JP2009185918A - Vibration damping device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制振装置に関し、特に、建築物、施設等に共振周波数とは異なる周波数の強制振動が発生した場合に有効な制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device, and more particularly, to a vibration damping device effective when a forced vibration having a frequency different from a resonance frequency occurs in a building, a facility, or the like.
構造物振動に対する制振装置のうち、固有振動に対する装置として、その方式、形式とも多様なものが提案されている。例えばTMD(Tuned Mass Damper)、それに制御力を加えるアクティブ装置が実用・製品化されている。
広く実用化されている構造物用制振装置は、対象構造の固有振動に同調して装置が振動することで、構造物振動特性における共振倍率を低減するのと等価な効果を生じる。一方、実用化されている構造物用制振装置は、固有振動数から外れた強制振動に対しては、効果を発揮しない。
Among the vibration control devices for structural vibrations, various devices and types have been proposed as devices for natural vibrations. For example, TMD (Tuned Mass Damper) and active devices that apply control force to it are put into practical use and commercialized.
The structural vibration damping device that is widely put into practical use produces an effect equivalent to reducing the resonance magnification in the structural vibration characteristics by vibrating the device in synchronization with the natural vibration of the target structure. On the other hand, a structural vibration damping device that has been put into practical use is not effective for forced vibrations that deviate from the natural frequency.
そこで、たとえば特許文献1において、強制振動に対する制振装置が提案されている。
特許文献1は、振動源に近接して設置される制振装置が、振動センサ、位相抽出手段および周波数抽出手段を作動させると、振動センサにより検出された振動源の振動から、位相抽出手段および周波数抽出手段により、その振動の位相および周波数が抽出される。そして、制御装置の作動によって周波数および位相が調節されて加振機が作動させられる。加振機は振動系に取り付けられているので、加振機の作動により、その振動が振動系に伝達されて、質量要素が上下方向に振動させられることになる。
特許文献1は、振動源の振動周波数が、所定範囲に限られていることを前提に、振動系の共振周波数がその振動周波数の略範囲内に設定されているので、加振機の周波数が振動系の共振周波数に近づくと、振動系は大きく振動し、加振機の振動周波数に一致した大きな加振力(慣性力)を発生する。加振機の振動は振動源の振動の周波数と同一で、かつ、振動源の振動と振動系の振動が逆の位相になるよう調節するので、振動系は強大な加振力を振動源の振動とは逆の位相で設置面に加えることになる。その結果、加振機により発生する比較的小さな加振力により振動系を大きく振動させることで、大きな加振力を発生することが可能となり、振動源の振動が制振され、周辺に振動が伝播することが防止されることになる。
Thus, for example,
特許文献1は、加振エネルギーを節約するために、強制振動数と同じ固有振動数を有する制振装置としている。したがって、対策装置駆動パワーは小さくて済むものの、位相制御は難しい。特許文献1が問題としている「縦ノリ」による足踏み振動(外乱)は、一定のリズムで行なわれるものでないため、力に対する応答の位相差が変化する。結果として、特許文献1の制振装置による振動系の加振力のうち、変動する外乱に追従しきれない部分は、制振効果として働かず、新たな加振力となり、固有振動成分の過渡応答を生じる。
また、特許文献1は、強制振動成分については、振動低減効果を発揮するが、同一の構造物に対して固有振動成分についても振動低減が求められる場合には、固有振動成分に対する対策装置が別途必要になり、2種類の対策装置を設置するスペース、コストが問題となる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、同一の構造物に対して、一台の装置で強制振動成分及び固有振動成分に対する制振機能を発揮する制振装置を提供することを目的とする。
Further,
The present invention has been made based on such a technical problem, and provides a vibration damping device that exhibits a damping function for a forced vibration component and a natural vibration component with a single device for the same structure. The purpose is to do.
