伝達関数Ｈ（Ｄ）を得ることができる。
【００１５】
次に、この式（４）を用いてエンジンの所定負荷に対応する指令波形を算出する。具体的には、例えば、エンジンの負荷が１５％の場合、指令波形Ｓ（１５％）は、負荷基準波形のＳ（０％）およびＳ（２０％）から補間により算出される。そのあと、この指令波形Ｓ（１５％）がアクチュエータに送られ、その動作が制御される。このときのアクチュエータの所定の制御点における振動Ｒ（１５％）を算出すると以下のようになる。振動Ｒ（１５％）は、式（５）で表すことができる。
【００１６】
【数５】
Ｒ（１５％）＝Ｈ（１５％）・Ｓ（１５％）＋Ｒ_０（１５％）（５）
ここで、Ｈ（１５％）・Ｓ（１５％）はアクチュエータの発生する振動であり、Ｒ_０（１５％）はエンジンの発生する振動である。
【００１７】
この式（５）に式（４）から得られる指令波形Ｓ（１５％）＝−Ｈ^−１（１５％）・Ｒ_０（１５％）を代入すると、Ｒ（１５％）＝０となる。これは、アクチュエータの所定の制御点において振動Ｒ（１５％）が生じないことを意味する。
【００１８】
以上の原理により、エンジンの負荷が変動したときの振動を打ち消すことが可能になる。
【００１９】
また、請求項２に係る発明装置は、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動をアクチュエータにより発生させて、エンジンから伝播する振動を抑制するアクティブ防振装置であって、エンジンの駆動軸の回転速度を計測する回転速度計測装置と、エンジンの駆動軸の基準回転速度に対して予め設定された、エンジンから伝播する振動を打ち消すための振動の回転基準波形を、上記計測されたエンジンの駆動軸の回転速度に基づいて時間軸で伸縮し、これにより得られた指令波形に基づいて、アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備える。
【００２０】
エンジンの駆動軸の回転速度がわずかに変動した場合、エンジンの発生する振動の周期がエンジンの駆動軸の回転速度に反比例して伸縮する。その結果、アクチュエータの発生する振動の周期とエンジンの発生する振動の周期とがずれ、これによりエンジンの発生する振動を打ち消すことができない場合がある。本発明は、この両周期のずれを解消することにより上記問題が解消される点に着目してなされたものである。
【００２１】
上記構成によれば、エンジンの駆動軸の回転速度が微少に変動した場合に、この回転速度に基づいて回転基準波形を時間軸で伸縮することができる。その結果、アクチュエータの発生する振動の周期をエンジンの発生する振動の周期に容易に一致させることができ、エンジンの発生する振動を打ち消すことが可能となる。これにより、エンジンの駆動軸の回転速度の変動に対して安定した防振効果を得ることができる。
【００２２】
また、請求項１に係る発明装置に、エンジンの駆動軸の回転速度を計測する回転速度計測装置をさらに備えており、制御装置が、上記指令波形を上記計測されたエンジンの駆動軸の回転速度に基づいて時間軸で伸縮するように構成されてもよい。
【００２３】
この構成によれば、エンジンの負荷、および、エンジンの駆動軸の回転速度の変動に対応したアクチュエータへの指令波形を生成することができる。これにより、エンジンの負荷および回転速度の変動に対して安定した防振効果を得ることができる。
【００２４】
また、上記負荷計測装置が、エンジンが駆動する発電機の電流値を計測する電流センサ、該発電機の電力値を計測する電力センサ、または、エンジンの駆動軸の軸トルクを計測するトルクセンサであることが好ましい。
【００２５】
各センサにより計測される電流値、電力値または軸トルクはいずれもエンジンの負荷を示すパラメータである。従って、これらのパラメータを用いれば、エンジンの負荷変動に対応したアクチュエータへの指令波形を容易に生成することができる。これにより、エンジンの負荷変動に対して安定した防振効果を得ることができる。
【００２６】
上記制御装置は、上記回転速度計測装置から送信される脈流状の回転速度信号を通すことにより共振する共振回路と、該共振回路から出力される回転速度信号を直流に近い状態にすることにより平滑化する平滑回路とを備えており、該平滑回路により平滑化された回転速度信号の振幅に基づいて、エンジンの駆動軸の回転速度を算出するように構成されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、共振回路および平滑回路を備えるので、エンジンの駆動軸の回転速度のわずかな変化に対しても回転速度を精度良く計測することができる。これは、共振回路および平滑回路が、共振点近傍の周波数の変化に対して振幅が大きく変化する性質を有することから、わずかな振幅の変化に対しても周波数の変化を精度良く算出することができることによる。従って、上記共振点としてエンジンの駆動軸の定格の回転速度を予め設定しておけば、エンジンの駆動軸の回転速度が定格の回転速度からわずかに変動しても精度良く計測することができる。その結果、上記回転基準波形または負荷基準波形を時間軸で精度良く伸縮することができる。これにより、エンジンの駆動軸の回転速度の変動に対して安定した防振効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るアクティブ防振装置の構成を説明するためのブロック図である。図２は、本実施形態に係るアクティブ防振装置の制御ブロック図である。
【００３０】
図１を参照して、アクティブ防振装置を取り付ける対象は、エンジン駆動式の発電装置１である。この発電装置１は、略一定の回転速度で駆動するエンジン２と、このエンジン２の駆動軸（出力軸）２ａに連結する発電機３と、これらを設置する共通台板４とを備える。
