JP6886148B2 - Active mass damper and control device for active mass damper - Google Patents

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Description

本発明は、アクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置に関する。 The present invention relates to an active mass damper and a control device for the active mass damper.

地震動による構造物の振動を抑制する装置として、構造物に往復動可能に設置された可動マスと可動マスを駆動するアクチュエータとを備えたアクティブマスダンパがある。 As a device for suppressing vibration of a structure due to seismic motion, there is an active mass damper equipped with a movable mass reciprocatingly installed in the structure and an actuator for driving the movable mass.

アクティブマスダンパは、構造物が地震動等によって振動する際に、構造物の振動を打ち消すように可動マスを駆動して構造物の振動を抑制するものである。したがって、アクティブマスダンパは、アクチュエータを制御するための制御装置を備えている。 The active mass damper suppresses the vibration of the structure by driving the movable mass so as to cancel the vibration of the structure when the structure vibrates due to seismic motion or the like. Therefore, the active mass damper is provided with a control device for controlling the actuator.

たとえば、従来のアクティブマスダンパは、構造物に作用する加速度を検知する加速度センサを備えており、加速度センサが検知した加速度からアクチュエータが可動マスへ与える制御力を求めて、可動マスを駆動するものがある(たとえば、特許文献1の従来技術欄参照)
また、アクティブマスダンパは、他にも、可動マスがストローク限界を超えないように加速度センサで検知する加速度だけでなく、可動マスの変位を検知する変位センサを備え、変位センサで検知する変位をも加味してアクチュエータを制御するものもある(たとえば、特許文献1参照)。
For example, a conventional active mass damper is equipped with an acceleration sensor that detects the acceleration acting on a structure, and drives the movable mass by obtaining the control force that the actuator gives to the movable mass from the acceleration detected by the acceleration sensor. (For example, refer to the prior art column of Patent Document 1).
In addition, the active mass damper is equipped with a displacement sensor that detects not only the acceleration detected by the acceleration sensor so that the movable mass does not exceed the stroke limit but also the displacement of the movable mass, and the displacement detected by the displacement sensor. In some cases, the actuator is controlled in consideration of the above (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−239942号公報JP-A-2007-239942

加速度センサが検知した加速度からアクチュエータが可動マスへ与える制御力を求めるアクティブマスダンパは、アクチュエータに力指令を与えるようになっており、構造物や可動マスの変位や速度についてはフィルタ処理によって推定するしかない。したがって、このようなアクティブマスダンパでは、フィルタの精度により構造物や可動マスの変位や速度に誤差が生じて制御出力が発散する恐れがありフィルタの設計が難しく、思うような制振効果が得られない可能性がある。 The active mass damper, which obtains the control force that the actuator gives to the movable mass from the acceleration detected by the acceleration sensor, gives a force command to the actuator, and estimates the displacement and velocity of the structure and movable mass by filtering. There is only. Therefore, with such an active mass damper, the accuracy of the filter may cause an error in the displacement and speed of the structure and movable mass, which may cause the control output to diverge, making it difficult to design the filter and obtaining the desired vibration damping effect. It may not be possible.

また、加速度センサだけでなく変位センサを用いたアクティブマスダンパにあっても、加速度を二回も積分する演算が必要となっていて、フィルタ処理が必須で位相が遅れてしまう問題があり、思うような制振効果が得られない可能性がある。 Also, not only for acceleration sensors but also for active mass dampers that use displacement sensors, there is a problem that the calculation that integrates the acceleration twice is required, filtering is essential, and the phase is delayed. There is a possibility that such a damping effect cannot be obtained.

そこで、本発明は、制振性能を向上できるアクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置の提供を目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an active mass damper and a control device for the active mass damper, which can improve the vibration damping performance.

上記した目的を達成するため、本発明のアクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置は、制御部が変位指令から構造物の加速度までの伝達関数に基づいて加速度センサが検知した加速度のみから可動マスの変位を指示する変位指令を生成するようになっている。このように構成されたアクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置にあっては、変位指令でアクチュエータを制御するので、可動マスの変位に誤差が生じにくく、加速度を積分する処理を行わずに加速度から変位指令を生成するので制御上で位相遅れが発生しない。 In order to achieve the above object, the active mass damper of the present invention and the control device of the active mass damper are movable mass only from the acceleration detected by the acceleration sensor based on the transfer function from the displacement command to the acceleration of the structure by the control unit. It is designed to generate a displacement command that indicates the displacement of. In the active mass damper and the control device of the active mass damper configured in this way, since the actuator is controlled by the displacement command, an error is unlikely to occur in the displacement of the movable mass, and the acceleration is not performed without the process of integrating the acceleration. Since the displacement command is generated from, no phase delay occurs in control.

