JP3359976B2 - 制振装置 - Google Patents
制振装置Info
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- JP3359976B2 JP3359976B2 JP08490894A JP8490894A JP3359976B2 JP 3359976 B2 JP3359976 B2 JP 3359976B2 JP 08490894 A JP08490894 A JP 08490894A JP 8490894 A JP8490894 A JP 8490894A JP 3359976 B2 JP3359976 B2 JP 3359976B2
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- JP
- Japan
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- additional mass
- vibration
- displacement
- control input
- velocity
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
- F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
- F16F7/1005—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
- E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地震や風等の外力によ
る構造物の振動を低減する制振装置に関する。
る構造物の振動を低減する制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】中高層のビルなどの構造物に振動低減用
のコントロールデバイスを備えるとともに、外部からエ
ネルギの供給を受けて積極的に振動の低減を図る制振装
置としては、特開昭６３−２１７０７５号公報に開示さ
れるように、構造物上に載置した付加マスをアクチュエ
ータで変位させることにより風や地震などの外力による
構造物の揺れを抑制するものが知られている。
のコントロールデバイスを備えるとともに、外部からエ
ネルギの供給を受けて積極的に振動の低減を図る制振装
置としては、特開昭６３−２１７０７５号公報に開示さ
れるように、構造物上に載置した付加マスをアクチュエ
ータで変位させることにより風や地震などの外力による
構造物の揺れを抑制するものが知られている。
【０００３】これについて説明すると、図７、図８にお
いて、構造物１の上部には制振装置が設置され、底部に
車輪１０を有するほぼ直方体の付加マス２が構造物１の
最上部の床上に移動可能に配設される。
いて、構造物１の上部には制振装置が設置され、底部に
車輪１０を有するほぼ直方体の付加マス２が構造物１の
最上部の床上に移動可能に配設される。
【０００４】付加マス２の周面には図中上下左右から複
動型の油圧シリンダ６が連結され、この油圧シリンダ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に連結されるとともに、油圧ユニット９か
ら供給された圧油に応じて油圧シリンダ６が付加マス２
を駆動する。
動型の油圧シリンダ６が連結され、この油圧シリンダ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に連結されるとともに、油圧ユニット９か
ら供給された圧油に応じて油圧シリンダ６が付加マス２
を駆動する。
【０００５】図９は図７、図８で示した制御装置を制御
対象とする制御モデルである。ただし、簡略化のために
付加マス２は１本のシリンダ６で移動するようになって
いる。実際の装置では、構造物１、付加マス２が図７に
おいて例えば水平方向に揺れれば、図９のモデルでは上
下方向に振動することになる。
対象とする制御モデルである。ただし、簡略化のために
付加マス２は１本のシリンダ６で移動するようになって
いる。実際の装置では、構造物１、付加マス２が図７に
おいて例えば水平方向に揺れれば、図９のモデルでは上
下方向に振動することになる。
【０００６】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１１、１２がそれぞれ設けら
れ、状態量として構造物１の絶対変位ｘ1、付加マス２
の絶対変位ｘ2がそれぞれ検出される。
る手段としての変位センサ１１、１２がそれぞれ設けら
れ、状態量として構造物１の絶対変位ｘ1、付加マス２
の絶対変位ｘ2がそれぞれ検出される。
【０００７】絶対変位ｘ1、ｘ2は構造物１、付加マス２
がそれぞれ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。
がそれぞれ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。
【０００８】これら変位センサ１１、１２からの信号