【００３１】
この発電装置１は、防振ゴム５および後述する本実施形態に係るアクティブ防振装置を介して機械基礎６上に設置されている。防振ゴム５は主に高周波数の振動を抑制し、アクティブ防振装置が防振ゴム５により抑制できない振動を抑制する。これにより、エンジン２の振動が機械基礎６などに伝播することが防止されている。以下、本実施形態に係るアクティブ防振装置について詳細に説明する。
【００３２】
アクティブ防振装置は、エンジン２の運転状態（負荷、回転速度など）を計測する計測器ＩＮＳと、エンジン２から伝播する振動を打ち消すための振動を発生するアクチュエータ７と、計測器ＩＮＳにより計測されたエンジン２の運転状態に基づいてアクチュエータ７の動作を制御する制御装置８とを備える。
【００３３】
計測器ＩＮＳとしては、エンジン２の負荷Ｄを計測する負荷センサＤＩ、エンジン２の駆動軸２ａの回転速度を計測する回転速度センサＮＩ、および、エンジン２から伝播する振動を打ち消すための振動をアクチュエータ７に発生させるタイミングを決めるトリガ信号Ｔｒを得るためのトリガセンサＴｒＩが用いられる。これらのセンサＤＩ、ＮＩ、ＴｒＩは後述する制御装置８の入力部８１に通信可能にそれぞれ接続されている。
【００３４】
負荷センサＤＩとしては、例えば、エンジン２の軸トルクを計測するトルクセンサＴＱＩ、発電機３の電力値を計測する電力センサＰＷＩ、発電機３の電流値を計測する電流センサＡＩなどを用いることができる。なお、これらのセンサは、１つでも２つ以上組み合わせて使用されても構わない。実際には、負荷センサＤＩおよびその付帯設備を簡素化する観点から、１つのセンサを用いることが好ましい。
【００３５】
トリガセンサＴｒＩとしては、例えば、エンジン２の燃焼室内の圧力を計測する圧力センサＰＩまたは回転速度センサＮＩを用いることができる。これは、エンジン２の燃焼室内の圧力変化の周期がエンジン２から伝播する振動の周期と略一致するからである。特に、４サイクルエンジンのように、エンジン２の駆動軸２ａの回転の周期とエンジン２の振動の周期とが一致しない場合には、圧力信号Ｐを得た直後の回転速度センサＮＩから発信される回転速度信号Ｎをトリガ信号Ｔｒとすることが有効である。なお、２サイクルエンジンのように、エンジン２の駆動軸２ａの回転の周期とエンジン２の振動の周期とが略一致する場合には、回転速度センサＮＩから発信される回転速度信号Ｎをトリガ信号Ｔｒとして用いてもよい。その他、エンジン２の燃焼室内に燃料を噴射する弁の開閉信号を得た直後の回転速度信号Ｎをトリガ信号Ｔｒとして用いることもできる。
【００３６】
アクチュエータ７は、共通台板４と機械基礎６との間に取り付けられている。しかも、アクチュエータ７は防振ゴム５に並列に配置されている。これにより、防振ゴム５のみでは抑制することができないエンジン２の振動を抑制することが可能となる。さらに、アクチュエータ７は、後述する制御装置８の出力部８３に通信可能に接続されている。アクチュエータ７としては、例えば、公知の油圧シリンダまたはリニアモータなどが用いられる。
【００３７】
制御装置８は、計測器ＩＮＳからの信号を受信する入力部８１と、入力部８１からの信号に基づいて後述する波形Ｓ”などを演算し、その演算結果に基づいてアクチュエータ７の動作を制御する制御部８２と、この演算結果をアクチュエータ７に出力する出力部８３と、制御部８２の動作手順を規定するプログラム、または、制御部８２によって処理されるべきデータを記憶する記憶部８４を備える。これら入力部８１、出力部８３および記憶部８４は制御部８２にそれぞれ通信可能に接続されている。
【００３８】
入力部８１は、図２に示すように、回転速度センサＮＩから発信された回転速度信号Ｎからエンジンの駆動軸の回転速度Ｎ２を算出するための周波数信号Ｆを出力する共振・平滑回路８１ａと、この共振・平滑回路８１ａおよび計測器ＩＮＳから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器８１ｂとを備える。
【００３９】
共振・平滑回路８１ａは、回転速度センサＮＩから受け取ったエンジン２の駆動軸２ａの回転速度信号Ｎ（例えば、パルス状に変化する電流）を通すことにより共振する共振回路ＲＣ、および、この共振回路ＲＣから出力される回転速度信号（図示せず）を直流に近い状態にする（以下、平滑化するという。）平滑回路ＦＣを備えている。共振・平滑回路８１ａは、後述するように、この平滑回路ＦＣにより平滑化された回転速度信号（図示せず）の振幅に基づいて、エンジンの駆動軸の回転速度Ｎ２を算出するための周波数信号Ｆを出力する。なお、共振回路ＲＣは、抵抗、コイル、コンデンサなどから構成される。また、平滑回路ＦＣは、大容量の電解コンデンサなどから構成される。
【００４０】
この共振・平滑回路８１ａは、図２に示すように、共振点近傍の周波数の変化に対して振幅が大きく変化する性質を有しており、わずかな周波数の変化に対してもその変化を精度良く算出することができる。そこで、本実施形態では、共振・平滑回路８１ａの共振点としてエンジン２の駆動軸２ａの定格の回転速度を予め設定することにより、エンジン２の駆動軸２ａの回転速度が精度良く計測されるようにしてある。
【００４１】
図１に示す制御部８２は、主にマイクロプロセッサから構成されている。
【００４２】
