JP6490563B2 - Mass damper testing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、剛性を有する伝達部材とともに付加振動系を構成し、回転マスを有するとともに、構造物の振動を抑制するためのマスダンパの性能を試験するマスダンパの試験装置に関する。 The present invention relates to a mass damper testing apparatus that configures an additional vibration system together with a rigid transmission member, has a rotating mass, and tests the performance of a mass damper for suppressing vibration of a structure.
従来、この種のマスダンパの試験装置として、本出願人により、例えば特許文献1に記載のものが提案されている。この従来の試験装置は、鋼材で構成された上下左右のフレームを井桁状に組み合わせた試験フレームと、試験フレーム内に設けられたアクチュエータと、ロードセルを備えている。マスダンパは、筒部と、筒部に対して軸線方向に移動可能なねじ軸と、筒部に対するねじ軸の移動に伴って回転する回転マスを有している。マスダンパの筒部は、連結部材を介して右フレームに取り付けられ、ねじ軸は、ロードセルを介してアクチュエータに取り付けられている。マスダンパの抵抗力は、ロードセルによって検出される。また、アクチュエータは、左フレームに取り付けられており、所定の加振振動数の加振力を発生させる。 Conventionally, as an apparatus for testing this type of mass damper, one disclosed in, for example, Patent Document 1 has been proposed by the present applicant. This conventional test apparatus includes a test frame in which upper, lower, left, and right frames made of steel are combined in a cross beam shape, an actuator provided in the test frame, and a load cell. The mass damper has a cylindrical portion, a screw shaft that can move in the axial direction relative to the cylindrical portion, and a rotating mass that rotates as the screw shaft moves relative to the cylindrical portion. The cylinder portion of the mass damper is attached to the right frame via a connecting member, and the screw shaft is attached to the actuator via a load cell. The resistance force of the mass damper is detected by the load cell. The actuator is attached to the left frame and generates an excitation force having a predetermined excitation frequency.
上記の右フレーム及び連結部材の全体の剛性が比較的高いことにより、右フレームや連結部材の全体の剛性とマスダンパの回転慣性質量とによって定まる振動系の固有振動数が、アクチュエータの加振振動数よりもかなり高いときには、ロードセルで検出されるマスダンパの抵抗力に含まれる振動数成分のうち、振動系の固有振動数に相当する成分が大きくなる。これにより、検出されたマスダンパの抵抗力に不規則なうねりが表れる結果、回転マスの回転慣性質量などのマスダンパの性能を表す性能パラメータを、抵抗力に基づいて適切に算出できなくなる。なお、当該うねりの詳細については、特許文献1の図8などを参照されたい。 Due to the relatively high rigidity of the entire right frame and the connecting member, the natural frequency of the vibration system determined by the overall rigidity of the right frame and the connecting member and the rotational inertia mass of the mass damper is the excitation frequency of the actuator. When the frequency is considerably higher than the above, among the frequency components included in the resistance force of the mass damper detected by the load cell, the component corresponding to the natural frequency of the vibration system becomes large. As a result, irregular undulations appear in the detected resistance force of the mass damper. As a result, performance parameters representing the performance of the mass damper such as the rotational inertial mass of the rotating mass cannot be appropriately calculated based on the resistance force. For details of the swell, refer to FIG.
このため、この従来の試験装置では、調整部材としての皿ばねユニットが、ねじ軸とロードセルの間に直列に設けられるとともに、調整部材、右フレーム及び連結部材の全体の剛性とマスダンパの回転慣性質量とによって定まる振動系の固有振動数がアクチュエータの加振振動数に近づくように、調整部材の剛性が調整される。これにより、検出されたマスダンパの抵抗力に含まれる振動数成分のうち、加振振動数に相当する成分を大きくすることによって、上述したようなうねりを抑制することで、性能パラメータを適切に算出するとともに、当該性能パラメータに基づいてマスダンパの性能を適切に評価するようにしている。 Therefore, in this conventional test apparatus, a disc spring unit as an adjustment member is provided in series between the screw shaft and the load cell, and the overall rigidity of the adjustment member, the right frame, and the connecting member, and the rotational inertia mass of the mass damper The rigidity of the adjustment member is adjusted so that the natural frequency of the vibration system determined by the above approaches the excitation frequency of the actuator. As a result, among the frequency components included in the detected resistance force of the mass damper, the component corresponding to the excitation frequency is increased, thereby suppressing the swell as described above and appropriately calculating the performance parameter. In addition, the performance of the mass damper is appropriately evaluated based on the performance parameter.
上述したように、従来の試験装置では、調整部材を設置する設置作業と、この調整部材の剛性を、振動系の固有振動数が加振振動数に近づくように調整する調整作業とをオペレータが手作業で行わなければならず、その分、試験が煩雑になってしまう。また、調整部材が設けられている分、試験装置が複雑になってしまう。 As described above, in the conventional test apparatus, the operator performs the installation work for installing the adjustment member and the adjustment work for adjusting the rigidity of the adjustment member so that the natural frequency of the vibration system approaches the vibration frequency. It must be done manually, and the test becomes complicated accordingly. In addition, since the adjustment member is provided, the test apparatus becomes complicated.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータの加振力の振動数が比較的低く、かつ支持部材の剛性が比較的高いような場合でも、マスダンパの性能パラメータを適切に算出でき、性能試験確認の作業を比較的簡単に行えるとともに、構成を簡略化することができるマスダンパの試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the performance of the mass damper can be achieved even when the vibration frequency of the actuator is relatively low and the rigidity of the support member is relatively high. It is an object of the present invention to provide a mass damper test apparatus capable of appropriately calculating parameters, performing performance test confirmation work relatively easily, and simplifying the configuration.
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、剛性を有する伝達部材とともに付加振動系を構成し、回転マスを有するとともに、構造物の振動を抑制するためのマスダンパの性能を試験するマスダンパの試験装置1、41であって、剛性を有し、試験の対象である試験対象マスダンパ21に直列に連結された支持部材MS(実施形態における(以下、本項において同じ)右フレーム5、連結部材7、9)と、試験対象マスダンパ21及び支持部材MSを含む振動系Sに加振力を入力するためのアクチュエータ6と、諸元が所定の理想値である試験対象マスダンパ21としての理想マスダンパ21I、及び支持部材MSが互いに直列に連結された第1仮想振動系VS1の固有振動数を、所定振動数に近づけるための仮想調整部材MVAが、第1仮想振動系VS1に直列に連結された第2仮想振動系VS2に、所定振動数の加振力が入力されたと仮定したときの仮想調整部材MVAの変位の予測値(仮想調整部材予測変位xb1pr)を、第2仮想振動系VS2の振動方程式(式(1)、(11)、(22))に基づいて取得する仮想変位取得手段(制御装置15、図5のステップ2〜9、図8のステップ41、図10のステップ52〜55)と、所定振動数の加振力を振動系Sに入力するための基本入力変位(基本値xbase)と、取得された仮想調整部材の変位の予測値とに応じて、アクチュエータ6の加振力を制御する制御手段(制御装置15、図5、図8及び図10のステップ10、11)と、試験対象マスダンパ21の抵抗力であるダンパ抵抗力Pを検出するダンパ抵抗力検出手段(ロードセル11)と、制御手段によって制御されたアクチュエータ6の加振力が振動系Sに入力されているときに検出されたダンパ抵抗力Pに応じて、試験対象マスダンパ21の性能を表す性能パラメータ(最大速度抵抗力Qv、減衰係数Ceq、回転慣性質量md)を算出する性能パラメータ算出手段(制御装置15、図7のステップ31〜33)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is configured to test the performance of a mass damper for constituting an additional vibration system together with a rigid transmission member, having a rotating mass, and suppressing vibration of a structure. Mass
この構成によれば、剛性を有する支持部材が、試験の対象である試験対象マスダンパに直列に連結されるとともに、試験対象マスダンパ及び支持部材を含む振動系に、アクチュエータの加振力が入力される。また、諸元が所定の理想値である試験対象マスダンパとしての理想マスダンパと、支持部材とが直列に連結された第1仮想振動系の固有振動数を、所定振動数に近づけるための仮想調整部材が、第1仮想振動系に直列に連結された第2仮想振動系に、所定振動数の加振力が入力されたと仮定したときの仮想調整部材の変位の予測値が、第2仮想振動系の振動方程式に基づき、仮想変位取得手段によって取得される。さらに、所定振動数の加振力を振動系に入力するための基本入力変位と、取得された仮想調整部材の変位の予測値とに応じ、制御手段によって、アクチュエータの加振力が制御される。 According to this configuration, the rigid support member is connected in series to the test target mass damper to be tested, and the excitation force of the actuator is input to the vibration system including the test target mass damper and the support member. . In addition, a virtual adjustment member for bringing the natural frequency of the first virtual vibration system in which the ideal mass damper as the test target mass damper whose specifications are predetermined ideal values and the support member are connected in series to a predetermined frequency. However, when it is assumed that an excitation force of a predetermined frequency is input to the second virtual vibration system connected in series to the first virtual vibration system, the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member is the second virtual vibration system. Is acquired by the virtual displacement acquisition means based on the vibration equation. Furthermore, the excitation force of the actuator is controlled by the control means in accordance with the basic input displacement for inputting the excitation force of a predetermined frequency to the vibration system and the obtained predicted value of the displacement of the virtual adjustment member. .
上述した仮想調整部材の定義及び仮想調整部材の変位の予測値の定義から明らかなように、上記の基本入力変位と、この仮想調整部材の変位の予測値とに応じてアクチュエータの加振力を制御することにより、当該加振力の入力中における試験対象マスダンパの抵抗力として、仮想調整部材が直列に連結された振動系に所定振動数の加振力を入力したと仮定した場合における試験対象マスダンパの抵抗力と同等の抵抗力を、得ることができる。 As is clear from the definition of the virtual adjustment member and the definition of the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member described above, the excitation force of the actuator is determined according to the basic input displacement and the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member. The test object when it is assumed that the excitation force of a predetermined frequency is input to the vibration system in which the virtual adjustment member is connected in series as the resistance force of the test object mass damper during the input of the excitation force by controlling A resistance force equivalent to that of the mass damper can be obtained.
