JPH0619558A - 振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位センサを備えることなく、良好な制振特
性を得ることができる振動制御装置を提供する。 【構成】 機械振動体Ｍと所定のギャップを介して対向
配置される電磁石１と、この電磁石１を励磁するパワー
アンプ２と、このパワーアンプ２が供給するコイル電流
を検出し、これに応じた第１の検出信号を出力する電流
検出器６と、電磁石１の磁極部に生じる磁束を検出し、
これに応じた第２の検出信号を出力する磁束検出器７
と、これら第１および第２の検出信号から振動体１の振
動変位を推定し、この推定結果に応じた変位推定信号を
出力する変位推定器８と、この変位推定信号に対してＰ
Ｄ動作等を加えて得られる制御信号を発生し、この制御
信号を前記パワーアンプ２にフィードバックさせるコン
トローラ４とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、機械振動体
の振動制御に用いて好適な振動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、回転体や柔軟構造物等の
機械振動体では、その振動を抑制し定位置に保持するよ
う制御する技術が用いられている。こうした制御を行う
従来の振動制御装置の一例を図８に示す。この図におい
て、コイルＣが巻回された電磁石１は、機械振動体Ｍの
近傍に設置され、パワーアンプ２から供給されるコイル
電圧に基づき、該振動体Ｍを磁力によって制振する。変
位センサ３は、該磁石１と振動体ＭとのギャップＧを検
出し、これに応じた検出信号を出力する。これにより、
機械振動体Ｍの振動変位が検出されることになる。

【０００３】コントローラ４は、センサアンプ５を介し
て増幅された上記検出信号を取り込み、これ対してＰＩ
Ｄ（比例・積分・微分）動作を加え、この結果を操作量
としてパワーアンプ２に出力する。パワーアンプ２は、
コントローラ４から出力される操作量に応じたコイル電
圧を電磁石１に供給することになる。

【０００４】また、電流検出器６は、従来の振動制御装
置において必ずしも設けられるものではない。しかしな
がら、この例のように電流検出器６を設けた場合、該検
出器６は、電磁石１に巻回されたコイルに流れる電流を
検出し、これに応じた検出信号をコントローラ４に出力
する。そして、コントローラ４は、該検出器６の検出信
号を取り込み、これに対してＰ（比例）動作あるいはＰ
Ｉ（比例・積分）動作を加えた後、この結果を上記コイ
ル電圧に負帰還させるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の振動制御装置において、変位センサ３は、電磁石１
と機械振動体ＭとのギャップＧをできる限り正確に検出
するため、通常、該磁石１の磁極近傍に設置される。こ
の場合、該変位センサ３は、ある程度の大きさを有する
ため、ギャップＧそのものは検出できていない。そこ
で、該磁石１の磁極位置と該変位センサ３との間に振動
の節が存在するような高次の振動モードにおいて発振し
易くなる（スピルオーバー不安定）という問題があっ
た。また、変位センサ３そのものが高価な部品であるた
め、結果として装置の製造コスト高を招致するという問
題もある。

【０００６】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、変位センサを備えることなく、良好な制振特
性を得ることができる振動制御装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した課
題を解決するために、振動体と所定のギャップを介して
対向配置される電磁石と、前記電磁石を励磁する励磁手
段と、前記励磁手段が供給するコイル電流を検出し、こ
れに応じた第１の検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電磁石の磁極部に生じる磁束を検出し、これに応じ
た第２の検出信号を出力する磁束検出手段と、前記第１
および第２の検出信号から前記振動体の振動変位を推定
し、この推定結果に応じた変位推定信号を出力する変位
推定手段と、前記変位推定信号に対して少なくとも比例
微分動作を加えて得られる制御信号を発生し、この制御
信号を前記励磁手段にフィードバックさせる制御手段と
を具備することを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、電流検出手段は、励磁手段
が供給するコイル電流を検出し、これに応じた第１の検
出信号を出力する。磁束検出手段は、電磁石の磁極部に
生じる磁束を検出し、これに応じた第２の検出信号を出
力する。変位推定手段は、前記第１および第２の検出信
号から振動体の振動変位を推定し、この推定結果に応じ
た変位推定信号を出力する。制御手段は、前記変位推定
信号に対して少なくとも比例微分動作を加えて得られる
制御信号を発生し、この制御信号を励磁手段にフィード
バックさせる。これにより、電磁石が、振動体の振動変
位および振動速度に応じた制御力によって該振動体を制
振し、位置決めすることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。 Ａ：第１実施例 図１はこの発明の第１実施例による振動制御装置の構成
を示すブロック図である。この図において、図８に示す
各部と共通する部分には、同一の符号を付し、その説明
を省略する。また、この図に示す実施例が図８に示した
従来例と異なる点は、変位センサ３とセンサアンプ５
（図８参照）が除かれ、これらに替えて磁束検出器７と
変位推定器８が設けられており、変位推定器８が電流検
出器６と磁束検出器７の出力から機械振動体Ｍの振動変
位を推定するところにある。

