JP2708226B2 - 制振装置の制御装置 - Google Patents

制振装置の制御装置

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JP2708226B2
JP2708226B2 JP9783589A JP9783589A JP2708226B2 JP 2708226 B2 JP2708226 B2 JP 2708226B2 JP 9783589 A JP9783589 A JP 9783589A JP 9783589 A JP9783589 A JP 9783589A JP 2708226 B2 JP2708226 B2 JP 2708226B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、制振装置の制御装置に関する。
(従来の技術) 構造物に制振用のコントロールデバイスを装着し、外
部から制振エネルギーを供給して積極的に構造物の振動
低減を図るようにするものがある(特開昭63−226466号
公報参照)。
これを説明すると、第4図は構造物の上部に設置され
た制振装置の側面図、第5図はその平面図である。同図
において、その底部に車輪を有する直方体の付加マス2
が、構造物1最上部の床上に移動可能に置かれる。
付加マス2の周面には第5図において上下左右から複
動型の各油圧シリンダ6が固定され、このシリンダ6の
ロッド7の一端が、付加マス2を囲むように構造物1に
立設した壁8に連結される。9はシリンダ6に油を供給
する油圧ユニットである。
第6図は第4図,第5図で示した制振装置を制御対象
とする制御系のモデルである。ただし、簡略化のため付
加マス2は1本のシリンダ6で移動するようにしてあ
る。実際の装置では、構造物1,付加マス2が第4図にお
いてたとえば水平方向に揺れれば、第6図のモデルでは
上下方向に振動することになる。
構造物1と付加マス2には状態量を検出する手段とし
ての変位センサ11a,11bと速度センサ12a,12bが設けら
れ、状態量として構造物1の変位x1、付加マス2の変位
x2、構造物1の速度1、付加マス2の速度2が検出さ
れる。変位x1,x2は構造物1,付加マス2が中心位置にあ
る場合を0として正負の値をとるようにする。また、
12も付加マスの動作方向によって正負の値をとる。
4つのセンサ11a,11bおよび12a,12bからの信号は、引
き算器32,33に入力され、ここで構造物1と付加マス2
の相対変位x2′(=x2−x1)および相対速度2′(=
21)が求められる。
センサ11bと12bからの信号が入力されるフィードバッ
クゲイン算出器34では、付加マス速度2の符号から付
加マス2の動作方向を判定し、この判定結果と付加マス
相対変位x2′に応じたフィードバックゲインf=(f1
f2,f3,f4)を算出する。ただし、fはフィードバック
ゲインを表す行列である。
乗算器35〜38では前述の状態量x1,x2′,12
にフィードバックゲインfの各成分f1,f2,f3,f4が乗
じられ、これらが加算器39により加えられて、制御入力
u=f1x1+f2x2′+f3 1+f4 2′が得られる。前述の
4つの状態量x1,x2′,12′を状態量ベクトルx
=(x1,x2′,12′)で表すと、u=f・xであ
る。
制御器31から出力される制御入力uは、サーボ弁13の
ソレノイド15に流す電流iに変換され、このソレノイド
電流iに応じてスプール14が図で左右方向に移動する。
なお、サーボ弁13の上側に位置する3つのポートのう
ち、中央のポート16がポンプP(図示せず)に、左右の
ポート17,18がタンクT(図示せず)に連通する。ま
た、下側に位置する2つのポート19,20がそれぞれシリ
ンダ6の上下の室に連通している。
いま仮に、構造物1が風や地震の外力を受け上方向
(第4図,第5図では右方向)へ揺れ始めたとすると、
この揺れの状況を入力した制御器31の働きにより、図示
の位置までスプール14が右方向に摺動される。この状態
では、シリンダ6下方のシリンダ室に油圧が供給され、
上方のシリンダ室の油がタンクTに戻されるので、シリ
ンダ6内のピストンが押し上げられる。つまり、このピ
