JP2017040278A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 主塔の固有周期の変化に応じて制御パラメータを自動設定する。【解決手段】 制振装置１は、可動マス７およびアクチュエータ８を備えて主塔Ｘに設置される制振装置本体２と、制御装置３とを備える。制御装置３には、主塔Ｘに設けた加速度センサ１０からの主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔと、アクチュエータ８に取り付けたエンコーダ９から可動マス７の変位の測定結果の信号Ｓｍが入力される。制御装置３では、主塔Ｘの強制加振を行って、そのとき加速度センサ１０から入力する信号Ｓｔを基に、主塔Ｘの固有周期が求められ、更に、事前に登録された代数式に固有周期の逆数の周波数を代入することで、現状の固有周期に最適なフィードバックゲインを算出し、その算出されたフィードバックゲインを用いて主塔Ｘの制振を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、制振対象に生じた振動の制振を行う制振装置に関するものである。

吊橋および斜張橋などの橋梁では、主塔を架設する際、架設機材の作業性の向上のために、架設中の主塔について強風時の揺れを低減させるための制振が施されることがある。

この種の制振に用いられる装置の１つとしては、アクティブ式の制振装置が知られている。

アクティブ式の制振装置は、可動マス（錘）をアクチュエータで制御する構成とされている。そのため、アクティブ式の制振装置は、アクチュエータを制御する際の制御パラメータの設定により、性能を調整できるという長所がある。

ところで、主塔の架設の進行に伴って、主塔の固有振動数および質量は大幅に変動する。たとえば、主塔が高くなるに連れて、主塔の固有振動数は小さくなる傾向の変動を生じる。また、主塔の架設が進行すると、主塔の質量は大きくなる。

そのため、制振装置を用いた主塔の制振が主塔の架設初期から行われる場合、制振装置の所期の制振性能を維持するためには、主塔の架設の進行段階に応じた固有振動数と質量の変動を考慮して、制御パラメータを更新することが必要とされる。

このような制御パラメータの更新は、通常、制御系の設計者が現場で対応するようにしている。そのため、従来は、制御パラメータの更新に要する時間が嵩み、コストも嵩む。

なお、アクティブ式の制振装置について、制振対象および制振装置の特性に応じた制御パラメータを自動的に設計、調整することが従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００８−２２５５２６号公報

ところが、特許文献１に示されたものは、制振対象の振動を検出するセンサからの入力信号に対し、制振対象の固有振動数の近傍以上または以外の周波数を遮断するフィルタ処理と、そのフィルタ処理のときにカットオフ周波数を変えながら、カットオフ周波数と振動特性パラメータとに応じて制振効果が最大となる乗算処理のゲインを求める処理と、そのカットオフ周波数およびゲインによりセンサからの入力信号の振幅が安定するか否かを判定するサイクルを繰り返して安定限界のカットオフ周波数およびゲインを検出する処理と、その安定限界よりも小さいカットオフ周波数およびゲインを制御手段に設定する処理とを行う必要がある。

したがって、特許文献１に示されたものは、アクティブ式の制振装置において制御パラメータを更新するために必要とされる処理のステップ数が多く、しかも、繰り返しループを有する複雑な処理が必要とされるというのが実状である。

そこで、本発明は、簡易な処理によって制御パラメータを自動的に設定して制振対象の制振を行うことができる制振装置を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、可動マスと該可動マスを移動させるアクチュエータとを備えて制振対象に設置される制振装置本体と、前記可動マスの動作を測定する手段と、前記制振対象の振動を測定する手段と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制振対象の振動を測定する手段より入力する信号を基に、前記制振対象の固有周期の同定を行う機能と、前記同定された固有周期に応じた制御パラメータを算出する機能と、前記算出された制御パラメータを用いて前記制振対象の制振のための前記可動マスの変位を指令する可動マス指令値を演算する機能と、前記制振対象の強制加振のための前記可動マスの加振周波数と加振振幅による加振指令値を出力する機能と、前記可動マス指令値と前記加振指令値とを切り替えて前記アクチュエータの指令値制御部へ出力する機能を備えた構成を有する制振装置とする。

前記制御装置の前記制振対象の固有周期の同定を行う機能は、前記制振対象の振動を測定する手段より入力する信号を基に、ゼロアップクロス法、または、ＦＦＴ処理を用いる構成としてある。