前述した構成によれば、制御手段で制御されたアクチュエータの加振力が試験対象マスダンパに入力されているときに検出された試験対象マスダンパのダンパ抵抗力に応じ、性能パラメータ算出手段によって、試験対象マスダンパの性能を表す性能パラメータが算出される。以上により、検出されたダンパ抵抗力に含まれる振動数成分のうち、アクチュエータの加振力の振動数に相当する成分を大きくすることができるので、前述したようなうねりを抑制でき、ひいては、ダンパ抵抗力に応じた性能パラメータの算出を適切に行うことができる。 According to the above-described configuration, the test object is tested by the performance parameter calculation unit according to the damper resistance force of the test target mass damper detected when the excitation force of the actuator controlled by the control unit is input to the test target mass damper. A performance parameter representing the performance of the mass damper is calculated. As described above, among the frequency components included in the detected damper resistance force, the component corresponding to the frequency of the excitation force of the actuator can be increased, so that the swell as described above can be suppressed. It is possible to appropriately calculate the performance parameter according to the resistance force.
また、仮想調整部材は、仮想の部材であって、試験装置に実際に設けられておらず、前述した従来の試験装置の調整部材は不要である。したがって、その分、性能試験確認の作業を比較的簡単に行えるとともに、構成を簡略化することができる。 Further, the virtual adjustment member is a virtual member and is not actually provided in the test apparatus, and the adjustment member of the conventional test apparatus described above is unnecessary. Accordingly, it is possible to relatively easily perform the performance test confirmation and to simplify the configuration.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のマスダンパの試験装置41において、試験対象マスダンパ21は、本体部(内筒22)と、本体部に対して移動可能な可動部(ねじ軸23a)と、本体部に対する可動部の変位を回転運動に変換した状態で回転マス24に伝達する伝達機構(ボールねじ23)とをさらに有し、制御手段によって制御されたアクチュエータ6の加振力が振動系Sに入力されているときに検出されたダンパ抵抗力Pに応じ、第2仮想振動系VS2の振動方程式に基づいて、制御手段によって制御されるアクチュエータ6の加振力が第2仮想振動系VS2に入力されることで発生すると予測される理想マスダンパ21Iの抵抗力を、ダンパ抵抗力Pの予測値であるダンパ予測抵抗力Pprとして算出するダンパ予測抵抗力算出手段(制御装置15、図10のステップ52、3〜6、ステップ53、54)と、仮想調整部材MVAの剛性kb1を設定する設定手段(制御装置15、図6のステップ21)と、をさらに備え、仮想変位取得手段は、算出されたダンパ予測抵抗力Ppr及び設定された仮想調整部材の剛性kb1に応じて、仮想調整部材の変位の予測値を算出する(図10のステップ55)ことを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、試験対象マスダンパは、本体部と、本体部に対して移動可能な可動部と、本体部に対する可動部の変位を回転運動に変換した状態で回転マスに伝達する伝達機構とを有している。また、制御手段によって制御されたアクチュエータの加振力が振動系に入力されているときに検出されたダンパ抵抗力に応じ、第2仮想振動系の振動方程式に基づいて、制御手段によって制御されるアクチュエータの加振力が第2仮想振動系に入力されることで発生すると予測される理想マスダンパの抵抗力が、ダンパ抵抗力の予測値であるダンパ予測抵抗力として、ダンパ予測抵抗力算出手段により算出される。換言すれば、このダンパ予測抵抗力は、試験対象マスダンパが理想マスダンパに代えて第2仮想振動系に設けられていると仮定したときに、当該第2仮想振動系に、制御手段で制御されるアクチュエータの加振力が入力されることで発生すると予測されるダンパ抵抗力の予測値に相当する。 According to this configuration, the test target mass damper includes a main body part, a movable part movable with respect to the main body part, and a transmission mechanism that transmits the displacement of the movable part with respect to the main body part to the rotary mass in a state where the displacement is converted into a rotational motion. have. The actuator is controlled by the controller based on the vibration equation of the second virtual vibration system according to the damper resistance detected when the excitation force of the actuator controlled by the controller is input to the vibration system. The resistance force of the ideal mass damper that is predicted to be generated when the excitation force of the actuator is input to the second virtual vibration system is assumed to be a predicted damper resistance value that is a predicted value of the damper resistance force by the predicted damper resistance calculation means. Calculated. In other words, this damper predicted resistance force is controlled by the control means in the second virtual vibration system when it is assumed that the test target mass damper is provided in the second virtual vibration system instead of the ideal mass damper. This corresponds to a predicted value of the damper resistance force that is predicted to be generated by inputting the excitation force of the actuator.
さらに、仮想調整部材の剛性が設定手段によって設定されるとともに、算出されたダンパ予測抵抗力及び設定された仮想調整部材の剛性に応じて、仮想調整部材の変位の予測値が算出される。前述したように、仮想調整部材が第1仮想振動系に直列に連結されるものであるため、上記のようにダンパ予測抵抗力及び仮想調整部材の剛性に応じて仮想調整部材の変位の予測値を算出することにより、当該算出を適切に行うことができる。また、この場合、制御手段で制御されたアクチュエータの加振力の入力中に検出された試験対象マスダンパのダンパ抵抗力に応じたダンパ予測抵抗力を、仮想調整部材の変位の予測値の算出に用いるので、試験対象マスダンパに見合った仮想調整部材の変位の予測値を適切に算出することができる。 Further, the rigidity of the virtual adjustment member is set by the setting means, and the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member is calculated according to the calculated damper predicted resistance force and the set rigidity of the virtual adjustment member. As described above, since the virtual adjustment member is connected in series with the first virtual vibration system, the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member according to the damper predicted resistance force and the rigidity of the virtual adjustment member as described above. By calculating, the calculation can be performed appropriately. In this case, the damper predicted resistance force according to the damper resistance force of the mass damper to be tested detected during the input of the excitation force of the actuator controlled by the control means is used to calculate the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member. Since it uses, the predicted value of the displacement of the virtual adjustment member commensurate with the test target mass damper can be calculated appropriately.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載のマスダンパの試験装置41において、本体部に対する可動部の加速度(ダンパ加速度ad)を検出する可動部加速度検出手段(制御装置15、図11のステップ61)をさらに備え、ダンパ予測抵抗力算出手段は、制御手段によって制御されたアクチュエータ6の加振力が振動系Sに入力されているときに検出された可動部の加速度にさらに応じて、ダンパ予測抵抗力Pprを算出する(ステップ53、54、式(22))ことを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、本体部に対する可動部の加速度が、可動部加速度検出手段によって検出される。また、制御手段によって制御されたアクチュエータの加振力が入力されているときに検出された可動部の加速度にさらに応じて、ダンパ予測抵抗力が算出される。試験対象マスダンパの本体部に対する可動部の加速度は、試験対象マスダンパのダンパ予測抵抗力と密接な相関を有するので、ダンパ予測抵抗力の算出をより適切に行うことができる。 According to this configuration, the acceleration of the movable part with respect to the main body is detected by the movable part acceleration detecting means. Further, the damper predicted resistance force is calculated further according to the acceleration of the movable part detected when the excitation force of the actuator controlled by the control means is input. Since the acceleration of the movable part relative to the main body of the test target mass damper has a close correlation with the predicted damper resistance of the test target mass damper, the predicted damper resistance can be calculated more appropriately.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態による試験装置1を、これが適用されたマスダンパである試験対象マスダンパ21とともに概略的に示している。この試験対象マスダンパ21は、剛性を有する伝達部材(図示せず)とともに付加振動系を構成し、建物などの構造物の振動を抑制するためのものであり、本出願人による特許第5314201号の図3などに記載されたマスダンパと同様に構成されている。まず、この試験対象マスダンパ21の構成及び動作について、簡単に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a test apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention, together with a test
図1及び図4に示すように、試験対象マスダンパ21は、内筒22、ボールねじ23、回転マス24、及び制限機構25を有している。内筒22は、円筒状の鋼材で構成されている。内筒22の一端部は開口しており、他端部は、自在継ぎ手を介して第1フランジ26に取り付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the test
また、ボールねじ23は、ねじ軸23aと、ねじ軸23aに多数のボール23bを介して回転可能に螺合するナット23cを有している。ねじ軸23aの一端部は、上述した内筒22の開口に収容されており、ねじ軸23aの他端部は、自在継ぎ手を介して第2フランジ27に取り付けられている。また、ナット23cは、軸受け28を介して、内筒22に回転可能に支持されている。なお、図1では便宜上、ねじ軸23aの符号を省略している。ねじ軸23aは、後述するアクチュエータ6からの加振力が入力されていないときには、図4に示す所定の中立位置にある。
The ball screw 23 includes a
回転マス24は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス24は、内筒22及びボールねじ23を覆っており、軸受け29を介して、内筒22に回転可能に支持されている。回転マス24と内筒22の間には、一対のリング状のシール30、30が設けられている。これらのシール30、30、回転マス24及び内筒22によって形成された空間には、シリコンオイルで構成された粘性体31が充填されている。
The
以上のように構成された試験対象マスダンパ21では、内筒22とねじ軸23aの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ23で回転運動に変換された状態で、制限機構25を介して回転マス24に伝達されることによって、回転マス24が回転する。
In the test
制限機構25は、リング状の回転滑り材25aと、複数のねじ25b及びばね25c(2つのみ図示)で構成されている。試験対象マスダンパ21の軸線方向に作用する荷重(以下「軸荷重」という)が、ねじ25bの締付度合に応じて定まる制限荷重に達するまでは、回転マス24は、ナット23cと一体に回転する。一方、試験対象マスダンパ21の軸荷重が制限荷重に達すると、回転滑り材25aとナット23c又は回転マス24との間に滑りが発生する。
The limiting
次に、図1及び図2を参照しながら、試験装置1について説明する。以下の説明では、便宜上、図1の上側及び下側をそれぞれ「上」及び「下」とし、左側及び右側をそれぞれ「左」及び「右」、手前側及び奥側をそれぞれ「前」及び「後」とする。図1に示すように、試験装置1は、井桁状に一体に設けられた上下左右のフレーム2、3、4、5と、試験対象マスダンパ21を含む後述する振動系Sに加振力を入力するためのアクチュエータ6と、アクチュエータ6を試験対象マスダンパ21に連結するための連結部材7と、連結部材7を下フレーム3上に左右方向に移動可能に支持するガイド機構8を備えている。連結部材7、ガイド機構8及び試験対象マスダンパ21は、上下左右のフレーム2〜5で区画された空間に配置されている。
