JP3129334B2 - アクティブ・ダイナミックダンパの制御装置 - Google Patents

アクティブ・ダイナミックダンパの制御装置

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JP3129334B2 JP03263839A JP26383991A JP3129334B2 JP 3129334 B2 JP3129334 B2 JP 3129334B2 JP 03263839 A JP03263839 A JP 03263839A JP 26383991 A JP26383991 A JP 26383991A JP 3129334 B2 JP3129334 B2 JP 3129334B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種構造物の振動抑制
を行うアクティブ・ダイナミックダンパの制御システム
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】構造物の振動を抑制する装置の一つとし
て、構造物の振動方向に振動体を付加し、この振動体を
構造物に対して変位されるときの反作用を利用して振動
を抑制する、ダイナミックダンパ制振装置が知られてい
る。さらに、付加振動体と構造物の間にアクチュエータ
を設けて、計測した構造物の振動量に応じてアクチュエ
ータに制振力を発生させることにより制振効果を高める
アクティブダイナミック制振装置が広く知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アクティブダイナミッ
ク制振装置は、振動を抑制するための制振力を得るため
にアクチュエータを駆動する必要がある。駆動力の大き
さを決定する方法として、振動の状態量すなわち構造物
変位と速度を線形フィードバックする方法が知られてい
る。そのためには状態量を測定する必要があるが、特に
大きな構造物の場合、変位計等を直接設置することが困
難な場合が多く、加速度を基にしてこれを積分すること
により、速度と変位を推定しなければならない。ところ
が、大型構造物の振動においては加速度が小さいため計
測量に誤差が含まれており、この誤差が積分されること
により速度の推定さえも困難なことが多かった。
【0004】本発明は、このような状況において、振動
の状態を簡便に推定するとともに、制御性能を損なわな
いようなアクティブ・ダイナミックダンパの制御システ
ムを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】構造物に、付加振動体を
とりつけ、前記構造物と前記付加振動体の間に設けたア
クチュエータにより制振力を加えることにより前記構造
物の振動を抑制するアクティブ・ダイナミックダンパに
おいて、前記制振力指令を以下の方法で計算する。 (1)構造物の加速度を加速度計により検出し、加速度
の定常成分をハイパスフィルタにより除去した加速度変
動を求め、加速度変動と積分して速度推定値を求め、速
度推定値の定常成分をハイパスフィルタにより除去した
速度変動を求め、速度変動を積分して変位推定値を求
め、変位推定値の定常成分をハイパスフィルタにより除
去した変位変動を求め、前記速度変動と変位変動夫々に
ローパスフィルタをかけることにより速度変動補正値と
変位変動補正値を求め、速度変動補正値と変位変動補正
値並びに別途計測した付加質量の構造物に対する相対変
位と相対速度の線形フィードバックにより制振力指令値
を決定する。 (2)構造物の速度を速度形により検出し、速度の定常
成分をハイパスフィルタにより除去した速度変動を求
め、速度変動を積分して変位推定値を求め、変位推定値
の定常成分をハイパスフィルタにより除去した変位変動
を求め、前記速度変動と変位変動夫々にローパスフィル
タをかけることにより速度変動補正値と変位変動補正値
を求め、速度変動補正値と変位変動補正値並びに別途計
測した付加質量の構造物に対する相対変位と相対速度の
線形フィードバックにより制振力指令値を決定する。
【0006】
【作用】構造物の変位や速度を直接検出することが出来
ず、加速度あるいは速度の計測値から積分により推定し
なければならない場合に、計測値に含まれる誤差が積分
されることによる誤差の累積をハイパスフィルタにより
除去し、ハイパスフィルタにより付加された位相の進み
をローパスフィルタで補正し、アクティブ・ダイナミッ
クダンパに対する制振力指令値を決定する。
【0007】
【実施例】
(第1実施例)図1に本発明の第1実施例にかかる制御
系の構成図を示し、各部の機能を説明する。図1におい
て、振動する構造物101にはダンパーとして付加質量
102がバネ103並びに粘性抵抗器104を介して取
付けられる。付加質量102は、送りネジ105を介し
てモータ106により駆動され、構造物101に対して
強制変位させられる。付加質量と構造物101の相対変
位並びに相対速度は夫々変位計107ならびに速度計1
08により直接計測する。構造物の加速度は加速度計1
09により計測される。構造物の加速度計測値はハイパ
スフィルタ110により低周波誤差を除去され、加速度
変動値となり、加速度変動値は積分器111により速度
推定値となる。速度推定値はハイパスフィルタ112に
