JP6219513B2 - 振動制御における、および、振動制御に関連した改良 - Google Patents

Description

本発明は、振動制御に関する。より具体的には、発明は、機械設備によって引き起こされる振動の能動的な抑圧に関する。更により具体的には、排他的ではないが、発明は、例えば船舶といった乗り物における振動の能動的な抑圧に関する。

機械設備は、一般に、それが動作すると振動する。振動は、例えば、機械的なダメージ、動作の低減された効率性、増加されたノイズ、機械の近くの人にとっての不快感等の問題を引き起こす。例えば、船等の船舶において、船のエンジンからの激しい振動は、船での旅を不快なものにする。

機械設備の動作の結果としての振動を制御するために、能動的なマシナリーラフト（machinery raft）防振マウントを用いることが知られている。しかし、機械設備は、一般に、排気、冷却、燃料、電源システムに関連したフレキシブルカップリングによって等の、機械設備のマウントを介したカップリングに追加した方法で、その環境に接続される。そのようなカップリングおよび他の接続は、振動がマウントを介して接続されない場合でさえも、振動が機械設備から伝わるための追加の経路を与える。

Wolfel Beratende Ingenieure GmbH + Co. KGは、化学プラントおよび電力プラントにおけるパイプシステムにおけるパイプでの振動の低減のための能動的な吸収材（ＡＤＤ．Ｐｉｐｅ）を製造している。そのようなシステムにおける振動は、一般に、水または他の液体のハンマー、圧力パルス、または他の励振によって引き起きされる。ＡＤＤ．Ｐｉｐｅシステムは、パイプシステム上にクランプされ、パイプにおける振動を測定するセンサーとパイプにおける振動を止めるためにリアクションマス（reaction masses）を動かすよう能動的に制御されるリニアアクチュエータを含むカラー（collar）である。しかし、該システムは、限られた制御のみを提供し、ピニング（pinning）として知られた影響から好ましくない作用を受ける可能性があり、カラーの取り付け点における振動は低減されるが、パイプの他の地点では悪化する。

上述の不利益の１つまたは複数が排除され、または少なくとも低減される、能動的な振動抑圧器を含む、装置を提供することが効果的である。

本発明の第１の態様は、機械、ロッド、およびプレートを含む装置を提供し、機械は、プレートの第１の側にあり、ロッドの少なくとも部分は、プレートの反対の第２の側にあり、プレートは、機械の動作から生じる振動に影響されやすいものにおいて、ロッドに設けられた能動的な振動抑圧器と、プレートの振動を低減するために能動的な振動抑圧器を制御するよう構成されたコントローラによって特徴づけられる。

ロッドは、プレートの第１の側からプレートの第２の側に、プレートを貫通することがあり得る。

プレートの振動が最小にされることがあり得る。

機械は、例えばエンジン、例えば内燃機関、電気モータ、または、タービンといった、推進力のソースであることがあり得る。

ロッドは、機械に、例えば直接に接続される等、接続されることがあり得る。ロッドは、機械によって駆動されることがあり得る。ロッドは、また、機械の動作から生じる振動に影響されやすいことがあり得る。

ロッドはパイプであることがあり得る。ロッドは、ケーブル、または、ケーブルの束であることがあり得る。ロッドは、機械に接続され、または、関連付けられることがあり得、例えば、それは、機械へまたは機械から流体（例えば、燃料、クーラント、または、排気）を運ぶパイプ、または、例えば電力カップリングを搭載する導管であることがあり得る。

ロッドはフレキシブルであることがあり得る。代替的に、ロッドは剛体であることがあり得る。

プレートは平らなプレートであることがあり得る。プレートは湾曲したプレートであることがあり得る。

プレートは、骨組み、または、壁、または、隔壁であることがあり得る。

プレートは、機械を含む筐体の一部であることがあり得る。筐体は、例えば、立方体様の筐体、または、ドーム形状の筐体であってよく、他のまたはより複雑な形状を有してもよい。プレートは筐体の壁の部分を形成することがあり得、プレートの第１の側は筐体の内側になり、プレートの第２の側が筐体の外側になる。

プレートは機械自身の一部であるか、または、機械に直接接続されることがあり得る。

ロッド、または、ロッドの少なくとも一部はプレートに垂直であることがあり得る。

ロッド、または、ロッドの少なくとも一部は、プレートに平行であることがあり得る。

ロッドはプレートに堅く接続されることがあり得る。

ロッドは、プレートに弾力的に接続されることがあり得る。

ロッドは、プレートの第１の側の第１の部分とプレートの第２の側の第２の部分から形成され、第１と第２の部分は、プレートにおいて出会い、お互いに接続され、および／または、プレートに接続されることがあり得る。