さらに、アクティブマスダンパは、変位指令の大きさである変位指令レベルと可動マスのストローク制限値とに基づいて変位指令に乗じる補正ゲインを求め、変位指令に補正ゲインを乗じるゲイン乗算部を備えていてもよい。このようにゲイン乗算部を備えると、アクティブマスダンパは、制御部によって可動マスのストローク限界を超えるような変位指令が生成されても、可動マスを許容されるストロークの範囲で変位させつつ構造物の振動抑制効果を発揮できる。 Further, the active mass damper is provided with a gain multiplying unit that obtains a correction gain to be multiplied by the displacement command based on the displacement command level, which is the magnitude of the displacement command, and the stroke limit value of the movable mass, and multiplies the displacement command by the correction gain. You may. When the gain multiplication unit is provided in this way, the active mass damper is a structure that displaces the movable mass within the allowable stroke range even if the control unit generates a displacement command that exceeds the stroke limit of the movable mass. It can exert the vibration suppression effect of.

また、アクティブマスダンパは、変位指令レベルをストローク制限値で除した指標値をパラメータとして、指標値が1以下では補正ゲインを1とし、指標値が1を超えて1以上に設定される値以下では補正ゲインが放物線を描いて下降し、指標値が設定値を超えると補正ゲインが指標値に反比例して下降するマップを用いて補正ゲインを求めてもよい。このようにアクティブマスダンパが構成されると、指標値が1と設定値を跨いで変化する際に補正ゲインが連続して急変しないので、可動マスの速度に振動が生じて構造物の振動抑制効果を減じてしまう恐れがなくなる。 Further, in the active mass damper, the index value obtained by dividing the displacement command level by the stroke limit value is used as a parameter, the correction gain is set to 1 when the index value is 1 or less, and the index value exceeds 1 and is set to 1 or more. Then, the correction gain may be obtained by using a map in which the correction gain decreases in a parabolic manner and the correction gain decreases in inverse proportion to the index value when the index value exceeds the set value. When the active mass damper is configured in this way, the correction gain does not change suddenly continuously when the index value changes across the set value of 1, so vibration occurs in the speed of the movable mass and vibration suppression of the structure is suppressed. There is no risk of diminishing the effect.

そして、アクティブマスダンパは、可動マスの変位を検知する変位センサと、変位指令と変位センサが検知する可動マスの変位とに基づいてフィードバック制御するフィードバック制御部とを備えていてもよい。このように構成されたアクティブマスダンパは、可動マスの変位指令に対する追従性を高めるとともに、速度指令や力指令でアクチュエータを駆動するサーボアンプにも対応できる。 The active mass damper may include a displacement sensor that detects the displacement of the movable mass, and a feedback control unit that performs feedback control based on the displacement command and the displacement of the movable mass detected by the displacement sensor. The active mass damper configured in this way enhances the followability to the displacement command of the movable mass, and can also correspond to the servo amplifier that drives the actuator by the speed command or the force command.

本発明のアクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置によれば、制振性能を向上できる。 According to the active mass damper of the present invention and the control device for the active mass damper, the vibration damping performance can be improved.

一実施の形態におけるアクティブマスダンパおよびアクティブマスダンパの制御装置を構造物に適用した図である。It is a figure which applied the active mass damper and the control device of the active mass damper in one Embodiment to a structure. 一実施の形態におけるアクティブマスダンパの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the active mass damper in one Embodiment. 一般的な制御系における制御モデルを示した図である。It is a figure which showed the control model in a general control system. 一実施の形態のアクティブマスダンパにおける制御系の制御モデルを示した図である。It is a figure which showed the control model of the control system in the active mass damper of one Embodiment. 一実施の形態におけるアクティブマスダンパの制御ブロック図の第一変形例である。This is a first modification of the control block diagram of the active mass damper in one embodiment. 一実施の形態におけるアクティブマスダンパの制御ブロック図の第二変形例である。It is a second modification of the control block diagram of the active mass damper in one embodiment. 一実施の形態におけるアクティブマスダンパの制御ブロック図の第三変形例である。It is a third modification of the control block diagram of the active mass damper in one embodiment. 一実施の形態におけるアクティブマスダンパのゲイン乗算部におけるマップの一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the map in the gain multiplication part of the active mass damper in one Embodiment.

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1および図2に示すように、一実施の形態におけるアクティブマスダンパ1は、構造物Sの振動を抑制するため、構造物Sに設置されている。 Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments shown in the figure. As shown in FIGS. 1 and 2, the active mass damper 1 in one embodiment is installed in the structure S in order to suppress the vibration of the structure S.