Next, the test apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the following description, for the sake of convenience, the upper side and the lower side in FIG. 1 are respectively referred to as “upper” and “lower”, the left side and the right side are “left” and “right”, respectively, and the front side and the rear side are “front” and “ "After". As shown in FIG. 1, the test apparatus 1 inputs an excitation force to a vibration system S (described later) including upper, lower, left and
アクチュエータ6は、例えばソレノイドで構成されており、左フレーム4に取り付けられた本体部6aと、後述するロードセル11を介して連結部材7に連結されたプランジャ6bを有している。アクチュエータ6は、後述する制御装置15(図2参照)で制御され、それにより、プランジャ6bから加振力が出力される。
The
上記の各フレーム2〜5及び連結部材7は、鋼材で構成されている。右フレーム5には、鋼材で構成された連結部材9を介して、前述した試験対象マスダンパ21の第1フランジ26が連結されており、試験対象マスダンパ21の軸線は、左右方向に延びている。なお、連結部材9を省略して、第1フランジ26を右フレーム5に直接、連結してもよい。また、連結部材7は、下フレーム3の左右方向の中央部に配置されており、連結部材7の右面、すなわちアクチュエータ6と反対側の面には、試験対象マスダンパ21の第2フランジ27が取り付けられている。
Each of the
前記ガイド機構8は、下フレーム3の上面の左右方向の中央部に取り付けられ、左右方向に延びるレール8aと、レール8aに、複数のボール(図示せず)を介して係合するスライド部材8bを有している。スライド部材8bは、レール8aに対して左右方向にのみ移動可能であり、回転不能である。スライド部材8bの上面には、連結部材7が取り付けられている。
The
試験装置1はさらに、連結部材7とアクチュエータ6の間に設けられたロードセル11と、連結部材7の右面に取り付けられた第1変位センサ12と、前記制御装置15を備えている。ロードセル11は、例えばひずみゲージ式のものであり、連結部材7に作用する荷重を、試験対象マスダンパ21の抵抗力(以下「ダンパ抵抗力」という)Pとして検出し、その検出信号を制御装置15に出力する。なお、ロードセル11として、静電容量式のものや他の適当なタイプのものを用いてもよい。また、連結部材7を省略して、アクチュエータ6のプランジャ6bを、ロードセル11を介して第2フランジ27に連結してもよい。
The test apparatus 1 further includes a
第1変位センサ12は、例えばレーザー式のものであり、試験対象マスダンパ21の内筒22に対するねじ軸23aの変位(以下「ダンパ変位」という)xdを検出し、その検出信号を制御装置15に出力する。なお、第1変位センサ12として、接触式のものや他の適当なタイプのものを用いてもよい。制御装置15は、アクチュエータ6を駆動するための電源や、整流器、CPU、RAM、ROM、I/Oインターフェースなどの組み合わせで構成されている。
The
以上の構成の試験装置1では、アクチュエータ6から加振力(例えば正弦波の加振力)が出力されるとともに、このアクチュエータ6の加振力(以下「アクチュエータ加振力」という)が、連結部材7、試験対象マスダンパ21、連結部材9及び右フレーム5から成る振動系Sに入力される。また、制御装置15により、当該アクチュエータ加振力の入力中に検出されたダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdに応じて、試験対象マスダンパ21の性能を表す各種の性能パラメータが算出される。
In the test apparatus 1 having the above configuration, an excitation force (for example, a sinusoidal excitation force) is output from the
この場合、本発明の課題及び課題を解決するための手段で述べたように、右フレーム5や連結部材7の全体の剛性と試験対象マスダンパ21の回転慣性質量とによって定まる振動系Sの固有振動数が、アクチュエータ加振力の振動数よりもかなり高いときには、ロードセル11で検出されるダンパ抵抗力Pに含まれる振動数成分のうち、振動系Sの固有振動数に相当する成分が大きくなる。これにより、検出されたダンパ抵抗力Pに不規則なうねりが表れる結果、ダンパ抵抗力Pに基づいて試験対象マスダンパ21の性能パラメータを適切に算出できなくなる。
In this case, as described in the problem and the means for solving the problem of the present invention, the natural vibration of the vibration system S determined by the overall rigidity of the
そこで、本実施形態では、性能パラメータを適切に算出するために、アクチュエータ加振力が、制御装置15により以下に述べるようにして制御される。まず、その制御手法の技術的観点について説明する。
Therefore, in the present embodiment, the actuator excitation force is controlled by the
本発明の前述した仮想調整部材MVA及び理想マスダンパ21Iが、右フレーム5及び連結部材7、9に直列に連結されていると仮定した場合、右フレーム5及び連結部材7、9の全体を支持部材MSとすると、仮想調整部材MVA、理想マスダンパ21I及び支持部材MSの全体を示すモデル図は、例えば図3(a)のように表される。この理想マスダンパ21Iは、回転マス24の回転慣性質量や粘性体31の減衰係数などの諸元の各々がカタログに記載の所定の理想値である試験対象マスダンパ21に相当する。また、図3(a)において、MDSは、理想マスダンパ21Iの内筒及びボールねじから成るばね要素(以下「理想ダンパばね要素」という)である。さらに、仮想調整部材MVAは、支持部材MS及び理想マスダンパ21Iが互いに直列に連結された第1仮想振動系VS1の固有振動数を後述する所定振動数に近づけるためのものである。
When it is assumed that the above-described virtual adjustment member MVA and ideal mass damper 21I of the present invention are connected in series to the
また、仮想調整部材MVA、支持部材MS及び理想ダンパばね要素MDS全体を全体ばね要素MASとすると、全体ばね要素MAS、理想マスダンパ21Iの回転マス24I及び粘性体31Iを示すモデル図は、例えば図3(b)のように表される。以下、理想マスダンパ21Iの回転マス24I及び粘性体31Iを総称して、「理想ダンパ要素」という。 Further, assuming that the entire virtual adjustment member MVA, the support member MS, and the ideal damper spring element MDS are the whole spring element MAS, a model diagram showing the whole spring element MAS, the rotation mass 24I of the ideal mass damper 21I and the viscous body 31I is, for example, FIG. It is expressed as (b). Hereinafter, the rotating mass 24I and the viscous body 31I of the ideal mass damper 21I are collectively referred to as “ideal damper elements”.
ここで、仮想調整部材MVAの剛性(ばね定数)をkb1、理想ダンパばね要素MDSの剛性をkb2、支持部材MSの剛性をkb3、全体ばね要素MASの剛性をkbとすると、kbは、kb1・kb2・kb3/(kb1・kb2+kb1・kb3+kb2・kb3)で表される。ここで、全体ばね要素MAS及び理想ダンパ要素に入力されるアクチュエータ加振力による入力変位(以下、単に「入力変位」という)をxとし、アクチュエータ加振力による全体ばね要素MASの変位(以下「全体ばね要素変位」という)をxbとすると、x=xdi+xbが成立する。このxdiは、理想マスダンパ21Iの内筒に対するねじ軸の変位(以下「理想ダンパ変位」という)である。 Here, assuming that the rigidity (spring constant) of the virtual adjustment member MVA is kb1, the rigidity of the ideal damper spring element MDS is kb2, the rigidity of the support member MS is kb3, and the rigidity of the overall spring element MAS is kb, kb is kb1 · It is expressed as kb2 · kb3 / (kb1 · kb2 + kb1 · kb3 + kb2 · kb3). Here, an input displacement (hereinafter simply referred to as “input displacement”) due to an actuator excitation force input to the overall spring element MAS and the ideal damper element is assumed to be x, and a displacement of the overall spring element MAS due to the actuator excitation force (hereinafter “ X = xdi + xb is established, where xb is the “total spring element displacement”. This xdi is the displacement of the screw shaft relative to the inner cylinder of the ideal mass damper 21I (hereinafter referred to as “ideal damper displacement”).
また、理想ダンパ変位xdiの変化速度(xdiの1回微分値。以下「理想ダンパ速度」という)をvdiとし、粘性体31Iのせん断抵抗による非線形粘性減衰係数cdi・(vdi)が、|vdi|のべき乗に比例すると仮定する、すなわち、cdi・(vdi)=cv・|vdi|α-1であると仮定すると、アクチュエータ加振力が全体ばね要素MAS及び理想ダンパ要素に入力されるときの振動方程式は、次式(1)で表される。
PI=cv・|vdi|α-1・vdi+mdi・adi=kb(x−xdi)
……(1)
ここで、PIは、理想マスダンパ21Iの抵抗力(以下「理想ダンパ抵抗力」という)であり、mdiは、回転マス24Iの回転慣性質量(等価質量)である。また、adiは、理想ダンパ変位xdiの変化加速度(xdiの2回微分値。以下「理想ダンパ加速度」という)であり、他のパラメータは前述したとおりである。
Further, a change speed of the ideal damper displacement xdi (a differential value of xdi; hereinafter referred to as “ideal damper speed”) is represented by vdi, and a nonlinear viscous damping coefficient cdi · (vdi) due to the shear resistance of the viscous body 31I is represented by | vdi | Assuming that it is proportional to the power of i.e., cdi · (vdi) = cv · | vdi | α-1 , the vibration when the actuator excitation force is input to the whole spring element MAS and the ideal damper element The equation is expressed by the following equation (1).
PI = cv · | vdi | α−1 · vdi + mdi · adi = kb (x−xdi)
...... (1)
Here, PI is the resistance force of the ideal mass damper 21I (hereinafter referred to as “ideal damper resistance force”), and mdi is the rotational inertial mass (equivalent mass) of the rotary mass 24I. Further, adi is the change acceleration of the ideal damper displacement xdi (two-time differential value of xdi; hereinafter referred to as “ideal damper acceleration”), and the other parameters are as described above.
次に、この式(1)で表される振動方程式を、時刻歴応答解析で用いるために、理想ダンパ抵抗力PIの単位時間当たりの変化量(以下「理想ダンパ抵抗力変化量」という)ΔPIの関数で表す。 Next, in order to use the vibration equation represented by the equation (1) in the time history response analysis, the change amount per unit time of the ideal damper resistance force PI (hereinafter referred to as “ideal damper resistance force change amount”) ΔPI It is expressed by the function of
まず、理想マスダンパ21Iの粘性抵抗力cv・sgn(vdi)|vdi|α(=cv・|vdi|α-1・vdi)の導関数は、速度と粘性抵抗力との関係において、理想ダンパ速度vdiに対する接線減衰係数cdt(vdi)であり、次式(2)で表される。また、慣性力に関する接線質量は常に、回転マス24Iの回転慣性質量mdiである。
cdt(vdi)=cv・α・|vdi|α-1 ……(2)
First, the derivative of the viscous resistance force cv · sgn (vdi) | vdi | α (= cv · | vdi | α-1 · vdi) of the ideal mass damper 21I is the ideal damper speed in relation to the velocity and the viscous resistance force. A tangential attenuation coefficient cdt (vdi) with respect to vdi, which is expressed by the following equation (2). The tangential mass related to the inertial force is always the rotational inertial mass mdi of the rotary mass 24I.
cdt (vdi) = cv · α · | vdi | α-1 (2)
これらの接線減衰係数cdt(vdi)及び回転マス24Iの回転慣性質量mdiを用いて、上記の理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIは、次式(3)で表される。
ΔPI=cdt(vdi)・Δvdi+mdi・Δadi
=cv・α・|vdi|α-1・Δvdi+mdi・Δadi ……(3)
ここで、Δvdiは、時刻歴応答解析における1ステップ当たりの理想ダンパ速度vdiの変化量(以下「理想ダンパ速度変化量」という)であり、Δadiは、1ステップ当たりの理想ダンパ加速度adiの変化量(以下「理想ダンパ加速度変化量」という)である。
Using the tangential damping coefficient cdt (vdi) and the rotational inertia mass mdi of the rotational mass 24I, the ideal damper resistance force change ΔPI is expressed by the following equation (3).