能動的な振動抑圧器が、プレートの第２の側、即ち、機械とは反対の側のロッド上に設けられることがあり得る。

能動的な振動抑圧器は、ロッドの外周に接続され、ロッドの外周を少なくとも部分的に囲むカラー（collar）を含むことがあり得る。カラーは、ロッドの外周を完全に囲むことがあり得る。カラーは、ロッドと統合されている（即ち、それらはモノリシックである）ことがあり得る。カラーは、ロッドに永久的に固定されることがあり得る。カラーは取り外し可能にロッドに固定されることがあり得る。カラーはロッド上を移動可能であることがあり得る。カラーは、プレートに直に隣接して位置付けられることがあり得る。

能動的な振動抑圧器は、ロッドに作用するよう配置された複数（例えば、５つ）のアクチュエータを備えることがあり得る。アクチュエータはロッドに直接作用することがあり得、または、例えば、存在するならば、カラーを介して等、アクチュエータはロッドに間接的に作用することがあり得る。アクチュエータの少なくとも１つは、ロッドの長さに平行な方向に作用するように配置される。３つの直交する方向でロッドに作用するよう配置された３つのアクチュエータが存在することがあり得る。複数のアクチュエータの２つまたはそれ以上が、同じ方向、例えば、ロッドの長さに平行な方向に作用するよう配置されることがあり得る。例えば、ロッドに接続されるか、または、を少なくとも部分的に囲むカラーの第１の面に作用することによって、ロッドの長さに平行な方向に作用するよう配置された３つまたはそれより多くのアクチュエータが存在し得、前記第１の面はロッドに垂直であり、ロッドの長さに直交する２つの方向で、前記第１の面に垂直な面上でカラーに作用することによって、お互いに、作用するよう配置された２つまたはそれ以上の更なるアクチュエータが存在し得る。複数のアクチュエータは、ロッドへの曲げモーメントに適用するために配置された１つまたは複数のアクチュエータを含むことがあり得る。複数のアクチュエータは、ロッドへの直交する曲げモーメントに適用するように配置される２つまたはそれ以上のアクチュエータを含むことがあり得る。複数のアクチュエータは、ロッドにおける圧縮を起こすように半径方向の力を与えるよう配置された１つまたは複数のアクチュエータを含むことがあり得る、有利なことに、ロッドは、ロッドは、フローを運ぶように配置されたパイプであり得、コントローラは、パイプのフローノイズを抑圧するためにその１つまたは複数のアクチュエータを制御するように構成され得る。

アクチュエータは、磁歪アクチュエータであってよい。アクチュエータはボイスコイルアクチベータであってよい。アクチュエータは、圧電デバイスであってよい。

装置は、更に、プレートの振動を感知し、それらの振動を示す信号を生成するよう配置された複数のセンサーを備える。センサーは、例えば、センサーの位置においてプレートの速度を計測し得る。コントローラは、生成された信号を受け、生成され、プレートの振動を抑圧するためにアクチュエータに適用される制御信号を決定するためにそれを使用するよう構成され得る。コントローラは、例えば、センサーによって測定された二乗平均速度の合計を最小にする等、センサーからの信号から得られるパラメータを最小にすることによってプレートの振動を抑圧するように構成される。コントローラは、例えば、３つの直交する方向における動き、プレートの面内の２つとプレートに垂直な３番目、または、プレートに垂直な１つとプレートの面内の２つの垂直な軸回りのモーメント等といった、プレートの運動の３つの自由度を制御するように構成され得る。コントローラは、例えば３つの直交する方向、プレートの面内の２つとプレートに垂直な３番目、および、プレートの面内の２つの垂直な軸回りのモーメントといった、プレートの運動の５つの自由度を制御するように構成される。コントローラによって制御される動きの自由度があるのと同じ数のアクチュエータが存在し得る。

コントローラは、例えばロッドの一部、または装置に含まれた他のロッド等、装置の更なる部分の振動を低減するように能動的な振動抑圧器を制御するよう構成されることがあり得る。そして、装置は、装置の更なる部分の振動を感知し、それらの振動を示す信号を生成するよう配置された複数のセンサーを更に備える。センサーは、例えば、センサーの位置において、更なる部分の速度を計測する。コントローラは、生成された信号を受け、生成され、更なる部分の振動を抑圧するためにアクチュエータに適用される制御信号を決定するためにそれを用いるよう構成され得る。コントローラは、例えば、センサーによって測定された二乗平均速度の合計を最小にする等、センサーからの信号から得られるパラメータを最小にすることによって、更なる部分の振動を抑圧するよう構成され得る。コントローラは、例えば３つの直交する方向等、更なる部分の動きの３つの自由度を制御するよう構成される。コントローラは、例えば３つの直交する方向における動きと２つの垂直な軸回りのモーメント等、更なる部分の動きの５つの自由度を制御するよう構成され得る。コントローラによって制御される動きの自由度があるのと同じ数のアクチュエータが存在することがあり得る。