は、状態変数設定部３１、演算部３２から構成されるコ
ントローラ３０に入力される。
は、状態変数設定部３１、演算部３２から構成されるコ
ントローラ３０に入力される。
【０００９】状態変数設定部３１では構造物１及び付加
マス２の絶対変位ｘ1、ｘ2から構造物１と付加マス２の
相対変位ｘ2'を減算器３３で演算するとともに、微分器
Ｓ1、Ｓ2ではこの相対変位ｘ2'と絶対変位ｘ1とから構
造物１の絶対速度ｖ1及び構造物１と付加マス２の相対
速度ｖ2'が演算される。
マス２の絶対変位ｘ1、ｘ2から構造物１と付加マス２の
相対変位ｘ2'を減算器３３で演算するとともに、微分器
Ｓ1、Ｓ2ではこの相対変位ｘ2'と絶対変位ｘ1とから構
造物１の絶対速度ｖ1及び構造物１と付加マス２の相対
速度ｖ2'が演算される。
【００１０】こうして演算された状態変数（絶対変位ｘ
1、絶対速度ｖ1、相対変位ｘ2'、相対速度ｖ2'）は演算
部３２へ入力されて、各状態変数毎に予め設定された最
適フィードバックゲイン行列Ｋ＝〔ｆ1 ｆ2 ｆ3
ｆ4〕を乗じ、これら乗算値をそれぞれ加算した制御入
力ｕを次式により算出する。
1、絶対速度ｖ1、相対変位ｘ2'、相対速度ｖ2'）は演算
部３２へ入力されて、各状態変数毎に予め設定された最
適フィードバックゲイン行列Ｋ＝〔ｆ1 ｆ2 ｆ3
ｆ4〕を乗じ、これら乗算値をそれぞれ加算した制御入
力ｕを次式により算出する。
【００１１】 ｕ ＝ ｆ1ｘ1＋ｆ2ｘ2 '＋ｆ3ｖ1＋ｆ4ｖ2' …（１） この最適フィードバックゲイン行列Ｋは最適レギュレー
タ理論に基づいて、その評価関数が最小となるように予
め設定されたものであり、この最適レギュレータ理論に
基づく最適フィードバックゲイン行列Ｋ及び評価関数の
算出方法については次のような書籍において周知のもの
である。
タ理論に基づいて、その評価関数が最小となるように予
め設定されたものであり、この最適レギュレータ理論に
基づく最適フィードバックゲイン行列Ｋ及び評価関数の
算出方法については次のような書籍において周知のもの
である。
【００１２】１．「システム制御理論入門」 第１５７
頁〜１６０頁（１９７９年１２月１５日実教出版株式会
社刊、小郷 寛、美多 勉著） この最適レギュレータ理論について簡単に説明すると、
構造物１に加わる励振力をＦとする一方、さらに状態変
数ｘ＝［ｘ1 ｘ2' ｖ1 ｖ2'］Tとし、図９のモデル
を表現する物理方程式に適当な線形化を行うと次式のよ
うに表現することができる。
頁〜１６０頁（１９７９年１２月１５日実教出版株式会
社刊、小郷 寛、美多 勉著） この最適レギュレータ理論について簡単に説明すると、
構造物１に加わる励振力をＦとする一方、さらに状態変
数ｘ＝［ｘ1 ｘ2' ｖ1 ｖ2'］Tとし、図９のモデル
を表現する物理方程式に適当な線形化を行うと次式のよ
うに表現することができる。
【００１３】
【数１】
【００１４】上記（２）、（３）式のＡ、Ｂ、Ｅはそれ
ぞれ構造物１と制振装置の諸元から決定される４×４、
４×１、４×１の定数行列であり、Ｃは入力される状態
変数の数に応じて決定されるｎ×４（この場合、４×４
となる）の定数行列である。このとき、フィードバック
ゲイン行列Ｋは上記（２）式の行列Ａ、Ｂを用いた次式
により算出される。
ぞれ構造物１と制振装置の諸元から決定される４×４、
４×１、４×１の定数行列であり、Ｃは入力される状態
変数の数に応じて決定されるｎ×４（この場合、４×４
となる）の定数行列である。このとき、フィードバック
ゲイン行列Ｋは上記（２）式の行列Ａ、Ｂを用いた次式
により算出される。
【００１５】 Ｋ ＝ −ＲK -1ＢTＰK …（４） 但し、ＰKは次の（５）式に示す行列方程式の解であ
る。
る。
【００１６】 ＰKＡ＋ＡTＰK−ＰKＢＲK -1ＢTＰK＋ＱK ＝ ０ …（５） なお、ＱK、ＲKは設計パラメータである。
【００１７】こうして演算された最適フィードバックゲ
イン行列Ｋに基づいてコントローラ３０から出力される
制御入力ｕは、サーボ弁１３のスプール１４を駆動する
ソレノイド１５に通電される。
イン行列Ｋに基づいてコントローラ３０から出力される
制御入力ｕは、サーボ弁１３のスプール１４を駆動する
ソレノイド１５に通電される。
【００１８】サーボ弁１３の図中上方に位置する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）にそれぞれ連通する。また、図中下方に位置する２
つのポート１９、２０がそれぞれシリンダ６の上下の油
室と連通する。
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）にそれぞれ連通する。また、図中下方に位置する２
つのポート１９、２０がそれぞれシリンダ６の上下の油
室と連通する。
【００１９】図９において、構造物１が地震や風などの
外力を受けて図中上方向（図７における右方向）へ揺れ
始めると、変位センサ１１、１２で検知した信号をコン
トローラ３０に入力して制御入力ｕを演算する。
外力を受けて図中上方向（図７における右方向）へ揺れ
始めると、変位センサ１１、１２で検知した信号をコン
トローラ３０に入力して制御入力ｕを演算する。
