JP3715037B2 - 水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置に関し、さらに詳細には、アクティブ・マス・ダンパ等の慣性力制御型制振装置や、振動台、起振器等に適用される技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高層建築物や、いわゆるペンシルビルのような構造物においては、構造物の上部に設置したマスに働く慣性力を利用して、地震、風等の外乱による振動を制御する制振装置、例えばアクティブ・マス・ダンパに代表される慣性力制御型制振装置が提案され、実施されている。
【0003】
従来、このような制振装置や、その他振動台、起振器等に適用される振動発生装置として、可動テーブルを上下2段の可動部によって構成し、ACサーボモータ等のアクチュエータの駆動により、水平二方向すなわち例えば上段可動部をX軸方向、下段可動部をY軸方向に加力するものが知られている。このような従来の装置において、可動テーブルをX、Y各軸方向に関し、各1台のアクチュエータで加力する構成が採用されている。これは、一般にはアクチュエータの駆動制御方式として、速度/変位制御方式が採用され、この場合1つの自由度に関して可動テーブルを複数のアクチュエータで加力しようとすると、装置の機械的性質やセンサ誤差の影響により、アクチュエータ間に相互作用(競り合い)が発生し、正常な駆動が困難となるからである。
【0004】
しかし、このような駆動方式では、図8に示すように、例えば、可動テーブルの上段可動部50がX軸方向に移動した状態で、下段可動部を加力することにより上段可動部50をY軸方向に移動させようとすると、上段及び下段を含めた可動部全体の重心GはG´に移動しているため、重心位置と推力FYの作用点との間でX軸方向にΔXだけの変位が生じ、水平面内のねじりモーメントMが発生する。
【0005】
このため、ガイドベアリングには、装置可動部の積載荷重による鉛直荷重の他に、水平面内のねじりモーメントを受けるため水平荷重も作用することとなり、その結果、ベアリング等の選定に際し、大きなサイズのものが必要となり、製作コストが高くならざるを得なかった。さらに、水平面内のねじりモーメントによりベアリングに作用する水平荷重は、その大きさや変動が装置の運動状態に依存して大きくなるなるため、設計時における装置寿命の推定などに困難があった。
【0006】
また、水平面内のねじりモーメントが発生すると、ベアリングに作用する荷重が変化するため、摩擦抵抗力が変化し、制御性能にも影響を及ぼすという問題も生じていた。しかも、この影響は装置の平面的な大きさに対する装置の有効ストロークの比が大きいほど、すなわちコンパクトな装置で大ストロークを実現しようとするほど顕著になり、機構設計における大きな問題点となっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
【0008】
この発明の目的は、装置の可動部に発生するねじりモーメントを消去することにより、べアリングに作用する負荷を小さくし、製作コストの低減、装置寿命の長期化を図り、また制御性能にすぐれた水平二方向可動装置の駆動制御方法及び制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
【0010】
すなわち、この発明は、互いに直交する水平な第1及び第2の方向に直線運動する可動部材と、この可動部材に推力を与えるための前記第1及び第2の方向についてそれぞれ複数台設けられたアクチュエータとを備えた水平二方向可動装置の駆動制御方法であって、
前記可動部材に与える第1及び第2の方向の必要全推力と、前記可動部材の前記第1及び第2の方向の変位とから、前記可動部材の重心回りの水平面内のモーメントの和が零となるような、前記アクチュエータの台数に応じた複数の分配推力を演算し、
この分配推力を発生するように前記各アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする水平二方向可動装置の駆動制御方法にある。
【0011】
またこの発明は、前記アクチュエータがサーボモータからなり、前記分配推力を発生するようにトルクを制御することを特徴とする水平二方向可動装置の駆動制御方法にある。
【0012】
さらにこの発明は、互いに直交する水平な第1及び第2の方向に直線運動する可動部材と、この可動部材に推力を与えるための前記第1及び第2の方向についてそれぞれ複数台設けられたアクチュエータとを備えた水平二方向可動装置の駆動制御装置であって、
