JPH0665832B2 - 振動制御装置 - Google Patents
振動制御装置Info
- Publication number
- JPH0665832B2 JPH0665832B2 JP58166066A JP16606683A JPH0665832B2 JP H0665832 B2 JPH0665832 B2 JP H0665832B2 JP 58166066 A JP58166066 A JP 58166066A JP 16606683 A JP16606683 A JP 16606683A JP H0665832 B2 JPH0665832 B2 JP H0665832B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- vibrating body
- movable mass
- mass
- force
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
- F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
- F16F7/1005—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、建造物等の振動体の振動を、可動質量体の
運動によって制御する振動制御装置に関するものであ
る。一般に振動体に生ずる振動を防止するのに、マスダ
ンパが用いられていた。このマスダンパは、第１図に示
すごとく、質量Ｍ１の振動体（１）にばね定数Ｋ２を有
するばね（２）と、アクチュエータ（３）を介して質量
Ｍ２の可動質量体（４）が可動自在に取付けられてい
る。この可動質量体（４）は、振動体（１）の振動速度
に比例した逆向きの制御力を制御器（図示せず）の指示
によって、アクチュエータ（３）から与えられ、振動体
（１）の振動を止める向きに動いて、振動体（１）の振
動を減衰させている。このときの運動方程式は次のよう
になる。
運動によって制御する振動制御装置に関するものであ
る。一般に振動体に生ずる振動を防止するのに、マスダ
ンパが用いられていた。このマスダンパは、第１図に示
すごとく、質量Ｍ１の振動体（１）にばね定数Ｋ２を有
するばね（２）と、アクチュエータ（３）を介して質量
Ｍ２の可動質量体（４）が可動自在に取付けられてい
る。この可動質量体（４）は、振動体（１）の振動速度
に比例した逆向きの制御力を制御器（図示せず）の指示
によって、アクチュエータ（３）から与えられ、振動体
（１）の振動を止める向きに動いて、振動体（１）の振
動を減衰させている。このときの運動方程式は次のよう
になる。
ここに、Ｘ１、１、１は振動体（１）の変位、速
度、加速度、Ｃ０は、振動体（１）の減衰定数、Ｋ１は
振動体（１）のばね定数、Ｘ２、２は可動質量体
（４）の変位、加速度、Ｆは外力、Ｕは制御力である。
度、加速度、Ｃ０は、振動体（１）の減衰定数、Ｋ１は
振動体（１）のばね定数、Ｘ２、２は可動質量体
（４）の変位、加速度、Ｆは外力、Ｕは制御力である。
上記のように従来の振動制御装置は、振動体（１）の振
動速度１に比例した制御力Ｕ＝Ｃ１ １（Ｃ１はゲイ
ン定数）をアクチュエータに発生させ、可動質量体
（４）を振動体（１）の振動を止める方向に動かし振動
を減衰させている。
動速度１に比例した制御力Ｕ＝Ｃ１ １（Ｃ１はゲイ
ン定数）をアクチュエータに発生させ、可動質量体
（４）を振動体（１）の振動を止める方向に動かし振動
を減衰させている。
この振動制御装置においては、可動質量体（４）の質量
Ｍ２とばね（２）のばね定数Ｋ２から決まる は、通常振動体（１）の より低い値になるように設定することにより、振動体の
複数の固有振動に対して減衰効果を得ることができる。
Ｍ２とばね（２）のばね定数Ｋ２から決まる は、通常振動体（１）の より低い値になるように設定することにより、振動体の
複数の固有振動に対して減衰効果を得ることができる。
しかしながら、従来の振動制御装置では振動体（１）と
可動質量体（４）の間に減衰がないため、アクチュエー
タ（３）で制御力Ｕを作用させた場合、可動質量体
（４）は、固有周波数ω２で接続振動を起こし系が不安
定になるが、通常、可動質量体（４）とアクチュエータ
（３）とには、摩擦力が存在するため、ゲイン定数Ｃ１
が小さな値のときは、系は安定化されることもある。し
かし、ゲイン定数Ｃ１を大きくし、振動体（１）の減衰
を大きくすると、この摩擦力では、対応できず系が不安
定となる欠点を有していた。
可動質量体（４）の間に減衰がないため、アクチュエー
タ（３）で制御力Ｕを作用させた場合、可動質量体
（４）は、固有周波数ω２で接続振動を起こし系が不安
