JP4705653B2 - Vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、制振装置に関し、特に、建築物、施設等に共振周波数とは異なる周波数の振動が発生した場合に有効な制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device, and more particularly to a vibration damping device that is effective when vibration having a frequency different from a resonance frequency occurs in a building, a facility, or the like.
構造物振動に対する制振装置のうち、固有振動に対する装置は、一般的な制振装置として、その方式、形式とも多様なものが提案されている。例えば、TMD(Tuned Mass Damper)、それに制御力を加えるアクティブ装置が実用・製品化されている。
広く実用化されている構造物用制振装置は、対象構造の固有振動に同調して装置が振動することで、構造物振動特性における共振倍率を低減するのと等価な効果を生じる。一方、実用化されている構造物用制振装置は、固有振動数から外れた強制振動に対しては、効果を発揮しない。
Among vibration damping devices for structural vibrations, devices for natural vibration have been proposed as various types and types as general vibration damping devices. For example, TMD (Tuned Mass Damper) and active devices that apply control force to it are put into practical use and commercialized.
The structural vibration damping device that is widely put into practical use produces an effect equivalent to reducing the resonance magnification in the structural vibration characteristics by vibrating the device in synchronization with the natural vibration of the target structure. On the other hand, a structural vibration damping device that has been put into practical use is not effective for forced vibrations that deviate from the natural frequency.
そこで、たとえば特許文献1において、強制振動に対する制振装置が提案されている。
特許文献1は、振動源に近接して設置される制振装置が、振動センサ、位相抽出手段および周波数抽出手段を作動させると、振動センサにより検出された振動源の振動から、位相抽出手段および周波数抽出手段により、その振動の位相および周波数が抽出される。そして、制御装置の作動によって加振機の周波数および位相が調節されて加振機が作動させられる。加振機は振動系に取り付けられているので、加振機の作動により、その振動が振動系に伝達されて、質量要素が上下方向に振動させられることになる。
特許文献1は、振動源の振動周波数が所定範囲に限られていることを前提に、振動系の共振周波数を振動源の振動周波数の略範囲内に設定しているので、加振機の周波数が振動系の共振周波数に近づくと、振動系は大きく振動し、加振機の振動周波数と一致した大きな加振力(慣性力)を発生する。加振機の振動は振動源の振動の周波数と同一で、かつ、振動源の振動と振動系の振動が逆の位相になるよう調節するので、振動系は強大な加振力を振動源の振動とは逆の位相で設置面に加えることになる。その結果、加振機により発生する比較的小さな加振力により振動系を大きく振動させることで、大きな加振力を発生することが可能となり、振動源の振動が制振され、周辺に振動が伝播することが防止されることになる。
Thus, for example,
In
特許文献1の制振装置は、固有振動数を振動源の振動周波数と一致させている。そのために、強制振動に対して振動系の固有振動は逆位相とならない。しかるに、特許文献1は位相の調整を行いながら加振するが、振動源の振動とは逆の位相に正確に制御するのは容易ではないので、十分な制振効果が得られない場合がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、位相制御を行うことなく、強制振動を低減できる制振装置を提供することを目的とする。
In the vibration damping device of
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a vibration damping device capable of reducing forced vibration without performing phase control.
本発明に言及するにあたり、図1に基づいて、構造物の固有振動に対する制振機構を説明する。
図1の上段に示すように構造物固有振動数の外乱が入力され、構造物固有振動数と同じ固有振動数を有する対策装置を設置した場合、外乱により構造物が揺らされる。この揺れは共振なので、90°位相が遅れ、図1の中段に示すように、構造物応答変位は外乱に対して90°遅れる。このとき、構造物応答変位に対して、構造物応答加速度は180°進む。構造物応答加速度がαのとき、構造物上に設置され、構造物が揺れることで揺らされる対策装置には、−mαの慣性力が作用している状態と考えることができる。ここで、mは対策装置可動振動体の質量である。
固有振動に対する対策装置は、構造物固有振動数と同じ固有振動数になるように調整されているので、−mαの力を受けた場合、対策装置の応答変位は、−mαに対して90°遅れる(図1の下段)。このとき対策装置応答変位に対して、対策装置応答加速度は180°進む。
対策装置は、構造物応答に90°遅れる形で動くので、構造物の減衰効果として働く。あるいは、考え方を変えると、対策装置の応答加速度によって生じる装置慣性力−mβ(ここで、βは対策装置応答加速度)が構造物に入力され、この、装置慣性力により外乱がキャンセルされる。
In referring to the present invention, a damping mechanism for the natural vibration of a structure will be described with reference to FIG.