ΔPI = cdt (vdi) · Δvdi + mdi · Δadi
= Cv · α · | vdi | α-1 · Δvdi + mdi · Δadi (3)
Here, Δvdi is a change amount of the ideal damper speed vdi per step in the time history response analysis (hereinafter referred to as “ideal damper speed change amount”), and Δadi is a change amount of the ideal damper acceleration adi per step. (Hereinafter referred to as “ideal damper acceleration change amount”).
また、理想ダンパ速度変化量Δvdiは、平均加速度法(β=0.25)を用いて、次式(4)で表される。
Δvdi=(Δadi+2・adiz)Δt/2 ……(4)
ここで、Δtは、時刻歴応答解析における1ステップ当たりの時間(各ステップ間の時間。以下「ステップ時間」という)であり、adizは、理想ダンパ加速度adiの前回値、すなわち、前回のステップにおける理想ダンパ加速度adiである。
The ideal damper speed change amount Δvdi is expressed by the following equation (4) using the average acceleration method (β = 0.25).
Δvdi = (
Here, Δt is the time per step in the time history response analysis (time between each step; hereinafter referred to as “step time”), and adiz is the previous value of the ideal damper acceleration adi, that is, in the previous step. The ideal damper acceleration adi.
さらに、この式(4)を変形すると、理想ダンパ加速度変化量Δadiは、次式(5)で表される。
Δadi=(2・Δvdi/Δt)−2・adiz ……(5)
Further, when this equation (4) is transformed, the ideal damper acceleration change amount Δadi is expressed by the following equation (5).
Δadi = (2 · Δvdi / Δt) −2 · adiz (5)
上記の式(3)〜(5)より次式(6)が得られる。
ΔPI=cr・Δvdi−2・mdi・adiz ……(6)
The following formula (6) is obtained from the above formulas (3) to (5).
ΔPI = cr · Δvdi−2 · mdi · adiz (6)
この式(6)における変数crは、次式(7)で表される。
cr=cdt(vdi)+2・mdi/Δt
=cv・α・|vdi|α-1+2・mdi/Δt ……(7)
The variable cr in the equation (6) is expressed by the following equation (7).
cr = cdt (vdi) + 2 · mdi / Δt
= Cv · α · | vdi | α-1 + 2 · mdi / Δt (7)
また、理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIは、全体ばね要素MASの剛性kbと、1ステップ当たりの全体ばね要素変位xbの変化量(以下「全体ばね要素変位変化量」という)Δxbとを用いて、次式(8)で表される。
ΔPI=kb・Δxb ……(8)
Further, the ideal damper resistance change amount ΔPI is obtained by using the rigidity kb of the overall spring element MAS and the change amount of the overall spring element displacement xb per step (hereinafter referred to as “total spring element displacement change amount”) Δxb. It is represented by the following formula (8).
ΔPI = kb · Δxb (8)
さらに、全体ばね要素変位変化量Δxbは、平均加速度法(β=0.25)を用いて、次式(9)で表される。ここで、Δvbは、全体ばね要素変位変化量Δxbの変化速度(Δxbの1回微分値。以下「全体ばね要素速度変化量」という)である。換言すれば、全体ばね要素速度変化量Δvbは、全体ばね要素変位xbの変化速度(xbの1回微分値。以下「全体ばね要素速度vb」という)の1ステップ当たりの変化量である。また、vbzは、全体ばね要素速度vbの前回値、すなわち、前回のステップにおける全体ばね要素速度vbである。
Δxb=(Δvb+2・vbz)Δt/2 ……(9)
Further, the total spring element displacement change amount Δxb is expressed by the following equation (9) using an average acceleration method (β = 0.25). Here, Δvb is a change speed of the overall spring element displacement change amount Δxb (a single differential value of Δxb, hereinafter referred to as “total spring element speed change amount”). In other words, the total spring element speed change amount Δvb is a change amount per step of the change speed of the total spring element displacement xb (a single differential value of xb, hereinafter referred to as “total spring element speed vb”). Further, vbz is the previous value of the overall spring element speed vb, that is, the overall spring element speed vb in the previous step.
Δxb = (
さらに、この式(9)を変形すると、全体ばね要素速度変化量Δvbは、次式(10)で表される。
Δvb=(2・Δxb/Δt)−2・vbz ……(10)
Further, when this equation (9) is modified, the total spring element speed change amount Δvb is expressed by the following equation (10).
Δvb = (2 · Δxb / Δt) −2 · vbz (10)
前記式(6)〜(10)から、理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIは、次式(11)で表される。式(11)において、Δvは、入力変位xの変化速度(xの1回微分値。以下「入力速度v」という)の1ステップ当たりの変化量(以下「入力速度変化量」という)である。
ΔPI=cr(Δv−Δvb)−2・mdi・adiz
=(cr・Δv/κ)+(2・cr・vbz/κ)
−(2・mdi・adiz/κ) ……(11)
ここで、κ=1+{(2・cr)/(Δt・kb)}である。
From the formulas (6) to (10), the ideal damper resistance change amount ΔPI is represented by the following formula (11). In Expression (11), Δv is a change amount per step (hereinafter referred to as “input speed change amount”) of a change speed of the input displacement x (a single differential value of x; hereinafter referred to as “input speed v”). .
ΔPI = cr (Δv−Δvb) −2 · mdi · adiz
= (Cr · Δv / κ) + (2 · cr · vbz / κ)
-(2 · mdi · adiz / κ) (11)
Here, κ = 1 + {(2 · cr) / (Δt · kb)}.
また、全体ばね要素速度vb、理想ダンパ加速度adi、及び理想ダンパ速度vdiは、次式(12)、(13)、及び(14)でそれぞれ表される。
vb=vbz+Δvb=(2・Δxb/Δt)−vbz ……(12)
adi=a−ab
=a−{(4・Δxb/Δt2)−(4・vbz/Δt)−abz}
……(13)
vdi=v−vb=v−{(2・Δxb/Δt)−vbz}
=v−{(2・ΔPI)/(Δt・kb)−vbz} ……(14)
ここで、aは、入力変位xの変化加速度(xの2回微分値。以下「入力加速度」という)であり、abは、全体ばね要素変位xbの変化加速度(xbの2回微分値。以下「全体ばね要素加速度」という)である。また、abzは、全体ばね要素加速度abの前回値、すなわち、前回のステップにおける全体ばね要素加速度abである。
The overall spring element speed vb, the ideal damper acceleration adi, and the ideal damper speed vdi are expressed by the following equations (12), (13), and (14), respectively.
vb = vbz + Δvb = (2 · Δxb / Δt) −vbz (12)
adi = a−ab
= A − {(4 · Δxb / Δt 2 ) − (4 · vbz / Δt) −abz}
(13)
vdi = v−vb = v − {(2 · Δxb / Δt) −vbz}
= V − {(2 · ΔPI) / (Δt · kb) −vbz} (14)
Here, a is the change acceleration of the input displacement x (double differential value of x; hereinafter referred to as “input acceleration”), and ab is the change acceleration of the overall spring element displacement xb (double differential value of xb. It is called “overall spring element acceleration”). Abz is the previous value of the overall spring element acceleration ab, that is, the overall spring element acceleration ab in the previous step.
また、今回の理想ダンパ抵抗力PIの予測値(以下「理想ダンパ予測抵抗力」という)PIprは、次式(15)で表される。
PIpr=PIprz+ΔPI ……(15)
ここで、PIprzは、理想ダンパ予測抵抗力PIprの前回値、すなわち前回のステップにおける理想ダンパ予測抵抗力PIprである。
Further, the predicted value (hereinafter referred to as “ideal damper predicted resistance force”) PIpr of the ideal damper resistance force PI this time is expressed by the following equation (15).
PIpr = PIprz + ΔPI (15)
Here, PIprz is the previous value of the ideal damper predicted resistance force PIpr, that is, the ideal damper predicted resistance force PIpr in the previous step.
さらに、今回の仮想調整部材MVAの変位の予測値(以下「仮想調整部材予測変位」という)xb1prは、次式(16)で表される。前述したように、kb1は、仮想調整部材MVAの剛性である。
xb1pr=PIpr/kb1 ……(16)
Further, the predicted displacement value (hereinafter referred to as “virtual adjustment member predicted displacement”) xb1pr of the virtual adjustment member MVA this time is expressed by the following equation (16). As described above, kb1 is the rigidity of the virtual adjustment member MVA.