前記制御装置の前記同定された固有周期に応じた制御パラメータを算出する機能は、前記制御パラメータについての周波数を変数とする代数式が事前に登録され、前記同定された固有周期の逆数として求まる周波数を前記代数式に代入して、前記固有周期に応じた制御パラメータを算出する構成としてある。

前記制御装置に事前に登録される代数式は、制振対象の架設段階の複数の構造についての数値モデルについて数値解析を行って、それぞれの固有周期と該固有周期に対して最適な制御パラメータとを求め、求められた各制御パラメータの前記固有周期の逆数の周波数に対する相関を、周波数を変数として近似してなる代数式とした構成としてある。

本発明の制振装置によれば、簡易な処理によって制御パラメータを自動的に設定して制振対象の制振を行うことができる。

制振装置の第１実施形態を示す概要図である。 第１実施形態の制振装置の制御系統を示す概要図である。 （ａ）（ｂ）は制御装置の制御パラメータ演算部に登録される代数式を説明するための図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第１実施形態の制振装置の数値試験の結果を示す図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第１実施形態の制振装置の数値試験の結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］

図１は制振装置の第１実施形態を示す概要図である。図２は、本実施形態の制振装置における制御系統を示す概要図である。図３は、制御装置の制御パラメータ演算部に事前に登録される代数式を説明するための図で、（ａ）は制御パラメータの制御ゲインと周波数との相関を示す図、（ｂ）は（ａ）の一部を縦軸のスケールを１５０倍に拡大して示す図である。

本実施形態の制振装置は、図１に符号１で示すもので、制振対象として、たとえば、橋梁の主塔Ｘに取り付けられる制振装置本体２と、制御装置３とを備えた構成とされている。

制振装置本体２は、主塔Ｘに設置されたベース４と、ベース４上で一軸方向に延びるガイドレール５と、ガイドレール５にガイドブロック（スライダ）６を介してスライド自在に取り付けられた可動マス７と、可動マス７をガイドレール５に沿わせて動かすためのアクチュエータ８とを備えた構成とされている。

なお、図１では、図示する便宜上、アクチュエータ８が可動マス７の側方に配置された構成を示してあるが、アクチュエータ８は可動マス７をガイドレール５に沿わせて移動させることができれば、可動マス７とベース４との間など、任意の配置としてもよいことは勿論である。また、アクチュエータ８は、可動マス７をガイドレール５に沿わせて移動させることができると共に、可動マス７の変位を制御することができれば、リニアモータ、ボールねじ機構、流体圧を用いたアクチュエータ、その他任意の形式のアクチュエータを採用してもよい。

更に、本実施形態の制振装置１は、可動マス７の動作を測定する手段として、たとえば、アクチュエータ８に取り付けられたエンコーダ９を備えている。このエンコーダ９は、アクチュエータ８の作動量に基づいて、間接的に可動マス７の変位を検出する機能を備えている。エンコーダ９は、制御装置３に接続されていて、可動マス７の変位の測定結果の信号Ｓｍがエンコーダ９から制御装置３に入力される。

また、主塔Ｘには、主塔Ｘの振動を測定する手段として、たとえば、加速度センサ１０が設けられている。この加速度センサ１０による主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔは、制御装置３へ入力される。

制御装置３は、図２に示すように、周期算定部１１、第１の信号処理部１２、第２の信号処理部１３、制御パラメータ演算部１４、指令値演算部１５、制振・加振切替部１６、指令値制御部１７、および、ドライバ１８を備えた構成とされている。

周期算定部１１は、主塔Ｘの固有周期の同定を行うためのものである。

そのため、周期算定部１１は、フィルタ処理部１９と周期演算機２０と周期記憶部２１とを備えた構成とされている。

フィルタ処理部１９には、加速度センサ１０より主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔが入力される。

ところで、橋梁の主塔Ｘでは、風揺れによる振動は一次モードが卓越した振動となる。よって、主塔Ｘについては、主塔Ｘの設計データを基に、架設途中の段階についても、１次モードの振動に関しておおよその周期は想定することが可能である。

この点に鑑みて、フィルタ処理部１９は、信号Ｓｔに対し、主塔Ｘの１次モードの想定周期を基準に設定される許容範囲から外れる周期の信号を、バンドパスフィルタで遮断する処理を行う。これにより、フィルタ処理部１９では、信号Ｓｔについて、主塔Ｘの１次モードの想定周期の信号が主要成分となるように抽出が行われる。