As shown in the upper part of FIG. 1, when a disturbance having a natural frequency of a structure is input and a countermeasure device having the same natural frequency as the natural frequency of the structure is installed, the structure is shaken by the disturbance. Since this vibration is resonant, the phase is delayed by 90 °, and the structure response displacement is delayed by 90 ° with respect to the disturbance as shown in the middle part of FIG. At this time, the structure response acceleration advances by 180 ° with respect to the structure response displacement. When the structure response acceleration is α, it can be considered that an inertial force of −mα is applied to a countermeasure device that is installed on the structure and is shaken when the structure is shaken. Here, m is the mass of the countermeasure device movable vibrator.
Since the countermeasure device for the natural vibration is adjusted to have the same natural frequency as the structure natural frequency, the response displacement of the countermeasure device is 90 ° with respect to −mα when a force of −mα is applied. Delayed (lower part of Fig. 1). At this time, the countermeasure device response acceleration advances by 180 ° with respect to the countermeasure device response displacement.
Since the countermeasure device moves by 90 ° behind the structure response, it acts as a structure damping effect. Alternatively, when the way of thinking is changed, a device inertia force −mβ (where β is a response device response acceleration) generated by the response acceleration of the countermeasure device is input to the structure, and the disturbance is canceled by the device inertia force.
次に、図2の上段に示すように、構造物固有振動数以外の外乱が入力された場合、構造物は強制振動数と同じ振動数で揺らされる。この揺れは共振ではないので、図2の中段に示すように、外乱に対する構造物応答変位の位相遅れは90°とはならない。そして、構造物の揺れに伴って対策装置が揺らされる。特許文献1のように対策装置の固有振動数を振動源の振動周波数と一致させている場合、この揺れは共振となり、対策装置応答変位の位相は、構造物応答から90°遅れる。対策装置は構造物応答に90°遅れる形で動くので、構造物の減衰効果として働く。
Next, as shown in the upper part of FIG. 2, when a disturbance other than the natural frequency of the structure is input, the structure is shaken at the same frequency as the forced frequency. Since this fluctuation is not resonance, the phase delay of the structure response displacement with respect to the disturbance is not 90 ° as shown in the middle part of FIG. And a countermeasure apparatus is shaken with the shake of a structure. When the natural frequency of the countermeasure device is made to coincide with the vibration frequency of the vibration source as in
図3は、本発明の概念を示す図である。上段、中段のグラフは、図2と同じである。つまり、本発明においても、構造物固有振動数以外の外乱が入力された場合、構造物は強制振動数と同じ振動数で揺らされるが、この揺れは共振ではないので、構造物応答変位の位相遅れは90°ではなく、例えば、45°遅れるものとする。本発明では、構造物応答に対する対策装置の位相遅れを135°となるように、対策装置の固有振動数を調整する。そうすると、外乱に対する対策装置の位相遅れが180°となる。結果的に、対策装置応答が、外乱に対して180°遅れる形で動く。対策装置応答変位は、構造物へ与えられる対策力と同じ動きであるので、対策装置の動きによって、外乱をキャンセルする効果を発揮する。 FIG. 3 is a diagram showing the concept of the present invention. The upper and middle graphs are the same as in FIG. In other words, even in the present invention, when a disturbance other than the natural frequency of the structure is input, the structure is shaken at the same frequency as the forced frequency, but since this fluctuation is not a resonance, the phase of the structure response displacement The delay is not 90 °, for example, 45 °. In the present invention, the natural frequency of the countermeasure device is adjusted so that the phase delay of the countermeasure device with respect to the structure response is 135 °. If it does so, the phase delay of the countermeasure apparatus with respect to a disturbance will be 180 degrees. As a result, the countermeasure device response moves with a 180 ° delay with respect to the disturbance. Since the countermeasure device response displacement is the same movement as the countermeasure force applied to the structure, the effect of canceling the disturbance is exhibited by the movement of the countermeasure device.