前記可動部材に与える前記第1及び第2の方向の必要全推力指令を出力する手段と、
前記可動部材の前記第1及び第2の方向の変位を検出する手段と、
検出された変位と必要全推力とから、前記可動部材の重心回りの水平面内のモーメントの和が零となるような、前記アクチュエータの台数に応じた複数の分配推力を演算し、各アクチュエータに与える分配推力指令を出力する手段と
を備えてなることを特徴とする水平二方向可動装置の駆動制御装置にある。
【0013】
この発明によれば、第1及び第2の方向について複数台のアクチュエータで可動部材に推力を与え、その際、第1及び第2の方向の変位に応じて、可動部材の重心回りの水平面内のねじりモーメントの和が零となるように全推力を複数に分配して可動部材に与えるので、可動部に発生するねじりモーメントが消去され、ベアリングに作用する負荷が小さくなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を用いて以下に説明する。図1は、この発明による駆動制御方法及び駆動制御装置が適用可能な水平二方向可動装置の可動部支持ユニットを示す斜視図である。可動部支持ユニット1は、上側リニア軸受2及び下側リニア軸受3からなる2つのリニア軸受と、推力伝達機構4とを備えている。上側リニア軸受2及び下側リニア軸受3は互いに直交する水平二方向の相対直線運動を案内するためのものであり、それぞれ上側ガイドレール2a及び下側ガイドレール3aと、各ガイドレール2a、3aが装着される溝形の上側ガイドレール受け2b及び下側ガイドレール受け3bとを有してる。
【0015】
上側ガイドレール受け2b及び下側ガイドレール受け3bには、それぞれ上向き及び下向きの案内面2c、2dが形成され(図2参照)、上側ガイドレール2a及び下側ガイドレール3aは各案内面2c、2dに転動体保持器5を介して相対直線運動自在に装着されている。
【0016】
推力伝達機構4は上側ガイドレール受け2b及び下側ガイドレール受け3b間に固定されたボールナット6と、このボールナット6に螺着されたボールねじ7とからなっている。ボールねじ7は下側リニア軸受3と同方向に延び、したがって推力伝達機構4はボールねじ7の回転により下側リニア軸受3に相対直線運動を生じさせる。
【0017】
図3は上述の可動部支持ユニットを用いた水平二方向可動装置の全体を示す斜視図、図4は可動テーブルを除去した状態の平面図、図5は側面図である。
【0018】
可動部支持ユニット1は4基用いられ、そのうちの2基が可動部材である可動テーブル10をX軸方向(第1の方向)に駆動するためのものであり、他の2基が可動テーブル10をX軸方向と直交するY軸方向(第2の方向)に駆動するためのものであり、それぞれ符号に添字X、Yを付してある。
【0019】
X軸方向駆動用の可動部支持ユニット1X、1Xは、それらの下側リニア軸受3がX軸方向に沿って互いに平行となるように、すなわち推力伝達機構4がX軸方向の推力を伝達するように互いに間隔を置いてベースである基礎フレーム11上に配置され、下側ガイドレール3aが基礎フレーム11に固定されている。可動部支持ユニット1X、1Xのボールねじ7、7の両端は軸受ブラケット12によって支持され、これらのボールねじ7、7の一端にはカップリング13を介して第1、第2のX軸サーボモータ14、15が連結されている。
【0020】
同様に、Y軸方向駆動用の可動部支持ユニット1Y、1Yも、それらの下側リニア軸受3がY軸方向に沿って互いに平行となるように、すなわち推力伝達機構4がY軸方向の推力を伝達するように互いに間隔を置いて基礎フレーム11上に配置され、下側ガイドレール3aが基礎フレーム11に固定されている。可動部支持ユニット1Y、1Yのボールねじ7、7の両端は軸受16によって支持され、これらのボールねじ7、7の一端にはカップリング17を介して第1、第2のY軸サーボモータ18、19が連結されている。可動テーブル10のアクチュエータである第1、第2のX軸サーボモータ14、15及び第1、第2のY軸サーボモータ18、19は、X、Y各軸方向に関してそれぞれ対角位置に配置され、これらのサーボモータ14、15、18、19はこの実施の形態ではACサーボモータが用いられている。
【0021】
可動テーブル10は可動部支持ユニット1X、1X、1Y、1Y全体に亘ってそれらの上側ガイドレール2aに固定され、支持されている。可動テーブル10はX軸サーボモータ14、15及びY軸サーボモータ18、19の駆動により、可動部支持ユニット1X、1X、1Y、1Yを介して推力を与えられ、X、Y軸方向に運動する。すなわち、X軸サーボモータ14、15が駆動されると、可動部支持ユニット1X、1Xの各ボールねじ7が回転し、下側リニア軸受3にX軸方向の相対直線運動が生じる。これにより、可動テーブル10がX軸方向に直線運動し、その際、可動部支持ユニット1Y、1Yに関しては、上側リニア軸受2にX軸方向の相対直線運動が生じる。