記憶部８４は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを含む。記憶部８４には、エンジン２から伝播する振動を打ち消すための、アクチュエータ７に出力すべき振動の基準波形Ｓが記憶されている。この基準波形Ｓは、エンジン２の駆動軸２ａの基準回転速度Ｎ１（ｒｐｍ）より得られる基本周期ｔ１（例えば、４サイクルエンジンの場合はｔ１＝１２０／Ｎ１（ｓｅｃ）であり、２サイクルエンジンの場合はｔ１＝６０／Ｎ１（ｓｅｃ）である）に対応する波形であって、エンジン２の負荷Ｄごと（ここでは、Ｄ＝０、２０、４０、６０、８０、１００％）に設定されている。なお、基準波形Ｓは予め実験などにより設定される。具体的には、以下のような手順で算出される。
【００４３】
まず、エンジン２を停止した状態でアクチュエータ７に複数の疑似の基準波形Ｓを送り、そのときの各基準波形Ｓに対応する振動Ｒ（例えば、加速度）をそれぞれ計測する。そして、各基準波形Ｓおよびこれらに対応する振動Ｒから、伝達関数Ｈをそれぞれ計算する。
【００４４】
次に、アクチュエータ７を停止した状態でエンジン２を動作させ、エンジン２の各負荷Ｄに対応するアクチュエータ７の振動Ｒ_０（Ｄ）を計測する。
【００４５】
次に、計測された振動Ｒと計算された伝達関数Ｈとの関係に基づいて、振動Ｒ_０（Ｄ）に対応する伝達関数Ｈ（Ｄ）を算出する。
【００４６】
そして、既に説明した式（４）を用いて、基準波形Ｓ（＝Ｓ（Ｄ））が算出される。
【００４７】
【数４】
Ｓ（Ｄ）＝−Ｈ^−１（Ｄ）・Ｒ_０（Ｄ）（４）
記憶部８４には、この基本波形Ｓが各負荷（Ｄ）ごとに関数または数値としてそれぞれ記憶されている。
【００４８】
続いて、アクティブ防振装置の動作について図２に基づいて説明する。なお、ここでは、負荷センサＤＩについては電力センサＰＷＩを、トリガセンサＴｒＩについては圧力センサＰＩを、また、エンジン２については４サイクルエンジンをそれぞれ一例として説明する。
【００４９】
図２に示すように、まず、電力センサＰＷＩにより計測された電力値のアナログ信号ＰＷが、Ａ／Ｄ変換器８１ｂに入力されデジタル信号ＰＷ’に変換される。制御部８２はこのデジタル信号ＰＷ’に基づいてエンジン２の負荷Ｄを算出する（Ｓ１００）。
【００５０】
その後、制御部８２は、記憶部８４に記憶されている基準波形Ｓからエンジン２の負荷Ｄに対応する波形Ｓ’を計算する（Ｓ１０１）。具体的には、エンジン２の負荷Ｄが１５％であるとき、この負荷に対応する波形Ｓ’（Ｄ＝１５％）は、基準波形Ｓ（Ｄ＝０％）と、基準波形Ｓ（Ｄ＝２０％）とから補間される。
【００５１】
このステップＳ１００およびＳ１０１と並行して、回転速度センサＮＩにより計測された回転速度信号Ｎ（例えば、パルス状に変化する電流信号）が共振・平滑回路８１ａに通される。すると、共振回路ＲＣ内を通る回転速度信号Ｎは共振して、その振幅が増幅される。そのあと、この増幅された回転速度信号（図示せず）が平滑回路ＦＣに通される。すると、この回転速度信号は直流に近い状態になる。これにより、この回転速度信号の振幅Ｂを得ることができる。そして、この振幅Ｂから周波数信号Ｆを得ることができる。この周波数信号Ｆが共振・平滑回路８１ａから出力される。そのあと、周波数信号Ｆは、Ａ／Ｄ変換器８１ｂに力され、アナログ信号からデジタル信号Ｆ’に変換される。そのあと、制御部８２はこの信号Ｆ’に基づいてエンジン２の駆動軸２ａの回転速度Ｎ２（６０ｘＦ’（ｒｐｍ））を計算する（Ｓ１０２）。もちろん、エンジン２の駆動軸２ａの回転速度Ｎ２として、Ｆ’（Ｈｚ）を直に使用しても構わない。
【００５２】
次に、制御部８２は、エンジン２の駆動軸２ａの回転速度Ｎ２に対応した波形Ｓ”を計算する（Ｓ１０３）。具体的には、ステップＳ１０２において算出された回転速度Ｎ２に基づいて周期ｔ２＝１２０／Ｎ２を計算する。その後、ステップＳ１０１で得られた波形Ｓ’を時間軸でｔ２／ｔ１倍に伸縮する。これにより、エンジン２の駆動軸２ａの回転速度Ｎ２に対応した波形Ｓ”が計算される。この波形Ｓ”がアクチュエータ７に送られる指令波形である。
【００５３】
次に、制御部８２はこのデジタル信号Ｐ’が予め設定された所定値を超えたか否か判定する（Ｓ１０４）。このデジタル信号Ｐ’は、圧力センサＰＩにより計測された圧力信号ＰをＡ／Ｄ変換器８１ｂを通すことにより生成されるものである。このデジタル信号Ｐ’がトリガ信号Ｔｒである。
【００５４】
制御部８２がデジタル信号Ｐ’が所定値を超えたと判断したとき、アクチュエータ７にステップＳ１０３において計算された波形Ｓ”が出力される。
【００５５】
以上のステップ（Ｓ１００〜Ｓ１０４）が繰り返し行われることにより、エンジン２の振動を打ち消すことが可能になる。
【００５６】
なお、ここでは、アクチュエータ７に送る波形Ｓ”がエンジン２の負荷Ｄおよび回転速度Ｎ２に基づいて計算されているが、これらのうち一方がほとんど変化しない場合には、他方（負荷または回転速度）に基づいてアクチュエータ７に送る波形Ｓ”を計算してもよい。これにより、制御装置８を簡素化することができる。
【００５７】
また、上述した実施形態は一例であり、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの負荷または回転速度の変動に対しても安定した防振効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るアクティブ防振装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施形態に係るアクティブ防振装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
２エンジン
７アクチュエータ
８制御装置
８１ａ共振・平滑回路
ＩＮＳ計測器
ＮＩ回転速度センサ
Ｎ１基準回転速度
ＤＩ負荷センサ
Ｓ基準波形
