JP3140485B2 - Active dynamic damper control device - Google Patents

Active dynamic damper control device

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JP3140485B2
JP3140485B2 JP03139820A JP13982091A JP3140485B2 JP 3140485 B2 JP3140485 B2 JP 3140485B2 JP 03139820 A JP03139820 A JP 03139820A JP 13982091 A JP13982091 A JP 13982091A JP 3140485 B2 JP3140485 B2 JP 3140485B2
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利彦 新家
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は構造物のアクティブ
・ダイナミックダンパーの制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for an active dynamic damper of a structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】アクティブ・ダイナミックダンパーは、
構造物に付加質量を付加し、アクチュエーターを用いて
これを構造物に対して相対変位させることによって、構
造物の振動を抑制しようとするものである。すなわち、
図2の系統図に示すように、構造物1の上部に付加質量
2を車輪3を用いて水平方向に移動可能に保持する。付
加質量2はボールネジ4を介してモーター5により水平
方向に変位させることができ、付加質量2と構造物1の
相対変位はモーター軸に取付けられたエンコーダー6に
より計測できる。また、付加質量2と構造物1の相対速
度は同じくモーター軸に取付けられた回転数計7によっ
て計測することができ、モーターに流れる電流はモータ
ー制御回路8により調節され、モーター制御回路8にト
ルク指令を入力することによって構造物1と付加質量2
の間に所望の力を加えることができる。この種のアクテ
ィブ・ダイナミックダンパーの制御方法として、構造物
の水平方向の変位と速度及び付加質量と構造物の相対変
位を状態量として、状態フィードバックに基づく最適レ
ギュレーターを構成する方法が知られている。この場合
は、構造物の変位と速度を例えば構造物に取付けた絶対
変位計11と絶対速度計12によって計測し、前記エン
コーダー6の出力から相対変位を求め、前記回転数計7
の出力から相対速度を求めて[数1]式によってモータ
ー制御回路8に対するトルク指令Uを作成する。
2. Description of the Related Art Active dynamic dampers are:
It is intended to suppress the vibration of the structure by adding an additional mass to the structure and displacing the structure relative to the structure using an actuator. That is,
As shown in the system diagram of FIG. 2, an additional mass 2 is held on a structure 1 by using wheels 3 so as to be movable in a horizontal direction. The additional mass 2 can be displaced in the horizontal direction by a motor 5 through a ball screw 4, and the relative displacement between the additional mass 2 and the structure 1 can be measured by an encoder 6 attached to the motor shaft. The relative speed between the additional mass 2 and the structure 1 can also be measured by a tachometer 7 attached to the motor shaft. The current flowing through the motor is adjusted by the motor control circuit 8, and the torque is applied to the motor control circuit 8. By inputting a command, the structure 1 and the additional mass 2
The desired force can be applied during. As a control method of this kind of active dynamic damper, there is known a method of configuring an optimal regulator based on state feedback, using a horizontal displacement and a speed of a structure and a relative mass of an additional mass and a structure as state amounts. . In this case, the displacement and speed of the structure are measured by, for example, an absolute displacement meter 11 and an absolute speed meter 12 attached to the structure, and a relative displacement is obtained from an output of the encoder 6.
The relative speed is obtained from the output of (1), and the torque command U to the motor control circuit 8 is created by the formula [1].