より速度変動値となり、速度変動値は積分器113によ
り変位推定値となる。変位推定値はハイパスフィルタ1
14により変位変動値となる。ローパスフィルタ115
は速度変動値の位相を調節して速度変動補正値を計算
し、ローパスフィルタ116は変位変動値の位相を調整
して変位変動補正値を計算する。前記付加質量相対変位
には付加質量変位ゲイン119が乗ぜられ、前記付加質
量相対速度には付加質量速度ゲインが乗ぜられ、前記速
度変動補正値には構造物速度ゲインが乗ぜられ、前記変
位変動補正値には構造物変位ゲインが乗ぜられ、加算器
121によりこれら4つの値が加算されることによりド
ライブ回路122への制振力指令値が線形フィードバッ
クの形で決定される。ドライブ回路122は制振力指令
値に基づきモータを制御して所定の制振力を発生させ
る。以上の計算処理は例えばシーケンサなどの機器によ
り実施することが可能である。
【0008】(第2実施例)図1に本発明の第2実施例
にかかる制御系の構成図を示し、各部の機能を説明す
る。なお、第1実施例と重複する処理ならびに構成要素
については符号を統一し、詳細の説明を省略する。図2
において、速度計209は構造物の速度を検出する。ハ
イパスフィルタ112は速度計測値に含まれる低周波誤
差を除去することにより速度変動を求め、速度変動を求
めた後の処理は第1図と同様の処理により同様の作用効
果を発揮する。
【0009】次に本発明による制御装置の作用を図3乃
至図5により説明する。図3は本発明との比較のために
示された従来装置による処理フローと処理波形の例であ
り、図4,図5は本発明の第1実施例における計測値の
処理フローと処理波形を示す。図3乃至図5において、
波形のグラフに示された実線は計測値あるいは計算の結
果求められた値であり、破線は実際の値を表している。
【0010】図3において、装置による計算フロー30
1は次にように行われる。まず加速度計により加速度が
304のごとく計測される。加速度の計測地は誤差を含
んでおり、とくに本発明の対象となる積分処理において
は、誤差の定常成分が問題になる。ついで、積分処理3
05が加速度計測値を積分し、速度推定値を求める。加
速度計測値に定常偏差が含まれる場合には、この誤差が
時間的に積分されることにより速度推定値には誤差が大
きく現れる。ついで、この速度推定値を積分処理306
により積分し変位の推定値とするが、速度推定値が大き
な誤差を含んでしまっているため変位の推定値はさらに
誤差を含んだものとなり、このままでは制御に用いるこ
とが出来ない。
【0011】本発明の第1実施例における処理フロー3
02ならびに303は次のように処理を行う。まず、ハ
イパスフィルタ処理307が加速度計測値に含まれる定
常偏差並びに低周波誤差を取り除き、加速度変動を求め
る。加速度変動は低周波の誤差はほとんど含んでいない
ものの、破線で示した実際の値に比べて若干の位相進み
が発生する。ついで、積分処理308が加速度変動を積
分して速度推定値を求める。速度の推定値は破線で示し
た実際の値に比べて位相進みが含まれるほか、加速度変
動の中に存在した微小な低周波誤差を反映して低周波の
偏差が現れる。そこで次に、ハイパスフィルタ処理30
9が速度推定値に含まれる低周波誤差を取り除くことに
より速度変動を計算する。ハイパスフィルタを通すこと
により、速度変動からは低周波誤差が取り除かれる代わ
りに、破線で示した速度に比べて位相進みが付け加わっ
たものになる。ついで、積分処理310が速度変動を積
分して変位推定値を求める。変位推定値には速度変動に
含まれる微小な低周波誤差を積分した低周波誤差と、速
度変動の位相進みを反映した位相進みが現れる。つい
で、ハイパスフィルタ処理311が変位推定値に含まれ
る低周波偏差を除去して変位変動を求める。ついで、ロ
ーパスフィルタ処理312が速度変動の位相、進みを取
り除き、速度変動補正値を求め、ローパスフィルタ処理
313が変位変動の位相進みを取り除き、変位変動補正
値を計算する。速度変動補正値と変位変動補正値は、注
目する信号の周波数帯域において、ほぼ実際の動きに近
い挙動になるため、この信号を制御のためのフィードバ
ック信号として用いることができる。なお、状態フィー
ドバックには、以上述べた構造物の変位と速度の変動補
正値の他に、構造物と付加質量の相対変位並びに相対速
度をフィードバックする必要があるが、これらの量は容
易に検出することが出来るので、計測値をそのまま利用
してフィードバックを行うことにより制振力指令値を決
定することが可能である。
【0012】また、構造物の振動計測においては、加速
度計の他に、加速度を利用して速度を求める原理による
速度計が市販されている。このような速度計を利用する
時には、本発明の第2実施例を利用する。速度計を利用
する場合でも、計測値に誤差が含まれることは同様なの
で、やはり低周波誤差の除去が必要である。そこで第2
実施例では、図4におけるハイパスフィルタ処理309
の入力となるべき速度推定値の代わりに、前記速度計に
よる計測値を用いれば同一の作用により制御を行うこと
ができる。
【0013】
【発明の効果】本発明によるアクティブ・ダイナミック
ダンパの制御装置は、(1)構造物の加速度を加速度計