Ｓ”波形（指令波形）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an active anti-vibration support device that oscillates vibration to cancel vibration transmitted from an engine of a generator, a ship, or the like, and performs vibration isolation.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
2. Description of the Related Art As a conventional active anti-vibration support device, for example, there is a device disclosed in a known document (see Non-Patent Document 1). This device includes an actuator that generates vibration for canceling vibration transmitted from an engine, and a control device that controls the operation of the actuator.
[0003]
In this device, a control signal S for causing the actuator to generate vibration for canceling vibration transmitted from the engine is sent from the control device to the actuator. This control signal S is calculated by equation (1).
[0004]
(Equation 1)
S = H ⁻¹ · R ₀ (1)
Here, R ₀ is vibration (for example, acceleration) at a predetermined control point of the actuator when the actuator stops. H is a transfer function that converts the vibration R ₀ into a control signal S. The transfer function H sends a pseudo control signal S with the engine stopped, measures the vibration R (eg, acceleration) at that time, and substitutes the control signal S and the vibration R into the following equation (2). It is calculated by:
[0005]
(Equation 2)
H = R · S ⁻¹ (2)
In this device, when the load of the engine fluctuates and R ₀ fluctuates, and R ₀ ′ = R ₀ + ΔR, a new control signal S ′ is obtained by adding R ₀ = R ₀ ′ −ΔR to equation (1). It is calculated by substituting. In this case, the new control signal S ′ is expressed as in equation (3).
[0006]
[Equation 3]
S ′ = S−H ⁻¹ · ΔR (3)
Therefore, in this device, the amount of fluctuation ΔR of vibration at a predetermined control point of the actuator is constantly monitored, a new control signal S ′ is generated by Expression (3), and this control signal S ′ is sent to the actuator. It responds to vibration after the engine load fluctuates.
[0007]
However, in this device, it is not considered that the transfer function H fluctuates due to fluctuations in the load or rotation speed of the engine. That is, the transfer function H is substantially constant. Therefore, the control signal S ′ obtained by the equation (3) is shifted from a true control signal to be output to the actuator. Therefore, the conventional device may not be able to sufficiently suppress the vibration transmitted from the engine.