【0022】
同様に、Y軸サーボモータ18、19が駆動されると、可動部支持ユニット1Y、1Yの各ボールねじ7が回転し、下側リニア軸受3にY軸方向の相対直線運動が生じる。これにより、可動テーブル10がY軸方向に直線運動し、その際、可動部支持ユニット1X、1Xに関しては、上側リニア軸受2にY軸方向の相対直線運動が生じる。
【0023】
図6は上記水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置を説明するためのブロック図である。制御装置20はフィードバック制御コントローラ21と、分配推力演算回路22とを備えている。水平二方向可動装置が例えば、制振装置として使用される場合、フィードバック制御コントローラ21は、建物の揺れに応じて設定される制御目標値と、加速度検出器等により検出されてフィードバックされる可動テーブル10の運動状態量との偏差に基づき、X軸方向の全推力FX及びY軸方向の全推力FYを算出し、各軸方向の全推力指令を出力する。これらの全推力指令は分配推力演算回路22に入力される。
【0024】
分配推力演算回路22は、X軸方向演算器23と、Y軸方向演算器24とからなっている。可動テーブル10にはX軸方向変位検出器25と、Y軸方向変位検出器26とが設けられている。変位検出器25、26の検出値ΔX、ΔYは、それぞれY軸方向演算器24及びX軸方向演算器23に入力される。各演算器23、24は全推力FX、FYと変位ΔX、ΔYとから、可動テーブル10の重心回りのねじりモーメントの和が零となるような、2つの分配推力をX軸方向及びY軸方向について演算する。
【0025】
ここで、分配推力の演算方法を図7を参照して説明する。装置中心と可動テーブル10の重心Gが一致した状態での、重心Gを原点とするX、Y座標を考える。可動テーブル10がX軸方向にΔX変位し、重心がG´に移動した状態で、可動テーブル10にY軸方向の全推力FYを与える場合、同方向の分配推力fY1、fY2は、次の条件式(1)、(2)により演算される。
【0026】
fY1+fY2=FY (1)
(ΔX−L)・fY2+(ΔX+L)・fY1=0 (2)
同様に、可動テーブル10がY軸方向にΔY変位した状態で、可動テーブル10にX軸方向の全推力FXを与える場合、同方向の分配推力fX1、fX2は、次の条件式(3)、(4)により演算される。
【0027】
fX1+fX2=FX (3)
(ΔY−L)・fX2+(ΔY+L)・fX1=0 (4)
上記各式において、LはX軸サーボモータ14、15及びY軸サーボモータ18、19の作用点のX、Y座標原点からのX、Y軸方向距離である。
【0028】
X軸方向演算器23及びY軸方向演算器24は、それぞれ分配推力fX1、fX2及び分配推力fY1、fY2に応じた分配推力指令を第1、第2X軸サーボモータ14、15及び第1、第2Y軸サーボモータ18、19に与え、可動テーブル10を加力する。この場合、各分配推力指令は各サーボモータにトルク指令として与えられ、各サーボモータの駆動トルクが制御される。
【0029】
このように、可動テーブル10には条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足するような分配推力が与えられるので、可動テーブル10に発生する水平面内のねじりモーメントが消去される。
【0030】
この発明による駆動制御方法及び駆動制御装置が適用される水平二方向可動装置は、上記実施の形態に限られるものではない。すなわち、上記実施の形態の水平二方向可動装置は、X、Y各軸方向について2台のアクチュエータが設けられているが、複数台であれば3台以上であっても、この発明による駆動制御方法及び駆動制御装置を適用することができ、台数に応じて各アクチュエータに分配推力を発生させることにより、可動テーブルの水平面内に発生するねじりモーメントを消去することができる。したがって、条件式(1)、(2)、(3)、(4)は、X、Y各軸方向について2台のアクチュエータが設けられた場合のものにすぎない。
【0031】