定になるが、通常、可動質量体（４）とアクチュエータ
（３）とには、摩擦力が存在するため、ゲイン定数Ｃ１
が小さな値のときは、系は安定化されることもある。し
かし、ゲイン定数Ｃ１を大きくし、振動体（１）の減衰
を大きくすると、この摩擦力では、対応できず系が不安
定となる欠点を有していた。
この発明は、上記の欠点を除去するもので、可動質量体
（４）と振動体（１）との間に減衰を付加することによ
り、振動体（１）の振動減衰が大きくでき、かつ系の安
定な振動制御装置を提供するものである。
（４）と振動体（１）との間に減衰を付加することによ
り、振動体（１）の振動減衰が大きくでき、かつ系の安
定な振動制御装置を提供するものである。
以下図面に従って、この発明の一実施例を説明する。
第２図は、この発明の振動制御装置を示す図であり、
（３）は建物等振動体（１）に固定されたアクチュエー
タで、可動コア（５）と固定コア（６）とより成り、こ
の可動コア（５）の先端には可動質量体（４）が固定さ
れている。
（３）は建物等振動体（１）に固定されたアクチュエー
タで、可動コア（５）と固定コア（６）とより成り、こ
の可動コア（５）の先端には可動質量体（４）が固定さ
れている。
この可動質量体（４）は、ばね（２）によって振動体
（１）と連結しており、可動コアの往復動に従って、振
動体（１）の振動方向に往復動するようになっている。
（１）と連結しており、可動コアの往復動に従って、振
動体（１）の振動方向に往復動するようになっている。
（７）は、振動体（１）の振動を検出する加速度計、
（８）は振動体（１）と可動質量体（４）との相対速度
１−２を検出するムービングコイル等で代表される
相対速度計、（９）は上記加速度信号と相対速度信号を
受けて増幅し、アクチュエータ（３）に指令を出す制御
器である。
（８）は振動体（１）と可動質量体（４）との相対速度
１−２を検出するムービングコイル等で代表される
相対速度計、（９）は上記加速度信号と相対速度信号を
受けて増幅し、アクチュエータ（３）に指令を出す制御
器である。
第３図は、制御器（９）の構成例を示したもので、（９
１）は加速度計（７）の加速度信号を積分する積分器、
（９２）は相対速度計（８）の相対速度信号を増幅する
増幅器、（９３）は上記速度信号と相対速度信号を加算
する加算器、（９４）はアクチュエータ（３）を駆動す
る電力増幅器である。
１）は加速度計（７）の加速度信号を積分する積分器、
（９２）は相対速度計（８）の相対速度信号を増幅する
増幅器、（９３）は上記速度信号と相対速度信号を加算
する加算器、（９４）はアクチュエータ（３）を駆動す
る電力増幅器である。
以上のような構成からなるこの発明の振動制御装置は、
振動体（１）に外力が加わり、振動を起こすと、加速度
計（７）により検出された振動体（１）の振動加速度
は、積分器（９１）、加算器（９３）および電力増幅器
（９４）を経由して、アクチュエータ（３）に送られ
る。アクチュエータ（３）においては、可動質量体
（４）と振動体（１）との間に振動速度１に比例した
第１の制御力Ｃ１′１を発生し、可動質量体（４）を
振動体（１）の振動を止める向きに運動させるため、振
動体（１）の振動は減衰するとともに、アクチュエータ
（３）で、可動質量体（４）と振動体（１）との相対速
度１−２に比例した第２の制御力Ｃ２（１−
２）を合わせ発生させることにより、可動質量体
（４）と振動体（１）の間に減衰を持たせることができ
る。
振動体（１）に外力が加わり、振動を起こすと、加速度
計（７）により検出された振動体（１）の振動加速度
は、積分器（９１）、加算器（９３）および電力増幅器
（９４）を経由して、アクチュエータ（３）に送られ
る。アクチュエータ（３）においては、可動質量体
（４）と振動体（１）との間に振動速度１に比例した
第１の制御力Ｃ１′１を発生し、可動質量体（４）を
振動体（１）の振動を止める向きに運動させるため、振
動体（１）の振動は減衰するとともに、アクチュエータ
（３）で、可動質量体（４）と振動体（１）との相対速
度１−２に比例した第２の制御力Ｃ２（１−
２）を合わせ発生させることにより、可動質量体
（４）と振動体（１）の間に減衰を持たせることができ
る。
このときの運動方程式は次のようになる。
ここで、Ｕはアクチュエータ（３）で発生する制御力で
あり、Ｃ１′，Ｃ２，Ｃ１＝Ｃ１′＋Ｃ２はゲイン定数
である。
あり、Ｃ１′，Ｃ２，Ｃ１＝Ｃ１′＋Ｃ２はゲイン定数
である。
すなわち、Ｃ１′は振動体（１）の振動速度１に比例
する第１の制御力のゲイン定数、Ｃ２は振動体（１）と
可動質量体（４）との間の相対速度１−２に比例し
た第２の制御力のゲイン定数を示している。