[0008]
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and provides an active anti-vibration support device capable of obtaining a stable anti-vibration effect even when the load or rotation speed of the engine fluctuates. The purpose is to:
[0009]
[Non-patent document 1]
Kunihiro Mitsuhashi, 7 others, "Active anti-vibration support system for marine equipment", Mitsui Engineering & Shipbuilding Technical Report, Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd., October 1989, No. 138, p. 33-40
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an active vibration damping device that suppresses vibration transmitted from an engine by generating vibration for canceling vibration transmitted from an engine by an actuator, and measures a load on the engine. The device and the measured engine load are interpolated from the load reference waveform of the vibration for canceling the vibration transmitted from the engine, which is preset for each engine load with respect to the reference rotational speed of the drive shaft of the engine. And a control device for calculating a corresponding vibration command waveform for canceling the vibration transmitted from the engine and controlling the operation of the actuator based on the corresponding command waveform.
[0011]
In this configuration, a load reference waveform of vibration for canceling vibration transmitted from the engine is set in advance for each load of the engine. When the load of the engine fluctuates, a command waveform (control signal) corresponding to the load of the engine is calculated from these load reference waveforms by interpolation. Then, the operation of the actuator is controlled based on the command waveform. This makes it possible to obtain a stable anti-vibration effect against engine load fluctuations.
[0012]
The principle is as follows. First, a load reference waveform represented by the following equation (4) is set in advance.
[0013]
(Equation 4)
S (D) = − H ⁻¹ (D) · R ₀ (D) (4)
Here, S (D) is a load reference waveform corresponding to the engine load D (for example, D = 0, 20, 40, 60, 80, 100%). H (D) is a transfer function corresponding to the load D of the engine. R ₀ (D) is a vibration (for example, acceleration) at a predetermined control point of the actuator, obtained for each engine load D with the actuator stopped.
[0014]
Note that H (D) is obtained as follows. First, a plurality of pseudo load reference waveforms S are sent to the actuator with the engine stopped, and vibrations R (for example, accelerations) corresponding to the respective load reference waveforms S at that time are measured. Then, the transfer function H is calculated from each load reference waveform S and the vibration R corresponding thereto. Next, a transfer function H (D) corresponding to the vibration R ₀ (D) is calculated based on the relationship between the transfer function H calculated in this way and the measured vibration R. Thus, the transfer function H (D) corresponding to each load D of the engine can be obtained.
[0015]
Next, a command waveform corresponding to a predetermined load of the engine is calculated using the equation (4). Specifically, for example, when the load of the engine is 15%, the command waveform S (15%) is calculated by interpolation from S (0%) and S (20%) of the load reference waveform. Then, the command waveform S (15%) is sent to the actuator, and the operation is controlled. The vibration R (15%) at a predetermined control point of the actuator at this time is calculated as follows. The vibration R (15%) can be expressed by equation (5).
[0016]
(Equation 5)
R (15%) = H (15%) · S (15%) + R ₀ (15%) (5)
Here, H (15%) · S (15%) is the vibration generated by the actuator, and R ₀ (15%) is the vibration generated by the engine.
[0017]
Substituting the command waveform S (15%) = − H ⁻¹ (15%) · R ₀ (15%) obtained from the equation (4) into the equation (5) results in R (15%) = 0. This means that no vibration R (15%) occurs at a predetermined control point of the actuator.
[0018]
According to the above principle, it is possible to cancel the vibration when the load of the engine fluctuates.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an active vibration isolator which suppresses the vibration transmitted from the engine by generating vibration for canceling the vibration transmitted from the engine by the actuator. A rotational speed measuring device for measuring the speed, and a rotational reference waveform of vibration for canceling the vibration transmitted from the engine, which is set in advance with respect to the reference rotational speed of the drive shaft of the engine; And a control device that controls the operation of the actuator based on the command waveform obtained by the expansion and contraction on the time axis based on the rotation speed of the actuator.
[0020]
When the rotation speed of the drive shaft of the engine slightly changes, the cycle of the vibration generated by the engine expands and contracts in inverse proportion to the rotation speed of the drive shaft of the engine. As a result, the cycle of the vibration generated by the actuator and the cycle of the vibration generated by the engine deviate, so that the vibration generated by the engine may not be able to be canceled. The present invention has been made focusing on the point that the above problem is solved by eliminating the difference between the two periods.
[0021]
According to the above configuration, when the rotation speed of the drive shaft of the engine fluctuates slightly, the rotation reference waveform can be expanded and contracted on the time axis based on the rotation speed. As a result, the cycle of the vibration generated by the actuator can be easily matched with the cycle of the vibration generated by the engine, and the vibration generated by the engine can be canceled. This makes it possible to obtain a stable vibration damping effect against fluctuations in the rotation speed of the drive shaft of the engine.
[0022]
The invention according to claim 1 further comprises a rotation speed measuring device for measuring a rotation speed of the drive shaft of the engine, wherein the control device outputs the command waveform to the measured rotation speed of the drive shaft of the engine. May be configured to expand and contract on the time axis based on
[0023]
According to this configuration, it is possible to generate a command waveform to the actuator corresponding to the fluctuation of the load of the engine and the rotation speed of the drive shaft of the engine. As a result, a stable anti-vibration effect can be obtained with respect to variations in engine load and rotational speed.
