JPH0324341A - アクティブ方式動吸振器の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、船等の交通機関、ビル等の建築構造物、機
械装置等において振動を減少させるためのアクティブ方
式動吸振器の制御方法に関し、制御性能を向上させたも
のである。

〔従来の技術〕

動吸振器は構造物、機械等の振動を減らす手段として知
られている。従来一般に使用されている動吸振器は対象
物（主振動系）から加振されて動くパッシブ方式であっ
た。最近になりサーボ制御により、振動を抑制する為の
付加質量を積極的に駆動するアクティブ方式が出現し一
部では実用されている。

アクティブ方式動吸振器は数秒を周期とする振動から、
１０〜２０出という周波数までを対象として使用される
。サーボ制御系であるから、制御ゲインを大きくするほ
ど振動制御の効果は良くなるが、振動数が大きくなると
機器の応答遅れの影響が無視できなくなり、これにより
制御系の安定性の問題の為にゲインを無制限に大きくは
できない。例えば最適制御を適用しても実際には全ての
必要な状態変数を必要な精度で得る事は出来ないのでフ
ィードバック制御を使う限り制振効果の向上には限界が
あった。

第２図に従来のアクティブ方式動吸振器の制御方法の例
を示す。変位センサー２６は動吸振器の付加質量１２の
主振動系１０に対する相対変位を検出して、変位コント
ローラ２ｏヘフィードバックする。１４は主振動系１ｏ
の振動を検出する加速度センサーである。場合によって
、加速度でなく速度あるいは変位を検出しても良い。加
速度、速度、変位のいずれかが分かれば、他のものはそ
れを積分あるいは微分して求める事ができる。制振コン
トローラ１８は主振動系１０の振動のタイミングに合う
ように変位コントローラ２０へ変位の指令信号（通常は
主振動系１０の速度信号が使われる。）を送る。

変位コントローラ２０は偏差に応じた信号をサーボ弁２
２へ送り、サーボ弁２２から送られた油が油圧シリンダ
ー２４に入り付加質量１２を動かす。付加質量１２が振
動するときの反力が加振源の変位Ｘにより主振動系１０
に加えられる力を打ち消すので、主振動系１０の振動が
抑制される。

第３図は、第２図の装置による制振のシミュレーション
の例である。（ａ）は主振動系１０の振動で、（ｂ）は
付加質量１２の動きである。主振動系１０が約６周期の
振動をしたところで制御をオンとしているので、その直
後から主振動系１０の振動が減衰している。

〔発明が角Ｉｒ決しようとする課題〕 フィードバック方式で制御する限り系の安定性の問題を
除くことは出来ない。一方、よく知られているようにオ
ーブンルーブ制御ではゲインの増大に伴う安定性の問題
は発生しない。従って、オーブンループ制御を用いる事
が出来れば安定性の問題を避けて、従来以上の制振効果
のあるアクティブ方式動吸振器を実現することができる
と考えられる。しかし、オーブンルーブ制御を行う場合
は、桔果をフィードバックする手段が無いので予め正し
い入力信号を求めなければならない。１，＋１振を行う
場合には、周波数、位相、振幅の正しい信号を人力とす
る必要があるが、一般に加振源の周波数や振幅には少な
くともある程度の変動があり、さらには位相は時々刻々
変化をするものであるから、制御開始に先立ってこれら
を設定しておくことは不可能である。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、フィー
ドバック制御の弱点である安定性の問題とオープンルー
プ制御の問題点である精度の問題を解決して制振性能を
向上させたアクティブ方式動吸振器の制御方法を提供し
ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、主振動系の振動に同調した信号をアクティ
ブ方式動吸振器の制御の人力に加える串を特徴とするも
のである。

〔作　用〕

この発明によれば、主振動系の振動に同調した信号をア
クティブ方式動吸振器の制御の入力に加えるようにした
もので、主振動系と弱くフィードバック結合したオーブ
ンループ制御が実現でき、フィードバック制御の弱点で
ある安定性の問題とオーブンルーブの弱点である精度の
問題を解決して、制振性能を向上させることができる。