する第１の制御力のゲイン定数、Ｃ２は振動体（１）と
可動質量体（４）との間の相対速度１−２に比例し
た第２の制御力のゲイン定数を示している。
ところでこの発明は、振動体の振動速度１に比例した
第１の制御力のゲインＣ１′と振動体と可動質量体との
相対速度１−２に比例した第２の制御力のゲインＣ
２のみを定めるものであるが、従来公知な類似技術であ
る ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲ
ＩＮＧ ＭＥＣＡＨＡＮＩＣＳ ＤＩＶＩＳＩＯＮ Ｖ
ＯＬ１０６ NO. ＥＭ６．ＤＥＣ．１９８０、Ｐ１０
９１〜１０９８記載のものでは振動体の変位Ｙ１、振動
体と可動質量体との相対変位Ｚ、振動体と可動質量体と
の相対速度、振動体の振動速度１、にそれぞれ対応
した制御力の４つのゲインを定めている点で構成上の相
違がある。
第１の制御力のゲインＣ１′と振動体と可動質量体との
相対速度１−２に比例した第２の制御力のゲインＣ
２のみを定めるものであるが、従来公知な類似技術であ
る ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲ
ＩＮＧ ＭＥＣＡＨＡＮＩＣＳ ＤＩＶＩＳＩＯＮ Ｖ
ＯＬ１０６ NO. ＥＭ６．ＤＥＣ．１９８０、Ｐ１０
９１〜１０９８記載のものでは振動体の変位Ｙ１、振動
体と可動質量体との相対変位Ｚ、振動体と可動質量体と
の相対速度、振動体の振動速度１、にそれぞれ対応
した制御力の４つのゲインを定めている点で構成上の相
違がある。
次にこの発明による振動制御装置の制御系の安定条件に
ついて説明する。振動制御装置の制御系の安定性を考え
る場合は、振動制御装置が発する力Ｕ（Ｓ）＋Ｋ２・
｛Ｘ１（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝から、振動体の振動加速度
１までの周波数特性が重要な要素となる。
ついて説明する。振動制御装置の制御系の安定性を考え
る場合は、振動制御装置が発する力Ｕ（Ｓ）＋Ｋ２・
｛Ｘ１（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝から、振動体の振動加速度
１までの周波数特性が重要な要素となる。
第４図は上記第（２）式で示される振動制御装置の制御
ブロック線図を示す。第４図において、ＺＳ（Ｓ）は振
動加速度１と外力Ｆ（Ｓ）および振動制御装置によっ
て振動体（１）に加えられる力Ｕ（Ｓ）＋Ｋ２・｛Ｘ１
（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝の差との間の伝達関数であり、第
（２）式中の第１式から次のように導出できる。
ブロック線図を示す。第４図において、ＺＳ（Ｓ）は振
動加速度１と外力Ｆ（Ｓ）および振動制御装置によっ
て振動体（１）に加えられる力Ｕ（Ｓ）＋Ｋ２・｛Ｘ１
（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝の差との間の伝達関数であり、第
（２）式中の第１式から次のように導出できる。
ＺＳ（Ｓ）＝１／［Ｆ（Ｓ）−Ｕ（Ｓ）−Ｋ２｛Ｘ１
（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝］ ＝Ｓ２／（Ｍ１Ｓ２＋Ｃ０Ｓ＋Ｋ１） ・・・（３） ここでＳ：ラプラス演算子 またＺＣ（Ｓ）は振動加速度１から振動制御装置によ
って振動体に加えられる力までの伝達関数を示すもので
ある。
（Ｓ）−Ｘ２（Ｓ）｝］ ＝Ｓ２／（Ｍ１Ｓ２＋Ｃ０Ｓ＋Ｋ１） ・・・（３） ここでＳ：ラプラス演算子 またＺＣ（Ｓ）は振動加速度１から振動制御装置によ
って振動体に加えられる力までの伝達関数を示すもので
ある。
このＺＣ（Ｓ）は次のように求められる。
第（２）式の振動方程式をラプラス変換し、Ｕ（Ｓ）お
よびＸ１（Ｓ）を消去するとＦ（Ｓ）から１までの閉
ループ伝達関数Ｚ′（Ｓ）＝１（Ｓ）／Ｆ（Ｓ）＝Ｚ
Ｓ（Ｓ）／｛１＋ＺＳ（Ｓ）・ＺＣ（Ｓ）｝が導出で
き、Ｚ′（Ｓ）は次のようになる。
よびＸ１（Ｓ）を消去するとＦ（Ｓ）から１までの閉
ループ伝達関数Ｚ′（Ｓ）＝１（Ｓ）／Ｆ（Ｓ）＝Ｚ
Ｓ（Ｓ）／｛１＋ＺＳ（Ｓ）・ＺＣ（Ｓ）｝が導出で
き、Ｚ′（Ｓ）は次のようになる。
そしてＺＣ（Ｓ）は上記ＺＳ（Ｓ）とＺ′（Ｓ）を用い
て ＺＣ（Ｓ）｛１／Ｚ′（Ｓ）｝−｛１／ＺＳ（Ｓ）｝で
求められ、 この式を整理すると次式となる。
て ＺＣ（Ｓ）｛１／Ｚ′（Ｓ）｝−｛１／ＺＳ（Ｓ）｝で
求められ、 この式を整理すると次式となる。
また第４図に示した制御系の開ループ伝達関数Ｚ
０（Ｓ）は第（３）式と第（５）式から次式で与えられ
る。