【００１０】すなわち、パワーアンプ２の出力ラインに
介装される電流検出器６は、シャント抵抗やホール素子
等から構成され、コイルＣに供給される電流に応じた検
出信号ｉ^*（印^*は各物理量の電圧信号であることを示し
ている）を発生する。また、電磁石１の磁極部に設置さ
れる磁束検出器７は、ホール素子等から構成され、電磁
石１の磁極部に生じる磁束に応じた検出信号Φ_g ^*を発生
する。さらに、変位推定器８は、電流検出器６の出力ｉ
^*と磁束検出器７の出力Φ_g ^*とから変位を推定し、この
推定結果に応じた推定変位信号Ｓｄ（変位推定値Δ
ｘ^*）を出力する。

【００１１】ここで、変位推定器８の２つの構成例を図
２および図３に示す。まず、図２に示す第１の構成例に
おいて、変位推定器８は、演算器８１と減算器８２とか
らなっており、演算器８１を介した電流検出器６の検出
信号ｉ^*を減算器８２によって磁束検出器７の検出信号
Φ_g ^*から減算する。そして、この減算結果を変位推定値
Δｘ^*として出力する。すなわち、変位推定値Δｘ^*は次
式によって与えられる 。 Δｘ^*＝ΔΦ_g ^*−Ｋ・Δｉ^*（ただし、Δ：微小量を示す記号） ＝（Φ_g ^*−Φ_g0 ^*）−Ｋ（ｉ^*−Ｉ^*） ＝Φ_g ^*−Ｋ・ｉ^*……………………………………………（１） ただし、Ｋは電流・磁束変換ゲインであり、次式（２）
によって与えられる。 Ｋ＝Φ_g0 ^*／Ｉ^* （ただし、Ｉ^*：定常電流、Φ_g0 ^*：定常磁束）………（２） この場合、電流・磁束変換ゲインＫの値が定常電流Ｉ^*
の大きさによって変化するので、これに伴って変位推定
器８を変更する必要がある。

【００１２】また、図３に示す第２の構成例において、
変位推定器８は、除算器８３と減算器８４とからなって
おり、電流検出器６の検出信号ｉ^*と磁束検出器７の検
出信号Φ_g ^*との比ｉ^*／Φ_g ^*を除算器８３により算出
し、この比ｉ^*／Φ_g ^*から定常ギャップｘ^*を減算する。
そして、この減算結果を変位推定値Δｘ^*として出力す
る。すなわち、ギャップＧが電流検出信号ｉ^*と磁束検
出信号Φ_g ^*の比ｉ^*／Φ_g ^*に比例しているので、変位推
定値Δｘ^*は次式（３）によって与えられる。 Δｘ^*＝Ｇ^*−ｘ^* ＝ｉ^*／Φ_g ^*−ｘ^*……………………………………………（３） この場合、変位推定器８は定常電流Ｉ^*の大きさに依存
しないため、この定常電流Ｉ^*の変化に伴って変位推定
器８を変更する必要はない。ただし、定常ギャップｘ^*
の大きさが変わる場合、次式（４）に基づいて変位推定
器８を変更する必要がある。 ｘ^*＝Ｋ_xｘ （ただし、Ｋ_xは定数）……………………………（４）