本発明に言及するにあたり、図1に基づいて、構造物の固有振動に対する制振機構を説明する。
図1の上段に示すように構造物固有振動数の外乱が入力され、構造物固有振動数と同じ固有振動数を有する対策装置を設置した場合、外乱により構造物が揺らされる。この揺れは共振なので、90°位相が遅れ、図1の中段に示すように、構造物応答変位は外乱に対して90°遅れる。このとき、構造物応答変位に対して、構造物応答加速度は180°進む。構造物応答加速度がαのとき、構造物上に設置され、構造物が揺れることで揺らされる対策装置には、−mαの慣性力が作用している状態と考えることができる。ここで、mは対策装置可動振動体の質量である。
固有振動に対する対策装置は、構造物固有振動数と同じ固有振動数になるように調整されているので、−mαの力を受けた場合、対策装置の応答変位は、図1の下段に示すように、−mαに対して90°遅れる。このとき対策装置応答変位に対して、対策装置応答加速度は180°進む。
対策装置は構造物応答に90°遅れる形で動くので、構造物の減衰効果として働く。あるいは、考え方を変えると、対策装置の応答加速度によって生じる装置慣性力−mβ(ここで、βは対策装置応答加速度)が構造物に入力され、この、装置慣性力により外乱がキャンセルされる。
In referring to the present invention, a damping mechanism for the natural vibration of a structure will be described with reference to FIG.
As shown in the upper part of FIG. 1, when a disturbance having a natural frequency of a structure is input and a countermeasure device having the same natural frequency as the natural frequency of the structure is installed, the structure is shaken by the disturbance. Since this vibration is resonant, the phase is delayed by 90 °, and the structure response displacement is delayed by 90 ° with respect to the disturbance as shown in the middle part of FIG. At this time, the structure response acceleration advances by 180 ° with respect to the structure response displacement. When the structure response acceleration is α, it can be considered that an inertial force of −mα is applied to a countermeasure device that is installed on the structure and is shaken when the structure is shaken. Here, m is the mass of the countermeasure device movable vibrator.
Since the countermeasure device for the natural vibration is adjusted so as to have the same natural frequency as the structure natural frequency, the response displacement of the countermeasure device when the force of -mα is applied is as shown in the lower part of FIG. In addition, it is delayed by 90 ° with respect to -mα. At this time, the countermeasure device response acceleration advances by 180 ° with respect to the countermeasure device response displacement.
Since the countermeasure device moves 90 ° behind the structure response, it works as a structure damping effect. Alternatively, when the way of thinking is changed, a device inertia force −mβ (where β is a response device response acceleration) generated by the response acceleration of the countermeasure device is input to the structure, and the disturbance is canceled by the device inertia force.
次に、図2の上段に示すように、構造物固有振動数以外の外乱が入力された場合、構造物は強制振動数と同じ振動数で揺らされる。この揺れは共振ではないので、図2の中段に示すように、構造物応答変位の位相遅れは90°とはならない。そして、構造物の揺れに伴って対策装置が揺らされる。この揺れは共振なので、対策装置応答変位の位相は、構造物応答から90°遅れる。
対策装置は構造物応答に90°遅れる形で対策装置が動くので、構造物の減衰効果として働く。しかし、対策装置応答は固有振動数とは違う振動数であるため、減衰付与による応答低減効果はほとんどない。
Next, as shown in the upper part of FIG. 2, when a disturbance other than the natural frequency of the structure is input, the structure is shaken at the same frequency as the forced frequency. Since this fluctuation is not resonance, the phase delay of the structure response displacement is not 90 ° as shown in the middle part of FIG. And a countermeasure apparatus is shaken with the shake of a structure. Since this shaking is resonance, the phase of the countermeasure device response displacement is delayed by 90 ° from the structure response.
The countermeasure device works as a damping effect of the structure because the countermeasure device moves so as to be delayed by 90 ° from the response of the structure. However, since the response of the countermeasure device is a frequency different from the natural frequency, there is almost no response reduction effect due to the application of damping.
以上に対する本発明の制振装置は、対象構造物に近接して配置され、前記対象構造物に生じた振動を制振するものであって、所定方向への変位が許容された振動体と前記振動体に駆動力を直接印加する駆動手段とを含む対策装置と、対象構造物の振動を検知するセンサと、センサにより検知された対象構造物の振動に基づいて、駆動手段の動作を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、対象構造物の振動から、強制振動成分と固有振動成分を抽出し、強制振動成分に対応する、対策装置の駆動条件aを設定し、固有振動成分に対応する、対策装置の駆動条件bを設定し、駆動条件aと駆動条件bが加算された駆動条件cで、駆動手段を制御することを特徴とする。 The vibration damping device of the present invention with respect to the above is disposed in the vicinity of the target structure and suppresses vibration generated in the target structure, and the vibration body allowed to be displaced in a predetermined direction and the vibration body A countermeasure device including a driving unit that directly applies a driving force to the vibrating body, a sensor that detects vibration of the target structure, and controls the operation of the driving unit based on the vibration of the target structure detected by the sensor. The controller extracts the forced vibration component and the natural vibration component from the vibration of the target structure, sets the driving condition a of the countermeasure device corresponding to the forced vibration component, and corresponds to the natural vibration component The driving means b is set, and the driving means is controlled by the driving condition c obtained by adding the driving condition a and the driving condition b.