【００２０】制御入力ｕはソレノイド１５に通電され、
サーボ弁１３のスプール１４が図７に示した位置まで右
方向へ駆動される。この状態ではシリンダ６の下方の油
室にポート１３、２０を介して作動油が供給される一
方、上方の油室の作動油がポート１９、１８を介してタ
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。
サーボ弁１３のスプール１４が図７に示した位置まで右
方向へ駆動される。この状態ではシリンダ６の下方の油
室にポート１３、２０を介して作動油が供給される一
方、上方の油室の作動油がポート１９、１８を介してタ
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。
【００２１】つまり、この油圧シリンダ６のロッド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方
へと移動させる。一方、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が図中左側へに摺動して付加マス２が下方へと駆
動される。
付加マス２を構造物１の動きに遅れて同じ側である上方
へと移動させる。一方、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が図中左側へに摺動して付加マス２が下方へと駆
動される。
【００２２】ここに、付加マス２を動かすことによって
発生する反力が、構造物１に加えられた外力に対抗して
反対方向となるので構造物１の振動が抑制され、さらに
作動油の圧縮性を加味することで最適の制振制御を行う
ものである。
発生する反力が、構造物１に加えられた外力に対抗して
反対方向となるので構造物１の振動が抑制され、さらに
作動油の圧縮性を加味することで最適の制振制御を行う
ものである。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では制御系のモデル化の際に２次を超える高次
振動モードを無視して簡素化し、最適フードバック理論
に基づいて設定した制御ゲインは図１０に示すように一
定値となり、構造物１の制振効果を向上させるために制
御ゲインを増大すると、図１１に示すように無視した高
次振動モードによる振動や、サーボ弁１３の応答特性及
び作動油の圧縮性に起因する発振を生じる場合があり、
安定した制御特性が得られない場合があり、また、制御
ゲインが一定値であるために風力などによる非常に長周
期の外乱が構造物１に加わる場合には、図１２に示すよ
うに長周期の外乱に応答して付加マス２の変位が過大と
なり、地震等の外乱を減衰するための油圧シリンダ６の
有効ストロークが減少してしまうという問題点があるだ
けでなく、コントローラ３０に必要な状態量はすべて入
力しなければならず、変位センサあるいは状態変数設定
部３１が複雑化して装置の製造コストを増大させる一因
となっていた。
来の装置では制御系のモデル化の際に２次を超える高次
振動モードを無視して簡素化し、最適フードバック理論
に基づいて設定した制御ゲインは図１０に示すように一
定値となり、構造物１の制振効果を向上させるために制
御ゲインを増大すると、図１１に示すように無視した高
次振動モードによる振動や、サーボ弁１３の応答特性及
び作動油の圧縮性に起因する発振を生じる場合があり、
安定した制御特性が得られない場合があり、また、制御
ゲインが一定値であるために風力などによる非常に長周
期の外乱が構造物１に加わる場合には、図１２に示すよ
うに長周期の外乱に応答して付加マス２の変位が過大と
なり、地震等の外乱を減衰するための油圧シリンダ６の
有効ストロークが減少してしまうという問題点があるだ
けでなく、コントローラ３０に必要な状態量はすべて入
力しなければならず、変位センサあるいは状態変数設定
部３１が複雑化して装置の製造コストを増大させる一因
となっていた。
【００２４】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、構造物の高次振動モードによる振動及び作
動油の圧縮性あるいはサーボ弁の応答特性に起因する発
振を抑制するとともに、長周期の外乱による付加マスの
有効ストロークの減少を抑制しながらも製造コストの増
大を抑制可能な制振装置を提供することを目的とする。
れたもので、構造物の高次振動モードによる振動及び作
動油の圧縮性あるいはサーボ弁の応答特性に起因する発
振を抑制するとともに、長周期の外乱による付加マスの
有効ストロークの減少を抑制しながらも製造コストの増
大を抑制可能な制振装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１に示
すように、構造物の振動方向に運動可能な付加マス５６
と、サーボ弁を介して前記付加マス５６を駆動するアク
チュエータ５５と、構造物の振動に関する状態変数の状
態量を求める状態量検出手段５１と、最適レギュレータ
理論に基づいて予め設定した最適フィードバックゲイン
行列から制御入力を演算する制御入力演算手段５３と、
この制御入力により前記アクチュエータを駆動する手段
