JPH04224334A - アクティブ型動吸振器の制御方法およびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、付加質量を駆動して主
振動体の揺れを吸振するアクティブ型動吸振器の制御方
法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高層ビルや塔等が地震等の原因で揺れた
場合、付加質量を駆動してこの揺れを吸振するようにし
たアクティブ型動吸振器が最近実用されるようになって
来た。

【０００３】最近使用されているアクティブ型動吸振器
の一例を図３によって説明すると、ａは高層ビル、塔等
の加振される主振動体であって、振動の等価機構ｂを介
して基盤ｃに支持されている。

【０００４】主振動体ａには振動を吸収する付加質量ｄ
が設けてあって、サーボ弁ｅによって油圧シリンダー等
のアクチュエータｆを制御して付加質量ｄを駆動して主
振動体ａの振動を吸収するようになっており、付加質量
ｄ、サーボ弁ｅ、アクチュエータｆによってアクティブ
型動吸振器ｇを構成している。

【０００５】このようなアクティブ型動吸振器ｇの制御
装置として、主振動体ａと付加質量ｄとの間の相対変位
を検出する変位センサーｈを設け、主振動体ａには主振
動体ａの振動を検出する加速度センサー等の振動検出セ
ンサーｉを取付け、振動検出センサーｉの検出した振動
を基に制御回路ｊで振動を打消すように駆動信号ｋを発
生して制御回路ｌに入力する。

【０００６】変位センサーｈの検出した主振動体ａと付
加質量ｄとの間の相対変位は変位信号ｍとして制御回路
ｌにフィードバックされ、制御回路ｌでは駆動信号ｋと
変位信号ｍとの差の信号を指令信号ｎとしてサーボ弁ｅ
に入力し、アクチュエータｆにより付加質量ｄを駆動し
て主振動体ａの振動を吸収している。

【０００７】図３においてはアクチュエータｆとして油
圧駆動のシリンダーを示しているが、電磁力で付加質量
ｄを直接駆動したり、電動機で付加質量ｄを駆動するよ
うなアクチュエータｆであってもよい。また図３では付
加質量ｄの主振動体ａに対する相対変位を制御している
が、基盤ｃから加えられる加振力を打消すような制振力
を発生されるようにアクチュエータｆを制御してもよい
。同様に付加質量ｄの速度を制御してもよく、いずれに
しても正しく制御されれば、結果として得られる付加質
量ｄの運動は同じなので、制振効果は同じとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところがアクティブ型
動吸振器が実用されたのは最近であり、高層ビルや塔へ
の応用が始まったに過ぎず、船その他の乗物等の揺れを
吸収するためにアクティブ型動吸振器を使用することは
未だ行われていない。

【０００９】船の場合には波やうねりのために船体が揺
れ、この揺れのために船体全体に加速度、変位が発生す
るため、船体を図３の主振動体ａとして振動検出センサ
ーｉを取付けると、振動検出センサーｉの出力には、本
来除きたい振動による加速度や変位に加えて揺れによる
成分も含まれてしまう。通常制振の対象となる振動は１
０Ｈｚ程度で、大きさは数十Ｇａｌである。

【００１０】ところが海が荒れた時の揺れは数秒以上と
ゆっくりしているが、大きさは数十Ｇａｌになって制振
対象の振動と同等のレベルに達してしまう。この時の振
動検出センサーｉの出力には、ほぼ同等のレベルの低周
波と高周波の加速度成分が含まれることになる。

【００１１】制振力を制御する場合に、発生すべき制振
力は加振力に比例させればよい。ところで主振動体ａの
加速度の大きさは、加振力に比例して大きくなると考え
てよいから、制振力は検出された主振動体ａの加速度の
大きさに比例させることになる。従ってほぼ同一レベル
の低周波と高周波成分が含まれている場合には、制振力
にもほぼ同一レベルの低周波成分と高周波成分とが発生
するようにアクティブ型動吸振器の制御が行われる。と
ころで制振力は制御用の付加質量ｄを加速する時の反力
として得られるので、付加質量ｄの加速度にほぼ同一レ
ベルの高周波と低周波の成分が発生することになり、付
加質量ｄの加速度は図４に示すようになる。ところで、
この時に発生する付加質量ｄの変位は図５に示すように
低周波で大きく変位することになる。