周期演算機２０は、フィルタ処理部１９による処理を経た後の信号Ｓｔから、主塔Ｘの現時点の周期を演算で求める機能を備えている。

周期演算機２０で主塔Ｘの現時点の周期を求める演算の手法としては、時刻歴応答ベースのゼロアップクロス法、または、周波数ベースのＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を用いることが好ましい。

ゼロアップクロス法は、振動波形の時刻歴波形において、応答値が負から正に変わる際に０（ゼロ）をよぎる時刻を読み取り、その時刻と、前回負から正に０をよぎった時刻との時間間隔から、周期を算定する方法である。

一方、周波数ベースのＦＦＴ処理は、高速フーリエ変換であり、振動波形の時刻歴波形から周波数成分を抽出する演算処理である。ＦＦＴ処理を行うことにより、各周波数における振幅成分の大きさが分かるので、振幅が卓越する周波数を基に固有周期を算出することが可能になる。

周期演算機２０は、前記のような演算手法によって現時点での主塔Ｘの周期が求まると、それを周期記憶部２１に順次格納する。更に、周期演算機２０は、周期記憶部２１に格納されている周期について、現時点から過去の設定された時間までの期間に記憶された周期を用いて、その平均周期を算定する。この平均周期の算定は、たとえば、現時点から数十秒過去までの期間に周期記憶部２１に記憶された周期を平均する計算で行われる。あるいは、周期演算機２０は、周期記憶部２１に記憶されている周期のうち、現時点から設定された数の過去の波の周期を用いて、周期を平均する計算を行うようにしてもよい。

このようにして周期演算機２０で算定される平均周期は、主塔Ｘの現状での固有周期Ｃとなる。周期演算機２０は、固有周期Ｃが算定されると、それを第１の信号処理部１２と制御パラメータ演算部１４へ出力する。

ところで、本実施形態では、主塔Ｘの制振のために可動マス７（図１参照）を変位（動作）させるための制御理論として、たとえば、ＬＱ制御理論が適用される。このＬＱ制御理論では、可動マス７の変位（動作）を指令する可動マス指令値Ｃｍを決定するための制御パラメータは、主塔Ｘの変位Ｄｘ、主塔Ｘの速度Ｖｘ、可動マス７の変位Ｄｍ、および、可動マス７の速度Ｖｍの４出力にそれぞれ乗じるフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］である。したがって、可動マス指令値Ｃｍは次の式（１）で定義される。
（可動マス指令値）＝−｛ｋ１×（主塔の変位）＋ｋ２×（主塔の速度）
＋ｋ３×（可動マスの変位）＋ｋ４×（可動マスの速度）｝…（１）

第１の信号処理部１２は、前記４出力のうち、主塔Ｘの変位Ｄｘと、主塔Ｘの速度Ｖｘとを求めるためのものである。本実施形態では、主塔Ｘの振動の測定は、加速度センサ１０によって行われるため、第１の信号処理部１２には、加速度センサ１０より主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔが入力される。

そのため、第１の信号処理部１２は、信号Ｓｔを積分演算する第１の積分演算機２２と、この第１の積分演算機２２による演算結果を更に積分演算する第２の積分演算機２３とを備えた構成とされている。

これにより、第１の積分演算機２２では、主塔の加速度に関する信号Ｓｔから、積分演算によって主塔Ｘの速度Ｖｘが算出される。この主塔Ｘの速度Ｖｘの算出結果は、指令値演算部１５と第２の積分演算機２３へ出力される。第２の積分演算機２３では、この主塔Ｘの速度Ｖｘの積分演算により主塔Ｘの変位Ｄｘが算出され、その結果は指令値演算部１５へ出力される。

なお、前記のように各積分演算機２２，２３による積分演算を行う際は、前記周期演算機２０で求められた主塔Ｘの固有周期Ｃをパラメータとして用いるようにしてある。

第２の信号処理部１３は、前記４出力のうち、可動マス７の変位Ｄｍと、可動マス７の速度Ｖｍとを求めるためのものである。本実施形態では、可動マス７の動作の測定は、エンコーダ９により可動マス７の変位を測定するようにしてあるため、第２の信号処理部１３には、エンコーダ９より可動マス７の変位の測定結果の信号Ｓｍが入力される。