xb1pr = PIpr / kb1 (16)
制御装置15は、仮想調整部材MVAが試験対象マスダンパ21を含む振動系Sに直列に連結された仮想の振動系(図3(a))に入力される入力変位と同等の変位を、アクチュエータ6から振動系Sに入力するために、アクチュエータ加振力による入力変位の目標値xobjを、その基本値xbaseと仮想調整部材予測変位xb1prに応じて算出するとともに、算出された目標値xobjに基づいて、アクチュエータ加振力を制御する。
The
具体的には、制御装置15は、図5に示すアクチュエータ6を制御するための加振制御処理を実行する。本処理は、前記ステップ時間Δtとしての所定時間(例えば10msec)ごとに、繰り返し実行され、その開始から所定の実行時間(例えば60sec)が経過したときに完了(停止)される。まず、図5のステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、そのときに得られている各種パラメータを、その前回値としてシフトする。これらのパラメータには、後述するようにして算出される基本値xbase、入力速度v、理想ダンパ予測抵抗力PIpr、全体ばね要素速度vb、入力加速度a、理想ダンパ加速度adi、及び理想ダンパ速度vdiが含まれる。
Specifically, the
次いで、前記式(7)(cr=cv・α・|vdi|α-1+2・mdi/Δt)によって、変数crを算出する(ステップ2)。この場合、式(7)における変数cv及びαとして、仕様書に記載の試験対象マスダンパ21の諸元の所定の理想値に応じて実験で予め求めた所定値が、用いられる。また、回転マス24Iの回転慣性質量mdiとして、仕様書に記載の所定の理想値が用いられ、ステップ時間Δtとして、上記の所定時間が用いられる。このことは、後述する他のパラメータの算出においても同様に当てはまる。さらに、理想ダンパ速度vdiとして、上記ステップ1でシフトされた理想ダンパ速度の前回値vdizが用いられる。なお、本処理の初回時には、当該算出において、理想ダンパ速度vdiは値0に設定される。
Next, the variable cr is calculated by the equation (7) (cr = cv · α · | vdi | α-1 + 2 · mdi / Δt) (step 2). In this case, as the variables cv and α in the equation (7), predetermined values obtained in advance by experiments in accordance with predetermined ideal values of the specifications of the test
次に、本処理の開始時からの経過時間を計時するためのカウンタのカウンタ値Cをインクリメントする(ステップ3)。次いで、カウンタ値Cに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、アクチュエータ6からの今回の入力変位の基本値xbaseを算出する(ステップ4)。このマップは、所定振動数frefの地震波(例えば正弦波の振動波)に基づく入力変位を基本値xbaseとして、カウンタ値Cに関連づけてマップ化したものである。
Next, the counter value C of the counter for counting the elapsed time from the start of this process is incremented (step 3). Next, a basic value xbase of the current input displacement from the
次いで、算出された基本値xbaseなどを用い、次式(17)によって、今回の入力速度vを算出する(ステップ5)。
v={2(xbase−xbasez)/Δt}−vz ……(17)
ここで、xbasez及びvzはそれぞれ、前記ステップ1でシフトされた基本値xbase及び入力速度vの前回値である。なお、当該算出において、本処理の初回時には、xbasez及びvzは値0に設定される。
Next, the current input speed v is calculated by the following equation (17) using the calculated basic value xbase or the like (step 5).
v = {2 (xbase−xbasez) / Δt} −vz (17)
Here, xbasez and vz are the previous values of the basic value xbase and the input speed v shifted in the step 1, respectively. In this calculation, xbasez and vz are set to 0 at the first time of this process.
次に、算出された入力速度vから、その前回値vzを減算することによって、入力速度変化量Δvを算出する(ステップ6)。 Next, an input speed change amount Δv is calculated by subtracting the previous value vz from the calculated input speed v (step 6).
次いで、算出された入力速度変化量Δvと、前記ステップ1でシフトされた全体ばね要素速度の前回値vbz及び理想ダンパ加速度の前回値adizと、前記ステップ2で算出された変数crを用い、前記式(11)(ΔPI=(cr・Δv/κ)+(2・cr・vbz/κ)−(2・mdi・adiz/κ))によって、理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIを算出する(ステップ7)。
Next, using the calculated input speed change amount Δv, the previous value vbz of the overall spring element speed shifted in step 1 and the previous value adiz of the ideal damper acceleration, and the variable cr calculated in
当該ΔPIの算出において、本処理の初回時には、全体ばね要素速度の前回値vbz及び理想ダンパ加速度の前回値adizは、値0に設定される。また、κ=1+{(2・cr)/(Δt・kb)}における全体ばね要素MASの剛性kbは、前述した図3から明らかなように、次式(18)によって算出された値に予め設定される。
kb=kb1・kb2・kb3
/(kb1・kb2+kb1・kb3+kb2・kb3) ……(18)
In the calculation of ΔPI, the previous value vbz of the overall spring element speed and the previous value adiz of the ideal damper acceleration are set to the value 0 at the first time of this process. Further, as is apparent from FIG. 3 described above, the rigidity kb of the overall spring element MAS at κ = 1 + {(2 · cr) / (Δt · kb)} Is set.
kb = kb1, kb2, kb3
/ (Kb1 / kb2 + kb1 / kb3 + kb2 / kb3) (18)
この場合、理想ダンパばね要素MDS(理想マスダンパ21Iの内筒及びボールねじから成るばね要素)の剛性kb2として、試験対象マスダンパ21の仕様書に記載の諸元に基づく所定値が用いられ、支持部材MS(右フレーム5及び連結部材7、9の全体)の剛性kb3として、各部材の仕様書に基づいて予め求めた所定値が用いられる。また、仮想調整部材MVAは、第1仮想振動系VS1の固有振動数を所定振動数frefに近づけるためのものである。このため、仮想調整部材MVAの剛性kb1は、前記図3(a)に示す支持部材MS、理想マスダンパ21I及び仮想調整部材MVAが互いに直列に連結された第2仮想振動系VS2の固有振動数fvs2が、前記基本値xbaseとして設定される入力加振波形の所定振動数frefになるように、予め設定される。この場合、第2仮想振動系VS2の固有振動数fvs2は、fvs2=sqrt{kb/mdi}/(2π)で表される。
In this case, as the rigidity kb2 of the ideal damper spring element MDS (the spring element comprising the inner cylinder and ball screw of the ideal mass damper 21I), a predetermined value based on the specifications described in the specifications of the test
図6は、仮想調整部材MVAの剛性kb1及び全体ばね要素MASの剛性kbを設定するための剛性設定処理を示しており、本処理は、加振制御処理の実行開始の直前に、1回のみ実行される。剛性設定処理では、そのステップ21及び22においてそれぞれ、仮想調整部材MVAの剛性kb1及び全体ばね要素MASの剛性kbが上述したようにして設定される。なお、当該設定にあたり、理想ダンパばね要素MDSの剛性kb2、支持部材MSの剛性kb3、及び所定振動数frefは、オペレータによって制御装置15に入力される。
FIG. 6 shows a stiffness setting process for setting the stiffness kb1 of the virtual adjustment member MVA and the stiffness kb of the overall spring element MAS. This process is performed only once just before the start of the vibration control process. Executed. In the stiffness setting process, in
図5に戻り、前記ステップ7に続くステップ8では、ステップ7で算出された理想ダンパ抵抗力変化量ΔPI及び前記ステップ1でシフトされた理想ダンパ予測抵抗力の前回値PIprzを用い、前記式(15)(PIpr=PIprz+ΔPI)によって、今回の理想ダンパ予測抵抗力PIprを算出する。次いで、算出された理想ダンパ予測抵抗力PIprを用い、前記式(16)(xb1pr=PIpr/kb1)によって、仮想調整部材予測変位xb1prを算出する(ステップ9)。この場合にも、上述したようにして設定された仮想調整部材MVAの剛性kb1が用いられる。
Returning to FIG. 5, in
次に、前記ステップ4で算出された基本値xbaseから、ステップ9で算出された仮想調整部材予測変位xb1prを減算することによって、入力変位の目標値xobjを算出する(ステップ10)。次いで、算出された目標値xobjに基づく制御信号をアクチュエータ6に出力する(ステップ11)。これにより、試験対象マスダンパ21、右フレーム5及び連結部材7、9から成る振動系Sにアクチュエータ6から入力される入力変位が目標値xobjになるように、アクチュエータ加振力が制御される。
Next, the target value xobj of the input displacement is calculated by subtracting the virtual adjustment member predicted displacement xb1pr calculated in
次に、前記ステップ7で算出された理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIを全体ばね要素MASの剛性kbで除算する(前記式(8)参照)ことによって、全体ばね要素変位変化量Δxbを算出する(ステップ12)。この算出手法から明らかなように、全体ばね要素変位変化量Δxbは、今回の制御によるアクチュエータ加振力が入力されることで得られる全体ばね要素変位変化量に相当する。
Next, by dividing the ideal damper resistance change ΔPI calculated in
次いで、算出された全体ばね要素変位変化量Δxbと、ステップ時間Δtと、前記ステップ1でシフトされた全体ばね要素速度の前回値vbzを用い、前記式(12)(vb=(2・Δxb/Δt)−vbz)によって、今回の全体ばね要素速度vbを算出する(ステップ13)。次に、前記ステップ5で算出された入力速度vと、前記ステップ1でシフトされた入力速度vの前回値vz及び入力加速度aの前回値azと、ステップ時間Δtを用い、次式(19)によって、今回の入力加速度aを算出する(ステップ14)。
a={2(v−vz)/Δt}−az ……(19)
Next, using the calculated total spring element displacement change amount Δxb, the step time Δt, and the previous value vbz of the total spring element speed shifted in step 1, the equation (12) (vb = (2 · Δxb / The current overall spring element speed vb is calculated by [Delta] t) -vbz) (step 13). Next, using the input speed v calculated in
a = {2 (v−vz) / Δt} −az (19)
次いで、算出された入力加速度aと、全体ばね要素変位変化量Δxbと、ステップ時間Δtと、全体ばね要素速度の前回値vbzと、前記ステップ1でシフトされた全体ばね要素加速度abの前回値abzを用い、前記式(13)(adi=a−{(4・Δxb/Δt2)−(4・vbz/Δt)−abz})によって、今回の理想ダンパ加速度adiを算出する(ステップ15)。次に、前記ステップ5で算出された入力速度v、ステップ7で算出された理想ダンパ抵抗力変化量ΔPI、ステップ時間Δt、図6のステップ22で設定された全体ばね要素MASの剛性kb、前記ステップ1でシフトされた全体ばね要素速度の前回値vbzを用い、前記式(14)(vdi=v−{(2・ΔPI)/(Δt・kb)−vbz})によって、理想ダンパ速度vdiを算出し(ステップ16)、本処理を終了する。
Subsequently, the calculated input acceleration a, the total spring element displacement change amount Δxb, the step time Δt, the previous value vbz of the total spring element speed, and the previous value abz of the total spring element acceleration ab shifted in the step 1 are calculated. The ideal damper acceleration adi of this time is calculated by the above equation (13) (adi = a − {(4 · Δxb / Δt 2 ) − (4 · vbz / Δt) −abz})) (step 15). Next, the input speed v calculated in
以上の算出手法から明らかなように、ステップ13、15及び16でそれぞれ算出される全体ばね要素速度vb、理想ダンパ加速度adi及び理想ダンパ速度vdiは、全体ばね要素変位変化量Δxbと同様、今回の制御によるアクチュエータ加振力が入力されることで得られる全体ばね要素速度vb、理想ダンパ加速度adi及び理想ダンパ速度vdiにそれぞれ相当する。
As is clear from the above calculation method, the overall spring element speed vb, the ideal damper acceleration adi, and the ideal damper speed vdi calculated in