【００１２】ところでアクティブ型動吸振器の設計上の
付加質量許容ストロークが図５の変位量以下であると、
付加質量ｄはストローク端にあたって、それ以上は動け
なくなり、動吸振器としての機能を果すことができなく
なる。従って、付加質量ｄの許容ストロークを十分に大
きくしなければならない。

【００１３】しかし、もともと低周波の大きな揺れは制
振の対象外であり、また波に起因する船体の揺れをアク
ティブ型動吸振器で減少させるのは無理であり、低周波
に対する付加質量ｄの動きは無駄であって、この無駄な
動きのために長大なストロークとすることは装置が大き
くなると同時に、アクチュエータｆとして油圧シリンダ
ーを使用した場合には機構の剛性が著しく低下して制御
が不安定となり、高い精度で応答できなくなる。

【００１４】例として高周波振動を１０Ｈｚ、低周波の
揺れを１／４Ｈｚとすると、加速度のレベルは同一であ
っても、変位は

【数１】 の違いが出ることになる。このために、振動を減少させ
るのに必要なストロークが±１０ｍｍであったとすると
、低周波の揺れに対するストロークは±１６ｍとなって
しまい、高周波の振動のために必要なストロークは±１
０ｍｍで十分であるにもかかわらず、低周波の揺れに対
応させるために±１６ｍのストロークのアクティブ型動
吸振器を製作しなければならないことになる。このよう
なことになると、制振力を制御しても、付加質量ｄの変
位を制御しても、その他の変量を制御しても同じである
。これは制御させる変数が違っても、制御が正しく行わ
れれば結果として得られる付加質量の運動に変りはない
ためである。

【００１５】以上は船を例にとって説明したが、陸上の
交通機関や空中を航行する乗物でも同様である。

【００１６】本発明はアクティブ型動吸振器の付加質量
の許容ストロークを小さくてすむようにするため、低周
波の揺れがアクティブ型動吸振器の付加質量にの変位に
及ぼす影響を除去、あるいは減少させることにより、作
動中の付加質量の変位を小さくし、その結果、アクティ
ブ型動吸振器がコンパクトで高い精度の応答が得られる
ようにしたアクティブ型動吸振器の制御方法およびその
装置を提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主振動体の振
動を検出する振動検出センサーの出力から前記主振動体
の低周波の揺れを検出する揺動検出センサーの出力を差
引いた信号を取出し、付加質量の駆動により前記主振動
体の振動を吸収するアクティブ型動吸振器を前記信号で
作動させ、前記アクティブ型動吸振器が低周波の揺れに
応答して作動するのを防止することを特徴とするアクテ
ィブ型動吸振器の制御方法および主振動体の振動を検出
する振動検出センサーと、前記主振動体の低周波の揺れ
を検出する揺動検出センサーと、付加質量を駆動して前
記主振動体の振動を吸収するアクティブ型動吸振器と、
該アクティブ型動吸振器を作動させる制御回路と、前記
振動検出センサーの出力から前記揺動検出センサーの出
力を減算して前記制御回路に入力する演算装置と、を備
えたことを特徴とするアクティブ型動吸振制御装置とし
たものである。

【００１８】

【作用】揺動検出センサーが主振動体の低周波の揺れを
検出し、この出力を振動検出センサーの出力から減算し
て制御回路に入力し、アクティブ型動吸振器の付加質量
を高周波の振動に対応して駆動する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００２０】図２は主振動体１として船２の上部構造を
示しており、アクティブ型動吸振器３は主振動体１とし
ての上部構造に搭載されている。船２は全体が波で揺れ
ると同時に、主振動体１としての上部構造は、エンジン
やスクリューが起振源となって加振されるので、高周波
で共振して振動することがある。この実施例のアクティ
ブ型動吸振器３は、主振動体１としての上部構造が、エ
ンジンやスクリューの回転等にともなって発生する高周
波の振動を低減させる目的で使用される。主振動体１と
しては船２の上部構造のみでなく、他の陸上、空中の乗
物も主振動体１としてアクティブ型動吸振器３を取付け
ることができる。