[0024]
Further, the load measuring device may be a current sensor that measures a current value of a generator driven by the engine, a power sensor that measures a power value of the generator, or a torque sensor that measures shaft torque of a drive shaft of the engine. Preferably, there is.
[0025]
Each of the current value, electric power value, and shaft torque measured by each sensor is a parameter indicating an engine load. Therefore, by using these parameters, it is possible to easily generate a command waveform to the actuator corresponding to the load change of the engine. This makes it possible to obtain a stable anti-vibration effect against engine load fluctuations.
[0026]
The control device is a resonance circuit that resonates by passing a pulsating rotation speed signal transmitted from the rotation speed measurement device, and the rotation speed signal output from the resonance circuit is set to a state close to DC. A smoothing circuit for performing smoothing, wherein the rotational speed of the drive shaft of the engine may be calculated based on the amplitude of the rotational speed signal smoothed by the smoothing circuit.
[0027]
According to this configuration, since the resonance circuit and the smoothing circuit are provided, the rotation speed can be accurately measured even for a slight change in the rotation speed of the drive shaft of the engine. This is because the resonance circuit and the smoothing circuit have the property that the amplitude greatly changes with respect to the change in the frequency near the resonance point. Therefore, it is possible to accurately calculate the frequency change even with a small amplitude change. It depends on what you can do. Therefore, if the rated rotational speed of the drive shaft of the engine is set in advance as the resonance point, even if the rotational speed of the drive shaft of the engine slightly fluctuates from the rated rotational speed, it can be measured with high accuracy. As a result, the rotation reference waveform or the load reference waveform can be expanded and contracted accurately on the time axis. This makes it possible to obtain a stable vibration damping effect against fluctuations in the rotation speed of the drive shaft of the engine.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the active vibration isolation device according to the present embodiment. FIG. 2 is a control block diagram of the active vibration isolator according to the present embodiment.
[0030]
Referring to FIG. 1, an object to which an active vibration isolator is attached is an engine-driven power generator 1. The power generator 1 includes an engine 2 driven at a substantially constant rotational speed, a generator 3 connected to a drive shaft (output shaft) 2a of the engine 2, and a common base plate 4 on which these are installed.
[0031]
The power generation device 1 is installed on a machine foundation 6 via a vibration isolating rubber 5 and an active vibration isolating device according to the present embodiment described later. The anti-vibration rubber 5 mainly suppresses high-frequency vibration, and suppresses vibration that cannot be suppressed by the anti-vibration rubber 5 by the active anti-vibration device. This prevents the vibration of the engine 2 from propagating to the mechanical foundation 6 and the like. Hereinafter, the active vibration isolator according to the present embodiment will be described in detail.
[0032]
The active anti-vibration device is measured by a measuring instrument INS for measuring an operation state (load, rotation speed, etc.) of the engine 2, an actuator 7 for generating vibration for canceling vibration transmitted from the engine 2, and a measuring instrument INS. A control device 8 for controlling the operation of the actuator 7 based on the operating state of the engine 2.
[0033]
As the measuring device INS, a load sensor DI for measuring the load D of the engine 2, a rotation speed sensor NI for measuring the rotation speed of the drive shaft 2 a of the engine 2, and an actuator for canceling the vibration transmitted from the engine 2 7, a trigger sensor TrI for obtaining a trigger signal Tr for determining the timing at which the signal is generated is used. These sensors DI, NI, TrI are communicably connected to an input unit 81 of the control device 8 described later.
[0034]
As the load sensor DI, for example, a torque sensor TQI for measuring the shaft torque of the engine 2, a power sensor PWI for measuring the power value of the generator 3, and a current sensor AI for measuring the current value of the generator 3 may be used. it can. Note that these sensors may be used alone or in combination of two or more. Actually, it is preferable to use one sensor from the viewpoint of simplifying the load sensor DI and its accompanying equipment.
[0035]
As the trigger sensor TrI, for example, a pressure sensor PI or a rotation speed sensor NI that measures the pressure in the combustion chamber of the engine 2 can be used. This is because the cycle of the pressure change in the combustion chamber of the engine 2 substantially matches the cycle of the vibration transmitted from the engine 2. In particular, when the cycle of rotation of the drive shaft 2a of the engine 2 does not match the cycle of vibration of the engine 2 as in a four-cycle engine, the signal is transmitted from the rotation speed sensor NI immediately after obtaining the pressure signal P. It is effective to use the rotation speed signal N as the trigger signal Tr. When the cycle of rotation of the drive shaft 2a of the engine 2 substantially coincides with the cycle of vibration of the engine 2 as in a two-cycle engine, the rotation speed signal N transmitted from the rotation speed sensor NI is used as a trigger signal. It may be used as Tr. In addition, the rotation speed signal N immediately after obtaining the opening / closing signal of the valve for injecting fuel into the combustion chamber of the engine 2 can be used as the trigger signal Tr.