本発明の第２の態様は、機械の動作から生じる振動を抑圧する方法を提供し、ここにおいて、機械は、また、ロッドとプレートを含む装置の部分であり、機械は、プレートの第１の側にあり、ロッドの少なくとも部分はプレートの反対の第２の側にあり、プレートは、機械の動作から生じる振動に影響されやすく、方法は、プレートの振動を低減するためにロッドに能動的なに制御された力を与えることを備える。

本発明の第３の態様は、機械とロッドとプレートとを備えた装置における振動を低減することにおいて用いるのに好適な振動抑圧機器を提供し、
当該機器は、
（ｉ）ロッド上に設けられるよう適合された能動的な振動抑圧器と、
（ｉｉ）プレートの振動を低減するために能動的な振動抑圧器を制御するよう構成されたコントローラと、
を備える。

本発明の１つの態様に関連して記載された特徴は、本発明の他の態様に組み込まれ得ることは、勿論のこと、認識される。例えば、本発明の方法は、本発明の装置に関して記載された特徴の任意のものを包含し得、逆もまたいえる。

本発明の例示の実施形態は、ここで、例示としてのみ、以下の添付の図面を参照して記載される

図１（ａ）は、正面図において示された、本発明の例示の実施形態である装置である。 図１（ｂ）は、側面図において示された、本発明の例示の実施形態である装置である。 図２は、図１の装置からのカラーの正面図である。 図３は、シミュレーションにおいて、図１の装置のプレートに入るワットでのパワーのヘルツでの周波数に対するプロットであって、制御なしの場合（実線）、プレートに入るパワーが、３つの垂直な（即ち、Ｚ軸、ビームに平行）制御力を用いて最小にされる場合（破線）、および、３つの垂直な制御力と２つの水平（即ち、プレートに水平）な制御力を用いて最小にされる場合（点線）、全てはプレートに作用する、を示す。 図４は、シミュレーションにおいて、図１の装置のプレートに入るワットでのパワーのヘルツでの周波数に対するプロットであって、制御なしの場合（実線）、プレートに入いるパワー（破線）が最小化される場合、プレート上に位置する３つのセンサーを用いて測定された、速度の二乗の合計が最小にされる場合（点線）を示し、コントローラは、プレートから３ｃｍでビーム上に作用する３つの力から成る。 図５は、シミュレーションにおける図１の装置のプレートに入るワットでのパワーのヘルツでの周波数に対するプロットであり、コントロールなしの場合（実線）、プレートに入るパワー（破線）が最小にされる場合、および、プレート上に設けられた３つのセンサーを用いて測定された速度の二乗の合計が最小にされる場合（点線）を示し、コントローラは、プレートから３ｃｍでビームに作用する垂直な力と２つのモーメントからなる。 図６は、図５を生成するために用いられたと同じ条件に対して、シミュレーションにおいて５つのモニタセンサーによって測定されたｚ軸に沿った速度の二乗平均値の合計のヘルツでの周波数に対するプロットであり、制御なしの場合（実線）、プレートに入るパワーが最小にされる場合（破線）、３つのエラーセンサーによって測定された速度の二乗平均値の合計が最小にされるとき（点線）を示す。 図７（ａ）は、図１と図２の装置上で測定された伝達関数を利用するシミュレーションにおいて、３つのアクチュエータが共通の垂直な力を与え、２つの更なるアクチュエータが水平の力を与えるものにおいて、ヘルツでの周波数に対して、モニタセンサーによって測定されたｚ方向の速度の二乗平均値の合計の制御前（実線）と制御後（破線）のプロットである。 図７（ｂ）は、図１と図２の装置上で測定された伝達関数を利用するシミュレーションにおいて、３つのアクチュエータが共通の垂直な力を与え、２つの更なるアクチュエータが水平の力を与えるものにおいて、ヘルツでの周波数に対して、エラーセンサーによって測定されたｚ方向の速度の二乗平均値の合計の制御前（実線）と制御後（破線）のプロットである。 図８（ａ）は、図７を生成するために用いられたシミュレーションと同一のシミュレーションだが、３つのアクチュエータが３つの独立な垂直の力を与え、２つの更なるアクチュエータが水平の力を与えるものにおいて、ヘルツでの周波数に対して、モニタセンサーによって測定されたｚ方向の速度の二乗平均速度の合計の制御前（実線）と制御後（破線）のプロットである。 図８（ｂ）は、図７を生成するために用いられたシミュレーションと同一のシミュレーションだが、３つのアクチュエータが３つの独立な垂直の力を与え、２つの更なるアクチュエータが水平の力を与えるものにおいて、ヘルツでの周波数に対して、エラーセンサーによって測定されたｚ方向の速度の二乗平均速度の合計の制御前（実線）と制御後（破線）のプロットである。 図９（ａ）は、４４７Ｈｚで駆動されている図１と２の装置での実験によって得られた、ｘ軸に沿った、制御なしの場合（主として上側の先）と制御ありの場合（主として下側の先）の３つのエラーセンサーによって測定された加速度の合計のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）のプロットである。 図９（ｂ）は、４４７Ｈｚで駆動されている図１と２の装置での実験によって得られた、ｙ軸に沿った、制御なしの場合（主として上側の先）と制御ありの場合（主として下側の先）の３つのエラーセンサーによって測定された加速度の合計のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）のプロットである。 図９（ｃ）は、４４７Ｈｚで駆動されている図１と２の装置での実験によって得られた、ｚ軸に沿った、制御なしの場合（主として上側の先）と制御ありの場合（主として下側の先）の３つのエラーセンサーによって測定された加速度の合計のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）のプロットである。