本発明の制振装置において、コントローラは、駆動条件aで駆動手段を駆動したときの対策装置の強制振動成分による応答をシミュレーションし、当該シミュレーションの結果を考慮して、駆動条件aを設定することが好ましい。また、本発明の制振装置において、コントローラは、駆動条件bで駆動手段を駆動したときの対策装置の固有振動成分による応答をシミュレーションし、当該シミュレーションの結果を考慮して、駆動条件bを設定することがより好ましい。 In the vibration damping device of the present invention, the controller simulates the response due to the forced vibration component of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition a, and sets the driving condition a in consideration of the result of the simulation. Is preferred. Further, in the vibration damping device of the present invention, the controller simulates a response due to the natural vibration component of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition b, and sets the driving condition b in consideration of the simulation result. More preferably.
本発明によれば、強制振動成分に対応する駆動条件a、固有振動成分に対応する駆動条件bを設定し、駆動条件aと駆動条件bが加算された駆動条件cで、対策装置の駆動手段を制御するので、同一の構造物に対して、一台の装置で強制振動成分及び固有振動成分の両者を考慮した制振機能を発揮することができる。
また、本発明の制振装置において、駆動条件aで駆動手段を駆動したときの対策装置の強制振動成分による応答のシミュレーション結果、さらには駆動条件bで駆動手段を駆動したときの対策装置の固有振動成分による応答のシミュレーション結果をも考慮して、駆動条件a、駆動条件bを設定することにより、より精度の高い制振効果を得ることができる。
According to the present invention, the drive condition a corresponding to the forced vibration component and the drive condition b corresponding to the natural vibration component are set, and the drive means of the countermeasure device is the drive condition c obtained by adding the drive condition a and the drive condition b. Therefore, it is possible to exert a damping function in consideration of both the forced vibration component and the natural vibration component with the same device with respect to the same structure.
Further, in the vibration damping device of the present invention, the simulation result of the response due to the forced vibration component of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition a, and further, the inherent characteristic of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition b By setting the driving condition a and the driving condition b in consideration of the simulation result of the response due to the vibration component, it is possible to obtain a more accurate damping effect.
以下、添付する図3〜図8に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る制振装置10は、外乱として強制振動が加わる対象構造物(例えば、ドーム球場、コンサートホール)に近接して配置されるものであり、図3に示すように対策装置20と、コントローラ30と、対象構造物振動センサ40aと、対策装置振動センサ40bとを備えている。なお、本実施の形態において、外乱としての強制振動の周波数は既知であり、かつ一定なものとする。「縦ノリ」の場合、その周波数は2〜3Hzである。
対策装置20は、所定の質量を有する振動体21と、振動体21の可動方向を規定する板ばね22とを振動系の構成要素として有している。各板ばね22は、その一端部が、設置面A上に設置された断面コ字状の架台23に固定される。また、各板ばね22は、他端部が、振動体21の上下両端部に固定されている。したがって、振動体21は、図3に矢印で示すように上下(鉛直)方向には変位可能であるが、左右(水平)方向の変位は規制される。なお、板ばね22の枚数を変更することにより、対策装置20の固有振動数を調整することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in FIGS.