すなわち本発明の制振装置は、強制振動が加わる対象構造物に近接して配置され、対象構造物に生じた振動を制振する装置であって、所定方向への変位が許容される振動体と振動体を駆動する駆動手段とを含む対策装置と、強制振動による対象構造物の振動を抑制するように駆動手段の動作を制御するコントローラと、を備え、振動体は、強制振動の位相よりも、強制振動による振動体の振動の位相が180°±10°の範囲で遅れるようにその固有振動数が設定されていることを特徴とする。
本発明の制振装置は、対策装置が駆動されていない状態(パッシブ状態)であっても、対策装置は、強制振動の位相よりも、強制振動による対策装置の振動の位相が180°±10°の範囲で遅れるようにその固有振動数が設定されているので、強制振動をキャンセルする機能を有する。実際に、対策装置を機能させる場合には、位相の調整を行うことなく、対策装置の振動を増幅させる条件を設定すればよい。
That is, the vibration damping device of the present invention is a device that is disposed in the vicinity of a target structure to which forced vibration is applied and that suppresses vibration generated in the target structure, and is a vibrating body that is allowed to be displaced in a predetermined direction. And a controller for controlling the operation of the driving means so as to suppress the vibration of the target structure due to the forced vibration, and the vibrating body is based on the phase of the forced vibration. The characteristic frequency is set such that the phase of vibration of the vibrating body due to forced vibration is delayed within a range of 180 ° ± 10 °.
Even if the damping device of the present invention is in a state where the countermeasure device is not driven (passive state), the countermeasure device has a phase of vibration of the countermeasure device due to forced vibration of 180 ° ± 10 rather than the phase of forced vibration. Since its natural frequency is set so as to be delayed within a range of °, it has a function of canceling forced vibration. Actually, when the countermeasure device functions, it is only necessary to set conditions for amplifying the vibration of the countermeasure device without adjusting the phase.
本発明の制振装置において、対象構造物又は対策装置の振動又は変位を検出するセンサを備え、コントローラは、振動又は変位に関する情報に基づき、駆動手段を制御することができる。例えば、強制振動が加えられている対象構造物の変位を検出し、この変位に関する情報から強制振動の振幅を求め、この振幅に一致する振幅が得られるように上記した増幅の条件で対策装置の振動体を駆動すれば、強制振動による対象構造物の揺れを抑えることができる。 The vibration damping device of the present invention includes a sensor that detects vibration or displacement of the target structure or the countermeasure device, and the controller can control the driving unit based on information on the vibration or displacement. For example, the displacement of the target structure to which the forced vibration is applied is detected, the amplitude of the forced vibration is obtained from the information related to the displacement, and the countermeasure device is operated under the amplification conditions described above so that an amplitude matching the amplitude is obtained. If the vibrating body is driven, the vibration of the target structure due to forced vibration can be suppressed.
本発明によれば、位相制御を行うことなく、強制振動を低減できる制振装置が提供される。しかも、この制振装置は、パッシブ状態であっても、強制振動を低減することができる。制振装置を駆動する際には、位相の調整を行うことなく、対策装置の振動を増幅させる条件を設定すればよいので、駆動装置の制御が容易である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the damping device which can reduce forced vibration, without performing phase control is provided. Moreover, this vibration damping device can reduce forced vibration even in a passive state. When driving the vibration damping device, it is only necessary to set conditions for amplifying the vibration of the countermeasure device without adjusting the phase, so that the drive device can be controlled easily.
<第1実施形態>
以下、添付する図4〜図8に示す第1実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る制振装置10は、外乱として強制振動が加わる対象構造物(例えば、ドーム球場、コンサートホール)に近接して配置されるものであり、対策装置20と、コントローラ30と、対象構造物振動センサ40aと、対策装置振動センサ40bとを備えている。なお、本実施の形態において、外乱としての強制振動の周波数は既知であり、かつ一定なものとする。「縦ノリ」の場合、その周波数は2〜3Hzである。
対策装置20は、所定の質量を有する振動体21と、振動体21の可動方向を規定する板ばね22とを振動系の構成要素として有している。各板ばね22は、その一端部が、設置面A上に設置された断面コ字状の架台23に固定される。また、各板ばね22は、他端部が、振動体21の上下両端部に固定されている。したがって、振動体21は、図4に矢印で示すように上下(鉛直)方向には変位可能であるが、左右(水平)方向の変位は規制される。なお、板ばね22の枚数を変更することにより、対策装置20の固有振動数を調整することができる。
<First Embodiment>
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on a first embodiment shown in FIGS.