【数1】 u=K1*X1+K2*V1+K3*X2+K4*V2 ただし、 u:モーター制御回路に対するトルク指令 X1:付加質量2と構造物1の相対変位 V1:付加質量2と構造物1の相対速度 X2:構造物1の絶対変位 V2:構造物1の絶対速度 K1,K2,K3,K4は、それぞれフィードバックゲ
インであり、その決定方法は線形制御理論により広く知
られている。
U = K1 * X1 + K2 * V1 + K3 * X2 + K4 * V2 where u: Torque command to the motor control circuit X1: Relative displacement of additional mass 2 and structure 1 V1: Relative speed of additional mass 2 and structure 1 X2 : Absolute displacement of the structure 1 V2: Absolute velocity of the structure 1 K1, K2, K3, and K4 are feedback gains, respectively, and the determination method is widely known by linear control theory.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、その駆動部には機械的な結合が存
在するため、どうしても摩擦が発生し、装置の動きは必
ずしも加えた力通りの動きをするわけではない。特に制
御則として[数1]式で示すような線形フィードバック
による場合、ビルの振れが小さい間は必然的に制御力も
小さくなるため、制御力が摩擦に打ち勝つことができ
ず、装置が稼働できないという問題がある。本発明はこ
のような事情に鑑みて提案されたもので、摩擦の影響を
受けにくいアクティブ・ダイナミックダンパーの制御装
置を提案する。
However, in such a device, since a mechanical connection is present in the drive section, friction is inevitably generated, and the movement of the device does not necessarily follow the applied force. I do not. In particular, in the case of using a linear feedback as represented by the formula [1] as a control law, the control force is inevitably reduced while the run-out of the building is small, so that the control force cannot overcome friction and the device cannot operate. There's a problem. The present invention has been proposed in view of such circumstances, and proposes a control device for an active dynamic damper that is less susceptible to friction.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の
クティブ・ダイナミックダンパーの制御装置は、構造物
に付加する質量をアクチュエーターによって当該構造物
に対して相対変位させることにより当該構造物の制振を
行うアクティブ・ダイナミックダンパーの制御装置であ
って、上記構造物の揺れの大きさの計測値からその時間
的な平均値を推定する振動推定手段と、上記振動推定手
段の計算結果に基づいて、上記計測値の時間的な平均値
が、上記アクティブ・ダイナミックダンパーの制振のた
めの制御力が当該アクティブ・ダイナミックダンパーの
摩擦力を上回ることができる最小限の値を下回ったと
き、当該制御力を上記アクティブ・ダイナミックダンパ
ーの上記摩擦力を上回るまで増大させるように、上記ア
クティブ・ダイナミックダンパーの制振のための制御に
おけるフィードバックゲインを増加させるフィードバッ
クゲイン増加手段とを備えている。
Means for Solving the Problems] Therefore, A of the present invention
Control device for active dynamic damper is a control device of an active dynamic damper performs the damping of the structure by relative displacement with respect to the structure of the mass to be added to the structure by an actuator, the structure From the measured value of the magnitude of the shaking of the object, the time
Specific vibration estimating means for estimating a mean value, based on the calculation result of the vibration estimation unit, temporal average value of the measured values were in the damping of the active dynamic damper
Control force of the active dynamic damper
If it falls below the minimum value that can exceed the friction force
And the control force is applied to the active dynamic damper.
To increase the frictional force of
A feedback <br/> Kugein increasing means for increasing the feedback gain in the control for damping the active dynamic damper, and a.

【0005】[0005]

【作用】このような構成によれば、ビルの振動が小さい
ときに、摩擦力に打ち勝つだけの制御力を発生させるた
めに、[数1]式で表現される制御則の制御ゲインを大
きくすることができる。すなわち振動の大きさが小さく
状態量の大きさが小さいため、固定されたゲインでは制
御力も小さくなってしまうが、もしも振動が小さい間に
ゲインを大きくすることができれば、振動が小さくても
摩擦に打ち勝つだけの制御力を発生させることが可能と
なる。本発明においては、振動推定手段が振動の大きさ
の平均値を推定し、その大きさに応じて、振動が小さい
場合にはゲインを大きくし、振動が大きくなったときに
はゲインを小さくすることにより振動が小さい間でも制
御力を大きな値にすることにより摩擦の影響を軽減す
る。
According to this structure, when the vibration of the building is small, the control gain of the control law expressed by the equation (1) is increased in order to generate a control force enough to overcome the frictional force. be able to. That is, since the magnitude of the vibration is small and the magnitude of the state quantity is small, the control force is reduced with a fixed gain.However, if the gain can be increased while the vibration is small, even if the vibration is small, the friction becomes small. It is possible to generate a control force enough to overcome. In the present invention, the vibration estimating means estimates the average value of the magnitude of the vibration, and according to the magnitude, increases the gain when the vibration is small and decreases the gain when the vibration is large. The influence of friction is reduced by setting the control force to a large value even while the vibration is small.

【0006】[0006]