そのため第２の信号処理部１３は、信号Ｓｍを微分演算する微分演算機２４を備えた構成とされている。これにより、微分演算機２４では、可動マス７の変位に関する信号Ｓｍから、微分演算によって可動マス７の速度Ｖｍが算出され、その結果が指令値演算部１５へ出力される。

更に、第２の信号処理部１３は、信号Ｓｍの値をそのまま可動マス７の変位Ｄｍとして指令値演算部１５へ出力する機能も備えている。

制御パラメータ演算部１４は、前記制御パラメータとして用いるフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を算出する機能を備えている。

制御パラメータ演算部１４には、事前に、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］について、周波数を変数とする代数式（関数）が登録される。この代数式は、次の手順で求められている。

先ず、事前に主塔Ｘ（図１参照）の架設段階の複数の構造について数値モデルを作り、各数値モデルについて数値解析を行って、それぞれの固有周期と、前記４出力に対してそれぞれ最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を求める。

これにより、個々の数値モデルについて、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２］の値と、固有周期の逆数である周波数との値は、図３（ａ）に○と×でプロットしたように定まる。フィードバックゲイン［ｋ３，ｋ４］の値と、固有周期の逆数である周波数との値は、図３（ａ）（ｂ）に◇と＊でプロットしたように定まる。

次いで、それぞれのフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］の値について、周波数を変数とする代数式により近似する。この際、近似に用いる代数式としては、たとえば、３次程度の次数の式を用いるようにすればよい。なお、３次以外の次数の式を用いてもよいことは勿論である。

これにより、フィードバックゲインｋ１に対する代数式は、図３（ａ）のグラフに線ａで示すようになる。同様に、フィードバックゲインｋ２に対する代数式は線ｂで示すようになる。また、フィードバックゲインｋ３に対する代数式は、図３（ａ）（ｂ）に線ｃで示すようになる。同様に、フィードバックゲインｋ４に対する代数式は、図３（ａ）（ｂ）に線ｄで示すようになる。

このように求められたフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］にそれぞれ対応する代数式は、制御パラメータ演算部１４に登録される。

制御パラメータ演算部１４は、前記したように周期演算機２０から主塔Ｘの現状の固有周期Ｃが入力されると、入力された固有周期Ｃの逆数の周波数を、各代数式に代入することにより、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を算出する。

これにより、主塔Ｘの現状の固有周期Ｃに対する最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］が算出される。

更に、制御パラメータ演算部１４は、現状の固有周期Ｃについて、前回フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を変更したときの固有周期からの変動幅を求める。

求められた変動幅が設定されたしきい値を超えている場合、制御パラメータ演算部１４は、従前のフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を、現状の固有周期Ｃに基づいて算出されたフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］に更新して、指令値演算部１５へ出力する。

一方、求められた変動幅が設定されたしきい値以内である場合は、制御パラメータ演算部１４は、従前のフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を、更新することなくそのまま指令値演算部１５へ出力する。

指令値演算部１５は、第１の信号処理部１２より入力される主塔Ｘの速度Ｖｘと主塔Ｘの変位Ｄｘ、第２の信号処理部１３より入力される可動マス７の速度Ｖｍと可動マス７の変位Ｄｍ、および、制御パラメータ演算部１４より入力されるフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を前記式（１）に代入して、可動マス指令値Ｃｍを演算する。

指令値演算部１５は、可動マス指令値Ｃｍが求まると、それを制振・加振切替部１６へ出力する。

制振・加振切替部１６は、加振信号生成部２５とスイッチ２６とを備えている。

加振信号生成部２５は、可動マス７の加振周波数（加振振動数）と加振振幅による加振指令値Ｃｅを出力するものである。この加振指令値Ｃｅにおける加振周波数は、現在、可動マス７の制振用の制御に用いられている可動マス指令値Ｃｍを算出したときのフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］に対応する主塔Ｘの周波数が用いられる。なお、後述するように、主塔Ｘの強制的な加振は、主塔Ｘの現状の固有周期Ｃを求めることを目的に行うものである。そのため、加振指令値Ｃｅにおける加振周波数は、通常は、現在よりも過去の時点での主塔Ｘの固有周期の逆数になる。