The
The
架台23と振動体21の間には、アクチュエータ25が配置されている。アクチュエータ25は、コントローラ30からの指令により、振動体21を上下方向に駆動する。アクチュエータ25は、振動体21を上下方向に駆動するものであれば形態は問われないが、例えば、電磁コイルと永久磁石の組合せからなるVCM(Voice Coil Motor)を用いることができる。
架台23と振動体21の間には、コイルばね24が配置されている。このコイルばね24は、振動体21の重量により圧縮されることにより、振動体21を支持している。そして、振動体21が上下方向に変位すると、その変位量に応じた力を振動体21に加えるようになっている。
An
A
図4に示すように、コントローラ30は、FFT(高速フーリエ変換)器31と、強制振動対策コントローラ32と、固有振動対策コントローラ33とを含んでいる。高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform,FFT)とは、周知のように、離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform,DFT)を計算機上で高速に計算するアルゴリズムである。
コントローラ30は、対象構造物に設置された対象構造物振動センサ40から、対象構造物の変位、速度を含む振動情報を入手する。この振動情報は、対策装置20の振動による振動情報を含んでいる。
コントローラ30は、対象構造物振動センサ40から取得した振動情報を、FFT処理することにより、強制振動成分と固有振動成分に分離し、かつ抽出することができる。ここで、強制振動成分については、応答振幅が最も大きい周波数を抽出する。この強制振動成分を、本発明では、主要な強制振動成分と定義する。
As shown in FIG. 4, the
The
The
図5に、FFT処理を行った結果の事例を示す。図5において、周波数f1が主要な強制振動成分、f2が固有振動成分に対応している。f2(固有振動成分)は、対象構造部について予め求められている既知の情報である。図5に示すように、主要な強制振動成分について応答振幅がA1(m)、応答位相がB1(deg)であること、固有振動成分について応答振幅がA2(m)、応答位相がB2(deg)であることを、FFT処理により抽出することができる。 FIG. 5 shows an example of the result of performing the FFT process. In FIG. 5, the frequency f1 corresponds to the main forced vibration component, and f2 corresponds to the natural vibration component. f2 (natural vibration component) is known information obtained in advance for the target structure. As shown in FIG. 5, the response amplitude is A1 (m) and the response phase is B1 (deg) for the main forced vibration component, the response amplitude is A2 (m) and the response phase is B2 (deg) for the natural vibration component. ) Can be extracted by FFT processing.
図4において、強制振動対策コントローラ32は、FFT処理で得られた主要強制振動成分に基づいて、対策装置20に対する制御指令を生成する。また、固有振動対策コントローラ33は、固有振動成分に基づいて、対策装置20に対する制御指令を生成する。コントローラ30は、強制振動対策コントローラ32で生成された制御指令と固有振動対策コントローラ33で生成された制御指令を加算し、アクチュエータ25の駆動力として出力する。
In FIG. 4, the forced
次に、図6を参照して、制振装置10の動作手順を説明する。
例えば、コンサートにおいて縦ノリが生じた場合、コントローラ30は、対象構造物振動センサ40が計測した対象構造物の応答(振動情報)を取得する(S101)。コントローラ30のFFT器31は、取得した振動情報をFFT処理することにより、周波数分析を行なう(S103)。この結果は、例えば図5に示した通りである。
コントローラ30は、FFT処理の結果を参照して、主要な強制振動成分と固有振動成分を分離する(S105)。主要な強制振動成分は強制振動対策コントローラ32に送られ、固有振動成分は固有振動対策コントローラ33に送られる。
Next, an operation procedure of the
For example, when a vertical slack occurs in a concert, the
The
強制振動対策コントローラ32は、主要な強制振動成分について、例えば、周波数f1(Hz)で、振幅がA1(m)、位相がB1(deg)であることを特定する(S107)。強制振動対策コントローラ32は、この主要な強制振動成分から、外乱を逆算により求める。外乱とは、例えば前述したように、「縦ノリ」による足踏み振動をいう。外乱を逆算により求めるために、強制振動対策コントローラ32は、例えば図7に示す形態のテーブルを所持している。図7に示すテーブルは、対象構造物の振動周波数ごとの振幅比(m/N)、位相差(deg)を記述したものである。例えば、周波数f1のとき、外乱1N入力のときの応答が、a1(m)であり、かつ外乱よりもb1(deg)だけ位相がずれていることを意味している。対象構造物の振動周波数ごとの振幅比(m/N)、位相差(deg)は、対象構造物に対して予め計算により求めておき、強制振動対策コントローラ32のメモリ装置に記憶させておけばよい。
The forced
強制振動対策コントローラ32は、主要な強制振動成分(周波数:f1(Hz)、振幅:A1(m)、位相:B1(deg))を特定した後、前述したテーブルを参照することにより、外乱を逆算して求める(S109)。主要な強制振動成分が、周波数:f1(Hz)、振幅:A1(m)、位相:B1(deg)の場合、外乱振幅、位相は、各々、A1/a1(N)、B1−b1(deg)として求められる。
次に、強制振動対策コントローラ32は、逆算することにより求められた外乱を打ち消すための対策力を設定する(S111)。この対策力は、外乱振幅と同じ振幅で、かつ位相が180°ずれている振動として設定される。つまり、対策力は、周波数:f1(Hz)、振幅:β*A1/a1(N)、位相:B1−b1−180(deg)に設定される。なお、βは任意の係数であり、0.0〜1.0の範囲で設定される。1.0は外乱を完全に打ち消す対策力を与え、0.0は対策力を与えないことを意味する。しかし、通常は、βを1.0とすると制御の安定性の問題が生じ、また、大きなモーターパワーが必要となるため、1.0未満の値で設定される。
