JP4056384B2 - アクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法に関し、特に、リニアガイドを摺動する補助質量を用いて制振対象を制振するときに利用されるアクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
補助質量の慣性を利用して制振対象の振動を抑制する制振装置が知られている。このような制振装置は、高層建造物に設置されて、その高層建造物が風、地震により振動することを抑制することに利用されている。その制振装置は、その補助質量の支持方式により振り子型制振装置と、スライド型制振装置とに区分される。振り子型制振装置は、補助質量がワイヤーにより振り子のようにぶら下げられて支持されている。スライド型制振装置は、リニアガイド（ボール摺動台）を備え、補助質量２は、リニアガイドが有する表面を摺動して水平面に平行に移動する。
【０００３】
スライド型制振装置は、振り子型制振装置と比較して、規模が小さく製造コストが安い点で好ましい。スライド型制振装置は、補助質量が運動するときの摩擦力が振り子型制振装置より大きく、その摩擦力が制振性能に影響を及ぼすことがある。摩擦の影響が小さいスライド型制振装置が望まれている。
【０００４】
特許第３１２９３３５号明細書には、機械的な摩擦により補助質量の動きが理想状態からずれた場合でも、理想状態と実際の動きとの誤差を修正してアクチュエータに力が作用し、制振効果が低減されることなく、アクティブダンパーを制御するダンパー制御装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１２９３３５号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、制振性能に与える補助質量の摩擦の影響がより小さいアクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、制振性能に与える補助質量の摩擦の影響がより小さく、かつ、騒音がより小さいアクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明によるアクティブダンパー制御装置（７）は、制振対象運動収集部（１１）と、補助質量運動収集部（１２）と、モデル部（１３）と、摩擦補償部（１４）と、コントローラ部（１５）とを備えている。制振対象運動収集部（１１）は、揺れセンサ（５）から制振対象（３）の運動を示す制振対象運動情報を収集する。補助質量運動収集部（１２）は、補助質量センサ（６）からリニアガイド（４）を摺動する補助質量（２）の運動を示す補助質量運動情報を収集する。コントローラ部（１５）は、制振対象運動情報と補助質量運動情報とに基づいて、制振対象（３）が振動しないような補助質量（２）の駆動力を算出する。モデル部（１３）は、制振対象運動情報と駆動力とに基づいて、補助質量（２）の運動を示す制振運動情報を算出する。摩擦補償部（１４）は、制振運動情報に基づいて、補助質量（２）を運動させる駆動力の補償値（摩擦補償力）を算出する。駆動部は、駆動力に対応する電気信号（１０）をアクチュエータ（８）に出力する。アクチュエータ（８）は、電気信号（１０）に応答して補助質量（２）に駆動力を与える。駆動力は、コントローラ部により示される駆動力と、補助質量（２）の速度（Ｖ）の向きに基づいて算出される摩擦補償力（Ｆ）との和である。摩擦補償力（Ｆ）の絶対値は、定数であることが好ましい。
【０００９】
摩擦補償力（Ｆ）の算出に用いられる補助質量（２）の速度（Ｖ）は、モデル部（１３）により生成される制振運動情報により示されていることが好ましい。
【００１０】
本発明による制振装置（１）は、リニアガイド（４）を摺動する補助質量（２）と、補助質量（２）を運動させるアクチュエータ（８）と、補助質量（２）の運動を測定する補助質量センサ（６）と、制振対象（３）の運動を測定する揺れセンサ（５）と、アクティブダンパー制御装置（７）とを備えている。アクティブダンパー制御装置（７）は、制振対象運動収集部（１１）と、補助質量運動収集部（１２）と、モデル部（１３）と、摩擦補償部（１４）と、コントローラ部（１５）とを備えている。制振対象運動収集部（１１）は、揺れセンサ（５）から制振対象（３）の運動を示す制振対象運動情報を収集する。補助質量運動収集部（１２）は、補助質量センサ（６）からリニアガイド（４）を摺動する補助質量（２）の運動を示す補助質量運動情報を収集する。