【実施例】本願の発明の一実施例を図面について説明す
ると、図1はその全体系統図である。上図において、図
2と同一の符号はそれぞれ同図と同一の部材を示し、本
発明が図2の装置と異なるところは、振動推定手段の出
力によりフィードバックゲインK1,K2,K3,K4
のゲインを大きくするようにしたことにある。すなわち
図1において、構造物1に対して、付加質量2を車輪3
によって水平方向に移動可能に保持し、ボールネジ4を
介してモーター5により駆動して水平方向に移動させ
る。モーター軸上にはエンコーダー6と回転数計7が設
置され、モーターの回転角度と回転速度とが検出され
る。回転角度及び回転速度を検出すると、ボールネジ4
のリード長さを用いて付加質量2と構造物1の相対変位
と相対速度を検出することができる。また構造物の変
位と速度とを構造物に取付けた絶対変位計11と、絶対
速度計12とによって計測し、[数1]式により制振力
を計算する。モーター5に流れる電流はモーター制御
回路8により調節され、モーター制御回路8に制振力指
令信号を与えることにより、所望の制振力を付加質量2
と構造物1との間に発生させることができ、振動推定手
段9は、例えば構造物変位と構造物速度とを入力される
と、構造物の力学的エネルギを表す[数2]式によって
振動の大きさを評価する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall system diagram. In the above figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same members, respectively, and the present invention is different from the apparatus in FIG. 2 in that the feedback gains K1, K2, K3, K4
The reason is that the gain of is increased. That is, in FIG.
, So that it can be moved in the horizontal direction, and is driven by a motor 5 via a ball screw 4 to be moved in the horizontal direction. An encoder 6 and a tachometer 7 are installed on the motor shaft, and detect a rotation angle and a rotation speed of the motor. When the rotation angle and rotation speed are detected, the ball screw 4
The relative displacement and relative velocity between the additional mass 2 and the structure 1 can be detected by using the lead length of (1). Further, the displacement and the speed of the structure are measured by the absolute displacement meter 11 and the absolute speedometer 12 attached to the structure, and the vibration damping force is calculated by the formula [1]. Current flowing through the motor 5 is adjusted by the motor control circuit 8, by providing a damping force command signal to the motor control circuit 8, the added mass of the desired damping force 2
The vibration estimating means 9 receives, for example, a structure displacement and a structure speed, and generates vibrations according to the following equation (2) representing mechanical energy of the structure. Evaluate the size of

【数2】E=m1・V2+k1・X2 ここに、 E:構造物の力学的エネルギ m1:構造物の等価質量 k1:構造物の等価バネ定数 である。さて、[数2]式によって、計算した瞬間の振
動の大きさは計算できる訳であるが、ゲインの変更を
動の大きさである構造物の力学的エネルギEのみによっ
て行うと、振動の大きさの変動に応じてゲインが刻々変
化することになり、ゲインの変動が頻繁に起こること
は、制御系の特性を非線形にしてしまうためあまり好ま
しいことではない。そこで、振動の大きさである構造物
の力学的エネルギEの時間的な平均値を推定して、ゲイ
ンの変動をゆっくりと行うこととし、振動の大きさであ
る構造物の力学的エネルギEの時間的な平均値Emの推
定は、例えば移動平均を計算したり、振動の大きさであ
る構造物の力学的エネルギEを適当なローパスフィルタ
ーを通した値を用いることにより計算する。ゲイン変更
手段10は振動推定機9の出力Emを入力して、Emが
大きいときは低目のゲイン,Emが小さいときには大き
めのゲインを設定する。なお、本実施例では完全なアク
ティブダイナミックダンパーについて適用例を示した
が、構造物と付加質量の間にバネなどによる自己復元力
を有するようなセミアクティブ・ダイナミックダンパー
についても同様の効果を上げることが可能になる。本発
明の効果は、駆動部に摩擦の存在するダンパーで、振動
が小さいときに駆動力が小さくなることにより、摩擦の
影響を受けやすい場合でも、振動の小さい場合は制御ゲ
インを大きくとることで駆動力を大きくすることがで
き、その結果摩擦の影響を受けにくい制御系が構成でき
ることである。
E = m1 · V2 + k1 · X2 where E: mechanical energy of the structure m1: equivalent mass of the structure k1: equivalent spring constant of the structure Now, by [Equation 2] where although the magnitude of the vibration of the instant of the calculation is always capable of calculating, vibration changes of the gain
If only the mechanical energy E of the structure, which is the magnitude of the motion, is used, the gain will change every moment in accordance with the variation in the magnitude of the vibration. Is not very desirable because it makes So, the structure that is the magnitude of the vibration
To estimate the temporal average value of the kinetic energy E of the by performing slow variation of the gain, the size der vibration
For estimating the temporal average value Em of the mechanical energy E of the structure to be moved, for example, a moving average is calculated or the magnitude of the vibration is calculated.
The mechanical energy E of the structure is calculated by using the value through a suitable low-pass filter. The gain changing means 10 receives the output Em of the vibration estimator 9 and sets a low gain when Em is large and a large gain when Em is small. In this embodiment, an application example is shown for a complete active dynamic damper. However, a similar effect can be obtained for a semi-active dynamic damper having a self-restoring force by a spring or the like between a structure and an additional mass. Becomes possible. The effect of the present invention is that the driving force is reduced when the vibration is small with a damper having friction in the driving unit, so that the control gain is increased when the vibration is small even when the vibration is easily affected. The driving force can be increased, and as a result, a control system that is less affected by friction can be configured.