０（Ｓ）は第（３）式と第（５）式から次式で与えられ
る。
ここで ここで、開ループ伝達関数Ｚ０（Ｓ）はＫ２／Ｃ１＝μ
αω２／２ζ１がω２以上であれば位相が±１８０度を
越えることがなく安定であるから、Ｋ２／Ｃ１＜ω２の
場合の安定性のみ検討すればよい。
αω２／２ζ１がω２以上であれば位相が±１８０度を
越えることがなく安定であるから、Ｋ２／Ｃ１＜ω２の
場合の安定性のみ検討すればよい。
そして、Ｋ２／Ｃ１＜ω２の場合の第（６）式の開ルー
プ伝達関数Ｚ０（Ｓ）のボード線図（ゲイン、位相特
性）を第５図に示す。
プ伝達関数Ｚ０（Ｓ）のボード線図（ゲイン、位相特
性）を第５図に示す。
制御系の安定条件は第５図に示す開ループ伝達関数Ｚ０
（Ｓ）の位相が１８０°を越える周波数でゲインが０ｄ
ｂ以下である。第５図のボード線図では、可動質量体
（４）系の固有周波数ω２に着目すればよい。すなわ
ち、周波数ω２でＺ０（Ｓ）の位相は＋１８０°であ
り、この周波数ω２のピークゲインが０ｄｂ以下（１以
下）になることが制御系の安定条件である。
（Ｓ）の位相が１８０°を越える周波数でゲインが０ｄ
ｂ以下である。第５図のボード線図では、可動質量体
（４）系の固有周波数ω２に着目すればよい。すなわ
ち、周波数ω２でＺ０（Ｓ）の位相は＋１８０°であ
り、この周波数ω２のピークゲインが０ｄｂ以下（１以
下）になることが制御系の安定条件である。
第５図より周波数ω２のピークゲインｇＰは次式で与え
られる。
られる。
制御系の安定条件ｇＰ＜１から次式で表される。
従って、振動体（１）の減衰を大きくするためには、第
（８）式を満足するように可動質量体（４）の減衰を与
えれば良いことになる。
（８）式を満足するように可動質量体（４）の減衰を与
えれば良いことになる。
以上のように、この発明によれば外力を受けて振動する
振動体の振動速度１を検出する手段と、上記振動体に
固定され、可動質量体を往復動させるアクチュエータ
と、上記可動質量体と振動体を結ぶばねと、上記振動体
と可動質量体の相対速度１−２を検出する検出手段
と、上記振動体の振動速度１に対応した第１の制御力
Ｃ１′１と上記振動体と可動質量体の相対速度１−
２に対応した第２の制御力Ｃ２（１−２）とを加
算した出力のみによって上記アクチュエータに指令を出
す制御器とを備え、上記ばねのばね定数Ｋ２をω２＜ω
１となるような大きさに選び、かつ上記第１の制御力Ｃ
１′１と上記第２の制御力Ｃ２（１−２）の間に の関係を有するように構成したので安定に、かつ振動体
（１）の減衰を大きくすることのできる振動制御装置を
提供できる。
振動体の振動速度１を検出する手段と、上記振動体に
固定され、可動質量体を往復動させるアクチュエータ
と、上記可動質量体と振動体を結ぶばねと、上記振動体
と可動質量体の相対速度１−２を検出する検出手段
と、上記振動体の振動速度１に対応した第１の制御力
Ｃ１′１と上記振動体と可動質量体の相対速度１−
２に対応した第２の制御力Ｃ２（１−２）とを加
算した出力のみによって上記アクチュエータに指令を出
す制御器とを備え、上記ばねのばね定数Ｋ２をω２＜ω
１となるような大きさに選び、かつ上記第１の制御力Ｃ
１′１と上記第２の制御力Ｃ２（１−２）の間に の関係を有するように構成したので安定に、かつ振動体
（１）の減衰を大きくすることのできる振動制御装置を
提供できる。
第１図は、一般のマスダンパの振動モデル図、第２図
は、この発明による実施例を示す図、第３図は第２図に
示した制御器の構成図、第４図は、この発明の振動制御
装置の制御ブロック線図、第５図は、開ループ伝達関数
Ｚ０（Ｓ）のボード線図である。 図中（１）は振動体、（３）はアクチュエータ、（４）
は可動質量体、（７）は加速度計、（８）は相対速度
計、（９）は制御器、（９１）は積分器、（９２）は増
幅器、（９３）は加算器、（９４）は電力増幅器であ
る。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
は、この発明による実施例を示す図、第３図は第２図に
示した制御器の構成図、第４図は、この発明の振動制御
装置の制御ブロック線図、第５図は、開ループ伝達関数
Ｚ０（Ｓ）のボード線図である。 図中（１）は振動体、（３）はアクチュエータ、（４）
は可動質量体、（７）は加速度計、（８）は相対速度
計、（９）は制御器、（９１）は積分器、（９２）は増
幅器、（９３）は加算器、（９４）は電力増幅器であ