以上のように、加振制御処理では、ステップ13、15及び16でそれぞれ算出された全体ばね要素速度vb、理想ダンパ加速度adi、及び理想ダンパ速度vdiは、次回の本処理の実行時に、前回値として、変数crや理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIの算出に用いられる。
As described above, in the vibration control process, the overall spring element speed vb, the ideal damper acceleration adi, and the ideal damper speed vdi calculated in
次に、図7を参照しながら、制御装置15によって実行される試験対象マスダンパ21を評価するための処理について説明する。本処理は、上述した加振制御処理の実行に続いて、前記所定時間ごとに繰り返し実行される。
Next, a process for evaluating the test
まず、図7のステップ31では、最大速度抵抗力Qvを、次のようにして算出する。すなわち、加振制御処理で制御されたアクチュエータ加振力の入力中、ダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdに応じ、ねじ軸23aが前記中立位置(図4参照)にあるときに、すなわち、内筒22に対するねじ軸23aの速度が最大であるときに検出されたダンパ抵抗力Pを、最大速度抵抗力Qvとしてサンプリングする。この場合、ねじ軸23aが、アクチュエータ加振力により左右方向に往復動することから明らかなように、最大速度抵抗力Qvとして、正値の最大速度抵抗力+Qvと、負値の最大速度抵抗力−Qvが得られる。このため、これらの+Qv及び−Qvの各々の絶対値の平均値を、試験対象マスダンパ21の最大速度抵抗力Qvとして算出する。
First, in
ステップ31に続くステップ32では、試験対象マスダンパ21の減衰係数Ceqを、次のようにして算出する。すなわち、まず、加振制御処理で制御されたアクチュエータ加振力の入力中、ダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdを、前記所定時間ごとに、互いに関連づけてサンプリングするとともに、当該サンプリングを、ねじ軸23aが1サイクル分、往復動するまで、すなわち、中立位置に位置していたねじ軸23aが、左右に往復動して中立位置に再度、戻るまで行う。次いで、サンプリングした複数のダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdを用いて、次式(20)によって、履歴面積ΔWを算出する。ここで、iは、サンプリングされたダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdのサンプリング番号であり、nは、サンプリングされたダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdの個数である。
次に、サンプリングされた複数のダンパ変位xdのうちの最大のものを最大変位xdmaxとして設定するとともに、算出された履歴面積ΔW、最大変位xdmax及びアクチュエータ加振力の前記所定振動数frefを用い、次式(21)によって、試験対象マスダンパ21の減衰係数Ceqを算出する。
Ceq=ΔW/(2π2・fref・xdmax2) ……(21)
Next, the maximum one of the plurality of sampled damper displacements xd is set as the maximum displacement xdmax, and the calculated history area ΔW, the maximum displacement xdmax and the predetermined vibration frequency fref of the actuator excitation force are used. The attenuation coefficient Ceq of the test
Ceq = ΔW / (2π 2 · fref · xdmax 2 ) (21)
ステップ32に続くステップ33では、試験対象マスダンパ21の回転マス24の回転慣性質量mdを、次のようにして算出する。すなわち、まず、減衰係数Ceqの算出の場合と同様、加振制御処理で制御されたアクチュエータ加振力の入力中、ダンパ抵抗力P及びダンパ変位xdを、所定時間ごとに、互いに関連づけてサンプリングするとともに、当該サンプリングを、ねじ軸23aが1サイクル分、往復動するまで行う。次いで、サンプリングされた複数のダンパ抵抗力Pのうち、ダンパ変位xdが最大になったとき(試験対象マスダンパ21が最も伸びたとき)、又は最小になったとき(試験対象マスダンパ21が最も縮んだとき)にサンプリングされたPを、最大慣性力Qmaxとして設定する。
In step 33 following step 32, the rotational inertia mass md of the
次に、サンプリングされた複数のダンパ変位xdを2回微分することによって、そのときどきにおける内筒22に対するねじ軸23aの加速度を算出するとともに、算出された複数の加速度のうちの最も大きいものを、最大加速度δmaxとして設定する。次いで、設定された最大慣性力Qmaxを、設定された最大加速度δmaxで除算することによって、試験対象マスダンパ21の回転慣性質量mdを算出する。
Next, by differentiating the plurality of sampled damper displacements xd twice, the acceleration of the
ステップ33に続くステップ34では、試験対象マスダンパ21の性能を次のようにして評価し、本処理を終了する。すなわち、ステップ31で算出された最大速度抵抗力Qvが所定の基準抵抗力よりも小さいという条件、ステップ32で算出された減衰係数Ceqが所定の基準減衰係数よりも小さいという条件、及び、ステップ33で算出された回転慣性質量mdが所定の基準質量よりも小さいという条件の少なくとも1つが成立しているときには、試験対象マスダンパ21の性能が低いと評価される。以下、これらの最大速度抵抗力Qv、減衰係数Ceq及び回転慣性質量mdを総称して適宜、「性能パラメータ」という。
In step 34 following step 33, the performance of the test
以上のように、第1実施形態によれば、剛性を有する右フレーム5及び連結部材7、9から成る支持部材MSが、試験対象マスダンパ21に直列に連結されるとともに、試験対象マスダンパ21及び支持部材MSを含む振動系Sに、アクチュエータ加振力が入力される。また、所定振動数frefの加振力が第2仮想振動系VS2に入力されたと仮定したときの仮想調整部材MVAの変位の予測値である仮想調整部材予測変位xb1prが、第2仮想振動系VS2の振動方程式(前記式(1))から導出された式(11)などに基づいて算出される(図5のステップ2〜9)。この第2仮想振動系VS2は、理想マスダンパ21Iと、支持部材MSとが直列に連結された第1仮想振動系VS1の固有振動数を所定振動数frefに近づけるための仮想調整部材MVAが、第1仮想振動系VS1に直列に連結された振動系である。
As described above, according to the first embodiment, the support member MS including the rigid
さらに、所定振動数frefの加振力を入力するための入力変位の基本値xbaseと、算出された仮想調整部材予測変位xb1prとに応じて、アクチュエータ加振力が制御される(ステップ10、11)。以上のようにしてアクチュエータ加振力を制御することにより、当該アクチュエータ加振力の入力中における試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pとして、仮想調整部材MVAが直列に連結された振動系Sに所定振動数frefのアクチュエータ加振力を入力したと仮定した場合における試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pと同等の抵抗力を、得ることができる。
Further, the actuator excitation force is controlled according to the input displacement basic value xbase for inputting the excitation force of the predetermined frequency fref and the calculated virtual adjustment member predicted displacement xb1pr (steps 10 and 11). ). By controlling the actuator excitation force as described above, a predetermined resistance is applied to the vibration system S in which the virtual adjustment member MVA is connected in series as the damper resistance force P of the test
第1実施形態によれば、上述したように制御されたアクチュエータ加振力が振動系Sに入力されているときに検出された試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pに応じて、試験対象マスダンパ21の性能を表す性能パラメータが算出される(図7のステップ31〜33)。以上により、検出されたダンパ抵抗力Pに含まれる振動数成分のうち、アクチュエータ加振力の振動数に相当する成分を大きくすることができるので、前述したようなうねりを抑制でき、ひいては、ダンパ抵抗力Pに応じた性能パラメータの算出を適切に行うことができる。
According to the first embodiment, according to the damper resistance force P of the test
また、仮想調整部材MVAは、仮想の部材であって、図1に示すように試験装置1に実際に設けられておらず、前述した従来の試験装置の調整部材は不要である。したがって、その分、性能試験確認の作業を比較的簡単に行えるとともに、構成を簡略化することができる。 Further, the virtual adjustment member MVA is a virtual member, and is not actually provided in the test apparatus 1 as shown in FIG. 1, and the adjustment member of the conventional test apparatus described above is unnecessary. Accordingly, it is possible to relatively easily perform the performance test confirmation and to simplify the configuration.
次に、図8を参照しながら、第1実施形態の変形例による加振制御処理について説明する。この変形例は、第1実施形態と比較して、仮想調整部材予測変位xb1prの算出手法のみが異なっている。図8において、図5と同じ実行内容については、同じステップ番号を付している。図8に示すように、変形例では、ステップ1、2、5〜8、及び12〜16による処理が省略されており、前記ステップ4において基本値xbaseが算出されると、続くステップ41において、前記ステップ3でインクリメントされたカウンタ値Cに応じ、所定のマップ(図示せず)を検索することによって、仮想調整部材予測変位xb1prが算出される。このマップは、前記式(7)や(11)〜(18)によって予め算出された仮想調整部材予測変位xb1prを、カウンタ値Cに関連づけてマップ化したものである。
Next, an excitation control process according to a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. This modification is different from the first embodiment only in the method of calculating the virtual adjustment member predicted displacement xb1pr. In FIG. 8, the same step number is attached | subjected about the same execution content as FIG. As shown in FIG. 8, in the modified example, the processing by
上記ステップ41に続いて、前記ステップ10及び11を実行し、本処理を終了する。これにより、入力変位の基本値xbaseから仮想調整部材予測変位xb1prを減算することによって、入力変位の目標値xobjが算出されるとともに、算出された目標値xobjに基づく制御信号がアクチュエータ6に出力される。
Subsequent to Step 41,
以上のように、上述した変形例によれば、前述した第1実施形態による効果を同様に得ることができるとともに、ステップ1、2、5〜8、及び12〜16による処理が省略されている分、制御装置15の演算負荷を軽減することができる。
As described above, according to the modified example described above, the effects of the first embodiment described above can be obtained in the same manner, and the processes in
次に、図9〜図11を参照しながら、本発明の第2実施形態による試験装置41について、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。図9に示すように、この試験装置41は、第2変位センサ13をさらに備えている。第2変位センサ13は、例えば前記第1変位センサ12と同様のレーザー式のものであり、右フレーム5に設けられていて、振動による右フレーム5の変位を支持部材MSの変位(以下「支持部材変位」という)xb3として検出し、その検出信号を制御装置15に出力する。なお、第2変位センサ13として、接触式のものや他の適当なタイプのものを用いてもよい。
Next, the
また、図10は、試験装置41の制御装置15によって実行される加振制御処理を示している。同図において、第1実施形態による加振制御処理(図5)と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。以下、本処理について、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
FIG. 10 shows an excitation control process executed by the
まず、図10のステップ51では、前記ステップ1と同様、そのときに得られている各種パラメータを、その前回値としてシフトする。これらのパラメータには、後述するようにして算出される基本値xbase、入力速度v、ダンパ予測抵抗力Ppr、全体ばね要素変位xb、全体ばね要素速度vb、ダンパ速度vd、及びダンパ加速度adが含まれる。 First, in step 51 of FIG. 10, as in step 1, the various parameters obtained at that time are shifted as their previous values. These parameters include a basic value xbase, input speed v, damper predicted resistance force Ppr, overall spring element displacement xb, overall spring element speed vb, damper speed vd, and damper acceleration ad calculated as described below. It is.