The forced
Next, the forced
以上で決定された対策力で対策装置20が駆動されたものとすると、実際の対策力を算定するためには、対策装置20の駆動による振動を考慮する必要がある。
つまり、設定された対策力(振幅:β*A1/a1(N)、位相:B1−b1−180(deg))と、S105で分離、抽出された主要な強制振動成分とを加算してシミュレーションが行なわれる(S113)。加算される主要な強制振動成分は、f1(Hz)の場合のA1、B1とすることができる。ただし、周波数をf1(Hz)に固定することなく、強制振動成分の対象周波数帯域を全て含んでもよい。たとえば、外乱として2〜3Hzの周波数帯域が卓越する場合、その範囲内での外乱変動に対応した振幅、位相とすることができる。例えばコンサートホールの外乱などでは、人が加振源となっているため、その周波数は変動するものである。楽曲の周波数に応じた変動と、人の動作のばらつきによる。そのため、ある程度の外乱周波数範囲を仮定し、対応できるようにすることが好ましい。
結果として、対策装置20を模擬した対策装置モデルに入力すべき力は、対策装置20の設置基部が動くことによる慣性力入力と、対策装置20自らが制御力として加えた力と、の合計である。
例えば、周波数が2.5Hzの一定外乱が発生していたとする。この場合、この外乱を打ち消すように、対策装置20が同振幅、逆位相の対策力を発生すれば、対象構造物の動きは止まる。しかし、一定外乱は継続しているので、構造物応答の動きが止まっても、対策力の付与を継続する必要がある。そこで、対象構造物応答だけではなく、自らが発生している対策力の影響を考慮して、S113のシミュレーションにより本来の外乱を推定し、一定外乱に合わせて、一定の対策力を発生させる。
Assuming that the
That is, the simulation is performed by adding the set countermeasure force (amplitude: β * A1 / a1 (N), phase: B1-b1-180 (deg)) and the main forced vibration component separated and extracted in S105. Is performed (S113). The main forced vibration components to be added can be A1 and B1 in the case of f1 (Hz). However, all the target frequency bands of the forced vibration component may be included without fixing the frequency to f1 (Hz). For example, when a frequency band of 2 to 3 Hz is dominant as disturbance, the amplitude and phase corresponding to disturbance fluctuation within the range can be obtained. For example, in the disturbance of a concert hall, the frequency fluctuates because a person is the excitation source. This is due to fluctuations according to the frequency of the music and variations in human movement. For this reason, it is preferable that a certain disturbance frequency range is assumed so that it can be dealt with.
As a result, the force to be input to the countermeasure device model simulating the
For example, assume that a constant disturbance having a frequency of 2.5 Hz has occurred. In this case, if the
一方、固有振動成分に基づいて、固有振動対策コントローラ33は、固有振動成分に対する対策力を設定する(S115)。
本実施の形態では、この対策力をスカイフック制御により特定する。スカイフック制御とは、絶対座標系にある仮想の壁と対象構造物の間にダンパ(スカイフックダンパ)を取り付ければ、対象構造物絶対加速度応答値を小さくできるため、そのスカイフックダンパの減衰力を実際に地盤と対象構造物の間に取り付けるダンパで再現する制御方法である。
本実施の形態の場合、対策装置20の振動体21の質量mと、振動体21の絶対加速度αの積mαがダンパ力となる。そのために必要な、対策装置20のアクチュエータ25の対策力(駆動力)を設定する。
例えば、必要な減衰特性を与える減衰係数C1(N・s/m)が設定されている場合、固有振動成分に対する対策力は、振幅:A2/C1(N)、位相:B2−b2−180°で与えられる。
On the other hand, based on the natural vibration component, the natural
In the present embodiment, this countermeasure power is specified by skyhook control. Skyhook control means that if a damper (skyhook damper) is installed between the virtual wall in the absolute coordinate system and the target structure, the absolute acceleration response value of the target structure can be reduced. Is a control method that reproduces with a damper that is actually installed between the ground and the target structure.