５４とを備えた制振装置において、構造物の絶対速度及
び構造物と付加マスの相対変位から、構造物の変位及び
速度、付加マスの相対変位及び相対速度を推定するカル
マンフィルタ５２を有し、カルマンフィルタで推定され
た前記状態量に応じて前記制御入力演算手段５３が前記
最適フィードバックゲイン行列に基づいて制御入力を演
算することで、構造物の１次振動モードの挙動を強調す
るように前記サーボ弁へ指令する。
すように、構造物の振動方向に運動可能な付加マス５６
と、サーボ弁を介して前記付加マス５６を駆動するアク
チュエータ５５と、構造物の振動に関する状態変数の状
態量を求める状態量検出手段５１と、最適レギュレータ
理論に基づいて予め設定した最適フィードバックゲイン
行列から制御入力を演算する制御入力演算手段５３と、
この制御入力により前記アクチュエータを駆動する手段
５４とを備えた制振装置において、構造物の絶対速度及
び構造物と付加マスの相対変位から、構造物の変位及び
速度、付加マスの相対変位及び相対速度を推定するカル
マンフィルタ５２を有し、カルマンフィルタで推定され
た前記状態量に応じて前記制御入力演算手段５３が前記
最適フィードバックゲイン行列に基づいて制御入力を演
算することで、構造物の１次振動モードの挙動を強調す
るように前記サーボ弁へ指令する。
【００２６】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記カルマンフィルタは、構造物の絶対速度、構
造物と付加マスの相対変位及び相対速度から、構造物の
変位及び速度、付加マスの相対変位及び相対速度を推定
する。
いて、前記カルマンフィルタは、構造物の絶対速度、構
造物と付加マスの相対変位及び相対速度から、構造物の
変位及び速度、付加マスの相対変位及び相対速度を推定
する。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【作用】したがって、第１の発明は、カルマンフィルタ
は予め内部に制御対象のモデルを備えて、実際の制御対
象に加わる外乱及びノイズを統計的にとらえ、状態量検
出手段から入力された状態量と内部モデルの状態量との
２乗誤差が最小となるように内部モデルを修正するよう
状態量を推定演算する。制御入力演算手段はこうして演
算された推定状態量と予め設定された最適フィードバッ
クゲイン行列とから制御入力を演算するとともに駆動手
段を介して付加マスを駆動するため、構造物の１次モー
ドの制振に必要な周波数領域の制御ゲインを強調するこ
とができる。
は予め内部に制御対象のモデルを備えて、実際の制御対
象に加わる外乱及びノイズを統計的にとらえ、状態量検
出手段から入力された状態量と内部モデルの状態量との
２乗誤差が最小となるように内部モデルを修正するよう
状態量を推定演算する。制御入力演算手段はこうして演
算された推定状態量と予め設定された最適フィードバッ
クゲイン行列とから制御入力を演算するとともに駆動手
段を介して付加マスを駆動するため、構造物の１次モー
ドの制振に必要な周波数領域の制御ゲインを強調するこ
とができる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【実施例】図２に本発明の実施例を示す。
【００３４】図２において、構造物１の最上部に配設さ
れた付加マス２は前記従来例の図７、図８と同様に構成
され、油圧ユニット９から供給された圧油に応じてアク
チュエータとしての油圧シリンダ６が付加マス２を駆動
するもので、同一のものに同一の図番を付して重複説明
を省略する。
れた付加マス２は前記従来例の図７、図８と同様に構成
され、油圧ユニット９から供給された圧油に応じてアク
チュエータとしての油圧シリンダ６が付加マス２を駆動
するもので、同一のものに同一の図番を付して重複説明
を省略する。
【００３５】構造物１の最上部には絶対速度ｖ1を検出
する速度センサ４と、構造物１と付加マス２の相対変位
ｘ2'を検出する変位センサ５が油圧シリンダ６に配設さ
れ、これら速度センサ４及び変位センサ５から状態量検
出手段が構成される。
する速度センサ４と、構造物１と付加マス２の相対変位
ｘ2'を検出する変位センサ５が油圧シリンダ６に配設さ
れ、これら速度センサ４及び変位センサ５から状態量検
出手段が構成される。
【００３６】速度センサ４及び変位センサ５からの状態
変数ｖ1、ｘ2'はそれぞれコントローラ３に入力され、
コントローラ３は状態量に応じて演算した制御入力ｕに
基づいてサーボ弁１３を駆動することで付加マス２が構
造物１に加わる振動を抑制する。
変数ｖ1、ｘ2'はそれぞれコントローラ３に入力され、
コントローラ３は状態量に応じて演算した制御入力ｕに
基づいてサーボ弁１３を駆動することで付加マス２が構
造物１に加わる振動を抑制する。
【００３７】このコントローラ３は２つの状態変数［絶
対速度ｖ1、相対変位ｘ2'］Tから構造物１の絶対変位ｘ
S1及び構造物１に対する付加マス２の相対速度ｖS2′を
推定するカルマンフィルタ３Ｂと、カルマンフィルタ３
Ｂで演算された推定状態量ＸSと予め設定された最適フ