【００２１】アクティブ型動吸振器３は図１に示すよう
に付加質量４、付加質量４を駆動する油圧シリンダー等
のアクチュエータ５、アクチュエータ５を制御するサー
ボ弁６によって構成されており、主振動体１と付加質量
４との間には、これらの相対変位を検出する変位センサ
ー７が設けられ、主振動体１には主振動体１の振動を検
出する加速度センサー等の振動検出センサー８が取付け
られていて、振動検出センサー８の検出した信号を演算
装置９に入力するようになっている。

【００２２】１０は低周波の揺れを検出する揺動検出セ
ンサーであって、制振の対象となる高周波振動を検出し
にくい場所に設置される。揺動検出センサー１０の設置
場所は、例えば図２のように船２の場合には船体の底部
に近い所、あるいは上部構造の基部が適当であり、また
振動検出センサー８の近傍に防振ゴム等の緩衝装置を介
して設置してもよい。

【００２３】揺動検出センサー１０の検出した低周波の
揺れの信号は係数器１１に入力されて係数が乗ぜられ、
係数器１１の出力は演算装置９に入力される。演算装置
９では振動検出センサー８の検出した出力から係数器１
１の出力を減算し、減算した信号１２を制御信号出力回
路１３に入力するようになっている。信号出力回路１３
では入力された信号１２の振動を打消すように駆動信号
１４を発生して制御回路１５に入力する。制御回路１５
では駆動信号１４と変位センサー７からフィードバック
される変位信号１６との差の信号を指令信号１７として
サーボ弁６に入力する。

【００２４】次に作用を説明する。

【００２５】船、陸上の交通機関等の乗物における低周
波の揺れは、船体、車体をほぼ剛体とみなして各部分で
同位相で一様な揺動運動が起り、各部分での変動波形は
ほぼ相似になると考えてよい。

【００２６】従って図１の振動検出センサー８の出力か
ら、揺動検出センサー１０の出力に適当な係数を乗じて
演算装置９で差引くと、低周波の揺れに基因する信号成
分はほぼ完全に打消され、演算装置９から出力される信
号１２は、高周波の振動に起因する成分だけとなる。

【００２７】従って、高周波の振動に起因する成分のみ
の信号１２を制御信号出力回路１３、制御回路１５に順
次入力して得た指令信号１７でサーボ弁６を制御すると
、付加質量４は高周波の振動に対応した変位はするが、
低周波の揺れに対しては殆ど反応しなくなり、このため
無駄なストロークの運動はしなくなる。

【００２８】このようにして、主振動体１の低周波の揺
れはそのままで、高周波の振動を吸収することができる
。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、付加質量の必要ストロークが
小さくなるのでアクティブ型動吸振器がコンパクトで軽
量になり、アクティブ型動吸振器の剛性を十分に高くで
きるので、剛性の低い場合には使用できない油圧駆動装
置を使用して、精度の高い制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例の系統図である。

【図２】本発明を船に適用した側面図である。

【図３】従来装置の系統図である。

【図４】付加質量の加速度を示すグラフである。

【図５】付加質量の変位を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　主振動体 ３　　　　アクティブ型動吸振器 ４　　　　付加質量 ８　　　　振動検出センサー ９　　　　演算装置 １０　　揺動検出センサー １２　　信号 １５　　制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主振動体の振動を検出する振動検出セ
   ンサーの出力から前記主振動体の低周波の揺れを検出す
   る揺動検出センサーの出力を差引いた信号を取出し、付
   加質量の駆動により前記主振動体の振動を吸収するアク
   ティブ型動吸振器を前記信号で作動させ、前記アクティ
   ブ型動吸振器が低周波の揺れに応答して作動するのを防
   止することを特徴とするアクティブ型動吸振器の制御方
   法。
2. 【請求項２】　　主振動体の振動を検出する振動検出セ
   ンサーと、前記主振動体の低周波の揺れを検出する揺動
   検出センサーと、付加質量を駆動して前記主振動体の振
   動を吸収するアクティブ型動吸振器と、該アクティブ型
   動吸振器を作動させる制御回路と、前記振動検出センサ
   ーの出力から前記揺動検出センサーの出力を減算して前
   記制御回路に入力する演算装置と、を備えたことを特徴
   とするアクティブ型動吸振制御装置。