〔実施例〕

この発明の実施例を以下説明する。この実施例では、減
衰比の小さい同調回路を持つフェーズロック回路を用い
る事により主振動系の振動の周波数と位相にロックし、
同時に主振動系の振動を同調回路の入力とする事により
、その出力の振幅が主振動系の振幅に比例するようにし
て振幅を弱くフィードバックして常に適切な大きさの信
号をｉＥしいタイミングで発生するようにしている。

（実施例１） この発明の一実施例を第１図に示す。ここでは、前記第
２図の従来装置と共通する部分には同一の符号を用いる
。

変位センサー２６は動吸振器の付加質ｊｌｌ２の主振動
系１０に対する相対変位を検出して、変位コントローラ
２０ヘフィードバックする。１４は主振動系１０の振動
を検出する加速度センサーである。場合によって、加速
度でなく速度あるいは変位を検出しても良い。加速度、
速度、変位のいずれかが分かれば、他のものはそれを積
分あるいは微分して求める事ができる。制振コントロー
ラ１８は主振動系１０の振動のタイミングに合うように
変位コントローラ２０へ変位の指令信号（ａ常は主振動
系１０の速度信号が使われる。）を送る。

変位コントローラ２０は偏差に応じた信号をサ−ボ弁２
２へ送り、サーボ弁２２から送られた浦が浦圧シリンダ
ー２４に入り付加質量１２を動かす。付加質量１２が振
動するときの反力が加振源の変位Ｘにより主振動系１０
に加えられる力を打ち消すので、主振動系ＩＯの振動が
抑制される。

制振コントローラ１８には並列に回路２８が配設されて
いる。回路２８は３０で示された回路と等価である。回
路２８にその固有振動数に近い振動数の人力が加わると
、これに同調して出力の振幅は大きくなる。３０で示さ
れた回路では回路の係数は固定なので固有振動数は一定
であるが、２８で示された回路では乗算器３２．３３に
積分器３６からの人力が与えられるので回路の係数が変
化し、この結果、固有振動数が変る。積分器３６からの
人力は回路２８を主振動系１０の振動に同調するように
増減するので、回路２８は主振動系１０に対する同調回
路となる。４８．５０は積分器、５１は係数器である。

同調回路２８の伝達関数はＳをラブラス変換のパラメー
タ、ζを減衰比とすると ２２ ω２　／（Ｓ　　＋２ζω　Ｓ＋ω　　）で表されｎ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ　　　　　
　　　　　　ｎるので、固有角振動数ω　を可変として
同調回路ｎ ２８の固有振動数を比較対象の信号の周波数に合せると
同調回路２８の出力と人力の振幅比は１／（２ζ）とな
る。従って、出力の振幅は比較対象信号の振幅に比例す
ることになる。

一点錯線３７は位相比較器であり、同調回路２８の人力
と出力を比較し、人力の振動に対する出力の振動の位相
差の大小に応じて位相比較器３７からの出力の平均値は
正負の値となる。位相比較器３７において、３８は同調
回路２８の出力の正負に応じて出力がオン、オフする比
較器、４０は比較器３８から出力されるオン、オフ信号
に応じて開閉するスイッチ、３４は積分のゲインを加減
する係数器である。主振動系１ｏと同調回路２８が完全
に同調すると、同調回路２８への人力と同調回路２８か
らの出力の位相差は９０度となるが、そうでない場合は
９０度に対して増減する。このために積分器３６に保持
される値は同調回路２８が同調するまで増減するので、
同調回路２８は自動的に主振動系１０の振動数に同調し
、９０度という一定の位相差が保たれる軍になる。

４２．４４は同調回路２８の出力の大きさを調整する係
数器である。そして、４２．４４を通った信号が加算器
４６で制振コントローラ１８からの信号に加えられ変位
コントローラへの人力となる。