コントローラ部（１５）は、制振対象運動情報と補助質量運動情報とに基づいて、制振対象（３）が振動しないような補助質量（２）の駆動力を算出する。モデル部（１３）は、制振対象運動情報と駆動力とに基づいて、補助質量（２）の運動を示す制振運動情報を算出する。摩擦補償部（１４）は、制振運動情報に基づいて、補助質量（２）を運動させる駆動力の補償値（摩擦補償力）を算出する。駆動部は、駆動力に対応する電気信号（１０）をアクチュエータ（８）に出力する。アクチュエータ（８）は、電気信号（１０）に応答して補助質量（２）に駆動力を与える。駆動力は、コントローラ部により示される駆動力と、補助質量（２）の速度（Ｖ）の向きに基づいて算出される摩擦補償力（Ｆ）との和である。摩擦補償力（Ｆ）の絶対値は、定数であることが好ましい。
【００１１】
摩擦補償力（Ｆ）の算出に用いられる補助質量（２）の速度（Ｖ）は、モデル部（１３）により生成される制振運動情報により示されていることが好ましい。
【００１２】
本発明によるアクティブダンパー制御方法は、揺れセンサ（５）から制振対象（３）の運動を示す制振対象運動情報を収集するステップと、リニアガイド（４）を摺動する補助質量（２）の運動を示す補助質量運動情報を収集するステップと、制振対象運動情報と補助質量運動情報とに基づいて、制振対象（３）が振動しないように補助質量（２）を運動させる駆動力を算出するステップと、制振対象運動情報と駆動力とに基づいて、補助質量（２）の運動を示す制振運動情報を算出するステップと、駆動力に対応する電気信号（１０）をアクチュエータ（８）に出力するステップとを備えている。アクチュエータ（８）は、電気信号（１０）に応答して補助質量（２）に駆動力を与え、駆動力は、コントローラ部により示される駆動力と、補助質量（２）の速度（Ｖ）の向きに基づいて算出される摩擦補償力（Ｆ）との和であり、摩擦補償力（Ｆ）の絶対値は、定数であることが好ましい。
【００１３】
摩擦補償力（Ｆ）の算出に用いられる補助質量（２）の速度（Ｖ）は、制振運動情報により示されていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明による制振装置の実施の形態を説明する。その制振装置１は、図１に示されているように、補助質量２がリニアガイド４により水平方向に平行移動可能に支持されている。リニアガイド４は、水平面に平行である表面を有し、補助質量２は、その表面を摺動して移動する。リニアガイド４は、制振対象である高層建造物３に同体に接合されている。制振装置１は、さらに、揺れセンサ５、補助質量センサ６を備えている。揺れセンサ５は、高層建造物３の運動を測定し、すなわち、高層建造物３の質点の地面に対する変位と速度とを測定している。補助質量センサ６は、補助質量２の運動を測定し、すなわち、補助質量２の質点のリニアガイド４に対する変位と速度とを測定している。
【００１５】
制振装置１は、さらに、アクティブダンパー制御装置７とアクチュエータ８とを備えている。揺れセンサ５は、高層建造物３の運動を示す電気信号９−１をアクティブダンパー制御装置７に出力する。補助質量センサ６は、補助質量２の運動を示す電気信号９−２をアクティブダンパー制御装置７に出力する。アクティブダンパー制御装置７は、パーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。アクティブダンパー制御装置７は、電気信号９−１、９−２に基づいて、補助質量２に加える駆動力を示す電気信号１０をアクチュエータ８に出力する。
【００１６】
アクチュエータ８は、図示されていない固定部分と可動部分とを備えている。その固定部分は、リニアガイド４に対して同体に接合され、その可動部分は、補助質量２に同体に接合されている。アクチュエータ８は、電気信号１０を固定部分に対する可動部分の運動に変換して、補助質量２に駆動力を与えて補助質量２を１方向に平行に運動させる。このようなアクチュエータ８としては、サーボモータが例示される。このようなアクチュエータ８は、制振装置１に２台が設置され、補助質量２を動かす方向が水平面に平行であり互いに垂直である。
【００１７】
図２は、アクティブダンパー制御装置７を詳細に示している。アクティブダンパー制御装置７は、コンピュータプログラムである制振対象運動収集部１１、補助質量運動収集部１２、振り子モデル部１３、摩擦補償部１４およびサーボコントローラ部１５を備えている。