アクティブマスダンパ1は、図1および図2に示すように、構造物Sに対して往復動可能に設置される可動マス2と、可動マス2を駆動するアクチュエータ3と、アクチュエータ3を制御する制御装置としてのコントローラCとを備えている。そして、本例のコントローラCは、構造物Sの加速度を検知する加速度センサ4と、アクチュエータ3を制御する制御部5とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the active mass damper 1 controls a movable mass 2 that is reciprocally installed with respect to the structure S, an actuator 3 that drives the movable mass 2, and an actuator 3. It includes a controller C as a device. The controller C of this example includes an acceleration sensor 4 that detects the acceleration of the structure S and a control unit 5 that controls the actuator 3.

以下、各部について詳細に説明する。図1に示すように、可動マス2は、構造物Sに設けたガイドレール6上を走行して往復動できるように設置されている。アクチュエータ3は、たとえば、モータで駆動されるテレスコピック型の電動シリンダとされており、可動マス2を構造物Sに対してガイドレール6に沿って往復動させる。なお、アクチュエータ3の構成は、前記したものに限定されるものではなく、テレスコピック型の油圧シリンダであってもよい。本例では、アクチュエータ3がモータであるので、アクチュエータ3の回転動力を可動マス2の直線運動へ変換するのに、ボールナットとボール螺子とでなる送り螺子機構を利用しているが、ラックアンドピニオンを利用してもよい。 Hereinafter, each part will be described in detail. As shown in FIG. 1, the movable mass 2 is installed so as to travel on the guide rail 6 provided in the structure S and reciprocate. The actuator 3 is, for example, a telescopic type electric cylinder driven by a motor, and reciprocates the movable mass 2 with respect to the structure S along the guide rail 6. The configuration of the actuator 3 is not limited to that described above, and may be a telescopic type hydraulic cylinder. In this example, since the actuator 3 is a motor, a feed screw mechanism consisting of a ball nut and a ball screw is used to convert the rotational power of the actuator 3 into a linear motion of the movable mass 2. A pinion may be used.

加速度センサ4は、構造物Sに作用する加速度を検知するべく、構造物Sに設置されており、検知した加速度は信号としてコントローラCへ入力される。コントローラCは、加速度センサ4で検知した加速度の情報を受け取ると、これを処理して変位指令を生成して、アクチュエータ3を駆動する。 The acceleration sensor 4 is installed in the structure S in order to detect the acceleration acting on the structure S, and the detected acceleration is input to the controller C as a signal. When the controller C receives the acceleration information detected by the acceleration sensor 4, it processes the acceleration information to generate a displacement command to drive the actuator 3.

コントローラCは、本例では、加速度の入力によって変位指令Uを生成する制御部5と、アクチュエータ3を駆動するサーボアンプ7とを備えて構成されている。制御部5は、本例では、変位指令Uから構造物Sの加速度までの伝達関数に基づいて変位指令Uを生成する。 In this example, the controller C includes a control unit 5 that generates a displacement command U by inputting acceleration, and a servo amplifier 7 that drives the actuator 3. In this example, the control unit 5 generates the displacement command U based on the transfer function from the displacement command U to the acceleration of the structure S.

ここで、図3に示すように、コントローラが目標値rの入力を受けてプラントを制御する一般的な制御系を考える。プラントの出力yとして、出力yをフィードバック信号としてコントローラへ入力し、コントローラは目標値rと出力yの入力によってプラントへ操作量uを出力するようになっている。 Here, as shown in FIG. 3, consider a general control system in which the controller receives an input of the target value r to control the plant. As the output y of the plant, the output y is input to the controller as a feedback signal, and the controller outputs the manipulated variable u to the plant by inputting the target value r and the output y.

プラントには、外乱dが入力されるほか、出力yをコントローラへフィードバックする際にはノイズvが入力されるものとする。以上のように構成される系を伝達関数で表現すると、次の式(1)が成立し得る。なお、添え字は入力から出力を表すものとする。また、Cは、コントローラの伝達関数を表し、Pは、プラントの伝達関数を表している。 It is assumed that the disturbance d is input to the plant and the noise v is input when the output y is fed back to the controller. When the system constructed as described above is expressed by a transfer function, the following equation (1) can be established. The subscripts represent the output from the input. Further, C represents the transfer function of the controller, and P represents the transfer function of the plant.

Figure 0006886148
この式(1)を変形すると、次の式(2)が得られる。
Figure 0006886148
By transforming this equation (1), the following equation (2) is obtained.

Figure 0006886148
ここで、入出力関係に着目すると、目標値rから出力yまでの閉ループ伝達関数Wryは、以下の式(3)によって与えられる。また、外乱dから出力yまでの閉ループ伝達関数Wdyは、以下の式(4)によって与えられる。さらに、ノイズvから出力yまでの閉ループ伝達関数Wvyは、以下の式(5)によって与えられる。
Figure 0006886148
Focusing on the input / output relationship, the closed-loop transfer function Wry from the target value r to the output y is given by the following equation (3). Further, the closed loop transfer function W dy from the disturbance d to the output y is given by the following equation (4). Furthermore, the closed-loop transfer function W vy from the noise v to the output y is given by the following equation (5).