ィードバックゲイン行列Ｋに基づく制御入力ｕを演算す
る最適レギュレータ３Ａとから構成される。
対速度ｖ1、相対変位ｘ2'］Tから構造物１の絶対変位ｘ
S1及び構造物１に対する付加マス２の相対速度ｖS2′を
推定するカルマンフィルタ３Ｂと、カルマンフィルタ３
Ｂで演算された推定状態量ＸSと予め設定された最適フ
ィードバックゲイン行列Ｋに基づく制御入力ｕを演算す
る最適レギュレータ３Ａとから構成される。
【００３８】ここで、カルマンフィルタ３Ｂは定常カル
マンフィルタ理論に基づいて演算を行うもので、この定
常カルマンフィルタ理論については前記周知例（「シス
テム制御理論入門」）の第１７３頁〜１７９頁において
周知のものであり、ここではその概略について説明す
る。
マンフィルタ理論に基づいて演算を行うもので、この定
常カルマンフィルタ理論については前記周知例（「シス
テム制御理論入門」）の第１７３頁〜１７９頁において
周知のものであり、ここではその概略について説明す
る。
【００３９】カルマンフィルタ３Ｂは制御対象のモデル
を内部に収装し、実際の制御対象に加わる外乱及びノイ
ズを統計的にとらえ、入力された状態量と内部モデルの
状態量との２乗誤差が最小となるように内部モデルを修
正するもので、このときカルマンフィルタ３Ｂの内部モ
デルから制御対象の状態量を推定演算するものである。
なお、推定状態量ＸSは推定絶対変位ｘS1、絶対速度ｖ
S1、相対変位ｘS2'、推定相対速度ｖS2'から構成され、
入力された既知の状態量から外乱が収束して充分に時間
が経過した後にｖS1＝ｖ1、ｘS2′＝ｘ2′となる。
を内部に収装し、実際の制御対象に加わる外乱及びノイ
ズを統計的にとらえ、入力された状態量と内部モデルの
状態量との２乗誤差が最小となるように内部モデルを修
正するもので、このときカルマンフィルタ３Ｂの内部モ
デルから制御対象の状態量を推定演算するものである。
なお、推定状態量ＸSは推定絶対変位ｘS1、絶対速度ｖ
S1、相対変位ｘS2'、推定相対速度ｖS2'から構成され、
入力された既知の状態量から外乱が収束して充分に時間
が経過した後にｖS1＝ｖ1、ｘS2′＝ｘ2′となる。
【００４０】カルマンフィルタ３Ｂにおける推定状態量
ＸSの演算は次式に基づいて行われる。
ＸSの演算は次式に基づいて行われる。
【００４１】
【数２】
【００４２】上記（５）式において、Ｌは後述するフィ
ルタゲイン行列で、Ａ、Ｂは前記従来例の（２）式と同
様の値を用い、Ｃは前記（３）式と同様にしてカルマン
フィルタ３Ｂへ入力される状態量が２つであることから
次式のようになる。
ルタゲイン行列で、Ａ、Ｂは前記従来例の（２）式と同
様の値を用い、Ｃは前記（３）式と同様にしてカルマン
フィルタ３Ｂへ入力される状態量が２つであることから
次式のようになる。
【００４３】
【数３】
【００４４】一方、フィルタゲイン行列Ｌは上記（６）
式から次式により演算される。
式から次式により演算される。
【００４５】Ｌ ＝ ＰLＣTＲL -1 …（７） ただし、ＲLは設計パラメータで、ＰLは次式に示す行列
方程式の解である。
方程式の解である。
【００４６】 ＰLＡT＋ＡＰ L−ＰLＣTＲL -1 ＣＰ L＋ＥＱLＥT ＝ ０ …（８） ここで、ＱLも設計パラメータであり、ＱL、ＲLはとも
にスカラ量で表される。
にスカラ量で表される。
【００４７】演算された推定状態変数ＸS（推定絶対変
位ｘS1、絶対速度ｖS1、相対変位ｘS2'、推定相対速度
ｖS2'）は最適レギュレ−タ３Ａへ入力されて、各状態
変数毎に前記従来例と同様にして最適レギュレータ理論
に基づいて予め設定された最適フィードバックゲイン行
列Ｋ＝〔ｆ1 ｆ2 ｆ3 ｆ4〕との演算が行われる。
位ｘS1、絶対速度ｖS1、相対変位ｘS2'、推定相対速度
ｖS2'）は最適レギュレ−タ３Ａへ入力されて、各状態
変数毎に前記従来例と同様にして最適レギュレータ理論
に基づいて予め設定された最適フィードバックゲイン行
列Ｋ＝〔ｆ1 ｆ2 ｆ3 ｆ4〕との演算が行われる。
【００４８】最適レギュレ−タ３Ａで演算されたフィー
ドバックゲイン行列Ｋは前記従来例に示した（１）式と
同様にして制御入力ｕを算出するとともにサーボ弁１３
に出力する。
ドバックゲイン行列Ｋは前記従来例に示した（１）式と
同様にして制御入力ｕを算出するとともにサーボ弁１３
に出力する。
【００４９】カルマンフィルタ３Ｂで推定された推定状
態量ＸSに基づいて最適レギュレ−タ３Ａから出力され
る制御入力ｕの制御特性は図３に示すようになる。
態量ＸSに基づいて最適レギュレ−タ３Ａから出力され
る制御入力ｕの制御特性は図３に示すようになる。
【００５０】図中構造物１の制振を行う振動周波数領域
である約０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚの１次振動モードで
は制御ゲインが強調されるのに対し、構造物１の高次振
動モードとしての約０．５〜２Ｈｚの高周波振動領域及
び作動油の圧縮性による約１０Ｈｚ以上の高周波域が減
衰されるとともに、風力の変動による長周期の振動領域
である約０．０１Ｈｚ近傍の低周波振動領域も減衰され
る。