The
The
架台23と振動体21の間には、アクチュエータ25が配置されている。アクチュエータ25は、コントローラ30からの指令により、振動体21を上下方向に駆動する。アクチュエータ25は、振動体21を上下方向に駆動するものであれば形態は問われないが、例えば、電磁コイルと永久磁石の組合せからなるVCM(Voice Coil Motor)を用いることができる。
架台23と振動体21の間には、コイルばね24が配置されている。このコイルばね24は、振動体21の重量により圧縮されることにより、振動体21を支持している。そして、振動体21が上下方向に変位すると、その変位量に応じた力を振動体21に加えるようになっている。
An
A
このような対策装置20において、強制振動の位相よりも、強制振動による振動体21の振動の位相が180°遅れるように振動体21の固有振動数が設定されている。これは、対象構造物について加えられる強制振動を計測し、上記固有振動数となるように、振動体21の質量、板ばね22のばね定数を調整することにより調整することができる。なお、本実施形態では、最も好ましい位相遅れの値として180°の例を示しているが、位相の遅れが180°±10°の範囲であれば、位相制御を行うことなく、強制振動を相当程度低減できる。位相の遅れは、180°±3°の範囲とすることが好ましく、180°±3°の範囲とすることがより好ましく、180°とするのが最も好ましい。
In the
図5に示すように、コントローラ30は、FFT(高速フーリエ変換)器31、強制振動対策コントローラ32を含んでいる。高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)とは、周知のように、離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform,DFT)を計算機上で高速に計算するアルゴリズムである。
コントローラ30は、対象構造物に設置された対象構造物振動センサ40aから、対象構造物の変位、速度を含む振動情報を入手する。この振動情報は、対策装置20の振動による振動情報を含んでいる。また、コントローラ30は、対策装置20に設置された対策装置振動センサ40bから、対策装置20の変位、速度を含む振動情報を入手する。
コントローラ30は、対象構造物振動センサ40aから取得した振動情報を、FFT処理することにより、強制振動成分と固有振動成分を抽出することができる。ここで、強制振動成分については、応答振幅が最も大きい周波数を抽出する。この強制振動成分を、本発明では、主要な強制振動成分と定義する。
As shown in FIG. 5, the
The
The
図6に、FFT処理を行った結果の事例を示す。図6において、周波数f1が主要な強制振動成分、f2が固有振動成分に対応している。f1(主要な強制振動成分)、f2(固有振動成分)自体は、対象構造物について予め求められている既知の情報である。図6に示すように、主要な強制振動成分について応答振幅がA1(m)、応答位相がB1(deg)であること、固有振動成分について応答振幅がA2(m)、応答位相がB2(deg)であることをFFT処理により抽出することができる。なお、ここではf1、f2を特定の値として示しているが、本発明においては、範囲を有する周波数帯域としてf1、f2を扱うこともできる。 FIG. 6 shows an example of the result of performing the FFT process. In FIG. 6, the frequency f1 corresponds to the main forced vibration component, and f2 corresponds to the natural vibration component. The f1 (main forced vibration component) and f2 (natural vibration component) themselves are known information obtained in advance for the target structure. As shown in FIG. 6, the response amplitude is A1 (m) and the response phase is B1 (deg) for the main forced vibration component, the response amplitude is A2 (m) and the response phase is B2 (deg) for the natural vibration component. ) Can be extracted by FFT processing. Here, f1 and f2 are shown as specific values, but in the present invention, f1 and f2 can be handled as frequency bands having a range.