Figure 0006886148
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Figure 0006886148
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Figure 0006886148
閉ループ伝達関数Wryは、操作量uが目標値rにどれだけ追従しているかを表す伝達関数であり、目標追従性の指標となる。閉ループ伝達関数Wdyは、外乱dが操作量uに与える影響を表す伝達関数であり、低感度特性の指標となる。さらに、閉ループ伝達関数Wvyは、観測されるノイズvが操作量uに与える影響を表す伝達関数であり、ロバスト安定性の指標となる。
Figure 0006886148
The closed-loop transfer function Wry is a transfer function indicating how much the manipulated variable u follows the target value r, and serves as an index of the target followability. The closed-loop transfer function W dy is a transfer function that expresses the influence of the disturbance d on the manipulated variable u, and is an index of the low sensitivity characteristic. Furthermore, the closed-loop transfer function W vy is the observed noise v is the transfer function representing the effect on the operation amount u, the robust stability index.

次に、式(4)を変形すると、以下の式(6)が得られる。 Next, by modifying the equation (4), the following equation (6) is obtained.

Figure 0006886148
したがって、Cru、CyuとWdyは、式(3)、(4)、(5)からそれぞれ、以下の式(7)、(8)、(9)で表せる。
Figure 0006886148
Therefore, C ru , C yu, and W dy can be expressed by the following equations (7), (8), and (9) from the equations (3), (4), and (5), respectively.

Figure 0006886148
Figure 0006886148

Figure 0006886148
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Figure 0006886148
以上の式から所望する閉ループ伝達特性に応じてコントローラを設計できる。そこで、次に、本例の制御系について考えると、本例の制御系は、図4に示すように、プラントがアクティブマスダンパ1と構造物Sであり、構造物Sの加速度を出力yとして加速度センサ4で検知し、制御部5は出力yの入力を受けて変位指令Uを出力する。なお、制御部5に入力される加速度である出力yには、ノイズvが重畳される。そして、図3に示した外乱dは、図4に示した制御系では、構造物Sに作用する風や地震による入力に置き換えられる。
Figure 0006886148
From the above equation, the controller can be designed according to the desired closed loop transmission characteristic. Next, considering the control system of this example, as shown in FIG. 4, the plant is the active mass damper 1 and the structure S, and the acceleration of the structure S is used as the output y. Detected by the acceleration sensor 4, the control unit 5 receives the input of the output y and outputs the displacement command U. The noise v is superimposed on the output y, which is the acceleration input to the control unit 5. Then, the disturbance d shown in FIG. 3 is replaced with the input due to the wind or earthquake acting on the structure S in the control system shown in FIG.

よって、図4に示した制御系においても式(7)から(9)が成立し、前述の式(7)に着目すると、所望する閉ループ特性をWvyに設定すれば、加速度から変位指令Uを出力する制御部5の伝達関数を設定できる。 Therefore, also established from the equation (7) (9) In the control system shown in FIG. 4, paying attention to equation (7) described above, by setting the desired closed loop characteristics W vy, displacement command from the acceleration U The transfer function of the control unit 5 that outputs the above can be set.

つまり、予め所望する閉ループ特性をWvyに設定して、この閉ループ特性から加速度センサ4で検知する加速度の入力によって変位指令Uを生成する制御部5を設計できる。このようにすると、加速度から構造物Sの振動を抑制するのに最適な変位指令Uを求める制御部5を実現できる。このように制御部5における伝達関数が設定され、制御部5は、加速度の入力によって変位指令Uを出力する。 That can be designed to set in advance a desired closed loop characteristics W vy, the control unit 5 for generating displacement commands U by the input of the acceleration detected by the acceleration sensor 4 from the closed loop characteristics. In this way, it is possible to realize the control unit 5 that obtains the optimum displacement command U for suppressing the vibration of the structure S from the acceleration. In this way, the transfer function in the control unit 5 is set, and the control unit 5 outputs the displacement command U by inputting the acceleration.

変位指令Uは、可動マス2のストローク中心からの変位を指示する指令であって、サーボアンプ7は、制御部5から変位指令Uの入力を受けると、アクチュエータ3を駆動して、可動マス2を変位指令U通りの位置へ移動させる。 The displacement command U is a command for instructing the displacement of the movable mass 2 from the center of the stroke. When the servo amplifier 7 receives the input of the displacement command U from the control unit 5, the servo amplifier 7 drives the actuator 3 to drive the movable mass 2. Is moved to the position according to the displacement command U.

