JP2708227B2

JP2708227B2 - 制振装置の制御装置

Info

Publication number: JP2708227B2
Application number: JP9783689A
Authority: JP
Inventors: 真樹岩野; 信良羽生田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH02278031A

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、
₁，₂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′（＝
₂−₁）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
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′，₁，₂′
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′，₁，₂′を状態量ベクトルｘ
＝（x₁，x₂′，₁，₂′）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
いる場合の構造物変位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
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，f
₁₄）、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、このような制振装置にあっては、定期的に
テストや点検を行う必要があって、そのときには実際に
アクチュエータを駆動して付加マスを動かしている。

この場合に、付加マスを動かしたり止めたりするの
に、制御開始・停止ボタンまたはテスト開始・停止ボタ
ンを操作するのである。このボタン操作に伴いサーボ弁
のソレノイドに流れる電流がステップ的に変化し、これ
が付加マスの駆動力を急激に変化させる結果、アクチュ
エータの支持反力を受ける構造物にショックを与えたり
していた。

実際に地震などが発生したときに素早い応答性が要求
されるため、このように起動時にステップ的に電流を変
化させる必要があるが、テスト時などはその必要性がな
いのであるから、ステップ的な電流変化に起因して構造
物が受けるダメージはなるべく少なくすることが好まし
い。

本発明はこのような問題を解決するために、装置の運
転モードに応じて、テスト時などは制御の開始や停止に
サーボ弁に対する電流変化を徐々に行うことにより、不
必要なショックを構造物に与えないようにした制御装置
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付加マス41が中心位置より前記
アクチュエータ42のストロークエンドへと動くほど徐々
に制振効果を小さくする基準フィードバックゲインを割
り振ったレギュレータマップ43と、付加マス変位とその
動作方向をそれぞ検出するセンサ44,45と、これらセン
サ44,45の信号からそのときの付加マス変位とその動作
方向に応じて前記レギュレータマップ43を参照して基準
フィードバックゲインを読み出す手段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
られた状態量と前記読み出されたフィードバックゲイン
とに基づいて前記アクチュエータ42に与える制御出力を
決定する手段58とを備える一方、前記アクチュエータの
運転モードを判定する手段52と、判定された運転モード
が所定の起動操作に基づくときにその制御開始と停止と
を判定する手段53と、制御開始と停止時にアクチュエー
タに与える制御出力を所定の時間内に所定値まで漸増ま
たは漸減する補正制御手段54とを備える。

（作用）したがって、アクチュエータを駆動する運転モード
か、テスト時など所定の起動操作に基づく場合は、たと
えば制御開始時はアクチュエータに与える制御出力が急
激に立ち上がることはなく、所定の時間内に徐々に増加
していき、これにより構造物に対する支持反力の急増を
抑制し、ショックを小さくすることができる。

このことはアクチュエータの作動を停止するときも同
様にして行なわれる。

これに対して地震等による振動が入力したときは、通
常の通りの制御が行なわれ、起動初期にはステップ的に
増加する制御出力によりアクチュエータが駆動され、素
早い応答を実現する。

（実施例）以下本発明の実施例を説明するが、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）である。

第２図は本発明のブロック図であり、60はA/D変換器
で、付加マスや建造物の状態量等センサからの検出値を
デジタル値に変換してCPU62に入力する。また、61は操
作入力等の入出力インターフェース（I/O）である。64
は記憶部としてのROMまたはRAMで、CPU62の出力はD/A変
換器65を経由して第６図で示す、サーボ弁13のソレノイ
ド15の駆動電流に変換されて出力される。

CPU62においては、従来例と同様にして、操作入力に
基づいてアクチュエータを駆動するための制御出力を演
算するが、本発明にあっては、操作入力の種類に応じて
運転モードを判断し、テスト運転時などには、制御開始
時と停止時にアクチュエータの動きを急激に変化させる
ことなく徐々に制御し、一定の時間が経過してから、本
来のサーボ電流制御を行うようになっている。

この制御動作を第３図にしたがって説明する。まず第
３図（Ａ）に全体的な制御動作を示すが、操作入力の処
理をしたのち、これに基づいて運転モードが判定される
（S1,2）。例えば押しボタンスイッチによるテスト操作
の入力などを判定する。