強制振動対策コントローラ32は、FFT処理で得られた主要な強制振動成分に基づいて、対策装置20に対する制御指令を生成する。コントローラ30は、強制振動対策コントローラ32で生成された制御指令を、対策装置20のアクチュエータ25に向けて出力する。
The forced
次に、図7を参照して、制振装置10の動作手順を説明する。
例えば、コンサートにおいて縦ノリが生じた場合、コントローラ30は、対象構造物振動センサ40aを介して対象構造物の応答(振動情報)を計測する(S101)。次いで、コントローラ30は対象構造物振動センサ40aから振動情報を取得し、FFT器31は取得した振動情報をFFT処理することにより、周波数分析を行う(S103)。この結果は、例えば図6に示した通りである。
コントローラ30は、FFT処理の結果を参照して、主要な強制振動成分を抽出する(S105)。主要な強制振動成分は強制振動対策コントローラ32に送られる。
Next, the operation procedure of the
For example, when a vertical slack occurs in a concert, the
The
強制振動対策コントローラ32は、主要な強制振動成分について、例えば、周波数f1(Hz)で、振幅がA1(m)、位相がB1(deg)であることを特定する(S107)。強制振動対策コントローラ32は、この主要な強制振動成分から、外乱を逆算により求める。外乱とは、例えば前述したように、「縦ノリ」をいう。外乱を逆算により求めるために、強制振動対策コントローラ32は、例えば図8に示す形態のテーブルを保持している。図8に示すテーブルは、対象構造物の振動周波数ごとの振幅比(m/N)を記述したものである。図8において、例えば、周波数f1のとき、1Nの外乱が入力されたときの振幅がa1(m)であることを意味している。対象構造物の振動周波数ごとの振幅比(m/N)は、対象構造物に対して予め計算により求めておき、強制振動対策コントローラ32のメモリ装置に記憶させておけばよい。
The forced
強制振動対策コントローラ32は、主要な強制振動成分(周波数:f1(Hz)、振幅:A1(m))を特定した後、前述したテーブルを参照することにより、外乱を逆算して求める(S109)。主要な強制振動成分が、周波数:f1(Hz)、振幅:A1(m)の場合、外乱振幅はA1/a1(N)として求められる。
次に、強制振動対策コントローラ32は、逆算することにより求められた外乱を打ち消すための対策力を設定する(S111)。そのために、強制振動対策コントローラ32は、対策装置振動センサ40bにより得られた対策装置20の挙動(変位)を計測し(S113)、その挙動を増幅することで、外乱振幅と同じ振幅の対策力を求める。具体的には、強制振動コントローラ32は、任意の係数であるβを設定することにより、対策力を、例えば、周波数:f1(Hz)、振幅:β*A1/a1(N)に設定する。なお、βは、0.0〜1.0の範囲で設定される。1.0は外乱を完全に打ち消す対策力を与え、0.0は対策力を与えないことを意味する。しかし、通常は、βを1.0とすると制御の安定性の問題が生じ、また、大きなモーターパワーが必要となるため、1.0未満の値で設定される。
The forced
Next, the forced
コントローラ30は、設定された対策力(β*A1/a1(N))をアクチュエータ25に与える。アクチュエータ25は、この対策力に応じて駆動される。ここで、振動体21の固有振動数が、外乱との位相差が180°になるように設定されている。したがって、対策装置20に制御力が加わっていないパッシブ状態であっても、対策装置20は外乱(強制振動)を低減するように働く。そして、対策力としての振幅を強制振動の振幅と同一となるように設定すれば、外乱をキャンセルする効果を発揮し、対象構造物の揺れを抑えることができる。
The
本実施の形態では、アクチュエータ25の力を板バネ22で支持された振動体21に直接伝達する形態の対策装置20を示したが、本発明はこれに限定されない。上述した対策力に応じた振動を与えることのできる装置を適用することができる。例えば、特許文献2の第1図に示された装置、あるいは特許文献3の図1に示された装置を、本発明の対策装置として適用することができる。また、特許文献1に開示された回転質量体を用いた加振方式を用いることもできる。この場合、回転質量体の加速度を的確に制御する必要があるものの、少ない力で振動体を駆動できる利点がある。
なお、本実施の形態では、振動体21が上下(鉛直)方向に変位する例を示したが、本発明はこれに限らず、水平方向に変位する振動体を有する対策装置はもちろん、任意の方向であって、かつ振動方向と一致する方向に変位する振動体を有する対策装置に適用することができる。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, an example in which the vibrating