【００１３】次に、コントローラ４は、変位推定器８か
ら出力される推定変位信号Ｓｄ（Δｘ^*）に対し、図４
（ａ）〜（ｃ）に示す３態様のうち何れかの動作を加
え、この結果を制御信号Ｓｃとしてパワーアンプ２へ供
給する。まず、同図（ａ）に示す態様の場合、コントロ
ーラ４は、変位推定器８から出力される推定変位信号Ｓ
ｄ（Δｘ^*）に対してＰＤ動作〔Ｋ_P＋Ｋ_DＳ〕を加え
（ただし、Ｋ_P：比例ゲイン、Ｋ_D：微分ゲイン、Ｓ：ラ
プラス演算子であり、以下同様とする）、これにより制
御信号Ｓｃを出力する。

【００１４】また、同図（ｂ）に示す態様の場合、コン
トローラ４は、変位推定器８から出力される推定変位信
号Ｓｄ（Δｘ^*）に対してＰＩＤ動作〔Ｋ_P＋Ｋ_I／Ｓ＋
Ｋ_DＳ〕を加え（ただし、Ｋ_I：積分ゲイン）、これによ
り制御信号Ｓｃを出力する。

【００１５】さらに、同図（ｃ）に示す態様の場合、コ
ントローラ４は、変位推定器８から出力される推定変位
信号Ｓｄ（Δｘ^*）に対して位相進み動作〔Ｋ_P（１＋α
ＴＳ）／（１＋ＴＳ）〕を加え（ただし、Ｔ：サンプリ
ング周期、α＞１）、これにより制御信号Ｓｃを出力す
る。

【００１６】このような構成によれば、変位推定器８
が、電流検出器６の出力ｉ^*と磁束検出器７の出力Φ_g ^*
とから機械振動体Ｍの変位を推定する。ここで、例えば
従来の変位センサ３による変位の検出結果と第１の構成
例を適用した変位推定器８（図２参照）による推定結果
とを比較して図５に示す。同図（ａ）は変位センサ３に
よる検出結果を、同図（ｂ）は変位推定器８による推定
結果を、それぞれ周波数（横軸）−ゲイン（縦軸）特性
と周波数（横軸）−位相（縦軸）特性により示してい
る。これらの図から明らかなように、変位推定器８によ
る推定結果は、変位センサ３による検出結果に比しゲイ
ンが２５ｄＢ程度低くなっているものの、機械振動体Ｍ
の変位を精度良く推定できていることを示している。ま
た、位相についても、両者はほとんど一致しているとい
える。

【００１７】そして、コントローラ４は、こうして変位
推定器８から出力される推定変位信号Ｓｄ（変位推定値
Δｘ^*）に、上記ＰＤ動作、ＰＩＤ動作、位相進み動作
の何れかを加えることにより、制御信号Ｓｃをパワーア
ンプ２へ供給する。

【００１８】これにより、従来のように高価な変位セン
サを用いなくても、変位フィードバックや速度フィード
バックと同等の制御効果が得られ、電磁石１は機械振動
体Ｍの振動変位と振動速度に応じた制御力によって、該
振動体Ｍを制振し、位置決めすることが可能になる。ま
た、この実施例によれば、磁極部のギャップそのものを
検出していることになるので、高次の振動モードにおい
て発振し難くなる。

【００１９】次に、図６を参照し、この実施例によりな
された振動制御結果について説明する。図６は、この実
施例の制御結果である弾性体の振動特性を示すグラフで
あり、縦軸は、弾性体の振動レベル〔ｄＢ〕を示し、横
軸は周波数〔Ｈｚ〕を示している。このグラフにおい
て、実線Ｃ１は、この装置により振動制御を行った場合
の特性を示しており、破線Ｃ２は、電磁石１にコイル電
流を供給せずに自然状態で振動させた場合の特性を示し
ている。ここで両者を比較すると、振動制御を行った場
合では、低周波数域において約３０ｄＢの振動制御効果
（振動は約３０分の１になる）、高周波数域において約
１０ｄＢの振動制御効果が現れていることが分かる。