In the case of the present embodiment, the product mα of the mass m of the
For example, when the damping coefficient C1 (N · s / m) that gives the necessary damping characteristics is set, the countermeasure force against the natural vibration component is amplitude: A2 / C1 (N), phase: B2-b2-180 °. Given in.
以上のようにして、主要な強制振動成分に対する対策力、固有振動成分に対する対策力が設定されたなら、これらを加算する(S117)。主要な強制振動成分に対する対策力が振幅:β*A1/a1(N)、位相:B1−b1−180(deg)であり、固有振動成分に対する対策力が振幅:γ*A2/C1(N)、位相:γ*B2−b2−180(deg)であるから、対策装置20のアクチュエータ25に対して入力される対策力は、上記の合計値に設定される。
As described above, when the countermeasure force for the main forced vibration component and the countermeasure force for the natural vibration component are set, these are added (S117). The countermeasure force for the main forced vibration component is amplitude: β * A1 / a1 (N), phase: B1-b1-180 (deg), and the countermeasure force for the natural vibration component is amplitude: γ * A2 / C1 (N) Since the phase is γ * B2-b2-180 (deg), the countermeasure force input to the
以上のようにして、本実施の形態による制振装置10は、主要な強制振動成分と固有振動成分を分離、抽出し、主要な強制振動成分に対応する対策力と固有振動成分に対応する対策力を各々設定したのちにこれらを加算して最終的な対策力を決定している。したがって、制振装置10によれば、一台の装置で、かつ主要な強制振動成分と固有振動成分を分離、抽出し、各々の成分に対応する対策力を各々設定したのちにこれらを加算する制御ロジックを設けることにより、強制振動成分と固有振動成分の両者に対する制振対策を行うことができるので、制振装置10の設置スペースを節約し、また設置コストの上昇を抑えることができる。
As described above, the
制振装置10は、アクチュエータ25の力を振動体21に直接伝達する形態の対策装置20を使用している。したがって、主要な強制振動成分に対応する対策力と固有振動成分に対応する対策力を加算した対策力に対して、対策装置20が制振機能を発揮することができる。これに対して、特許文献1に開示された回転質量体を用いた加振方式では、上記の2種類の対策力を加算した対策力に追従した制振機能を発揮することができない。なお、本発明に適用できる対策装置20は、板ばね22で振動体21を支持する形態に限定されず、力を振動体に直接伝達する形態の対策装置であればよい。例えば、特許文献2の第1図に示された装置、あるいは特許文献3の図1に示された装置を、本発明の対策装置として適用することができる。
なお、本実施の形態では、振動体21が上下(鉛直)方向に変位する例を示したが、本発明はこれに限らず、水平方向に変位する振動体を有する対策装置はもちろん、任意の方向であって、かつ振動方向と一致する方向に変位する振動体を有する対策装置に適用することができる。
The
In the present embodiment, an example in which the vibrating
以上では、固有振動成分に対する対策力の設定にスカイフック制御を適用した例について説明したが、本発明は、これに限らず、公知のLQ制御を適用して固有振動成分に対する対策力の設定を行うことができる。以下、この例について、図8を参照して説明する。なお、図8において、図6と同一の処理については、図6と同一の符号(S101〜S113,S117)を付している。 In the above, the example in which the skyhook control is applied to the setting of the countermeasure force for the natural vibration component has been described. However, the present invention is not limited to this, and the setting of the countermeasure force for the natural vibration component can be performed by applying a known LQ control. It can be carried out. Hereinafter, this example will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same processes as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals (S101 to S113, S117) as those in FIG.