<第2実施形態>
第1実施形態の制振装置10では、対象構造物振動センサ40aにより振動情報を計測し、それに基づいて対策装置20に与えられる対策力を設定したが、第2実施形態では、対象構造物振動センサ40aよりも簡易な変位センサ41を用いて対策装置20に与えられる対策力を設定するものである。
<Second Embodiment>
In the
第2実施形態による制振装置50の概略構成を図9に示す。制振装置50が第1実施形態の制振装置10と相違するところは、コイルばね43を介して設置面Aに振動体42を設置し、かつこの振動体42の変位を計測する変位センサ41を設けたところにある。コントローラ30は、この変位センサ41で計測された変位情報を取得する。
FIG. 9 shows a schematic configuration of the
ここで、第1実施形態と同様に、主要な強制振動成分の周波数f1は既知であり、その周波数に対して位相が180°遅れるように振動体21の固有振動数が設定されているのに加え、第2実施形態では、振動体42の固有振動数が、主要な強制振動成分の周波数に対して位相が180°遅れるように設定されている。したがって、振動体42の挙動を変位センサ41で計測し、その結果に基づいて、対策装置20のアクチュエータ25を駆動させることで、振動低減効果を増大させることができる。
Here, as in the first embodiment, the frequency f1 of the main forced vibration component is known, and the natural frequency of the vibrating
次に、図10を参照して、制振装置50の動作手順を説明する。
例えば、コンサートにおいて縦ノリが生じた場合、振動体42の変位(振動体応答)が変位センサ41により計測される(S201)。この計測により、コントローラ30の強制振動対策コントローラ32は、振動体42の振幅を例えばA1(m)と特定する。ただし、強制振動対策コントローラ32は、この振幅A1を得る前提として、図10のS207に示すように対策装置モデルを用いて、後述するシミュレーションを行う。
Next, the operation procedure of the
For example, when vertical slack occurs in a concert, the displacement of the vibrating body 42 (vibrating body response) is measured by the displacement sensor 41 (S201). By this measurement, the forced
強制振動対策コントローラ32は、振幅:A1(m)から、外乱を逆算により求める(S203)。外乱を逆算により求めるために、前述の図8に示すテーブルを参照する。振幅:A1(m)の場合、外乱振幅は、A1/a1(N)と求められる。なお、前述したように、f1は既知である。
次に、強制振動対策コントローラ32は、逆算することにより求められた外乱を打ち消すための対策力を設定する(S205)。この対策力は、外乱振幅と同じ振幅として設定される。つまり、対策力は、振幅:β*A1/a1(N)に設定される。なお、βは任意の係数である。
The forced
Next, the forced
次に、S207のシミュレーションについて説明する。
変位センサ41により得られる対策装置20の変位情報は、対策力が加えられた挙動(変位)を含んでいる。このままでは、次の時刻には、この増幅後の装置応答をさらに増幅しようとし、応答は発散してしまう。そこで、強制外乱により対象構造物が振動させられ、それにより受動的に振動させられている対策装置20の応答を常に把握し、その結果に基づいて対策力を設定する。
強制振動対策コントローラ32は、変位センサ41により得られる対策装置20の変位情報から、対策力β*A1/a1(N)のみによって対策装置20に生ずる応答(変位)をシミュレーションにより求める。この結果を、変位センサ41により計測された振動体42の変位(振動体応答)から差し引くことで、強制外乱により対策装置20が受動的に振動させられたことによる振幅:A1(m)を特定するのである(S203)。そして、この結果に基づいて、次の対策力が設定される(S205)。
Next, the simulation of S207 will be described.