詳細な説明

本発明の例示の実施形態は、実験用テスト装置１０（図１（ａ）と（ｂ））としてつくられている。テスト装置１０は、ベースシート２５上に支持された片持ちプレート２０を含む。ベースシート２５は、テストの正確性を改善するために、プレート２０を周囲の振動から隔離するよう機能する複数の防振マウント４０上に設置される。片持ちプレート２０は、プレート２０に垂直な軸を有するパイプ５０に接続される。パイプ５０は、その端部５５ａ、５５ｂの両方で自由である。パイプ５０は、プレート２０における孔を貫通し、該孔は中心からずれており、プレート２０の上方と側方に向かってオフセットしている。

可動のカラー６０を含む能動的な振動抑圧器は、図１（ｂ）に示されたように、パイプ５０上に、パイプ５０の左側端５５ｂに向かうプレート２０の側に、設けられる。この実験において、カラー６０は、それがプレート２０に接するように設けられた。カラー６０は、複数のアクチュエータを搭載している。

振動は、パイプ５０上で、プレート２０の反対側で、パイプ５０の反対側端部５５ａの近くに設けられたプライマリアクチュエータ（シェーカー）３０を用いて、プレート２０とパイプ５０において励起された。シェーカー３０は、パイプ５０の端部５５ａに接続された機械３０’によって励起されるであろう振動を表す振動を励起するために用いられた。

カラー６０とアクチュエータ７０は、図２においてより詳細に示される。カラー６０は、直径９ｃｍの中央の円形孔をもった直径約２０ｃｍのスチールの環８０である。環８０は、平らな前面と後面と、および、平らな内側と外側の壁とを有する長方形の断面のものである。５つのアクチュエータ７０ａ−ｅが環８０上に設けられ、３つは前面上に設けられ、２つは外側の壁上に設けられる。環８０の前面上に設けられた３つのアクチュエータ７０ａ−ｃは、環の周りに等間隔に、即ち１２０度だけ離れて置かれている。これら３つのアクチュエータ７０ａ−ｃは、環８０の平面に垂直、即ち、カラーが使用状態の時にパイプ５０の軸に平行な方向に作用する。他の２つのアクチュエータ７０ｄ、ｅは、環の外側の壁上に設けられ、環８０の平面に垂直で、お互いに垂直な方向に作用する。従って、前面上の３つのアクチュエータ７０ａ−ｃは、一方で、外側の壁上の２つのアクチュエータ７０ｄ、ｅは、他方で、共に、３つの直交方向にアクチュエーションを与える。

ビームのコンピュータモデルがプレート２０とパイプ３０を表すために用いられ、ビームは、パイプ３０と同じ長さと断面２次モーメントを有する。システムの幾何学的および物理的なパラメータは、表１に要約されている。

システムのモデルが、３つの主たる方向の各々に沿った３つの同位相の力によって、パイプ５０の端部５５ａに対応するビームの端において励起される場合、共振が、ビームとプレートの両方において、明らかに明白である。

シミュレーションにおいて、プレートの屈曲振動の２８５モードとプレートの面内振動の１５モード、ビームの屈曲振動とビームの軸方向振動が含まれた。システムのダイナミクスのより良い理解を得るために、プレート上に分散された１１５６ポイントにおけるｚ方向での速度が、システムがシステムの第１のいくつかの共振と一致する周波数で励起される場合に計算された。

シミュレーションは、能動的な振動抑圧器がプレート２０上に置かれた場合とそれがパイプ上に置かれた場合の両方で実施された。

第１のシミュレーションにおいて、フィードフォワード制御ストラテジーが、プレート上で、ビームに隣接し、ビームを囲むよう設けられた複数のアクチュエータを用いて、プレートに入るパワーを最小にするために選択された。３つの制御力は、ｚ方向（パイプと平行）に与えられ、２つの制御力はｘとｙ方向に沿って与えられる。図３は、制御がないとき（実線）、３つの垂直な力のみが使われる場合（破線）、および、５つの制御力（３つの垂直な、２つの水平な）が用いられる場合（点線）に各周波数でプレートにはいるパワーを最小にするようコントローラが最適化されるときのプレートに入るパワーを示す。プレートに入るパワーの最も良好な低減は、波長が、セカンダリソースとプレートとビームの間の交点との間の距離よりずっと大きときの低周波で得られる。ｘとｙ方向における２つの特別な制御力の使用が、システムが１８００Ｈｚの面内共振周波数においてさえも、ある制御をなすことを可能にすることを、プロットは示している。