また、加振指令値Ｃｅにおける加振振幅は、主塔Ｘの架設段階に応じて事前に設定される主塔加振用の可動マス７の振幅である。なお、主塔Ｘの設計検討時に主塔Ｘの架設段階での質量は分かる。また、可動マス７の質量は既知である。そのため、前記のように事前に登録される可動マス７の加振振幅は、架設段階の主塔Ｘを実際に加振するために必要とされる可動マス７の振幅に対して大きな誤差を生じることはない。

スイッチ２６は、指令値演算部１５より出力される可動マス指令値Ｃｍと、加振信号生成部２５より出力される加振指令値Ｃｅとについて、いずれか一方を選択して、指令値制御部１７へ出力するためのものである。

スイッチ２６は、手動操作式または自動式のいずれであってもよい。

スイッチ２６を手動操作式とする場合は、制御装置３に備えられた図示しない制御盤にパネルスイッチとして設けられた構成とすればよい。この際、スイッチ２６は、通常は、図２に実線で示すように、指令値演算部１５からの可動マス指令値Ｃｍを指令値制御部１７へ出力する制振処理側２６ａに保持され、スイッチ２６が図２に二点鎖線で示すように加振処理側２６ｂへ切り替え操作されると、加振信号生成部２５からの加振指令値Ｃｅを指令値制御部１７へ出力する機能を備えるようにすればよい。

一方、スイッチ２６を自動式とする場合は、図示しないタイマーを用いて、通常は制振処理側２６ａに保持されているスイッチを、決められた時間ごとに加振処理側２６ｂへ切り替えさせるようにしてもよい。このようにスイッチ２６を自動式とする場合は、主塔Ｘの揺れが設定されたしきい値以下である場合にのみスイッチ２６の加振処理側２６ｂへの切り替えが行われるようにすればよい。

また、スイッチ２６を手動操作式または自動式のいずれとする場合であっても、主塔Ｘの加振による振幅のレベルが主塔Ｘの架設などの作業に支障が生じない範囲の振幅となるようにする。このため、図示しないが、主塔Ｘの振幅を監視して、振幅が設定された値に達すると加振処理を自動で停止させる手段を備えるようにすることが好ましい。

指令値制御部１７は、スイッチ２６を経て指令値演算部１５からの可動マス指令値Ｃｍ、または、加振信号生成部２５からの加振指令値Ｃｅが入力されると、その指令値通りに可動マス７が動作するように、ドライバ１８を介してアクチュエータ８を駆動するための制御部である。

この指令値制御部１７によるアクチュエータ８の制御の際、可動マス指令値Ｃｍや加振指令値Ｃｅが可動マス７の変位の指令値である場合は、指令値制御部１７には、図２に二点鎖線で示すように、アクチュエータ８に取り付けられたエンコーダ９より可動マス７の変位の測定結果の信号Ｓｍを入力して、可動マス７の変位（実変位）をフィードバックするサーボ制御系を構成することが好ましい。なお、図示する便宜上、図２では、エンコーダ９を２個所に記載してある。

以上の構成としてある本実施形態の制振装置１を使用する場合は、たとえば、架設初期のような架設段階の主塔Ｘに本実施形態の制振装置１を設置し、その状態で、最初は制御系の設計者や技術者（オペレータ）が、架設段階の主塔Ｘの固有周期に合わせた最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を設定する。

この状態で主塔Ｘに振動が生じると、本実施形態の制振装置１では、加速度センサ１０から制御装置３へ主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔが入力される。

この信号Ｓｔに基づいて、周期算定部１１では、主塔Ｘの現状の固有周期Ｃが算定される。しかし、前記設計者が架設段階の主塔Ｘの固有周期に合わせたフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を設定しており、また、それ以前の主塔Ｘの固有周期の情報がなくて、固有周期の変動量の比較ができないことから、制御パラメータ演算部１４ではフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］の更新は生じない。

また、最初は、アクチュエータ８による可動マス７の駆動は開始されていないので、可動マス７の変位Ｄｍと、可動マス７の速度Ｖｍは、共にゼロ（０）となる。

そのため、指令値演算部１５は、第１の信号処理部１２より入力する主塔Ｘの変位Ｄｘと、主塔Ｘの速度Ｖｘとを基に可動マス指令値Ｃｍを算出する。

このようにして可動マス指令値Ｃｍが求められると、通常は制振・加振切替部１６のスイッチ２６が制振処理側２６ａとされているため、可動マス指令値Ｃｍが指令値制御部１７に入力される。このため、指令値制御部１７により可動マス指令値Ｃｍに応じてアクチュエータ８の駆動が行われるため、可動マス７の移動が開始する。