このようにして、可動マス2が駆動されると、可動マス2は構造物Sの振動に対してこの振動を減衰させ得る位相と振幅で往復動して、構造物Sの振動を抑制する。そして、本発明の制御装置としてのコントローラCは、構造物Sの加速度を検知する加速度センサ4と、加速度センサ4が検知した加速度のみから可動マス2の変位を指示する変位指令Uを生成する制御部5を備えており、変位指令Uでアクチュエータ3を制御するので、可動マス2の変位に誤差が生じにくい。また、加速度を積分する処理を行わずに加速度から変位指令Uを生成するので、制御上で位相遅れが発生しない。以上より、本発明のコントローラ(制御装置)Cおよびアクティブマスダンパ1によれば、可動マス2の変位に誤差が生じにくく制御上の位相遅れを解消できるから、構造物Sを効果的に制振させ得るので制振性能を向上できる。また、本例のアクティブマスダンパ1では、変位指令Uから構造物Sの加速度までの伝達関数に基づいて変位指令を生成するので、途中に加速度を積分するような処理をせずとも加速度から直接に変位指令Uを生成できるのである。 When the movable mass 2 is driven in this way, the movable mass 2 reciprocates with a phase and amplitude that can attenuate the vibration of the structure S, and suppresses the vibration of the structure S. Then, the controller C as the control device of the present invention is a control that generates a displacement command U that instructs the displacement of the movable mass 2 only from the acceleration sensor 4 that detects the acceleration of the structure S and the acceleration detected by the acceleration sensor 4. Since the actuator 3 is controlled by the displacement command U and includes the portion 5, an error is unlikely to occur in the displacement of the movable mass 2. Further, since the displacement command U is generated from the acceleration without performing the process of integrating the acceleration, no phase delay occurs in control. From the above, according to the controller (control device) C and the active mass damper 1 of the present invention, errors are less likely to occur in the displacement of the movable mass 2 and the phase delay in control can be eliminated, so that the structure S can be effectively damped. Since it can be made, the vibration damping performance can be improved. Further, in the active mass damper 1 of this example, since the displacement command is generated based on the transfer function from the displacement command U to the acceleration of the structure S, the displacement command is directly generated from the acceleration without the process of integrating the acceleration in the middle. The displacement command U can be generated.

なお、図5に示すように、制御部5とサーボアンプ7との間にフィードバック制御部8を設けて、可動マス2の変位をフィードバックして可動マス2の変位指令Uに対する可動マス2の変位の追従性を高めてもよい。また、フィードバック制御部8を設けると、サーボアンプ7がアクチュエータ3の変位制御に対応していない場合にも対応が可能となる。この例では、可動マス2の変位を検知する変位センサ9を備えており、フィードバック制御部8は、変位指令Uと前記変位との偏差からサーボアンプ7へ与える指令を生成する。サーボアンプ7がアクチュエータ3を速度制御する場合、図5に示すように、フィードバック制御部8は、変位指令Uと変位センサ9との偏差からサーボアンプ7へ与える速度指令を生成する。また、サーボアンプ7がアクチュエータ3を力制御、本例ではトルク制御する場合、図6に示すように、フィードバック制御部8は、変位指令Uと前記変位との偏差から速度指令を生成し、前記を微分して可動マス2の速度を得てこの速度と速度指令の偏差から力指令を生成すればよい。なお、フィードバック制御部8は、P補償、PI補償、PID補償といった補償のうち構造物Sの制振に適する補償を行えばよい。 As shown in FIG. 5, a feedback control unit 8 is provided between the control unit 5 and the servo amplifier 7, and the displacement of the movable mass 2 is fed back to displace the movable mass 2 with respect to the displacement command U of the movable mass 2. You may improve the followability of. Further, if the feedback control unit 8 is provided, it is possible to cope with the case where the servo amplifier 7 does not correspond to the displacement control of the actuator 3. In this example, a displacement sensor 9 that detects the displacement of the movable mass 2 is provided, and the feedback control unit 8 generates a command given to the servo amplifier 7 from the deviation between the displacement command U and the displacement. When the servo amplifier 7 controls the speed of the actuator 3, as shown in FIG. 5, the feedback control unit 8 generates a speed command given to the servo amplifier 7 from the deviation between the displacement command U and the displacement sensor 9. Further, when the servo amplifier 7 controls the actuator 3 by force or torque in this example, as shown in FIG. 6, the feedback control unit 8 generates a speed command from the deviation between the displacement command U and the displacement, and the speed command is generated. Is differentiated to obtain the velocity of the movable mass 2, and a force command may be generated from the deviation between this velocity and the velocity command. The feedback control unit 8 may perform compensation suitable for damping the structure S among compensations such as P compensation, PI compensation, and PID compensation.