制御ソースがパイプ５０上に置かれるような配置のシミュレーションについて、アクチュエータは、プレートから３ｃｍにおけるビーム上で、ビームの励起されない側に、モデルにおいて設けられる。

実際的な見地から、プレートに入るパワーの測定は、実装するのが難しい。代替的な、より実際的な制御ストラテジーは、プレート２０上のいくつかの地点で速度を測定することと、従って、二乗平均速度の合計を最小化することである。

制御システムの３つの異なる構成がシミュレートされた。第１の構成では、ビームの軸に沿って作用する力とｘとｙ軸に沿って作用する２つの力がセカンダリソースとして用いられる。第２の構成では、ビームの軸に沿って作用する力とｘとｙ軸の周りの２つのモーメントがセカンダリソースとして用いられる。最後の場合には、ビーム上に作用する３つの力と２つのモーメントがセカンダリソースとして用いられる。

モデルは、プレート２０上で、パイプ５０の周りに置かれた３つのエラーセンサーを含んでいる。パイプ２０の軸とエラーセンサーとの間の距離は２０ｃｍである。また、ｚ軸のみに沿った速度を計測できる（この制約は、実験上の便宜を表すために用いられた）、プレート２０上に置かれた５つのモニタセンサーがある。モニタセンサーの目的は、制御が適用された場合のプレート２０の全体的な応答の表示（indication）を得ることである。

第１の構成について、図４は、制御なしの場合（実線）、プレートに入るパワーを最小限にする最適なコントローラが実装されたとき（破線）、３つのエラーセンサーによって測定された速度の二乗の合計が最小にされるとき（点線）の、プレートに入るモデル化されたパワーを示す。３つのエラーセンサーは、３つの主軸ｘ，ｙ、およびｚに沿った速度を測定することができる。より高い周波数において、プレートに入るパワーにおける少ない低減が、二乗平均速度の合計が最小化されるときにこの例において得られるが、３つのエラーセンサーによって測定された二乗平均速度の合計を最小化することは、低い周波数においてプレートのパワー入力の最小化に密に対応することを、図４は示している。

第２の構成は、ｚ軸に沿った（即ち、パイプ５０に沿った）垂直な力とパイプ５０に作用するｘ軸とｙ軸の周りの２つのモーメントをシミュレートする。図５は、制御なしの場合（実線）、プレートに入力されるパワーを最小にする最適なコントローラが実装された場合（破線）、および、３つのエラーセンサーによって測定された速度の二乗の合計が最小化された場合（点線）のプレートに入るモデル化されたパワーを示す。この場合において、２つの制御ストラテジーが、プレートに入力されるパワーにおける非常に類似した低減を与えることを、プロットは示している。更に、この場合について、３つのセカンダリ力の前回の場合と比較して、非常に優れた低減が達成された。１．２ｋＨｚと１．８ｋＨｚあたりに現れる２つのピークは、ビームの屈曲振動による。

図６は、制御なしの場合（実線）、プレートへ入るパワーが最小化される場合（破線）、３つのエラーセンサーによって測定される二乗平均速度が最小化される場合（点線）の、５つのモニタセンサーによって測定される二乗平均速度の合計を示す。プロットは、プレートの振動における良好な全体的な低減が、約１．８ｋＨｚまでの両方の制御ストラテジーを用いて達成され得る。

更なるシミュレーション結果が、第３の構成（即ち、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿って働く３つのセカンダリ力とｘとｙ軸の周りの２つのモーメントをもつ）において、プレートに注入されるパワーと二乗平均速度の合計の両方が完全に制御されるという理論において、それらは、結果はゼロになる傾向にあるので、ここでは生成されない。

ここで、図１の実験装置１０に戻る。カラー６０上の５つのアクチュエータ７０ａ−ｅは、各々、慣性電磁アクチュエータである。上述のように、アクチュエータ７０ａ−ｃはプレート２０に垂直な力を発生し、一方、アクチュエータ７０ｄと７０ｅは、他の２つの主方向に沿った力を発生する。カラー６０は回転され、パイプ５０に沿って動かされ得るが、以下に示された実験結果において、カラー６０は、プレート２０にできる限り近くに置かれる。シミュレーションにおけるように、３つの加速度計（図示されず）が制御目的のためのエラーセンサーとして用いられ、それらは、３つの主軸に沿った加速度を測定することができる。また、４つの単軸加速度計が、全体の応答をモニタするためにプレート２０上に置かれた。プライマリ外乱励振が、パイプ５０の先端５５ａの近くに設けられたDATA Physics IV 40慣性アクチュエータ（シェーカー）３０によって与えられる。また、プライマリシェーカー３０は、異なる方向にシェーカー３０を設けることによって、様々な外乱が影響されることを可能にするカラー上に設けられる。