ストンと一体動するロッド7が、付加マス2を構造物1
の動きに遅れて同じ側である上側へと移動させる。これ
とは逆に構造物1が下方に揺れると、制御入力uの符号
が反対になるので、スプール14が左に摺動し、付加マス
2が下方へと移動される。ここに、付加マス2を動かす
ことによる反力が、構造物1に加えられた外力(加振入
力)に対抗して反対の方向から作用し、これにて構造物
1の振動が低減される。
次にフィードバックゲインfの算出方法について説明
する。
第7図は、レギュレータマップの内容を示し、付加マ
ス2の動作するストロークは、付加マス2の中心位置を
0として±αの範囲(βは全ストローク範囲2αの約1/
4の値が採用されている)をもち、付加マス変位x2とそ
の動作方向により3種類の基準フィードバックゲインf1
〜f3が割り振られている。ここに、f1が最も制振効果が
高く(付加マスの動作をさせやすい)、f3が最も制振効
果の小さなフィードバックゲインである。第8図(A)
〜(C)に基準フィードバックゲインf1〜f3を単独に用
いた場合の構造物変位x1,付加マス変位x2,構造物速度
1の関係を示すと、同図から明らかなように付加マス
相対変位x2′の振幅がf1の場合に最も大きく、そのため
に制振効果が一番大きくなっている。なお、これらの基
準フィードバックゲインf1〜f3については詳述しない
が、最適レギュレータ理論に基づいて定められるもので
ある。
また、付加マス2の動作方向については、ソレノイド
電流iが正のとき付加マス2が下から上へ動作し、この
逆にソレノイド電流iが負のとき上から下へ動作するも
のとする。
なお、付加マス相対変位x2′が0,±β,±α以外の中
間位置のときは、線形補間計算によりフィードバックゲ
インfが算出される。たとえば、i≧0で0<x2<βの
とき、フィードバックゲインfの各成分f1,f2,f3,f4
は2つの基準フィードバックゲインf1,=(f11,f12
f13,f14)、f2=(f21,f22,f23,f24)を用い、 f1=f11+(f21−f11)・x2/β f2=f12+(f22−f12)・x2/β f3=f13+(f23−f13)・x2/β f4=f14+(f24−f14)・x2/β により求められる。
ソレノイド電流iが負の場合も、−α<x2<−β,−
β<x2<0の範囲においては同様である。
したがって、付加マス2が運動する際して、ロッド7
が一方のストロークエンドから中心位置(0)に向かう
場合に、制振効果の高い(付加マスが動作しやすい)フ
ィードバックゲインf1にて付加マスが効率的に動かされ
ると、付加マスの最大ストロークを短くして構造物1に
必要な制振効果を得ることができる。
これに対して、中心位置からストロークエンドへ向か
うときは、徐々に制振効果を小さくするフィードバック
ゲインが基準フィードバックゲインf1〜f3から算出され
ていき、ストロークエンドに達する直前においては、最
も制振効果の小さいフィードバックゲインf3にて付加マ
スが動かされるので、ストロークエンドに付加マスが達
することによる衝撃を最低限に抑えることができる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このような従来装置では第7図で示した1
種類のレギュレータマップをもち、付加マス変位に応じ
て設定されたフィードバックゲインを選択しているが、
付加マス変位が予め入力された設定値の間にあるとき
は、補間計算によりその都度フィードバックゲインを算
出しているため、付加マスの駆動をスムーズに行うよう
フィードバックゲインを選択する付加マス変位の最小単
位を小さくするほど、この補間計算に手間取り、演算時
間が長くなってしまう。したがってこれに対応するに
は、演算速度の速い大容量のコンピュータが必要とな
る。
これに対して、レギュレータのデータ入力を付加マス
変位に応じて予め細分化して行うことも考えられるが、
この場合にはレギュレータの設計、データ入力作業が複
雑化し、また入力時の作業ミス等の確率も増大する。
この発明はこのような問題を解決するために、付加マ
ス相対変位に対応して複数のデータを入力したレギュレ