このように可動マス７の移動が開始された後は、エンコーダ９より制御装置３へ可動マス７の変位の測定結果の信号Ｓｍが入力されるようになる。

そのため、指令値演算部１５では、第１の信号処理部１２より入力する主塔Ｘの変位Ｄｘと、主塔Ｘの速度Ｖｘに加えて、第２の信号処理部１３より入力される可動マス７の変位Ｄｍと、可動マス７の速度Ｖｍも用いて式（１）による可動マス指令値Ｃｍが算出される。よって、この可動マス指令値Ｃｍに応じてアクチュエータ８の駆動が行われて、可動マス７が移動する。

これにより、本実施形態の制振装置１では、可動マス７の動きが、可動マス指令値Ｃｍに従うようになるため、主塔Ｘの振動は、本実施形態の制振装置１によって制振が行われるようになる。

また、本実施形態の制振装置１を使用する場合は、たとえば、架設初期のような架設段階の主塔Ｘに本実施形態の制振装置１を設置した状態で、制御系の設計者が、架設段階の主塔Ｘのおおよその固有周期のみを加振信号生成部２５に設定し、その状態でスイッチ２６を加振処理側２６ｂに切り替える操作を行うようにしてもよい。

この場合は、加振信号生成部２５が、設定された固有周期に応じた可動マス７の加振周波数（加振振動数）と加振振幅による加振指令値Ｃｅを出力し、この加振指令値Ｃｅがスイッチ２６を介して指令値制御部１７に入力される。よって、指令値制御部１７は、この加振指令値Ｃｅに基づいて、ドライバ１８を介してアクチュエータ８を駆動するため、可動マス７が加振指令値Ｃｅに従って移動する。

これにより、主塔Ｘには、アクチュエータ８が可動マス７を駆動するときの反力（可動マス７が移動する慣性力）が作用するようになり、この力によって主塔Ｘの強制的な加振が行われるようになる。この加振によって主塔Ｘに所定の振幅の振動が生じた後は、スイッチ２６は制振処理側２６ａに切り替えられる。

このように主塔Ｘに振動が生じると、周期算定部１１には、加速度センサ１０より主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔが入力されるので、主塔Ｘの現状での固有周期Ｃの算定が行われる。よって、制御パラメータ演算部１４では、主塔Ｘの現状の固有周期Ｃに最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］が設定される。

この状態で、風揺れによる振動、地動の常時微動により励振される振動、または、その他の振動が主塔Ｘに生じると、加速度センサ１０により主塔Ｘの加速度の測定結果の信号Ｓｔが制御装置３へ入力されるため、前述したと同様に、指令値演算部１５から出力される可動マス指令値Ｃｍに従った可動マス７の移動が行われる。このため、主塔Ｘの振動は、本実施形態の制振装置１によって制振が行われるようになる。

なお、周期算定部１１は、主塔Ｘの強制加振による振動、または、主塔Ｘの風揺れ等の受動的な振動のいずれが生じる場合であっても、加速度センサ１０より主塔の加速度の測定結果の信号Ｓｔが入力されると、主塔Ｘの現状での固有周期Ｃを算定する処理を継続して行うようになっている。

よって、その後、主塔Ｘの架設が進行して、周期算定部１１で算定される主塔Ｘの現状での固有周期Ｃの値が以前の固有周期から変動し、その変動幅が所定のしきい値を超えるようになると、その都度、制御パラメータ演算部１４では、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］が更新される。

このように、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］の更新が順次行われると、指令値演算部１５では、更新されたフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］に基づいた可動マス指令値Ｃｍが順次算出される。

したがって、本実施形態の制振装置１では、主塔Ｘの架設の進行に伴って主塔Ｘの固有周期に変化が生じるとしても、主塔Ｘの現状の固有周期Ｃに基づいて設定されたフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］に基づく可動マス指令値Ｃｍが算出され、この可動マス指令値Ｃｍに従うように可動マス７の移動が行われる。