さらに、アクチュエータとしてはACサーボモータに限らず、DCサーボモータを用いてもよく、さらにサーボモータ以外の流体圧シリンダ等他のアクチュエータを用いてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、装置の可動部に発生するねじりモーメントが消去されるので、リニア軸受に作用する負荷が小さくなり、製作コストの低減、装置寿命の長期化を図ることができ、また制御性能にすぐれたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明による駆動制御方法法及び駆動制御装置が適用される水平二方向可動装置の可動部支持ユニットを示す斜視図である。
【図2】図2は同支持ユニットのガイドレール等を除去した状態の斜視図である。
【図3】図3はこの発明による駆動制御方法法及び駆動制御装置が適用される水平二方向可動装置を示す斜視図である。
【図4】図4は同装置の可動テーブルを除去した状態の平面図である。
【図5】図5は同装置の側面図である。
【図6】図5はこの発明による駆動制御方法及び駆動制御装置を説明するためのブロック図である。
【図7】図7は分配推力の演算方法を説明するための図である。
【図8】図8は従来の装置において発生するねじりモーメントを説明するための図である。
【符号の説明】
1…可動部支持ユニット
2…上側リニア軸受
2a…上側リニアガイドレール
2b…上側リニアガイドレール受け
3…下側リニア軸受
3a…下側リニアガイドレール
3b…下側リニアガイドレール受け
4…推力伝達機構
6…ボールナット
7…ボールねじ
10…可動テーブル
11…基礎フレーム
14…第1のX軸サーボモータ
15…第2のX軸サーボモータ
18…第1のY軸サーボモータ
19…第2のY軸サーボモータ
20…制御装置
21…フィードバック制御コントローラ
22…分配推力演算回路
23…X軸方向演算器
24…Y軸方向演算器
25…X軸方向変位検出器
26…Y軸方向変位検出器
Claims (3)
- 互いに直交する水平な第1及び第2の方向に直線運動する可動部材と、この可動部材に推力を与えるための前記第1及び第2の方向についてそれぞれ複数台設けられたアクチュエータとを備えた水平二方向可動装置の駆動制御方法であって、
前記可動部材に与える第1及び第2の方向の必要全推力と、前記可動部材の前記第1及び第2の方向の変位とから、前記可動部材の重心回りの水平面内のモーメントの和が零となるような、前記アクチュエータの台数に応じた複数の分配推力を演算し、
この分配推力を発生するように前記各アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする水平二方向可動装置の駆動制御方法。 - 前記アクチュエータがサーボモータからなり、前記分配推力を発生するようにトルクを制御することを特徴とする請求項1記載の水平二方向可動装置の駆動制御方法。
- 互いに直交する水平な第1及び第2の方向に直線運動する可動部材と、この可動部材に推力を与えるための前記第1及び第2の方向についてそれぞれ複数台設けられたアクチュエータとを備えた水平二方向可動装置の駆動制御装置であって、
前記可動部材に与える前記第1及び第2の方向の必要全推力指令を出力する手段と、
前記可動部材の前記第1及び第2の方向の変位を検出する手段と、
検出された変位と必要全推力とから、前記可動部材の重心回りの水平面内のモーメントの和が零となるような、前記アクチュエータの台数に応じた複数の分配推力を演算し、各アクチュエータに与える分配推力指令を出力する手段と
を備えてなることを特徴とする水平二方向可動装置の駆動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20915596A JP3715037B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20915596A JP3715037B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20915596A Expired - Lifetime JP3715037B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 水平二方向可動装置の駆動制御方法及び駆動制御装置 |
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- 1996-07-19 JP JP20915596A patent/JP3715037B2/ja not_active Expired - Lifetime
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