[0036]
The actuator 7 is mounted between the common base plate 4 and the machine foundation 6. In addition, the actuator 7 is arranged in parallel with the vibration isolating rubber 5. This makes it possible to suppress the vibration of the engine 2 that cannot be suppressed by the vibration-proof rubber 5 alone. Further, the actuator 7 is communicably connected to an output unit 83 of the control device 8 described below. As the actuator 7, for example, a known hydraulic cylinder or a linear motor is used.
[0037]
The control device 8 calculates an input section 81 that receives a signal from the measuring instrument INS, a waveform S ″ described later based on the signal from the input section 81, and controls the operation of the actuator 7 based on the calculation result. And an output unit 83 that outputs the calculation result to the actuator 7, and a storage unit 84 that stores a program that defines an operation procedure of the control unit 82 or data that is to be processed by the control unit 82. The input unit 81, the output unit 83, and the storage unit 84 are communicably connected to the control unit 82.
[0038]
As shown in FIG. 2, the input unit 81 includes a resonance / smoothing circuit 81a that outputs a frequency signal F for calculating the rotation speed N2 of the drive shaft of the engine from the rotation speed signal N transmitted from the rotation speed sensor NI. And an A / D converter 81b for converting an analog signal output from the resonance / smoothing circuit 81a and the measuring instrument INS into a digital signal.
[0039]
The resonance / smoothing circuit 81a is a resonance circuit RC that resonates by passing a rotation speed signal N (for example, a current that changes in a pulse shape) of the drive shaft 2a of the engine 2 received from the rotation speed sensor NI, and this resonance circuit. There is provided a smoothing circuit FC for making a rotation speed signal (not shown) output from the RC close to a direct current (hereinafter, referred to as smoothing). As will be described later, the resonance / smoothing circuit 81a generates a frequency signal for calculating the rotation speed N2 of the drive shaft of the engine based on the amplitude of the rotation speed signal (not shown) smoothed by the smoothing circuit FC. Output F. Note that the resonance circuit RC includes a resistor, a coil, a capacitor, and the like. The smoothing circuit FC is composed of a large-capacity electrolytic capacitor and the like.
[0040]
As shown in FIG. 2, the resonance / smoothing circuit 81a has a property that the amplitude greatly changes with respect to a change in the frequency near the resonance point, and the change can be accurately determined even with a slight change in the frequency. It can be calculated well. Therefore, in the present embodiment, the rotational speed of the drive shaft 2a of the engine 2 is accurately measured by setting the rated rotational speed of the drive shaft 2a of the engine 2 in advance as the resonance point of the resonance / smoothing circuit 81a. It is.
[0041]
The control unit 82 shown in FIG. 1 is mainly composed of a microprocessor.
[0042]
The storage unit 84 includes a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and the like. The storage unit 84 stores a reference waveform S of the vibration to be output to the actuator 7 for canceling the vibration transmitted from the engine 2. The reference waveform S has a basic cycle t1 (for example, t1 = 120 / N1 (sec) in the case of a four-cycle engine) obtained from the reference rotation speed N1 (rpm) of the drive shaft 2a of the engine 2, and the two-cycle engine In this case, t1 = 60 / N1 (sec)), and is set for each load D of the engine 2 (here, D = 0, 20, 40, 60, 80, 100%). I have. The reference waveform S is set in advance by an experiment or the like. Specifically, it is calculated in the following procedure.
[0043]
First, a plurality of pseudo reference waveforms S are sent to the actuator 7 with the engine 2 stopped, and vibrations R (for example, accelerations) corresponding to the respective reference waveforms S at that time are measured. Then, a transfer function H is calculated from each of the reference waveforms S and the corresponding vibration R.
[0044]
Next, the engine 2 is operated with the actuator 7 stopped, and the vibration R ₀ (D) of the actuator 7 corresponding to each load D of the engine 2 is measured.
[0045]
Next, a transfer function H (D) corresponding to the vibration R ₀ (D) is calculated based on the relationship between the measured vibration R and the calculated transfer function H.
[0046]
Then, the reference waveform S (= S (D)) is calculated by using the already described equation (4).
[0047]
(Equation 4)
S (D) = − H ⁻¹ (D) · R ₀ (D) (4)
The storage section 84 stores the basic waveform S as a function or a numerical value for each load (D).
[0048]
Next, the operation of the active vibration isolator will be described with reference to FIG. Here, the load sensor DI will be described as an example of the power sensor PWI, the trigger sensor TrI will be described as an example of the pressure sensor PI, and the engine 2 will be described as an example of a 4-cycle engine.
[0049]
As shown in FIG. 2, first, an analog signal PW of the power value measured by the power sensor PWI is input to the A / D converter 81b and converted into a digital signal PW '. The controller 82 calculates the load D of the engine 2 based on the digital signal PW '(S100).
[0050]
After that, the control unit 82 calculates a waveform S ′ corresponding to the load D of the engine 2 from the reference waveform S stored in the storage unit 84 (S101). Specifically, when the load D of the engine 2 is 15%, the waveform S ′ (D = 15%) corresponding to this load includes a reference waveform S (D = 0%) and a reference waveform S (D = D = 15%). 20%).