よって、本実施形態の制振装置１によれば、主塔Ｘの架設の進行に伴う固有周期の変動に応じて、制御パラメータであるフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を自動的に設定することができる。

このフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］の自動的な設定は、主塔Ｘに振動が生じている状態であれば実施することができる。

更に、本実施形態の制振装置１によれば、スイッチ２６を、手動操作あるいはタイマーで設定された時間ごと自動操作によっての加振処理側２６ｂへ切り替えると、可動マス７の強制的な移動による主塔Ｘの強制加振を行うことができる。更に、この強制加振された主塔Ｘの振動に基づいて、主塔Ｘの現状での固有周期Ｃを求めて、この固有周期Ｃに対応する最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を設定することができる。

よって、本実施形態の制振装置１は、たとえ主塔Ｘに振動が生じていない状態のときに主塔Ｘの架設の進行に伴って固有周期に変動が生じる場合であっても、その固有周期の変動に追従して、最適なフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を設定することができる。

しかも、本実施形態の制振装置１では、フィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］は、制御パラメータ演算部１４に事前に登録されている代数式に、主塔Ｘの現状での固有周期Ｃの逆数として算出される周波数を代入する処理で求めるようにしてある。従って本実施形態の制振装置１は、簡易な処理によって制御パラメータとしてのフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を自動的に設定することができる。

なお、本発明は、前記実施形態のみに限定されるものではなく、可動マス７の動作を測定するための手段としては、アクチュエータ８に取り付けられたエンコーダを示したが、たとえば、リニアスケールや距離センサのような形式の可動マス７の位置を直接検出するセンサを用いるようにしてもよい。

また、可動マス７の動作を測定するための手段としては、加速度センサや速度センサを用いるようにしてもよい。加速度センサを用いる場合は、制御装置３の第２の信号処理部１３に、加速度センサより入力される可動マス７の加速度の測定結果を基に可動マス７の速度Ｖｍを算出するための積分演算機と、その積分結果から可動マス７の変位Ｄｍを算出するための積分演算機とを備えるようにすればよい。一方、可動マス７の動作を測定するための手段として速度センサを用いる場合は、制御装置３の第２の信号処理部１３に、速度センサより入力される可動マス７の速度の測定結果を基に可動マス７の変位Ｄｍを算出するための積分演算機を備えるようにすればよい。

主塔Ｘの振動を測定するための手段として、第１実施形態では加速度センサ１０を示したが、振動による主塔Ｘの変位を測定するセンサや、主塔Ｘの速度を測定するセンサを用いるようにしてもよい。主塔Ｘの変位を測定するセンサを用いる場合は、制御装置３の第１の信号処理部１２に、センサより入力される主塔Ｘの変位の測定結果を基に主塔Ｘの速度Ｖｘを算出するための微分演算機を備えるようにすればよい。一方、主塔Ｘの振動を測定するためのセンサとして主塔Ｘの速度を測定するセンサを用いる場合は、制御装置３の第１の信号処理部１２に、センサより入力される主塔Ｘの速度の測定結果を基に主塔Ｘの変位Ｄｘを算出するための積分演算機を備えるようにすればよい。

本実施形態の制振装置１は、１次モードが卓越する振動を生じるものであれば、橋梁の主塔Ｘ以外の任意の構造物、建築物を制振対象としてもよい。更に、本実施形態の制振装置１は、船舶に生じるロールを抑制するための制振（減揺）に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

［第１実施形態の数値試験例］
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、第１実施形態の制振装置について、主塔の或る周波数（固有周期の逆数）の振動に対する制振効果を検証した数値試験の結果を示す図、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、第１実施形態の制振装置について、主塔の別の周波数（別の固有周期の逆数）の振動に対する制振効果を検証した数値試験結果を示す図である。

第１実施形態の制振装置１による主塔Ｘの制振の効果について、数値試験により検証した。

制振装置１は実機相当の試験装置を用いている。主塔ＸはＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）に実装された振動モデルを用いて模擬している。

制振装置１では、ＤＳＰで計算された主塔Ｘの振動を取り込み、可動マスを作動させるようにした。

主塔Ｘの振動については、或る固有周期の逆数である周波数を設定した。

図４（ａ）は主塔Ｘの加速度の時刻歴応答を示し、図４（ｂ）は可動マス７の変位の時刻歴応答を示している。図４（ａ）（ｂ）における時間ｔ１までは加振処理を行い、時間ｔ２以降は制振処理を行うものとした。