である約０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚの１次振動モードで
は制御ゲインが強調されるのに対し、構造物１の高次振
動モードとしての約０．５〜２Ｈｚの高周波振動領域及
び作動油の圧縮性による約１０Ｈｚ以上の高周波域が減
衰されるとともに、風力の変動による長周期の振動領域
である約０．０１Ｈｚ近傍の低周波振動領域も減衰され
る。
【００５１】こうして、制振を行う１次振動モードに対
応する振動周波数領域での制御ゲインを強調する一方、
その他の振動周波数領域における制御ゲインを減衰した
制御特性を備えたコントローラ３による構造物１の制振
特性は図４に示すようになり、前記従来例に示した図１
１のように高次振動モードによる振動や、サーボ弁１３
の応答特性及び油圧シリンダ６の作動油の圧縮性に起因
する振動を抑制することができ、安定した制御特性を得
ることができるのである。
応する振動周波数領域での制御ゲインを強調する一方、
その他の振動周波数領域における制御ゲインを減衰した
制御特性を備えたコントローラ３による構造物１の制振
特性は図４に示すようになり、前記従来例に示した図１
１のように高次振動モードによる振動や、サーボ弁１３
の応答特性及び油圧シリンダ６の作動油の圧縮性に起因
する振動を抑制することができ、安定した制御特性を得
ることができるのである。
【００５２】また、構造物１に非常に長周期の外乱が加
わった場合には図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように構造物
１の微小な変位に応答することなく付加マス２はほぼ中
央位置を保持することができ、制振を行うべき地震等の
外乱を減衰するための油圧シリンダ６の有効ストローク
を確保することができ、周囲の外乱の影響を抑制して常
時制振性能を確保することができるのである。
わった場合には図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように構造物
１の微小な変位に応答することなく付加マス２はほぼ中
央位置を保持することができ、制振を行うべき地震等の
外乱を減衰するための油圧シリンダ６の有効ストローク
を確保することができ、周囲の外乱の影響を抑制して常
時制振性能を確保することができるのである。
【００５３】さらにコントローラ３は入力された２つの
状態量（構造物１の絶対速度ｖ1、付加マス２の相対変
位ｘ2'）から最適レギュレータ３Ａの演算に必要な４つ
の状態量を推定演算するカルマンフィルタ３Ｂを備えた
ため、変位センサ５あるいは速度センサ４等で構成され
る状態量検出手段の構成を簡易にすることができ、装置
の複雑化を抑制して信頼性を向上させるとともに、製造
コストの増大を抑制することができるのである。
状態量（構造物１の絶対速度ｖ1、付加マス２の相対変
位ｘ2'）から最適レギュレータ３Ａの演算に必要な４つ
の状態量を推定演算するカルマンフィルタ３Ｂを備えた
ため、変位センサ５あるいは速度センサ４等で構成され
る状態量検出手段の構成を簡易にすることができ、装置
の複雑化を抑制して信頼性を向上させるとともに、製造
コストの増大を抑制することができるのである。
【００５４】図６は他の実施例を示し、前記第１実施例
における付加マス２の構造物１に対する相対速度ｖ2′
を検出する速度センサ５Ｖを付加したもので、その他の
構成は前記第１実施例と同様である。
における付加マス２の構造物１に対する相対速度ｖ2′
を検出する速度センサ５Ｖを付加したもので、その他の
構成は前記第１実施例と同様である。
【００５５】この場合、カルマンフィルタ３Ｂで演算さ
れる推定状態量ＸSのうち外乱が収束して充分に時間が
経過した後には付加マス２の相対速度ｖS2′＝ｖ2′と
なり推定状態量ＸSの演算精度を向上させて制振性能を
向上させることができるのである。
れる推定状態量ＸSのうち外乱が収束して充分に時間が
経過した後には付加マス２の相対速度ｖS2′＝ｖ2′と
なり推定状態量ＸSの演算精度を向上させて制振性能を
向上させることができるのである。
【００５６】
【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、第１
の発明は、カルマンフィルタは予め内部に制御対象のモ
デルを備えて、実際の制御対象に加わる外乱及びノイズ
を統計的にとらえ、状態量検出手段から入力された状態
量と内部モデルの状態量との２乗誤差が最小となるよう
に内部モデルを修正するよう状態量を推定演算する。こ
うして演算された推定状態量に基づいて制御入力演算手
段は最適フィードバックゲイン行列に応じた制御入力を
演算し、駆動手段を介して付加マスを駆動するため、構
造物の１次モードの制振に必要な周波数領域の制御ゲイ
ンを強調することができ、構造物に加わる周囲の外乱ま
たは制御系の発振を抑制して安定した制御特性を得るこ
とができる。
の発明は、カルマンフィルタは予め内部に制御対象のモ
デルを備えて、実際の制御対象に加わる外乱及びノイズ
を統計的にとらえ、状態量検出手段から入力された状態
量と内部モデルの状態量との２乗誤差が最小となるよう