判定した運転モードによって、フェードイン（開始時
の緩やかな立ち上がり制御）、フェードアウト（停止時
の緩やかな立ち下がり制御）の制御を選択する（S3〜
５）。

前述した各種センサからの物理量の入力処理を行い、
サーボ弁のサーボアンプへの制御指令出力を演算する
（S6,7）。制御開始条件を判定し、開始条件が成立しな
いときは、上記演算を繰り返す（S8,9）。開始条件が成
立したときは、開始フラグをセットして、以降の判定を
内部フラグに移す（10）。

制御停止条件を開始条件と同様にして判定し、開始条
件が成立して停止条件が成立しないときは、フェードイ
ンフラグがセットされている場合に、フェードインなら
ば、予め決められた時間にわたり、第３図（Ｂ）で示す
ような特性に基づいて、徐々に出力を増加させていく補
正、すなわちフェードイン出力処理を行い、その結果を
出力する（S11,12,13,14,16）。

これに対して、フェードイン制御が終了すれば、通常
の出力処理に移行する（S15）。

なお、フェードイン中がどうかの判定は、カウンタに
より設定された時間をカウントすることにより判定す
る。

停止条件が成立して停止フラグがセットされ、さらに
フェードアウトが指示されていれば、第３図（Ｃ）で示
すような特性に基づいて、予め決められて時間にわたり
徐々に出力を減少させていくフェードアウト出力処理を
行う（S11,17,18,19,21）。

この最終的な出力は限りなくゼロに近づく。

フェードアウト処理が終了すれば、出力をゼロにし
て、総てのフラグをリセットすると共にカウンタをゼロ
クリアして初期位置に戻る（S18,20）。

第３図（Ｂ）にはフェードイン制御時の出力処理動作
を示す。フェードイン中の出力比率は関数演算あるいは
ROMテーブル等を利用して、徐々に出力が増加してい
く、所定の特性が得られるように設定し、フェードイン
カウンタをカウントしながら、所定の時間だけ補正出力
を繰り返し出力する（S16−1,2,3,4）。

また、第３図（Ｃ）のフェードアウト制御時の出力処
理も同様にして行う。ただしこの場合は出力が徐々に減
少していく特性となる（S21−1,2,3,4）。

このようにして、迅速な制振動作を要求される場合以
外の、テスト運転時などでは、制御の開始時に出力がス
テップ的に変化することがなく、徐々に出力が増加して
いくため、アクチュエータを介して構造物に作用する反
力により、構造物にショックや大きな加速度を生じさせ
ることがなくなる。

もちろん、地震の発生時などは通常の制御が自動的に
開始され、このときは制御開始時に出力がまずステップ
的に立ち上がり、そり以後は演算された出力に基づいて
アクチュエータの制御が行なわれるので、必要なときは
応答性のよい制振動作が確保される。

（発明の効果）以上のようにこの発明では、装置の運転モード応じ
て、制振動作に素早い応答が要求されないテスト運転時
など、制御の開始や停止時にサーボ弁に対する電流変化
を徐々に行うようにしたため、テスト開始や停止時に不
必要なショックを構造物に与えることがなく、構造物の
内部の人々に不安感を感じさせることもない。

【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
の実施例のブロック回路図、第３図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は同じく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…変位センサ、45…動作方向セ
ンサ、46…読み出し手段、47…状態量センサ、58…制御
入力決定手段、52…運転モード判定手段、53…開始、停
止判定手段、54…出力補正制御手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、付加マスの変位とその動作方向に応じ付加
マスが中心位置より前記アクチュエータのストロークエ
ンドへと動くほど徐々に制振効果を小さくする基準フィ
ードバックゲインを割り振ったレギュレータマップと、
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
と、これらセンサ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前記レギュレータマップの基
準フィードバックゲインを読み出す手段と、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
た状態量と前記読み出された基準フィードバックゲイン
とに基づいて前記アクチュエータに与える制御出力を決
定する手段とを備えた制振装置において、前記アクチュ
エータの運転モードを判定する手段と、判定された運転
モードが所定の起動操作に基づくときにその制御開始と
停止とを判定する手段と、制御開始と停止時にアクチュ
エータに与える制御出力を所定の時間内に所定値まで漸
増または漸減する補正制御手段とを備えたことを特徴と
する制振装置の制御装置。