また、図7に示すように、制御部5の後段にゲイン乗算部10を設けてもよい。ゲイン乗算部10の設置に際して、フィードバック制御部8と変位センサ9の設置の有無は任意に選択できる。ゲイン乗算部10は、変位指令Uの大きさである変位指令レベルUrと可動マス2のストローク制限値Srとに基づいて補正ゲインKaを求めて、変位指令Uに補正ゲインKaを乗じた値を補正後の変位指令U’として出力する。 Further, as shown in FIG. 7, a gain multiplication unit 10 may be provided after the control unit 5. When the gain multiplication unit 10 is installed, the presence or absence of the feedback control unit 8 and the displacement sensor 9 can be arbitrarily selected. The gain multiplying unit 10 obtains a correction gain Ka based on the displacement command level Ur, which is the magnitude of the displacement command U, and the stroke limit value Sr of the movable mass 2, and multiplies the displacement command U by the correction gain Ka. It is output as the corrected displacement command U'.

具体的には、ゲイン乗算部10は、Ka=Sr/Urを演算して補正ゲインKaを求める。変位指令レベルUrは、変位指令Uの瞬間値ではなく大きさを示す値であり、変動する変位指令Uの振幅、つまり、波高値に相当するものである。変位指令レベルUrを得るには、単純に変位指令Uの波高値を検出してもよいが、タイムリーに変位指令レベルUrを得るには、特開2013−170980号公報や特開2015−59761号公報に開示されている手法を利用できる。具体的には、変位指令Uと変位指令Uの微分値或いは積分値を角周波数ωで補正した値の合成ベクトルを求めてこれを変位指令レベルUrとしてもよいし、変位指令Uとこれを複数の位相変更フィルタで処理して、得られて値の最大値を変位指令レベルUrとしてもよい。 Specifically, the gain multiplication unit 10 calculates Ka = Sr / Ur to obtain the correction gain Ka. The displacement command level Ur is a value indicating the magnitude of the displacement command U, not the instantaneous value, and corresponds to the amplitude of the fluctuating displacement command U, that is, the peak value. In order to obtain the displacement command level Ur, the peak value of the displacement command U may be simply detected, but in order to obtain the displacement command level Ur in a timely manner, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-170980 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-57961 The method disclosed in the Gazette can be used. Specifically, a composite vector of the differential value or the integrated value of the displacement command U and the displacement command U corrected by the angular frequency ω may be obtained and used as the displacement command level Ur, or the displacement command U and a plurality thereof may be obtained. The maximum value obtained by processing with the phase change filter of may be set as the displacement command level Ur.

ストローク制限値Srは、本例では、可動マス2のストローク中心からの最大ストロークした際の変位値(最大変位値)に設定されているが、最大変位値から安全マージンを引いた値に設定されてもよい。 In this example, the stroke limit value Sr is set to the displacement value (maximum displacement value) when the maximum stroke of the movable mass 2 is made from the center of the stroke, but it is set to a value obtained by subtracting the safety margin from the maximum displacement value. You may.

このようにすると、変位指令Uに補正ゲインKaを乗じると、補正後の変位指令U’=U×(Sr/Ur)となり、値U/Urは、変位指令Uを変位指令レベルUrで除した値となるから常に1以下の値となる。よって、可動マス2が変位できない値を変位指令Uが指示する場合であっても、補正後の変位指令U’は、必ず可動マス2が変位できる値を指示する。そのため、変位指令Uが可動マス2のストローク限界を超える変位を指示せず、補正後の変位指令U’は変位指令Uの位相に一致する。よって、ゲイン乗算部10を備える場合には、可動マス2のストローク限界を超えるような変位指令Uが生成されても、可動マス2を許容されるストロークの範囲で変位させつつ構造物Sの振動抑制効果を発揮できる。 In this way, when the displacement command U is multiplied by the correction gain Ka, the corrected displacement command U'= U × (Sr / Ur) is obtained, and the value U / Ur is the displacement command U divided by the displacement command level Ur. Since it is a value, it is always a value of 1 or less. Therefore, even when the displacement command U specifies a value at which the movable mass 2 cannot be displaced, the corrected displacement command U'always specifies a value at which the movable mass 2 can be displaced. Therefore, the displacement command U does not instruct the displacement exceeding the stroke limit of the movable mass 2, and the corrected displacement command U'matches the phase of the displacement command U. Therefore, when the gain multiplication unit 10 is provided, even if the displacement command U that exceeds the stroke limit of the movable mass 2 is generated, the movable mass 2 is displaced within the allowable stroke range and the structure S vibrates. It can exert a suppressing effect.