リアルタイムの制御を試みる前に、この配置で達成可能な性能のレベルが評価された。この目的のために、一方で、プライマリソース３０とアクチュエータ７０から、他方で、プレート２０上に設けられたセンサーの全てへの伝達関数が測定された。そして、それらの測定される伝達関数は、異なる調波制御ストラテジーが実装されたときのシステムの挙動を予測するために、更なるシミュレーションにおいて用いられる。また、測定された伝達関数は、リアルタイム制御を実装するために要求されるシステムの特定のために用いられた。プライマリアクチュエータ３０とセカンダリアクチュエータ７０とエラーおよびモニタセンサーとの間の伝達関数は全て、２０チャネルアナライザー（Data Physics Mobilyzer II）を用いて測定された。プライマリシェーカー３０とセンサーとの間の伝達関数は、プライマリアクチュエータの４つの異なる方向について測定されているが、プライマリ力が主軸の各々と４５度の角度を形成する場合の結果のみがここで示される。

図７は二乗平均モニタ速度のモデル化された合計（図７（ａ））と二乗平均エラー速度（図７（ｂ））で、制御なしの場合（実線）、最適なシミュレートされた制御が実装された場合（破線）を示す。この例では、アクチュエータ７０ａ−ｃは、ｚ軸に沿った３つのエラーセンサーによって測定された３つの二乗平均速度の合計を最小にするために同じ信号を用いて駆動された。アクチュエータ７０ｄ、ｅは、ｘ、ｙ軸それぞれにおいて二乗平均速度の合計を最小にするために、２つの異なる信号を用いて駆動された。この構成では、コントローラ７５は、パイプ５０とプレート２０の交差点近くで主軸と整列された３つの直交する力を与え、そうして、励起のこのモードから生じる振動を制御するためにモーメントを生成することができない。それにもかかわらず、周波数の広いレンジにわたって４０ｄＢを超える大きな低減がこの制御タイプを実装することによって達成され得ることを、プロットは示している。プライマリシェーカーの共振は約３０Ｈｚであり、従って、より低い周波数において、構造は効果的に励振され得ない。セカンダリアクチュエータ７０の共振は約５５Ｈｚであり、したがって、制御は、これよりずっと下の周波数では効果的ではない。

３つのエラーセンサーによって測定された二乗平均速度の合計を最小にするために、５つのセカンダリアクチュエータ７０ａ−ｅが独立に駆動される場合、非常に良好な広帯域の低減が達成される。この場合について、コントローラ７５は、３つの直交する力と２つのモーメントを生成することができる。図８は、二乗平均モニタ速度のモデル化された合計（図８（ａ））と二乗平均エラー速度のモデル化された合計（図８（ｂ））について、コントロールなしの場合（実線）と最適なシミュレートされた制御が実装された場合（破線）を示す。

図７と図８との間の比較は、最も効率的な制御ストラテジーが後者のプロットを生成するために用いられるストラテジーである、即ち、ビーム−プレートモデルからのシミュレーション結果によって既に予測されているように、モーメントと力を生成することができるストラテジーである。結果は、５０ｄＢの領域における平均低減が、周波数の非常に広い帯域にわたって達成されていることを示すことが注記される。しかし、いくつかの特定の周波数について、特に３９０Ｈｚあたりで、低減はそれほどでもない。しかし、その周波数はパイプ励振によって強く励起されない構造モードに対応するので、これは重要ではなく、エラーセンサーの異なる分散を用いて取り組まれ得る。

最後に、コントロールシステムの性能と潜在力を実証するいくつかの予備的な実験が提示される。この実験作業において、３つの自由度だけもったコントローラ７５が用いられ、即ち、環８０の前面上の３つのセカンダリアクチュエータ７０ａ−ｃは、各々、ｚ方向における対応する３つのエラーセンサーによって測定された二乗平均加速度の合計を最小にするために同じ信号を用いて駆動され、環８０の側面のアクチュエータ７０ｄ、ｅが、ｘとｙ軸のそれぞれに沿った二乗平均加速度の合計を最小にするために２つの異なる信号で駆動される。この限られた構造は、プログラム時間の制約と好適な制御ソフトウェアの即時の利用可能性により用いられた。調波コントローラ７５は、フィードバックモードにおいて実装され、外乱経路は、したがって、不知であると想定される。プライマリ外乱シェーカー３０は、４４７Ｈｚの正弦波信号で駆動され、３つの主軸と４５度の角度を持つよう向きをあわせられる。

図９（ａ）−（ｃ）は、コントロールなし（青線）とコントロールあり（赤線）の、ｘ、ｙ、およびｚ軸のそれぞれに沿った３つのエラーセンサーによって測定された加速度の合計のＰＳＤを示す。反復周波数ドメインアルゴリズムが制御ストラテジーのために用いられたが、利用可能な時間において、最適なパラメータの精密な調査が可能ではなく、そして、これらの結果は、この構成についての真の最適な性能を表してはいない。それにもかかわらず、限られた制御権限にかかわらず、４４７Ｈｚの励振周波数におけるエラー信号は、１７．３、１７．２、および３２．５ｄＢそれぞれ低減されていることをプロットは示している。それは、上記理論的な結果の有効性を明瞭に実証し、アプローチのずば抜けた潜在性をはっきり示している。