ータの設定値にもとづき、予め補間計算により設定値間
の変位に対するフィードバックゲインを演算により求
め、これをメモリに格納しておき、付加マスの制御時に
その変位に応じてメモリからデータを読出しながら付加
マスの動きを制御するようにして、制御時の演算時間が
短く、応答性のよい制御と、レギュレータの設計等の簡
略化とを図った制御装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) この発明は第1図に示すように、構造物の振動方向に
運動可能な付加マス41と、この付加マス41を運動させる
往復動型のアクチュエータ42とを備え、付加マス41の変
位とその動作方向に応じて複数の異なる値の基準フィー
ドバックゲインを設定値として割り振ったレギュレータ
マップ43を備え、このレギュレータマップ43において基
準フィードバックゲインは付加マス41が中心位置付近に
あるときには制振効果の十分大きな値である一方、付加
マス41がこの中心位置からアクチュエータ42のストロー
クエンド側へと動いて行くほど制振効果の小さな値に徐
々に変化して行くように割り振られるとともに、レギュ
レータマップ43に設定した基準フィードバックゲインに
基づいて補間計算により設定値間を細分化した値を求め
る演算手段52と、レギュレータマップ43の設定値ととも
にこの補間計算により演算された演算値を付加マス41の
変位に対応して格納する読み出し可能なメモリ53と、付
加マス変位とその動作方向をそれぞれ検出するセンサ4
4,45と、これらセンサ44、45からの信号からそのときの
付加マス変位とその動作方向に応じてメモリ53に格納し
てある演算値を読み出す手段46と、振動に関係する状態
量を検出するセンサ47と、このセンサ47から得られた状
態量から状態量ベクトルを作り、この状態量ベクトルと
前記読み出された演算値とに基づいて前記アクチュエー
タ42に与える制御入力を決定する手段48とを備える。
(作用) したがってレギュレータマップに設定された基準フィ
ードバックゲインから、付加マス変位を細分化した設定
値間の値が補間計算により求められ、予めメモリに記憶
されているため、付加マスの運動制御時には、付加マス
の変位に応じてメモリから演算値が次々に読み出されて
いき、これによってアクチュエータの駆動力が制御され
る。
(実施例) 制振装置と制御系のモデルは従来例と同じ(制振装置
については第4図,第5図、制御系モデルについては第
6図)であり、この例では第2図に示すレギュレータマ
ップが用意される。
第2図において、〜で示した6個の基準フィード
バックゲインはからの順およびからの順に制振
効果の小さくなる(付加マスが動かなくなる)ものであ
り、各マップについては中心位置からストロークエンド
にいくほど制振効果の小さなフィードバックゲインが採
用される。
なお、〜と〜の基準フィードバックゲインは
最適レギュレータ理論に基づき、片ロッドシリンダ用と
して動作方向(i≧0または<0)に応じて別々の系と
して設計したものである。
そして、本発明によれば、このレギュレータマップに
設定された基準フィードバックゲインに基づき、付加マ
スの相対変位に応じて設定値間を所定の基準変位量(例
えば2cm間隔)で細分化し、この間の値を補間計算によ
り求めて、これを予めメモリに記憶しておく。
そして、付加マスの実際の制御時には、付加マスの相
対変位に応じてこのメモリに記憶した値を読み出しなが
ら、アクチュエータの制御を行う。
第3図(A)(B)は、第6図の制御器31をマイクロ
コンピュータで構成したときにCPUで実行される上記し
た制御動作を、流れ図として示すものである。
第3図(A)では、初期設定動作として、制御装置の
起動を検出してレギュレータマップから設定値を読み出
し(S1,S2)、これに基づいて付加マスの所定基準変位
量に対応した設定値間のフィードバックゲイン値を補間
計算により求め(S3)、この計算結果をメモリに格納し
ておく(S4)。
第3図(B)は、このようにしてメモリに記憶された
値に基づいて、付加マスの実際の運動を制御する制御動
作であって、付加マスの相対変位量を読込み、これに応
じてメモリから記憶値を読出し、これを制御値として出