また、ゲイン乗算部10は、変位指令レベルUrをストローク制限値Srで除した指標値Iをパラメータとして、この指標値Iからマップ演算を行って補正ゲインKaを求めてもよい。 Further, the gain multiplication unit 10 may obtain the correction gain Ka by performing a map calculation from the index value I using the index value I obtained by dividing the displacement command level Ur by the stroke limit value Sr as a parameter.

マップは、図8に示すように、指標値Iと補正ゲインKaとの関係を示しており、指標値Iが1以下では補正ゲインKaを1とし、指標値が1を超えて1以上に設定される設定値α以下では補正ゲインKaが放物線を描いて下降し、指標値Iが設定値αを超えると補正ゲインKaが指標値Iに反比例して下降するようになっている。指標値Iは、I=Ur/Srとなっており、変位指令レベルUrがストローク制限値Srに対して大きくなると、補正ゲインKaが小さくなるようになっている。 As shown in FIG. 8, the map shows the relationship between the index value I and the correction gain Ka. When the index value I is 1 or less, the correction gain Ka is set to 1, and the index value exceeds 1 and is set to 1 or more. When the set value α or less is set, the correction gain Ka descends in a parabolic manner, and when the index value I exceeds the set value α, the correction gain Ka decreases in inverse proportion to the index value I. The index value I is I = Ur / Sr, and when the displacement command level Ur becomes larger than the stroke limit value Sr, the correction gain Ka becomes smaller.

本例では、具体的には、図8に示したマップでは、設定値αを2として、I≦1の範囲では、Ka=1とし、1<I≦αの範囲では、Ka=−0.2(I−α)+1、つまり、Ka=−0.2(I−2)+1とし、α<Iの範囲では、Ka=1.6/Iとしてある。このように設定すると、指標値Iが1の時にKa=1とKa=−0.2(I−2)+1の値が一致し両者の傾きも一致する。さらに、指標値Iが2の時にKa=−0.2(I−2)+1とKa=1.6/Iの値が一致し両者の傾きも一致する。よって、このようにマップを設定すると、指標値Iが1とαを跨いで変化する際に補正ゲインKaが連続して急変しない。 In this example, specifically, in the map shown in FIG. 8, the set value α is set to 2, Ka = 1 in the range of I ≦ 1, and Ka = −0. In the range of 1 <I ≦ α. 2 (I−α) 2 + 1, that is, Ka = −0.2 (I-2) 2 + 1, and in the range of α <I, Ka = 1.6 / I. With this setting, when the index value I is 1, the values of Ka = 1 and Ka = −0.2 (I-2) 2 + 1 match, and the slopes of both match. Further, when the index value I is 2, the values of Ka = −0.2 (I-2) 2 + 1 and Ka = 1.6 / I match, and the slopes of both match. Therefore, when the map is set in this way, the correction gain Ka does not change suddenly continuously when the index value I changes across 1 and α.

以上のように、指標値Iが1以下では補正ゲインKaを1とし、指標値が1を超えて1以上に設定される設定値α以下では補正ゲインKaが放物線を描いて下降し、指標値Iが設定値αを超えると補正ゲインKaが指標値Iに反比例して下降するようにマップを設定すれば、指標値Iが1と設定値αを跨いで変化する際に補正ゲインKaが連続して急変しない。よって、補正後の変位指令U’の値が補正ゲインKaによって急変しないので、可動マス2の速度に振動が生じて構造物Sの振動抑制効果を減じてしまう恐れがない。 As described above, when the index value I is 1 or less, the correction gain Ka is set to 1, and when the index value exceeds 1 and is set to 1 or more, the correction gain Ka decreases in a parabolic manner and the index value is set to 1 or more. If the map is set so that the correction gain Ka decreases in inverse proportion to the index value I when I exceeds the set value α, the correction gain Ka continues when the index value I changes across the set value α and 1. And it doesn't change suddenly. Therefore, since the value of the displacement command U'after correction does not suddenly change due to the correction gain Ka, there is no possibility that vibration occurs in the speed of the movable mass 2 and the vibration suppressing effect of the structure S is reduced.

なお、この場合、変位指令レベルUrがストローク制限値Srの二倍の値になると指標値Iが2となり、補正ゲインKaが0.8となる。この場合、補正後の変位指令U’の上限値は、ストローク制限値Srの1.6倍となるので、予め、ストローク制限値Srの値を前記最大変位値を1.6で除した値以下に設定すれば、最大変位値を超える変位の指示を阻止できる。このようにα、Kaを求めるマップの設定により、ストローク制限値Srを適宜最適となるように設定すればよい。また、αの値、1<I≦αの範囲における放物線の数式、α<Iの範囲における指標値Iに反比例の数式については、構造物Sの制振に適するように変更できる。 In this case, when the displacement command level Ur becomes twice the stroke limit value Sr, the index value I becomes 2 and the correction gain Ka becomes 0.8. In this case, the upper limit of the corrected displacement command U'is 1.6 times the stroke limit value Sr, so the value of the stroke limit value Sr is equal to or less than the value obtained by dividing the maximum displacement value by 1.6 in advance. If set to, it is possible to block the instruction of displacement exceeding the maximum displacement value. By setting the map for obtaining α and Ka in this way, the stroke limit value Sr may be set to be appropriately optimized. Further, the value of α, the formula of the parabola in the range of 1 <I ≦ α, and the formula of inverse proportional to the index value I in the range of α <I can be changed so as to be suitable for damping the structure S.