従って、我々は、能動的なアプローチが、数桁だけ、振動するパイプの堅固な貫通によって引き起こされるプレート振動のレベルを低減するために用いられ得ることを示した。ここで調査されたものの最良の達成可能な性能は、５自由度をもったアクチュエーションシステムを用いて、パイプに制御された力とモーメントを適用することによって得られることが示された。精密なモビリティ解析に基づいたシミュレーション作業において、５０ｄＢの領域での平均抑圧が、一般的なプレート−パイプ相互作用システムについて論理的に達成可能であることが示された。必要な５つの自由度を有するアクチュエートされたパイプのカラーが開発され、プロトタイプシステムが、特別の目的のために建てられた研究室スケールのテストリグを用いて作られ、試験された。このシステムは、制約された動作のもとで試験されたが、それにも拘わらず、３０ｄＢを超える音響上放射する構造モードにおける低減を達成した。アクチュエータを搭載するカラーの使用は、単に、システムの据え付けを介して伝わる転送経路ではなく、所定のアイソレーションシステムから（例えば、排気、冷却、燃料、電力供給システムを介して）伝わる全ての転送経路に対して、高レベルの振動抑圧が潜在的に達成され得るとの特別な利点を有する。

特定の実施形態を参照して本発明が記載され、図示されるが、本発明は、それ自身、この中に特に例示されないが多くの異なる変形例に役立つことが、本技術において通常の技能を有する者によって了解されよう。

前述の記載において、数値または要素が、既に知られている、自明、または予見可能な均等物はであると述べられている場合、そのような均等物があたかも個々に記載されている如くこの中に組み込まれる。本発明の真の範囲を決めるために、参照は特許請求の範囲に対してなされるべきであり、それは、任意のそのような均等物を包含するよう解釈されるべきである。また、好ましい、有利な、便利な、等として記載される発明の数値や特徴は、オプションであり、独立の請求項の範囲を制限するものでないことが、読み手によって理解されるであろう。更に、そのようなオプションとしての数値または特徴は、発明のいくつかの実施形態において可能な利益のものであるが、他の実施形態では欠けていてもよい。
以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
機械とロッドとプレートとを含む装置であって、
機械は前記プレートの第１の側にあり、前記ロッドの少なくとも部分は前記プレートの反対の第２の側にあり、
前記プレートは前記機械の動作から生じる振動に影響されやすくあるものにおいて、
ロッド上に設けられた能動的な振動抑圧器と、
前記プレートの振動を低減するために能動的な振動抑圧器を制御するよう構成されたコントローラと、
を有することを特徴とする装置。
［Ｃ２］
前記ロッドは、前記プレートの前記第１の側から前記第２の側に、前記プレートを貫通する、［Ｃ１］に記載の装置。
［Ｃ３］
前記ロッドは前記機械に接続される、［Ｃ１］または［Ｃ２］に記載の装置。
［Ｃ４］
前記ロッドはパイプである、［Ｃ１］乃至［Ｃ３］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ５］
前記プレートは、機械を含むハウジングである、また、その一部である、［Ｃ１］乃至［Ｃ４］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ６］
プレートは機械自身の一部であるか、または、機械に直接接続される、［Ｃ１］乃至［Ｃ４］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ７］
前記能動的な振動抑圧器は、前記プレートの前記第２の側のロッド上に設けられる、［Ｃ１］乃至［Ｃ６］項のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ８］
前記能動的な振動抑圧器は、ロッドに作用するように配置された複数のアクチュエータを備える、［Ｃ１］乃至［Ｃ７］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ９］
前記能動的な振動抑圧器は、前記ロッドの周囲に接続され、少なくとも部分的に囲むカラーを含む、［Ｃ１］乃至［Ｃ８］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ１０］
３つまたはそれより多くのアクチュエータが、カラーの第１の面に作用することによって、前記ロッドの長さに平行な方向に作用するよう配置され、
前記第１の面はロッドに直角であって、
２つまたはそれより多くの更なるアクチュエータが、前記第１の面に直角な面上で前記カラーに作用することによって、前記ロッドの長さにお互いに直交する２つの方向に働くように配置される、［Ｃ９］に記載の装置。
［Ｃ１１］
前記プレートの振動を感知し、それらの振動を示す信号を生成するよう配置された複数のセンサーを更に備える、［Ｃ１］乃至［Ｃ１０］のいずれか一項に記載の装置。
［Ｃ１２］
前記カラーは、前記センサーからの信号から得られるパラメータを最小にすることによって前記プレートの振動を抑圧するよう構成される、［Ｃ１１］に記載の装置。
［Ｃ１３］
前記パラメータは、前記センサーによって測定された二乗平均速度の合計である、［Ｃ１２］に記載の装置。
［Ｃ１４］
機械の動作から起こる振動を抑圧する方法であって、 前記機械は、また、ロッドとプレートを含む装置の一部であって、
前記機械は、前記プレートの第１の側にあり、
前記ロッドの少なくとも部分は前記プレートの反対の第２の側にあり、
前記プレートは、前記機械の動作から生じる振動に影響を受けやすく、
前記方法は、前記プレートの振動を低減するために、前記ロッドに能動的に制御された力を与えることを備える、方法。
［Ｃ１５］
機械、ロッド、および、プレートを備える装置で振動を低減することにおいて使用するために好適な振動抑圧装置であって、
（ｉ）前記ロッドに設けられるよう適応された能動的な振動抑圧器と、
（ｉｉ）前記プレートの振動を低減するために前記能動的な振動抑圧器を制御するよう構成されたコントローラと、
を備える装置。