力する(S5〜S7)。
したがって、レギュレータマップは数少ないデータ
(例えば付加マス変位量にして50、80、100cm)のみを
入力して設計しておき、これらの間は付加マス相対変位
に応じて例えば2cm刻みに補間計算により求めるので、
レギュレータの設計が簡単であるにもかかわらず、細分
化したデータにより付加マスの運動を制御でき、ショッ
クの少ないスムーズな制御が可能となる。
また、補間計算は実際の付加マスを駆動するときでは
なく、装置の起動時などに予め行っておき、かつメモリ
に演算結果を格納しておくので、付加マスの運動を制御
するときには演算に時間がかからずに、応答性のよい制
御が行える。
(発明の効果) 以上のようにこの発明では、付加マス変位に対応して
複数のデータを入力したレギュレータの設定値にもとづ
き、予め補間計算により設定値間の変位に対するフィー
ドバックゲインを演算により求め、これをメモリに格納
しておき、付加マスの制御時にその変位に応じてメモリ
からデータを読出しながら付加マスの動きを制御するよ
うにしたため、付加マス変位に応じて細分化した値によ
りショックの少ないスムーズな付加マスの制御を行うこ
とができ、かつ制御時の演算時間も短く、制御の応答性
にも優れ、またレギュレータの設計等の簡略化やデータ
入力作業の作業ミスを少なくして精度のよい制御装置を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のクレーム対応図、第2図はこの発明
の一実施例のレギュレータマップの内容を示す表図、第
3図(A)(B)はこの実施例の制御動作を説明するた
めの流れ図である。 第4図と第5図はそれぞれ従来例の制振装置の側面図と
平面図、第6図は従来例の制御系のモデル、第7図は従
来例のレギュレータマップの内容を示す表図、第8図
(A)〜(C)は従来例の基準フィードバックゲインに
よる制振効果を示す波形図である。 1…構造物、2…付加マス、6…シリンダ、11a,11b…
変位センサ、12a,12b…速度センサ、13…スプール弁、3
1…制御器、41…付加マス、42…アクチュエータ、43…
レギュレータマップ、44…変位検出手段、45…動作方向
判断手段、46…読み出し手段、47…状態量検出手段、48
…制御入力決定手段、52…演算手段、53…メモリ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】構造物の振動方向に運動可能な付加マス
    と、この付加マスを運動させる往復動型のアクチュエー
    タとを備えた制振装置において、付加マスの変位とその
    動作方向に応じて複数の異なる値の基準フィードバック
    ゲインを設定値として割り振ったレギュレータマップを
    備え、このレギュレータマップにおいて前記基準フィー
    ドバックゲインは付加マスが中心位置付近にあるときに
    は制振効果の十分大きな値である一方、付加マスがこの
    中心位置から前記アクチュエータのストロークエンド側
    へと動いて行くほど制振効果の小さな値に徐々に変化し
    て行くように割り振られるとともに、前記レギュレータ
    マップに設定した基準フィードバックゲインに基づいて
    補間計算により設定値間を細分化した値を求める演算手
    段と、前記レギュレータマップの設定値とともにこの補
    間計算により演算された演算値を付加マスの変位に対応
    して格納する読み出し可能なメモリと、付加マス変位を
    検出する手段と、付加マスの動作方向を判断する手段
    と、これら付加マス変位とその動作方向に応じて前記メ
    モリに格納してある演算値を読み出す手段と、振動に関
    係する状態量を検出するセンサと、このセンサから得ら
    れた状態量から状態量ベクトルを作り、この状態量ベク
    トルと前記読み出された演算値とに基づいて前記アクチ
    ュエータに与える制御入力を決定する手段とを備えるこ
    とを特徴とする制振装置の制御装置。
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