【0007】[0007]

【発明の効果】要するに本発明のアクティブ・ダイナミ
ックダンパーの制御装置によれば、構造物に付加する質
量をアクチュエーターによって当該構造物に対して相対
変位させることにより当該構造物の制振を行うアクティ
ブ・ダイナミックダンパーの制御装置であって、上記構
造物の揺れの大きさの計測値からその時間的な平均値を
推定する振動推定手段と、上記振動推定手段の計算結果
に基づいて、上記計測値の時間的な平均値が、上記アク
ティブ・ダイナミックダンパーの制振のための制御力が
当該アクティブ・ダイナミックダンパーの摩擦力を上回
ることができる最小限の値を下回ったとき、当該制御力
上記アクティブ・ダイナミックダンパーの上記摩擦力
を上回るまで増大させるように、上記アクティブ・ダイ
ナミックダンパーの制振のための制御におけるフィード
バックゲインを増加させるフィードバックゲイン増加手
段とを備えたことにより、上記構造物の振れが小さい
間の制御力が小さ過ぎることによって、制御力が摩擦に
打ち勝つことができず、装置が稼働できなくなってしま
うということがなくなり、摩擦の影響を受けにくいアク
ティブ・ダイナミックダンパーの制御装置を得るから、
本発明は産業上極めて有益なものである。
In short, the active dynamics of the present invention
According to the control apparatus of Kkudanpa, a control device of an active dynamic damper performs the damping of the structure by relative displacement with respect to the structure of the mass to be added to the structure by an actuator, the structure a vibration estimating means from the magnitude of the measured value of swing estimate its temporal average values, based on the calculation result of the vibration estimation unit, temporal average value of the measurement value, the action
The control power for damping the dynamic dynamic damper
Exceeds the friction force of the active dynamic damper
When the control force falls below the minimum value, the frictional force of the active dynamic damper is reduced.
Above the active die.
A feedback gain increasing means for increasing the feedback gain in the control for the damping of Na Mick damper, by providing a by the control force between the deflection of the structure is small is too small, the control force overcomes the friction It is possible to obtain an active dynamic damper control device that is not easily affected by friction and is not affected by friction.
The invention is of great industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す制御系統図である。FIG. 1 is a control system diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】従来のアクティブ・ダイナミックダンパーの制
御装置、を示す制御系統図である。
FIG. 2 is a control system diagram showing a conventional active dynamic damper control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 構造物 2 付加質量 3 車輪 4 ボールネジ 5 モーター 6 エンコーダー 7 回転数計 8 モーター制御回路 9 振動推定機 10 ゲイン変更手段 11 絶対変位計 12 絶対速度計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structure 2 Additional mass 3 Wheel 4 Ball screw 5 Motor 6 Encoder 7 Revolution meter 8 Motor control circuit 9 Vibration estimator 10 Gain changing means 11 Absolute displacement meter 12 Absolute speed meter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16F 15/02 E04H 9/02 341 G05D 19/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F16F 15/02 E04H 9/02 341 G05D 19/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 構造物に付加する質量をアクチュエータ
ーによって当該構造物に対して相対変位させることによ
り当該構造物の制振を行うアクティブ・ダイナミックダ
ンパーの制御装置であって、上記構造物の揺れの大きさ
の計測値からその時間的な平均値を推定する振動推定手
段と、上記振動推定手段の計算結果に基づいて、上記計
測値の時間的な平均値が、上記アクティブ・ダイナミッ
クダンパーの制振のための制御力が当該アクティブ・ダ
イナミックダンパーの摩擦力を上回ることができる最小
限の値を下回ったとき、当該制御力を上記アクティブ・
ダイナミックダンパーの上記摩擦力を上回るまで増大さ
せるように、上記アクティブ・ダイナミックダンパーの
制振のための制御におけるフィードバックゲインを増加
させるフィードバックゲイン増加手段とを備えたこと
を特徴とするアクティブ・ダイナミックダンパーの制御
装置。
1. An active dynamic damper control device for damping a structure by displacing a mass added to the structure relative to the structure by an actuator, wherein the vibration of the structure is reduced. from the magnitude of the measurement value and the vibration estimation means for estimating the temporal average values, based on the calculation result of the vibration estimation unit, temporal average value of the measurement values, the active dynamic
The control force for damping the damper is
Minimum that can exceed the friction force of the dynamic damper
When below the value of the limit, the active the control force
Increased to exceed the above frictional force of the dynamic damper
To increase the feedback gain in the control for damping the active dynamic damper.
Control device of an active dynamic damper for the feedback gain increasing means to make, comprising the.
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