に内部モデルを修正するよう状態量を推定演算する。こ
うして演算された推定状態量に基づいて制御入力演算手
段は最適フィードバックゲイン行列に応じた制御入力を
演算し、駆動手段を介して付加マスを駆動するため、構
造物の１次モードの制振に必要な周波数領域の制御ゲイ
ンを強調することができ、構造物に加わる周囲の外乱ま
たは制御系の発振を抑制して安定した制御特性を得るこ
とができる。
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【図１】本発明のクレーム対応図である。
【図２】本発明の実施例を示す概略構成図である。
【図３】制御ゲインと周波数の関係を示す特性図であ
る。
る。
【図４】構造物の減衰特性を示す図である。
【図５】風などの外乱による構造物の変位と付加マスの
変位を示す図で、（Ａ）は付加マスの変位を、（Ｂ）は
構造物の変位を示す。
変位を示す図で、（Ａ）は付加マスの変位を、（Ｂ）は
構造物の変位を示す。
【図６】他の実施例を示す概略構成図である。
【図７】制振装置の側面を示す概略構成図である。
【図８】同じく平面図である
【図９】従来の制御モデルのブロック図である。
【図１０】従来の構造物の減衰特性を示す図である。
【図１１】構造物の減衰特性を示す図である。
【図１２】従来の風などの外乱による構造物の変位と付
加マスの変位を示す図で、（Ａ）は付加マスの変位を、
（Ｂ）は構造物の変位を示す。
加マスの変位を示す図で、（Ａ）は付加マスの変位を、
（Ｂ）は構造物の変位を示す。
１ 構造物 ２ 付加マス ３ コントローラ ３Ａ 最適レギュレータ ３Ｂ カルマンフィルタ ４ 速度センサ ５ 変位センサ ６ 油圧シリンダ ５１ 状態量検出手段 ５２ カルマンフィルタ ５３ 制御入力演算手段 ５４ 駆動手段 ５５ アクチュエータ ５６ 付加マス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−96580（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E04H 9/02 341
Claims (2)
- 【請求項１】構造物の振動方向に運動可能な付加マス
と、サーボ弁を介して前記 付加マスを駆動するアクチュエー
タと、 構造物の振動に関する状態変数の状態量を求める状態量
検出手段と、 最適レギュレータ理論に基づいて予め設定した最適フィ
ードバックゲイン行列から制御入力を演算する制御入力
演算手段と、 この制御入力により前記アクチュエータを駆動する手段
とを備えた制振装置において、構造物の絶対速度及び構造物と付加マスの相対変位か
ら、構造物の変位及び速度、付加マスの相対変位及び相
対速度を推定するカルマンフィルタを有し、 カルマンフィルタで推定された前記状態量に応じて前記
制御入力演算手段が前記最適フィードバックゲイン行列
に基づいて制御入力を演算することで、構造物の１次振
動モードの挙動を強調するように前記サーボ弁へ指令す
ることを特徴とする制振装置。 - 【請求項２】前記カルマンフィルタは、構造物の絶対速
度、構造物と付加マスの相対変位及び相対速度から、構
造物の変位及び速度、付加マスの相対変位及び相対速度
を推定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載
の制振装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08490894A JP3359976B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 制振装置 |
| US08/423,259 US5666770A (en) | 1994-04-22 | 1995-04-17 | Vibration damping equipment |
| ITMI950806A IT1273593B (it) | 1994-04-22 | 1995-04-20 | Apparecchiatura per smorzare vibrazioni |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08490894A JP3359976B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 制振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07293038A JPH07293038A (ja) | 1995-11-07 |
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Family
ID=13843841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08490894A Expired - Fee Related JP3359976B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 制振装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3359976B2 (ja) |