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, modifications, modifications, and changes can be made as long as they do not deviate from the claims.

1・・・アクティブマスダンパ、2・・・可動マス、3・・・アクチュエータ、4・・・加速度センサ、5・・・制御部、8・・・フィードバック制御部、9・・・変位センサ、10・・・ゲイン乗算部、C・・・コントローラ(制御装置)、S・・・構造物 1 ... Active mass damper, 2 ... Movable mass, 3 ... Actuator, 4 ... Accelerometer, 5 ... Control unit, 8 ... Feedback control unit, 9 ... Displacement sensor, 10 ... Gain multiplication unit, C ... Controller (control device), S ... Structure

Claims (5)

構造物に対して往復動可能に設置される可動マスと、
前記可動マスを駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御する制御部と、
前記構造物の加速度を検知する加速度センサとを備え、
前記制御部は、前記可動マスの変位を指示する変位指令から前記構造物の加速度までの伝達関数に基づいて、前記加速度センサが検知した加速度のみから前記変位指令を生成する
ことを特徴とするアクティブマスダンパ。
A movable mass that can be reciprocated with respect to the structure,
The actuator that drives the movable mass and
A control unit that controls the actuator and
It is equipped with an acceleration sensor that detects the acceleration of the structure.
The control unit is active, characterized in that the displacement command is generated only from the acceleration detected by the acceleration sensor based on the transfer function from the displacement command indicating the displacement of the movable mass to the acceleration of the structure. Mass damper.
前記変位指令の大きさである変位指令レベルと前記可動マスのストローク制限値とに基づいて前記変位指令に乗じる補正ゲインを求め、前記変位指令に前記補正ゲインを乗じるゲイン乗算部を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載のアクティブマスダンパ。
The displacement command level, which is the magnitude of the displacement command, and the stroke limit value of the movable mass are used to obtain the correction gain to be multiplied by the displacement command, and the displacement command is provided with a gain multiplying unit for multiplying the correction gain. The active mass damper according to claim 1.
前記ゲイン乗算部は、
前記変位指令レベルを前記ストローク制限値で除した指標値をパラメータとして、
前記指標値が1以下では前記補正ゲインを1とし、前記指標値が1を超えて1以上に設定される設定値以下では前記補正ゲインが放物線を描いて下降し、前記指標値が前記設定値を超えると前記補正ゲインが前記指標値に反比例して下降するマップを用いて前記補正ゲインを求める
ことを特徴とする請求項2に記載のアクティブマスダンパ。
The gain multiplication unit is
Using the index value obtained by dividing the displacement command level by the stroke limit value as a parameter
When the index value is 1 or less, the correction gain is set to 1, and when the index value exceeds 1 and is set to 1 or more, the correction gain decreases in a parabolic manner, and the index value is the set value. The active mass damper according to claim 2, wherein the correction gain is obtained by using a map in which the correction gain decreases in inverse proportion to the index value.
前記可動マスの変位を検知する変位センサと、
前記変位指令と前記変位センサが検知する前記可動マスの変位とに基づいてフィードバック制御するフィードバック制御部とを備えた
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアクティブマスダンパ。
A displacement sensor that detects the displacement of the movable mass and
The active mass damper according to any one of claims 1 to 3, further comprising a feedback control unit that performs feedback control based on the displacement command and the displacement of the movable mass detected by the displacement sensor. ..
構造物に対して往復動可能に設置される可動マスを駆動するアクチュエータを制御するアクティブマスダンパの制御装置であって、
前記制御装置は、前記構造物の加速度を検知する加速度センサとを備え、
前記可動マスの変位を指示する変位指令から前記構造物の加速度までの伝達関数に基づいて、前記加速度センサが検知した加速度のみから前記可動マスの変位を指示する変位指令を生成する
ことを特徴とするアクティブマスダンパの制御装置。
An active mass damper control device that controls an actuator that drives a movable mass that is reciprocally installed with respect to a structure.
The control device includes an acceleration sensor that detects the acceleration of the structure.
Based on the transfer function from the displacement command indicating the displacement of the movable mass to the acceleration of the structure, the displacement command indicating the displacement of the movable mass is generated only from the acceleration detected by the acceleration sensor. Active mass damper control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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