る。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀井 信夫 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (56)参考文献 特公 平４−72094（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭56−41855（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−55814（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】外力を受けて振動する振動体の振動速度
１を検出する手段と、上記振動体に固定され、可動質量
体を往復動させるアクチュエータと、上記可動質量体と
振動体を結ぶばねと、上記振動体と可動質量体の相対速
度１−２を検出する検出手段と、上記振動体の振動
速度１に対応した第１の制御力Ｃ１′１と上記振動
体と可動質量体の相対速度１−２に対応した第２の
制御力Ｃ２（１−２）とを加算した出力のみによっ
て上記アクチュエータに指令を出す制御器とを備え、上
記ばねのばね定数Ｋ２を（１）式となるような大きさに
選び、かつ上記第１の制御力Ｃ１′１と上記第２の制
御力Ｃ２（１−２）の間に、（２）式の関係を有す
るように構成したことを特徴とする振動制御装置。 ω２＜ω１ （１） ただし Ｋ２：可動質量体と振動体を結ぶばねのばね定数 Ｍ２：可動質量体の質量 ω１：振動体の固有周波数 ω２：質量Ｍ２とばね定数Ｋ２から決まる固有周波数 Ｃ１ ＝Ｃ１′＋Ｃ２ Ｃ１′：第１の制御力のゲイン定数 Ｃ２ ：第２の制御力のゲイン定数 Ｍ１ ：振動体のモード質量
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166066A JPH0665832B2 (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 振動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166066A JPH0665832B2 (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 振動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6057030A JPS6057030A (ja) | 1985-04-02 |
| JPH0665832B2 true JPH0665832B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=15824341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58166066A Expired - Lifetime JPH0665832B2 (ja) | 1983-09-09 | 1983-09-09 | 振動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665832B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62273375A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-27 | 東急建設株式会社 | 地上構造物の動的制振装置 |
| JPH0674668B2 (ja) * | 1988-08-23 | 1994-09-21 | 株式会社大林組 | 制振装置 |
| JPH03250165A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-07 | Shimizu Corp | ハイブリッド動吸振器 |
| KR0182335B1 (ko) * | 1993-10-07 | 1999-04-15 | 사또 후미오 | 엘리베이터의 제진장치 |
| JP5358388B2 (ja) * | 2009-10-08 | 2013-12-04 | 株式会社日立製作所 | 工作機械 |
| CN108528299B (zh) * | 2018-06-20 | 2019-11-26 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 用于装甲车座椅的减振抗冲击系统 |
-
1983
- 1983-09-09 JP JP58166066A patent/JPH0665832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6057030A (ja) | 1985-04-02 |
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