The displacement information of the
From the displacement information of the
<第3実施形態>
第2実施形態の制振装置50では、設置面Aにコイルばね43を介して振動体42を設置して、外乱による振動体42の変位を計測し、その変位から外乱を逆算して求め、それに基づいて対策装置20に与えられる対策力を設定したが、第3実施形態では、対策装置20の変位を変位センサ44で計測して対策装置20に与えられる対策力を設定するものである。
<Third Embodiment>
In the
ここで、第1実施形態と同様に、主要な強制振動成分の周波数は既知であり、その周波数に対して対策装置20の位相が180°遅れるように固有振動数が設定されている。対策装置20の挙動を変位センサ44で計測し、その結果に基づいて、対策装置20のアクチュエータ25を駆動させることで、振動低減効果を増大させることができる。この変位センサ44は、対策装置20に設けられているものを利用することができる。
Here, as in the first embodiment, the frequency of the main forced vibration component is known, and the natural frequency is set so that the phase of the
次に、図12を参照して、制振装置60の動作手順を説明する。
例えば、コンサートにおいて縦ノリが生じた場合、対策装置20の変位(振動体応答)が変位センサ44により計測される(S301)。この計測により、コントローラ30の強制振動対策コントローラ32は、対策装置20の振幅を例えばA1(m)と特定する。ただし、強制振動対策コントローラ32は、この振幅A1を得る前提として、図12のS307に示すように対策装置モデルを用いて、後述するシミュレーションを行う。
Next, the operation procedure of the
For example, when vertical slack occurs in a concert, the displacement (vibrating body response) of the
強制振動対策コントローラ32は、振幅:A1(m)から、外乱を逆算により求める(S303)。外乱を逆算により求めるために、前述の図8に示すテーブルを参照する。振幅:A1(m)の場合、外乱振幅は、A1/a1(N)と求められる。なお、前述したように、f1は既知である。
次に、強制振動対策コントローラ32は、逆算することにより求められた外乱を打ち消すための対策力を設定する(S305)。この対策力は、外乱振幅と同じ振幅として設定される。つまり、対策力は、振幅:β*A1/a1(N)に設定される。なお、βは任意の係数である。
The forced
Next, the forced
次に、S307のシミュレーションについて説明する。
変位センサ44により得られる対策装置20の変位は、対策力が加えられた挙動(変位)を含んでいる。このままでは、次の時刻には、この増幅後の装置応答をさらに増幅しようとし、応答は発散してしまう。そこで、強制外乱により対象構造物が振動させられ、それにより受動的に振動させられている対策装置20の応答を常に把握し、その結果に基づいて対策力を設定する。
強制振動対策コントローラ32は、変位センサにより得られる対策装置20の変位情報から、対策力β*A1/a1(N)のみによって対策装置20に生ずる応答(変位)をシミュレーションにより求める。この結果を、変位センサ44により計測された対策装置20の変位(振動体応答)から差し引くことで、強制外乱により対策装置20が受動的に振動させられたことによる振幅:A1(m)を特定する(S303)。そして、この結果に基づいて、次の対策力が設定される(S305)。
Next, the simulation of S307 will be described.
The displacement of the
The forced
以上説明したように、本発明による第1〜第2実施形態は、強制振動による振動体21の振動の位相が180°遅れるように振動体21の固有振動数が設定されているため、振動体21へ与える制御力として位相を演算する必要がなく、振動体21の挙動(変位)を増幅率のみを設定すればよい。したがって、強制振動対策コントローラ32を簡易なものにすることができる。
また、対象構造物の振動周波数ごとの振幅比(m/N)を予め把握しておけば、第2、第3実施形態のように、加速度センサを省略した簡易なセンサで、対策力を設定することができる。
As described above, in the first to second embodiments of the present invention, the natural frequency of the vibrating
If the amplitude ratio (m / N) for each vibration frequency of the target structure is known in advance, the countermeasure force can be set with a simple sensor that omits the acceleration sensor as in the second and third embodiments. can do.
10…制振装置、20…対策装置、21,42…振動体、25…アクチュエータ、30…コントローラ、31…FFT器、32…強制振動対策コントローラ、40a…対象構造物振動センサ、40b…対策装置振動センサ、41,44…変位センサ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
所定方向への変位が許容される振動体と前記振動体を駆動する駆動手段とを含む対策装置と、
前記強制振動による前記対象構造物の振動を抑制するように前記駆動手段の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記振動体は、
前記強制振動の位相よりも、前記強制振動による前記振動体の振動の位相が180°±10°の範囲で遅れるようにその固有振動数が設定されていることを特徴とする制振装置。 An apparatus that is disposed in proximity to a target structure to which forced vibration is applied, and that suppresses vibration generated in the target structure,
A countermeasure device including a vibrating body that is allowed to be displaced in a predetermined direction and a driving unit that drives the vibrating body;
A controller for controlling the operation of the driving means so as to suppress the vibration of the target structure due to the forced vibration,
The vibrator is
The vibration damping device, wherein the natural frequency is set so that the phase of vibration of the vibrating body due to the forced vibration is delayed within a range of 180 ° ± 10 ° from the phase of the forced vibration.
前記コントローラは、
前記振動又は前記変位に関する情報に基づき、前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 A sensor for detecting vibration or displacement of the target structure or the countermeasure device;
The controller is
The vibration control device according to claim 1, wherein the driving unit is controlled based on information on the vibration or the displacement.
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