図４（ｃ）（ｄ）は、比較のために、図４（ａ）（ｂ）と同様の条件において制振処理を行わない場合の主塔Ｘの加速度の時刻歴応答と、可動マス７の変位の時刻歴応答をそれぞれ示す図である。

また、主塔Ｘの振動について、図４（ａ）（ｂ）の試験条件の周波数に比して、約７２％となる別の周波数を設定して、同様の数値試験を行った。その結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。

図５（ａ）は主塔Ｘの加速度の時刻歴応答を示し、図５（ｂ）は可動マス７の変位の時刻歴応答を示している。図５（ａ）（ｂ）における時間ｔ１までは加振処理を行い、時間ｔ２以降は制振処理を行うものとした。

図５（ｃ）（ｄ）は、比較として、図５（ａ）（ｂ）と同様の条件において制振処理を行わない場合の主塔Ｘの加速度の時刻歴応答と、可動マス７の変位の時刻歴応答をそれぞれ示す図である。

図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）における時間ｔ２以降の制振処理は、いずれも、固有周期Ｃの算定と、制御パラメータであるフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］の設定を自動的に行わせるようにしてある。

図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）の結果から、第１実施形態の制振装置１によれば、可動マス７を用いて主塔Ｘを強制加振することができることが分かる。

また、図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）の結果を図４（ｃ）（ｄ）および図５（ｃ）（ｄ）と比較することにより、第１実施形態の制振装置１によれば、主塔Ｘに生じた振動を制振できることが分かる。

更に、図４（ａ）（ｂ）の結果と図５（ａ）（ｂ）の結果から、第１実施形態の制振装置１によれば、主塔Ｘの固有周期が変化しても、それぞれの固有周期を有する主塔Ｘに対して有効な制振効果を発揮できる制御パラメータとしてのフィードバックゲイン［ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４］を設定可能であることが分かる。

１ 制振装置
２ 制振装置本体
３ 制御装置
７ 可動マス
８ アクチュエータ
９ エンコーダ（可動マスの動作を測定する手段）
１０ 加速度センサ（制振対象の振動を測定する手段）
１７ 指令値制御部
Ｃ 固有周期
Ｃｍ 可動マス指令値
Ｃｅ 加振指令値
Ｓｔ 信号
ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４ フィードバックゲイン（制御パラメータ）
Ｘ 主塔（制振対象）

Claims (4)

1. 可動マスと該可動マスを移動させるアクチュエータとを備えて制振対象に設置される制振装置本体と、
   前記可動マスの動作を測定する手段と、
   前記制振対象の振動を測定する手段と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記制振対象の振動を測定する手段より入力する信号を基に、前記制振対象の固有周期の同定を行う機能と、
   前記同定された固有周期に応じた制御パラメータを算出する機能と、
   前記算出された制御パラメータを用いて前記制振対象の制振のための前記可動マスの変位を指令する可動マス指令値を演算する機能と、
   前記制振対象の強制加振のための前記可動マスの加振周波数と加振振幅による加振指令値を出力する機能と、
   前記可動マス指令値と前記加振指令値とを切り替えて前記アクチュエータの指令値制御部へ出力する機能を備えたこと
   を特徴とする制振装置。
2. 前記制御装置の前記制振対象の固有周期の同定を行う機能は、前記制振対象の振動を測定する手段より入力する信号を基に、ゼロアップクロス法、または、ＦＦＴ処理を用いる
   請求項１記載の制振装置。
3. 前記制御装置の前記同定された固有周期に応じた制御パラメータを算出する機能は、前記制御パラメータについての周波数を変数とする代数式が事前に登録され、前記同定された固有周期の逆数として求まる周波数を前記代数式に代入して、前記固有周期に応じた制御パラメータを算出する
   請求項１または２記載の制振装置。
4. 前記制御装置に事前に登録される代数式は、制振対象の架設段階の複数の構造についての数値モデルについて数値解析を行って、それぞれの固有周期と該固有周期に対して最適な制御パラメータとを求め、求められた各制御パラメータの前記固有周期の逆数の周波数に対する相関を、周波数を変数として近似してなる代数式とした
   請求項３記載の制振装置。

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