| IT (1) | IT1273593B (ja) |
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| US5983168A (en) * | 1998-03-23 | 1999-11-09 | Marquip, Inc. | Phase shift accommodation in active vibration damping system |
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| US6324794B1 (en) * | 1999-11-12 | 2001-12-04 | Enidine, Inc. | Device using compressible fluid as switchable fluid spring for shock and vibration isolation and mitigation |
| EP2327651B1 (de) * | 2009-11-30 | 2012-08-01 | Siemens Aktiengesellschaft | System zur Dämpfung einer Schwingung an einem Containerkran |
| EP2546185B1 (de) * | 2011-07-14 | 2014-03-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Schwingungsdämpfer |
| JP5955083B2 (ja) * | 2012-04-27 | 2016-07-20 | 日産自動車株式会社 | 能動型防振装置 |
| EP2706034B1 (de) * | 2012-09-10 | 2015-11-04 | Integrated Dynamics Engineering GmbH | Aktiver Tilger für tieffrequent schwingende Strukturen |
| JP6207063B2 (ja) * | 2013-08-23 | 2017-10-04 | 日産自動車株式会社 | 能動型防振装置及び能動型防振方法 |
| WO2021202987A1 (en) | 2020-04-03 | 2021-10-07 | Duplicent, Llc | Earthquake stabilization device |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH01207574A (ja) * | 1988-02-15 | 1989-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | 構造物の制振装置 |
| JP2668990B2 (ja) * | 1988-10-06 | 1997-10-27 | 石川島播磨重工業株式会社 | 構造物制振装置 |
| US5255764A (en) * | 1989-06-06 | 1993-10-26 | Takafumi Fujita | Active/passive damping apparatus |
| JPH086494B2 (ja) * | 1991-06-07 | 1996-01-24 | 鹿島建設株式会社 | 構造物の振動制御装置 |
| JP2546465B2 (ja) * | 1992-01-28 | 1996-10-23 | 鹿島建設株式会社 | 構造物の振動制御装置 |
| JPH05222863A (ja) * | 1992-02-14 | 1993-08-31 | Kajima Corp | 構造物の振動制御装置 |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP08490894A patent/JP3359976B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-04-17 US US08/423,259 patent/US5666770A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-04-20 IT ITMI950806A patent/IT1273593B/it active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5666770A (en) | 1997-09-16 |
| ITMI950806A0 (it) | 1995-04-20 |
| ITMI950806A1 (it) | 1996-10-20 |
| IT1273593B (it) | 1997-07-08 |
| JPH07293038A (ja) | 1995-11-07 |
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