次いで、ステップ51でシフトされたダンパ速度の前回値vdzを理想ダンパ速度vdiとして用い、前記式(7)によって、変数crを算出する(ステップ52)。すなわち、この場合の変数crの算出式は、cr=cv・α・|vdz|α-1+2・mdi/Δtになる。また、第1実施形態と同様、この式における変数cv及びαとして、仕様書に記載の試験対象マスダンパ21の諸元の所定の理想値に応じて実験で予め求めた所定値が、用いられる。また、回転マス24Iの回転慣性質量mdiとして、仕様書に記載の所定の理想値が用いられ、ステップ時間Δtとして、前記所定時間が用いられる。
Next, using the previous value vdz of the damper speed shifted in step 51 as the ideal damper speed vdi, the variable cr is calculated by the above equation (7) (step 52). That is, the calculation formula of the variable cr in this case is cr = cv · α · | vdz | α-1 + 2 · mdi / Δt. Similarly to the first embodiment, as the variables cv and α in this equation, predetermined values obtained in advance by experiments in accordance with predetermined ideal values of specifications of the test
ステップ52に次いで、前記ステップ3〜6を実行し、ステップ6に続くステップ53では、ダンパ抵抗力変化量ΔPを算出する。このダンパ抵抗力変化量ΔPは、試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pの所定時間(すなわちステップ時間Δt)当たりの今回の変化量の予測値であり、入力速度変化量Δvと、前記ステップ51でシフトされた全体ばね要素速度の前回値vbz及びダンパ加速度の前回値adzと、前記ステップ52で算出された変数crを用い、前記式(11)を変形した次式(22)によって算出される。なお、変数κに含まれる変数crとして、ステップ52で算出されたcrが用いられることはもちろんである。
ΔP=(cr・Δv/κ)+(2・cr・vbz/κ)
−(2・mdi・adz/κ) ……(22)
Following
ΔP = (cr · Δv / κ) + (2 · cr · vbz / κ)
-(2 · mdi · adz / κ) (22)
次いで、算出されたダンパ抵抗力変化量ΔPを、検出されたダンパ抵抗力Pに加算することによって、ダンパ予測抵抗力Pprを算出する(ステップ54、Ppr=P+ΔP)。このダンパ予測抵抗力Pprは、試験対象マスダンパ21の今回のダンパ抵抗力Pの予測値である。次に、算出されたダンパ予測抵抗力Pprを仮想調整部材MVAの剛性kb1で除算することによって、仮想調整部材予測変位xb1prを算出する(ステップ55、xb1pr=Ppr/kb1)。この仮想調整部材MVAの剛性kb1は、第1実施形態と同様にして設定される(図6)。
Next, the damper predicted resistance force Ppr is calculated by adding the calculated damper resistance force change amount ΔP to the detected damper resistance force P (step 54, Ppr = P + ΔP). The damper predicted resistance force Ppr is a predicted value of the current damper resistance force P of the test
次に、前記ステップ10を実行し、前記ステップ4で算出された基本値xbaseから、ステップ45で算出された仮想調整部材予測変位xb1prを減算することによって、目標値xobjを算出する。次いで、前記ステップ11を実行し、算出された目標値xobjに基づく制御信号をアクチュエータ6に出力する。
Next,
ステップ11に続く図11のステップ56では、上記ステップ54で算出されたダンパ予測抵抗力Pprを理想ダンパばね要素MDSの剛性kb2で除算することによって、ダンパばね要素予測変位xb2prを算出する。このダンパばね要素予測変位xb2prは、試験対象マスダンパ21の内筒22及びボールねじ23から成るばね要素の変位の今回の予測値である。
In
次いで、前記ステップ55及び56でそれぞれ算出された仮想調整部材予測変位xb1pr及びダンパばね要素予測変位xb2prと、検出された支持部材変位xb3とを互いに足し合わせることによって、全体ばね要素変位xbを算出する(ステップ57)。次に、算出された今回の全体ばね要素変位xbから、前記ステップ51でシフトされた全体ばね要素変位の前回値xbzを減算することによって、今回の全体ばね要素変位変化量Δxbを算出する(ステップ58)。
Next, the total spring element displacement xb is calculated by adding the virtual adjustment member predicted displacement xb1pr and damper spring element predicted displacement xb2pr calculated in
次いで、算出された全体ばね要素変位変化量Δxb、ステップ時間Δt、及び、前記ステップ51でシフトされた全体ばね要素速度の前回値vbzを用い、前記式(12)(vb=(2・Δxb/Δt)−vbz)によって、今回の全体ばね要素速度vbを算出する(ステップ59)。次に、検出されたダンパ変位xd、その前回値xdz、ステップ時間Δt、及び前記ステップ51でシフトされたダンパ速度の前回値vdzを用い、次式(23)によって、今回のダンパ速度vdを算出する(ステップ60)。このダンパ速度vdは、ダンパ変位xdの変化速度(xdの1回微分値)である。
vd={2(xd−xdz)/Δt}−vdz ……(23)
Next, using the calculated total spring element displacement change amount Δxb, the step time Δt, and the previous value vbz of the total spring element speed shifted in step 51, the equation (12) (vb = (2 · Δxb / The current overall spring element speed vb is calculated from [Delta] t) -vbz) (step 59). Next, using the detected damper displacement xd, the previous value xdz, the step time Δt, and the previous value vdz of the damper speed shifted in step 51, the current damper speed vd is calculated by the following equation (23). (Step 60). The damper speed vd is a change speed of the damper displacement xd (a single differential value of xd).
vd = {2 (xd−xdz) / Δt} −vdz (23)
次いで、算出されたダンパ速度vd、前記ステップ51でシフトされたダンパ速度の前回値vdz、ステップ時間Δt、及び前記ステップ51でシフトされたダンパ加速度の前回値adzを用い、次式(24)によって、今回のダンパ加速度adを算出し(ステップ61)、本処理を終了する。ダンパ加速度adは、ダンパ速度vdの変化速度であり、vdの1回微分値、換言すれば、ダンパ変位xdの2回微分値である。
ad={2(vd−vdz)/Δt}−adz ……(24)
Next, using the calculated damper speed vd, the previous value vdz of the damper speed shifted in the step 51, the step time Δt, and the previous value adz of the damper acceleration shifted in the step 51, the following equation (24) is used. The current damper acceleration ad is calculated (step 61), and the present process is terminated. The damper acceleration ad is a change speed of the damper speed vd, and is a first differential value of vd, in other words, a second differential value of the damper displacement xd.
ad = {2 (vd−vdz) / Δt} −adz (24)
以上のように、第2実施形態による加振制御処理では、ステップ59〜61でそれぞれ算出された全体ばね要素速度vb、ダンパ速度vd、及びダンパ加速度adは、次回の本処理の実行時に、前回値として、変数crやダンパ抵抗力変化量ΔPの算出に用いられる。なお、前記ステップ11の実行により制御された今回のアクチュエータ加振力が反映された支持部材変位xb3を用いるために、前記ステップ57における全体ばね要素変位xbの算出に用いられる支持部材変位xb3として、次回の加振制御処理の実行時に検出された支持部材変位xb3を用いてもよい。このことは、ステップ60及び61におけるダンパ速度vd及びダンパ加速度adの算出についても同様であり、当該算出に用いられるダンパ変位xdとして、次回の加振制御処理の実行時に検出されたダンパ変位xdを用いてもよい。
As described above, in the vibration control process according to the second embodiment, the overall spring element speed vb, the damper speed vd, and the damper acceleration ad calculated in
以上のように、第2実施形態によれば、試験対象マスダンパ21は、内筒22と、内筒22に対して移動可能なねじ軸23aと、内筒22に対するねじ軸23aの変位を回転運動に変換した状態で回転マス24に伝達するボールねじ23とを有している。また、加振制御処理によって制御されたアクチュエータ加振力が振動系Sに入力されているときに検出されたダンパ抵抗力Pに応じ、第2仮想振動系VS2の振動方程式(前記式(1))に基づいて導出された式(22)などに基づき、試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pの予測値であるダンパ予測抵抗力Pprが算出される(図10のステップ52〜54)。
As described above, according to the second embodiment, the test
式(22)などから明らかなように、ダンパ予測抵抗力Pprは、加振制御処理によって制御されるアクチュエータ加振力が第2仮想振動系VS2に入力されることで発生すると予測される理想マスダンパ21Iの抵抗力に相当する。換言すれば、このダンパ予測抵抗力Pprは、試験対象マスダンパ21が理想マスダンパ21Iに代えて第2仮想振動系VS2に設けられていると仮定したときに、当該第2仮想振動系VS2に、加振制御処理で制御されるアクチュエータ加振力が入力されることで発生すると予測されるダンパ抵抗力Pの予測値に相当する。
As is clear from the equation (22) and the like, the damper predicted resistance force Ppr is an ideal mass damper that is predicted to be generated when the actuator excitation force controlled by the excitation control process is input to the second virtual vibration system VS2. This corresponds to a resistance of 21I. In other words, this damper predicted resistance force Ppr is applied to the second virtual vibration system VS2 when it is assumed that the
さらに、第1実施形態で説明したように仮想調整部材MVAの剛性kb1が設定される(図6のステップ21)とともに、算出されたダンパ予測抵抗力Ppr及び設定された仮想調整部材の剛性kb1に応じて、仮想調整部材予測変位xb1prが算出される(図10のステップ55)。前述したように、仮想調整部材MVAが第1仮想振動系VS1に直列に連結されるものであるため、上記のようにダンパ予測抵抗力Ppr及び仮想調整部材の剛性kb1に応じて仮想調整部材予測変位xb1prを算出することにより、当該算出を適切に行うことができる。
Furthermore, as described in the first embodiment, the rigidity kb1 of the virtual adjustment member MVA is set (
また、この場合、加振制御処理で制御されたアクチュエータ加振力の入力中に検出された試験対象マスダンパ21のダンパ抵抗力Pに応じたダンパ予測抵抗力Pprを、仮想調整部材予測変位xb1prの算出に用いるので、試験対象マスダンパ21に見合った仮想調整部材予測変位xb1prを適切に算出することができる。
Further, in this case, the damper predicted resistance force Ppr corresponding to the damper resistance force P of the test
さらに、ダンパ加速度adが算出され(図11のステップ61)、このダンパ加速度adは、ダンパ変位xdの2回微分値であり、換言すれば、筒部22に対するねじ軸23aの加速度である。また、支持部材変位xb3が第2変位センサ13で検出されるとともに、試験対象マスダンパ21の内筒22及びボールねじ23から成るばね要素の変位の今回の予測値であるダンパばね要素予測変位xb2prが算出される(ステップ56)。さらに、仮想調整部材予測変位xb1prと、ダンパばね要素予測変位xb2prと、支持部材変位xb3との総和が、全体ばね要素変位xbとして算出される(ステップ57)とともに、算出された全体ばね要素変位xbを用いて、全体ばね要素変位xbの変化速度(xbの1回微分値)である全体ばね要素速度vbが算出される(ステップ59)。
Further, a damper acceleration ad is calculated (step 61 in FIG. 11), and this damper acceleration ad is a twice differential value of the damper displacement xd, in other words, the acceleration of the
また、加振制御処理によって制御されたアクチュエータ加振力が入力されているときに算出されたダンパ加速度ad及び全体ばね要素速度vbに応じて、ダンパ予測抵抗力Pprが算出される(図10のステップ53、54、式(22)におけるvbz、abz)。これらのダンパ加速度ad及び全体ばね要素速度vbは、試験対象マスダンパ21のダンパ予測抵抗力Pprと密接な相関を有するので、ダンパ予測抵抗力Pprの算出をより適切に行うことができる。
Further, the damper predicted resistance force Ppr is calculated according to the damper acceleration ad and the overall spring element speed vb calculated when the actuator excitation force controlled by the excitation control process is input (FIG. 10). Steps 53 and 54, vbz and abz in equation (22). Since the damper acceleration ad and the overall spring element velocity vb have a close correlation with the damper predicted resistance force Ppr of the test
なお、第2実施形態では、ダンパ予測抵抗力Pprを仮想調整部材MVAの剛性kb1で除算することによって、仮想調整部材予測変位xb1prを算出しているが、両者Ppr、kb1に応じた所定のマップ検索によって算出してもよい。また、第2実施形態では、ダンパ速度vd及びダンパ加速度adを算出しているが、センサで検出してもよい。 In the second embodiment, the virtual adjustment member predicted displacement xb1pr is calculated by dividing the damper predicted resistance force Ppr by the stiffness kb1 of the virtual adjustment member MVA. However, a predetermined map corresponding to both Ppr and kb1 is used. You may calculate by a search. In the second embodiment, the damper speed vd and the damper acceleration ad are calculated, but may be detected by a sensor.