LQ制御の場合、固有振動成分に対する対策力は、制御力を与えるゲインKiに対して、状態量xiを用いて求める。ここで、Kiは、対象構造物と対策装置の連成系として、必要減衰定数を与えるパラメータとして得られる定数であり、事前に決めるものである。この定数(ゲイン)により、対策力F=−ΣKi×xiとして得られるとするのが、LQ制御理論である。このゲイン値は、要求される振動低減効果等を勘案しながら、数値解析により求められるものである。
LQ制御では、対象構造物と対策装置20のそれぞれの状態量(たとえば変位・速度)を用いて制御力を求めるが、固有振動成分に対するLQ制御ゲインの場合、固有振動成分の外乱とその対策力の影響が考慮され、安定して作動するようになっている。反対に、制御力として合わせて対策装置20に適用される強制振動対策力は、LQ制御にとっては、外乱であり、不安定化の一因となる。そこで、外乱となる強制振動対策力を除いた対策装置20の応答を特定したいが、実際には合計された対策力が作用した対策装置20の応答しか対策装置振動センサ40bにより計測できないため、S117のシミュレーションにより固有振動成分による応答を推定する。S117のシミュレーションでは、対策装置20に入力される力として、対象構造物が動くことにより対策装置20に作用する慣性力と、固有振動成分に対するLQ制御により求めた対策力の合力を対策装置モデルに与える。
In the case of LQ control, the countermeasure force against the natural vibration component is obtained using the state quantity xi with respect to the gain Ki that gives the control force. Here, Ki is a constant obtained as a parameter that gives a necessary damping constant as a coupled system of the target structure and the countermeasure device, and is determined in advance. It is the LQ control theory that the countermeasure force F = −ΣKi × xi is obtained by this constant (gain). This gain value is obtained by numerical analysis in consideration of the required vibration reduction effect and the like.
In the LQ control, the control force is obtained by using the respective state quantities (for example, displacement / speed) of the target structure and the
10…制振装置、20…対策装置、21…振動体、25…アクチュエータ、30…コントローラ、
31…高速フーリエ変換器、32…強制振動対策コントローラ、33…固有振動対策コントローラ、
40a…対象構造物振動センサ、40b…対策装置振動センサ
DESCRIPTION OF
31 ... Fast Fourier Transformer, 32 ... Forced vibration countermeasure controller, 33 ... Natural vibration countermeasure controller,
40a ... object structure vibration sensor, 40b ... countermeasure device vibration sensor
Claims (3)
所定方向への変位が許容される振動体と前記振動体に駆動力を直接印加する駆動手段とを含む対策装置と、
前記対象構造物の振動を検知するセンサと、
前記センサにより検知された前記対象構造物の振動に基づいて、前記駆動手段の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記対象構造物の前記振動から、強制振動成分と固有振動成分を抽出し、
前記強制振動成分に対応する、前記対策装置の駆動条件aを設定し、
前記固有振動成分に対応する、前記対策装置の駆動条件bを設定し、
前記駆動条件aと駆動条件bが加算された駆動条件cで、前記駆動手段を制御することを特徴とする制振装置。 A device that is disposed in proximity to a target structure and that suppresses vibrations generated in the target structure,
A countermeasure device including a vibrating body that is allowed to be displaced in a predetermined direction and a driving unit that directly applies a driving force to the vibrating body;
A sensor for detecting vibration of the target structure;
A controller for controlling the operation of the driving means based on the vibration of the target structure detected by the sensor,
The controller is
Extracting a forced vibration component and a natural vibration component from the vibration of the target structure,
Set the driving condition a of the countermeasure device corresponding to the forced vibration component,
Set the driving condition b of the countermeasure device corresponding to the natural vibration component,
A vibration damping device characterized in that the driving means is controlled under a driving condition c obtained by adding the driving condition a and the driving condition b.
前記駆動条件aで前記駆動手段が駆動されたときの前記対策装置の前記強制振動成分による応答をシミュレーションし、
当該シミュレーションの結果を考慮して、前記駆動条件aを設定することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 The controller is
Simulating the response by the forced vibration component of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition a,
The vibration damping device according to claim 1, wherein the driving condition a is set in consideration of a result of the simulation.
前記駆動条件bで前記駆動手段が駆動されたときの前記対策装置の前記固有振動成分による応答をシミュレーションし、
当該シミュレーションの結果を考慮して、前記駆動条件bを設定することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 The controller is
Simulating the response due to the natural vibration component of the countermeasure device when the driving means is driven under the driving condition b,
The vibration control device according to claim 1, wherein the driving condition b is set in consideration of a result of the simulation.
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