【００２０】Ｂ：第２実施例 次に、図７はこの発明の第２実施例による振動制御装置
の構成を示すブロック図である。この図において、図１
に示す各部と共通する部分には、同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。また、この図に示す実施例が図１に
示した第１実施例と異なる点は、電磁石１と同一の電磁
石１′を振動体Ｍを介して対向配置し、パワーアンプ２
と同様、コントローラ４によって制御されるパワーアン
プ２′によって電磁石１′に励磁電流を供給するように
したことにある。

【００２１】ただし、この実施例の場合、コントローラ
４は、定常電流の指令値Ｅ₀と前述の制御信号Ｓｃとを
加算した制御信号Ｅ₀＋Ｓｃをパワーアンプ２へ供給
し、定常電流の指令値Ｅ₀から制御信号Ｓｃを減算した
制御信号Ｅ₀−Ｓｃをパワーアンプ２′へ供給するよう
になっている。その他の構成は、第１実施例と同様であ
る。

【００２２】このような構成によれば、前述の第１実施
例により得られる効果に加え、電磁石１に対向する電磁
石１′による制御力がさらに加わるため、機械振動体Ｍ
に対する制振効果は２倍になる。

【００２３】なお、電磁石の配置の仕方は、上述した第
１および第２実施例による配置に限定されず、機械振動
体Ｍに沿って並列に複数の電磁石を配置しても良い。こ
うすることにより、多くの振動モードを同時に制振する
ことができるようになる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電流検出手段は、励磁手段が供給するコイル電流を
検出し、これに応じた第１の検出信号を出力する。磁束
検出手段は、電磁石の磁極部に生じる磁束を検出し、こ
れに応じた第２の検出信号を出力する。変位推定手段
は、前記第１および第２の検出信号から振動体の振動変
位を推定し、この推定結果に応じた変位推定信号を出力
する。制御手段は、前記変位推定信号に対して少なくと
も比例微分動作を加えて得られる制御信号を発生し、こ
の制御信号を励磁手段にフィードバックさせる。これに
より、電磁石が、振動体の振動変位および振動速度に応
じた制御力によって該振動体を制振し、位置決めするこ
とができるので、高価な変位センサを設けなくても、極
めて良好な制振効果と位置決め性能が得られる。また、
変位センサを電磁石に設置する必要がなくなるため、電
磁石を小さく構成することができ、高次の振動モードに
おいて発振し難くなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による振動制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】同装置において、変位推定器８の第１の構成例
を示すブロック図である。

【図３】同装置において、変位推定器８の第２の構成例
を示すブロック図である。

【図４】同装置において、コントローラ４の動作の３態
様を示すブロック図であり、（ａ）はＰＤ動作、（ｂ）
はＰＩＤ動作、（ｃ）は位相進み動作をそれぞれ示して
いる。

【図５】従来の変位センサ３による変位の検出結果と第
１の構成例を適用した変位推定器８による推定結果とを
比較して示した図であり、（ａ）は変位センサ３の場合
を、（ｂ）は変位推定器８の場合をそれぞれ示してい
る。

【図６】弾性体の振動特性を同装置による振動制御結果
と自然状態とを比較して示すグラフである。

【図７】この発明の第２実施例による振動制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図８】従来の振動制御装置の構成の一例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１，１′ 電磁石 ２，２′ パワーアンプ ３ 変位センサ ４ コントローラ ５ センサアンプ ６ 電流検出器 ７ 磁束検出器 ８ 変位推定器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と所定のギャップを介して対向配
   置される電磁石と、 前記電磁石を励磁する励磁手段と、 前記励磁手段が供給するコイル電流を検出し、これに応
   じた第１の検出信号を出力する電流検出手段と、 前記電磁石の磁極部に生じる磁束を検出し、これに応じ
   た第２の検出信号を出力する磁束検出手段と、 前記第１および第２の検出信号から前記振動体の振動変
   位を推定し、この推定結果に応じた変位推定信号を出力
   する変位推定手段と、 前記変位推定信号に対して少なくとも比例微分動作を加
   えて得られる制御信号を発生し、この制御信号を前記励
   磁手段にフィードバックさせる制御手段とを具備するこ
   とを特徴とする振動制御装置。