さらに、第2実施形態に関し、前記ステップ52、53及び56〜61に代えて図5のステップ2、7及び12〜16を実行することにより、ダンパ抵抗力変化量ΔPに代えて理想ダンパ抵抗力変化量ΔPIを算出するとともに、算出されたΔPIを、ステップ54におけるダンパ予測抵抗力Pprの算出に用いてもよい。あるいは、ステップ54におけるダンパ予測抵抗力Pprの算出に、検出されたダンパ抵抗力Pに代えて、ダンパ予測抵抗力Pprの前回値Pprzを用いてもよい。
Further, with respect to the second embodiment, by executing
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、試験対象マスダンパ21は、制限機構25及び粘性体31を有しているが、両者25、31の少なくとも一方を有していないマスダンパでもよい。粘性体31を有していないマスダンパの場合には、粘性抵抗力cv・sgn(vdi)|vdi|αに関連するパラメータは値0に設定される。また、実施形態では、本発明における伝達機構は、ボールねじ23であるが、ラックとピニオンの組み合わせから成る伝達機構でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the test
1 試験装置
5 右フレーム(支持部材)
6 アクチュエータ
7 連結部材(支持部材)
9 連結部材(支持部材)
11 ロードセル(ダンパ抵抗力検出手段)
15 制御装置(仮想変位取得手段、制御手段、性能パラメータ算出手段、ダンパ 予測抵抗力算出手段、設定手段、可動部加速度検出手段)
21 試験対象マスダンパ
22 内筒(本体部)
23 ボールねじ(伝達機構)
23a ねじ軸(可動部)
24 回転マス
S 振動系
21I 理想マスダンパ
MS 支持部材
MVA 仮想調整部材
VS1 第1仮想振動系
VS2 第2仮想振動系
P ダンパ抵抗力
kb1 仮想調整部材MVAの剛性
xbase 基本値(基本入力変位)
xb1pr 仮想調整部材予測変位(仮想調整部材の変位の予測値)
Qv 最大速度抵抗力(性能パラメータ)
Ceq 減衰係数(性能パラメータ)
md 回転慣性質量(性能パラメータ)
41 試験装置
Ppr ダンパ予測抵抗力
ad ダンパ加速度(本体部に対する可動部の加速度)
1
6
9 Connecting member (supporting member)
11 Load cell (Damper resistance detection means)
15 Control device (virtual displacement acquisition means, control means, performance parameter calculation means, damper predicted resistance force calculation means, setting means, movable part acceleration detection means)
21 Mass damper to be tested 22 Inner cylinder (main body)
23 Ball screw (transmission mechanism)
23a Screw shaft (movable part)
24 Rotating Mass S Vibration System 21I Ideal Mass Damper MS Support Member MVA Virtual Adjustment Member VS1 First Virtual Vibration System VS2 Second Virtual Vibration System P Damper Resistance kb1 Stiffness xbase of Virtual Adjustment Member MVA Basic Value (Basic Input Displacement)
xb1pr Virtual adjustment member predicted displacement (predicted value of displacement of virtual adjustment member)
Qv Maximum speed resistance (performance parameter)
Ceq attenuation coefficient (performance parameter)
md Rotational inertia mass (performance parameter)
41 Test equipment Ppr Damper predicted resistance ad Damper acceleration (acceleration of movable part relative to main part)
Claims (3)
剛性を有し、当該試験の対象である試験対象マスダンパに直列に連結された支持部材と、
前記試験対象マスダンパ及び前記支持部材を含む振動系に加振力を入力するためのアクチュエータと、
諸元が所定の理想値である前記試験対象マスダンパとしての理想マスダンパ、及び前記支持部材が互いに直列に連結された第1仮想振動系の固有振動数を、所定振動数に近づけるための仮想調整部材が、前記第1仮想振動系に直列に連結された第2仮想振動系に、前記所定振動数の加振力が入力されたと仮定したときの前記仮想調整部材の変位の予測値を、前記第2仮想振動系の振動方程式に基づいて取得する仮想変位取得手段と、
前記所定振動数の加振力を前記振動系に入力するための基本入力変位と、前記取得された仮想調整部材の変位の予測値とに応じて、前記アクチュエータの加振力を制御する制御手段と、
前記試験対象マスダンパの抵抗力であるダンパ抵抗力を検出するダンパ抵抗力検出手段と、
前記制御手段によって制御された前記アクチュエータの加振力が前記振動系に入力されているときに検出された前記ダンパ抵抗力に応じて、前記試験対象マスダンパの性能を表す性能パラメータを算出する性能パラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とするマスダンパの試験装置。 A mass damper test device that configures an additional vibration system together with a rigid transmission member, has a rotating mass, and tests the performance of a mass damper for suppressing vibration of a structure,
A support member having rigidity and connected in series to a test target mass damper to be tested;
An actuator for inputting excitation force to a vibration system including the test target mass damper and the support member;
An ideal mass damper as the test target mass damper whose specifications are predetermined ideal values, and a virtual adjustment member for bringing the natural frequency of the first virtual vibration system in which the support members are connected in series to each other close to the predetermined frequency Is a predicted value of the displacement of the virtual adjustment member when it is assumed that an excitation force of the predetermined frequency is input to a second virtual vibration system connected in series to the first virtual vibration system. Virtual displacement acquisition means for acquiring based on a vibration equation of two virtual vibration systems;
Control means for controlling the excitation force of the actuator in accordance with a basic input displacement for inputting the excitation force of the predetermined frequency to the vibration system and the acquired predicted value of the displacement of the virtual adjustment member. When,
A damper resistance detecting means for detecting a damper resistance which is a resistance of the test mass damper;
A performance parameter for calculating a performance parameter representing the performance of the test target mass damper according to the damper resistance force detected when the excitation force of the actuator controlled by the control means is input to the vibration system A calculation means;
A testing apparatus for mass dampers, comprising:
前記制御手段によって制御された前記アクチュエータの加振力が前記振動系に入力されているときに検出された前記ダンパ抵抗力に応じ、前記第2仮想振動系の振動方程式に基づいて、前記制御手段によって制御される前記アクチュエータの加振力が前記第2仮想振動系に入力されることで発生すると予測される前記理想マスダンパの抵抗力を、前記ダンパ抵抗力の予測値であるダンパ予測抵抗力として算出するダンパ予測抵抗力算出手段と、
前記仮想調整部材の剛性を設定する設定手段と、をさらに備え、
前記仮想変位取得手段は、前記算出されたダンパ予測抵抗力及び前記設定された仮想調整部材の剛性に応じて、前記仮想調整部材の変位の予測値を算出することを特徴とする、請求項1に記載のマスダンパの試験装置。 The test target mass damper includes a main body part, a movable part movable with respect to the main body part, and a transmission mechanism that transmits the displacement of the movable part with respect to the main body part to the rotary mass in a state where the displacement is converted into a rotational motion. In addition,
Based on the vibration equation of the second virtual vibration system according to the damper resistance force detected when the excitation force of the actuator controlled by the control means is input to the vibration system, the control means The resistance force of the ideal mass damper, which is predicted to be generated when the excitation force of the actuator controlled by the controller is input to the second virtual vibration system, is used as a damper predicted resistance force that is a predicted value of the damper resistance force. A damper predictive resistance calculating means for calculating;
Setting means for setting the rigidity of the virtual adjustment member,
The virtual displacement acquisition unit calculates a predicted value of displacement of the virtual adjustment member according to the calculated damper predicted resistance force and the set rigidity of the virtual adjustment member. The test equipment for mass damper as described in 1.
前記ダンパ予測抵抗力算出手段は、前記制御手段によって制御された前記アクチュエータの加振力が前記振動系に入力されているときに検出された前記可動部の加速度にさらに応じて、前記ダンパ予測抵抗力を算出することを特徴とする、請求項2に記載のマスダンパの試験装置。 Movable part acceleration detecting means for detecting acceleration of the movable part with respect to the main body part;
The damper predicted resistance force calculating means further includes the damper predicted resistance according to the acceleration of the movable part detected when the excitation force of the actuator controlled by the control means is input to the vibration system. The apparatus for testing a mass damper according to claim 2, wherein the force is calculated.
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