[0051]
In parallel with steps S100 and S101, a rotation speed signal N (for example, a current signal that changes in a pulse shape) measured by the rotation speed sensor NI is passed through the resonance / smoothing circuit 81a. Then, the rotation speed signal N passing through the resonance circuit RC resonates and its amplitude is amplified. Thereafter, the amplified rotation speed signal (not shown) is passed to the smoothing circuit FC. Then, this rotation speed signal is in a state close to DC. Thereby, the amplitude B of the rotation speed signal can be obtained. Then, a frequency signal F can be obtained from the amplitude B. This frequency signal F is output from the resonance / smoothing circuit 81a. After that, the frequency signal F is applied to the A / D converter 81b, and is converted from an analog signal to a digital signal F '. After that, the control unit 82 calculates the rotation speed N2 (60 × F ′ (rpm)) of the drive shaft 2a of the engine 2 based on the signal F ′ (S102). Of course, F ′ (Hz) may be used directly as the rotation speed N2 of the drive shaft 2a of the engine 2.
[0052]
Next, the controller 82 calculates a waveform S ″ corresponding to the rotation speed N2 of the drive shaft 2a of the engine 2 (S103). Specifically, the cycle t2 is calculated based on the rotation speed N2 calculated in step S102. = 120 / N2. Then, the waveform S 'obtained in step S101 is expanded / contracted by a factor of t2 / t1 on the time axis, whereby the waveform S "corresponding to the rotation speed N2 of the drive shaft 2a of the engine 2 is obtained. Is calculated. This waveform S ″ is a command waveform sent to the actuator 7.
[0053]
Next, the controller 82 determines whether or not the digital signal P 'has exceeded a predetermined value (S104). The digital signal P ′ is generated by passing the pressure signal P measured by the pressure sensor PI through the A / D converter 81b. This digital signal P 'is the trigger signal Tr.
[0054]
When the controller 82 determines that the digital signal P ′ has exceeded the predetermined value, the waveform S ″ calculated in step S103 is output to the actuator 7.
[0055]
By repeating the above steps (S100 to S104), the vibration of the engine 2 can be canceled.
[0056]
Here, the waveform S ″ sent to the actuator 7 is calculated based on the load D and the rotation speed N2 of the engine 2, but if one of them hardly changes, the other (load or rotation speed) , The waveform S ″ to be sent to the actuator 7 may be calculated. Thereby, the control device 8 can be simplified.
[0057]
The above-described embodiment is an example, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.
[0058]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stable vibration-proof effect with respect to the fluctuation | variation of an engine load or a rotational speed can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an active vibration isolation device according to an embodiment.
FIG. 2 is a control block diagram of the active vibration isolator according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Engine 7 Actuator 8 Controller 81a Resonance / smoothing circuit INS Measuring device NI Rotation speed sensor N1 Reference rotation speed DI Load sensor S Reference waveform S "waveform (command waveform)

Claims

An active vibration isolator that suppresses vibration transmitted from the engine by generating vibration for canceling vibration transmitted from the engine by an actuator,
A load measuring device for measuring the load of the engine,
Corresponding to the measured engine load by interpolation from a load reference waveform of the vibration for canceling the vibration transmitted from the engine, which is preset for each engine load with respect to the reference rotational speed of the drive shaft of the engine. An active vibration isolator comprising: a controller that calculates a command waveform of vibration for canceling vibration transmitted from the engine and controls operation of the actuator based on the command waveform.

An active vibration isolator that suppresses vibration transmitted from the engine by generating vibration for canceling vibration transmitted from the engine by an actuator,
A rotation speed measurement device that measures the rotation speed of the drive shaft of the engine,
The rotation reference waveform of the vibration for canceling the vibration transmitted from the engine, which is set in advance with respect to the reference rotation speed of the drive shaft of the engine, is expressed on the time axis based on the measured rotation speed of the drive shaft of the engine. An active vibration isolator comprising: a control device that expands and contracts and controls the operation of an actuator based on a command waveform obtained thereby.

It further includes a rotation speed measurement device that measures the rotation speed of the drive shaft of the engine,
The active control device according to claim 1, wherein the control device is configured to expand and contract the command waveform on a time axis based on the measured rotation speed of the drive shaft of the engine.

The load measuring device is a current sensor that measures a current value of a generator driven by the engine, a power sensor that measures a power value of the generator, or a torque sensor that measures shaft torque of a drive shaft of the engine. The active vibration isolator according to claim 1 or 3.

The control device includes:
A resonance circuit that resonates by passing a rotation speed signal transmitted from the rotation speed measurement device; and a smoothing circuit that smoothes the rotation speed signal output from the resonance circuit by bringing the rotation speed signal into a state close to DC. Yes,
4. The active vibration isolator according to claim 2, wherein the rotational speed of the drive shaft of the engine is calculated based on the amplitude of the rotational speed signal smoothed by the smoothing circuit.