【００１８】
制振対象運動収集部１１は、揺れセンサ５から高層建造物３の質点の地面に対する変位と速度とを収集する。補助質量運動収集部１２は、補助質量センサ６から補助質量２の質点のリニアガイド４に対する変位と速度とを収集する。
【００１９】
サーボコントローラ部１５は、高層建造物３の運動と補助質量２の運動とに基づいて、高層建造物３の振動を抑制するようなアクチュエータの駆動力を算出する。振り子モデル部１３は、高層建造物３の運動と駆動力とに基づいて、補助質量２の運動を算出する。このような補助質量２の運動は、補助質量２の質点のリニアガイド４に対する変位と速度とから表現されている。このような補助質量２の運動を導出する方法は、公知である。
【００２０】
摩擦補償部１４は、補助質量２が振り子モデル部１３により算出された運動をするときに、補助質量２とリニアガイド４との摩擦に対向する力である摩擦補償力を算出する。摩擦補償部１４は、さらに、その摩擦補償力とコントローラによる駆動力とを加算して、最終的な駆動力を算出する。
【００２１】
サーボコントローラ部１５は、その駆動力に基づいて電気信号１０を生成し、その電気信号１０をアクチュエータ８に出力することによりアクチュエータ８に電力を供給する。電気信号１０は、その駆動力に対応しており、電流の向きと大きさとが駆動力にともなって変化する。アクチュエータ８は、サーボモータであるときに、可動部分である軸の回転の方向とトルクとが電気信号１０に基づいて変化し、補助質量２を運動させる。
【００２２】
図３は、振り子モデル部１３により算出される補助質量２の速度と摩擦補償部１４により算出される摩擦補償ゲインとの関係を示している。速度Ｖは、絶対値が補助質量２の動く速さを示し、符号が補助質量２の動く方向を示している。すなわち、速度Ｖは、負であるときに、正であるときと反対方向に移動していることを示している。その摩擦補償力２１は、その速度Ｖの関数であり、速度Ｖが正であるときに所定の正の値を示し、速度Ｖが負であるときに所定の正の値を示している。速度Ｖが負であるときの摩擦補償力２１の絶対値は、速度Ｖが正であるときの摩擦補償力２１の絶対値に一致している。
【００２３】
本発明によるアクティブダンパー制御方法の実施の形態は、アクティブダンパー制御装置７により実行される。高層建造物３は、制振装置１が動作していないときに、風、地震に例示される自然現象により振動する。アクティブダンパー制御装置７は、高層建造物３の運動を監視し、補助質量２の運動を監視している。アクティブダンパー制御装置７は、高層建造物３の運動と補助質量２の運動とに基づいて、高層建造物３の振動を抑制するようなアクチュエータの駆動力を算出する。
【００２４】
アクティブダンパー制御装置７は、次いで、補助質量２が高層建造物３の振動を抑制するような運動をするときに、補助質量２とリニアガイド４との摩擦に対向する力である摩擦補償力を算出する。アクティブダンパー制御装置７は、その摩擦補償力と駆動力に基づいて電気信号１０を生成し、その電気信号１０をアクチュエータ８に出力する。アクチュエータ８は、電気信号１０に対応する駆動力を補助質量２に与えて、補助質量２を運動させる。
【００２５】
アクティブダンパー制御装置７は、高層建造物３の運動と補助質量２の運動とに基づいて補助質量２を運動させるこのような動作を周期的に繰り返す。
【００２６】
本発明によるアクティブダンパー制御方法によれば、補助質量２が算出された運動から摩擦によりずれることが防止され、制振性能に与える補助質量２の摩擦の影響をより小さくすることができる。
【００２７】
特許第３１２９３３５号明細書に開示されているダンパー制御装置は、摩擦により補助質量の動きが理想状態からずれた場合に、フィードバック制御を用いて、そのずれを修正するように補助質量に摩擦補償ゲインをさらに加えて理想状態に近づけている。このようなダンパー制御装置では、摩擦力が大きいときに、理想状態からのずれが大きくなり、従ってその摩擦補償ゲインを大きくとる必要がある。このとき、フィードバック制御は振動的になり、その補助質量を運動させるアクチュエータは、騒音が大きくなる。本発明によるアクティブダンパー制御方法によれば、理想状態からのずれが特許第３１２９３３５号明細書に開示されているダンパー制御装置より低減され、アクチュエータ８の騒音を低減させることができる。
【００２８】