により検出し、加速度の定常成分をハイパスフィルタに
より除去した加速度変動を求め、加速度変動を積分して
速度推定値を求め、速度推定値の定常成分をハイパスフ
ィルタにより除去した速度変動を求め、速度変動を積分
して変位推定値を求め、変位推定値の定常成分をハイパ
スフィルタにより除去した変位変動を求め、前記速度変
動と変位変動夫々にローパスフィルタをかけることによ
り速度変動補正値と変位変動補正値を求め、速度変動補
正値と変位変動補正値並びに別途計測した付加質量の構
造物に対する相対変位と相対速度の線形フィードバック
により制振力指令値を決定するように構成したことによ
り、又は(2)構造物の速度を速度計により検出し、速
度の定常成分をハイパスフィルタにより除去した速度変
動を求め、速度変動を積分して変位推定値を求め、変位
推定値の定常成分をハイパスフィルタにより除去した変
位変動を求め前記速度変動と変位変動夫々にローパスフ
ィルタをかけることにより速度変動補正値と変位変動補
正値を求め、速度変動補正値と変位変動補正値並びに別
途計測した付加質量の構造物に対する相対変位と相対速
度の線形フィードバックにより制振力指令値を決定する
ように構成したことによる次の効果を有する。
【0014】構造物の変位や速度を慣性系に対して直接
検出することの出来ない場合に、加速度あるいは速度の
計測値から積分により推定しなければならない状況にお
いて、計測値に含まれる誤差が積分されることによる誤
差累積をハイパスフィルタの作用により除去するととも
に、ハイパスフィルタにより付加された位相進みをロー
パスフィルタにより補正することにより、注目する周波
数帯域の信号を変動補正値として正確に求めることによ
り、状態フィードバックに基づく制御を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成図である。
【図2】本発明の第2実施例の構成図である。
【図3】従来装置による処理手順並びに処理波形図であ
る。
【図4】本発明の第1実施例による処理手順並びに処理
波形図の前半部である。
【図5】本発明の第1実施例による処理手順並びに処理
波形図の後半部である。
【符号の説明】
101 構造物 102 付加質量 109 加速度計 110 ハイパスフィルタ 111 積分器 112 ハイパスフィルタ 113 積分器 114 ハイパスフィルタ 115 ローパスフィルタ 116 ローパスフィルタ 140 線形フィードバック機構 141 制振力指令値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾木 靖夫 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−123675(JP,A) 特開 平4−149711(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16F 15/02 E04H 9/02 341

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造物に、付加振動体をとりつけ、前記
    構造物と前記付加振動体の間に設けたアクチュエータに
    より制振力を加えることにより同構造物の振動を抑制す
    るアクティブ・ダイナミックダンパにおいて、前記構造
    物の加速度を加速度計により検出し、加速度の定常成分
    をハイパスフィルタにより除去した加速度変動を求め、
    加速度変動を積分して速度推定値を求め、速度推定値の
    定常成分をハイパスフィルタにより除去した速度変動を
    求め、速度変動を積分して変位推定値を求め、変位推定
    値の定常成分をハイパスフィルタにより除去した変位変
    動を求め、前記速度変動と変位変動夫々にローパスフィ
    ルタをかけることにより速度変動補正値と変位変動補正
    値を求め、速度変動補正値と変位変動補正値並びに別途
    計測した付加質量の構造物に対する相対変位と相対速度
    の線形フィードバックにより制振力指定値を決定するよ
    うに構成したことを特徴とするアクティブ・ダイナミッ
    クダンパの制御装置。
  2. 【請求項2】 構造物に、付加振動体をとりつけ、前記
    構造物と前記付加振動体の間に設けたアクチュエータに
    より制振力を加えることにより同構造物の振動を抑制す
    るアクティブ・ダイナミックダンパにおいて、構造物の
    速度を速度計により検出し、速度の定常成分をハイパス
    フィルタにより除去した速度変動を求め、速度変動を積
    分して変位推定値を求め、変位推定値の定常成分をハイ
    パスフィルタにより除去した変位変動を求め前記速度変
    動と変位変動夫々にローパスフィルタをかけることによ
    り速度変動補正値と変位変動補正値を求め、速度変動補
    正値と変位変動補正値並びに別途計測した付加質量の構
    造物に対する相対変位と相対速度の線形フィードバック
    により制振力指令値を決定するように構成したことを特
    徴とするアクティブ・ダイナミックダンパの制御装置。
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