Claims (13)

1. 機械とロッドとプレートとを含む装置であって、
   前記機械は前記プレートの第１の側にあり、前記ロッドの少なくとも部分は前記プレートの反対の第２の側にあり、
   前記ロッドは、前記プレートの前記第１の側から前記プレートの第２の側に前記プレートを貫通し、前記プレートに接続され、
   前記プレートは前記機械の動作から生じる振動に影響されやすくあるものにおいて、
   前記ロッド上に設けられ、前記ロッドに作用するように配置された複数のアクチュエータを備えた能動的な振動抑圧器と、
   前記機械の動作から生じる振動によって引き起こされる前記プレートの振動を感知することによって能動的な振動抑圧器の前記複数のアクチュエータを制御し、前記プレートの振動を低減するよう構成されたコントローラと、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記ロッドは前記機械に接続される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ロッドはパイプである、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記プレートは、機械を含むハウジングである、また、その一部である、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の装置。
5. プレートは機械自身の一部であるか、または、機械に直接接続される、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記能動的な振動抑圧器は、前記プレートの前記第２の側のロッド上に設けられる、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記能動的な振動抑圧器は、前記ロッドの周囲に接続され、少なくとも部分的に囲むカラーを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. ３つまたはそれより多くのアクチュエータが、カラーの第１の面に作用することによって、前記ロッドの長さに平行な方向に作用するよう配置され、
   前記第１の面はロッドに直角であって、
   ２つまたはそれより多くの更なるアクチュエータが、前記第１の面に直角な面上で前記カラーに作用することによって、前記ロッドの長さにお互いに直交する２つの方向に働くように配置される、請求項７に記載の装置。
9. 前記機械の動作から生じる前記振動によって引き起こされる前記プレートの前記振動を感知し、前記プレートのそれらの振動を示す信号を生成するよう配置された複数のセンサーを更に備える、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記能動的な振動抑圧器は、前記ロッドの周囲に接続され、少なくとも部分的に囲むカラーを含み、
    前記カラーは、前記センサーからの信号から得られるパラメータを最小にすることによって前記プレートの振動を抑圧するよう構成される、請求項９に記載の装置。
11. 前記パラメータは、前記センサーによって測定された二乗平均速度の合計である、請求項１０に記載の装置。
12. 機械の動作から起こる振動を抑圧する方法であって、
    前記機械は、また、ロッドとプレートを含む装置の一部であって、
    前記機械は、前記プレートの第１の側にあり、
    前記ロッドの少なくとも部分は前記プレートの反対の第２の側にあり、
    前記ロッドは、前記プレートの前記第１の側から前記プレートの第２の側に前記プレートを貫通し、前記プレートに接続され、
    前記プレートは、前記機械の動作から生じる振動に影響を受けやすく、
    前記方法は、
    前記ロッド上に設けられ、前記ロッドに作用するように配置された複数のアクチュエータを備えた能動的な振動抑圧器を使用して前記ロッドに能動的に制御された力を与えることと、
    前記機械の動作から生じる前記振動によって引き起こされる前記プレートの振動を感知することと、
    前記感知することに基づいて、前記能動的な振動抑圧器の前記複数のアクチュエータを制御することと、
    前記プレートの前記振動を低減することと、
    を備える、方法。
13. 機械、ロッド、および、プレートを備える装置で振動を低減することにおいて使用するために好適な振動抑圧装置であって、
    （ｉ）前記ロッド上に設けられるよう適応され、前記ロッドに作用するように配置された複数のアクチュエータを備えた能動的な振動抑圧器と、
    （ｉｉ）前記機械の動作から生じる前記振動によって引き起こされる前記プレートの振動を感知することによって前記能動的な振動抑圧器の前記複数のアクチュエータを制御し、前記機械の動作から生じた前記振動によって引き起こされた前記プレートの振動を低減するよう構成されたコントローラと、
    を備える装置。

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