実測された補助質量２の速度は、補助質量２のブレや測定のノイズにより、符号が多く切り換わることがある。本発明によるアクティブダンパー制御方法によれば、その切り換わりによる摩擦補償ゲインの符号に切り換わりが少なく、必要以上に駆動力が変化することがない。このため、本発明によるアクティブダンパー制御方法によれば、アクチュエータ８の動作の変化が少なく、騒音が低減される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によるアクティブダンパー制御装置、制振装置及びアクティブダンパー制御方法は、制振性能に与える補助質量の摩擦の影響をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による制振装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明によるアクティブダンパー制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図３は、アクティブダンパーの速度Ｖと摩擦補償ゲインＦとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ：制振装置
２ ：補助質量
３ ：高層建造物
４ ：リニアガイド
５ ：揺れセンサ
６ ：補助質量センサ
７ ：アクティブダンパー制御装置
８ ：アクチュエータ
９−１，９−２：電気信号
１０：電気信号
１１：制振対象運動収集部
１２：補助質量運動収集部
１３：振り子モデル部
１４：摩擦補償部
１５：サーボコントローラ部

Claims (3)

1. 揺れセンサから制振対象の運動を示す制振対象運動情報を収集する制振対象運動収集部と、
   補助質量センサから前記制振対象に対して運動する補助質量の運動を示す補助質量運動情報を収集する補助質量運動収集部と、
   前記制振対象運動情報と前記補助質量運動情報とに基づいて、前記制振対象が振動しないように運動する補助質量モデルの制振運動を算出するモデル部と、
   前記補助質量モデルの速度の向きに基づいて摩擦補償力を算出する摩擦補償部と、
   前記補助質量に実機駆動力を与えるようにアクチュエータを制御する駆動部とを具備し、
   前記実機駆動力は、前記補助質量モデルに前記制振運動をさせることに必要であるモデル駆動力と、前記摩擦補償力との合力であり、
   前記摩擦補償力の絶対値は、定数である
   アクティブダンパー制御装置。
2. 制振対象に対して運動する補助質量と、
   前記補助質量を運動させるアクチュエータと、
   前記補助質量の運動を測定する補助質量センサと、
   前記制振対象の運動を測定する揺れセンサと、
   アクティブダンパー制御装置とを具備し、
   前記アクティブダンパー制御装置は、
   前記揺れセンサから前記制振対象の運動を示す制振対象運動情報を収集する制振対象運動収集部と、
   前記補助質量センサから前記補助質量の運動を示す補助質量運動情報を収集する補助質量運動収集部と、
   前記制振対象運動情報と前記補助質量運動情報とに基づいて、前記制振対象が振動しないように運動する補助質量モデルの制振運動を算出するモデル部と、
   前記補助質量モデルの速度の向きに基づいて摩擦補償力を算出する摩擦補償部と、
   前記補助質量に実機駆動力を与えるように前記アクチュエータを制御する駆動部とを具備し、
   前記実機駆動力は、前記補助質量モデルに前記制振運動をさせることに必要であるモデル駆動力と、前記摩擦補償力との合力であり、
   前記摩擦補償力の絶対値は、定数である
   制振装置。
3. 揺れセンサから制振対象の運動を示す制振対象運動情報を収集するステップと、
   補助質量センサから前記制振対象に対して運動する補助質量の運動を示す補助質量運動情報を収集するステップと、
   前記制振対象運動情報と前記補助質量運動情報とに基づいて、前記制振対象が振動しないように運動する補助質量モデルの制振運動を算出するステップと、
   前記補助質量モデルの速度の向きに基づいて摩擦補償力を算出するステップと、
   前記補助質量に実機駆動力を与えるようにアクチュエータを制御するステップとを具備し、
   前記実機駆動力は、前記補助質量モデルに前記制振運動をさせるときに必要であるモデル駆動力と、前記摩擦補償力との合力であり、
   前記摩擦補償力の絶対値は、定数である
   アクティブダンパー制御方法。

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