減衰比ζを小さくしておくと同調回路２８は振動的にな
り、この同調回路２８の振動が変位コントローラ２０へ
の人力となって主振動系１０の振動が直接には変泣コン
トローラ２０への人力とはならない。このために、制御
の性質はオーブンループの特性に近くなり安定した制御
ができる。また同調回路２８は主振動系１０の振動に同
調する様に自動的に調整されるので、変位コントローラ
２０に対しては常に正しい周波数と位相を持った人力を
与えることが出来る。なお、係数器３４、積分器３６は
それぞれローバスフィルタ、ゲインの大きい増幅器で置
き換えてもよい。

第４図は第１図の装置による制振効果のシミュレーショ
ン結果である。（ａ）が主振動系１０の振動、（ｂ）付
加質量１２の振動である。これによれば、系を不安定に
することなく大きく効果が改善されて、主振動系の振幅
は第３図の従来装置の場合の１／３程度にまで減ってい
る。

（実施例２） 第５図はこの発明の別の実施例を示す。第１図と共通す
る部分には同一の符号を用いる。５４は入力に応じて周
波数を制御できる発振器である。

通常、振動が問題となるのは主振動系１０の固有振動数
の近傍であるから、あらかじめそれに近い周波数に発振
器５４を設定しておく。そして、第１図の場合と同様に
３８．４０，３４．３６をそれぞれ比較器、スイッチ係
数器、積分器として、係数器３６の出力を発振器５４へ
加えることにより発振器５４の周波数を主振動系１０の
周波数に一致させ、位相差を約９０度に保つことが出来
る。

ここでも係数器３４と積分器３６に代えてローパスフィ
ルターと増幅器を用いたり、あるいは併用してもよい。

５６，５８．６０は変位コントローラ１８への人力を主
振動系１０の振幅に比例させるための装置で、５６は人
ノノ信号の絶対値を得る絶対値回路あるいは正値だけを
通過させるリミッター回路、５８は直流或分を得るため
のローパスフィルターである。従って、ローバスフィル
ター５８の出力は主振動系１０の振幅に応じて大きくな
る。６０は発振器５４の出力とローバスフィルター５８
の出力を掛け合わせる乗算器である。この結果、乗算器
６０の出力が主振動系１０の振幅に応じて大きくなり、
振幅に応じた大きさの指令が変位コントローラ１８へ加
えられる。

（変更例） 前記各実施例では、説明のためにアナログ回路で構戊し
た例を示したが、この一部あるいは全部をディジタル回
路、或いは計算機内のプログラムとして構成してもよい
ことは明らかである。

また、前記各実施例では従来からのフィードバック制御
と併用しているが、本発明の方法を単独で用いてもよい
ことも明らかである。

また、前記各実施例では油圧を用いて付加質量を駆動す
る例を示したが、それ以外の手段、例えば電動機等を用
いてもよいことも明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、主振動系の振
動に同調した信号をアクティブ方式動吸振器の制御の入
力に加えるようにしたもので、主振動系と弱くフィード
バック結合したオーブンルーブ制御が実現でき、フィー
ドバックｆｆｉ１＠Ｊの弱点である安定性の問題とオー
プンルーブの弱点である桔度の問題を解決して、制振性
能を向上させることができる。これにより、従来の、ア
クティブ方式動吸振器で低減できる振動レベルの数分の
１にまで振動を小さくでき、この結果、構造物、建物、
機械設備等の有害な振動の除去に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
。 第２図は、従来装置を示すブロック図である。 第３図は、第２図の装置による振動状態を示す図である
。 第４図は、第１図の装置による振動状態を示す図である
。 第５図は、この発明の別の実施例を示すブロック図であ
る。 】０・・・主振動系、】２・・・副振動系（付加質量）
、２８・・・同調回路、５４・・・発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主振動系の振動に同調した信号をアクティブ方式動吸振
   器の制御の入力に加える事を特徴とするアクティブ方式
   動吸振器の制御方法。