JPH07269646A - 構造物に加える対抗振動の制御法 - Google Patents

構造物に加える対抗振動の制御法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造物への外からの外乱振動に対抗振動を加
えて実際の振動を減らす、改善された方法を提供する。 【構成】 与えられた電気信号に応じて構造物（２０）
に正弦の対抗振動を与えることのできる振動力発生器
（１９）を構造物に取り付け、検知される振動に応じた
振幅と位相と周波数を持つ出力信号（ａ）を生成する加
速時計（２１）を構造物の振動の測定点に取り付け、制
御可能な周波数で共振する同調可能フィルタ（１６）を
設け、同調信号（θ）を生成する適応的周波数推定器
（２２）を設け、推定器の同調信号をフィルタに与え、
加速度計の出力信号をフィルタに与え、フィルタの共振
周波数を連続的に調整して加速度計の出力信号の周波数
に等しくしてフィルタの出力で増幅し、共振フィルタの
出力信号を振動力発生器（１９）への電気命令信号
（ｙ）として与えて構造物に対抗振動を加える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、能動的な振動の
除去の分野に関し、より詳しくは、測定点で構造物に外
から正弦振動が加わる影響を減らすための、構造物に取
り付けたサーボ振動子の適応制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造物に対抗振動を与えることにより外
からの外乱振動に対抗し除去して、構造物内の実際の振
動を減らす技術が知られている。これは各種の制御方法
で行われている。例えば、米国特許第４，１２２，３０
３号、「能動的な音の減衰と関連する改善」、米国特許
第４，１５３，８１５号、「繰り返し音の能動的な減
衰」、米国特許第４，４１７，０９８号、「繰り返し発
生する振動の除去の適応時間を減少させる方法」、米国
特許第４，４８９，４４１号、「振動を除去する方法と
装置」、米国特許第４，４９０，８４１号、「振動を除
去する方法と装置」、米国特許第４，８１９，１８２
号、「ヘリコプタの胴体の振動を減少させる方法と装
置」、を参照されたい。
【０００３】外からの外乱が正弦的であれば、上記の技
術による解決方法は一般に、外からの振動と同じ周波数
を持つ同様な正弦信号を合成することによって行われ
る。その後、構造物内の検知された残留振動から適応的
に推定される量だけこの信号の位相と振幅を調整する。
次に、合成された信号を振動力発生器に命令として与
え、その出力を加えて構造物内の検出された信号に対抗
し除去する。このような方法が有効であるためには、正
弦波発生器と検知された振動の周波数および／または時
間とを同期させる必要がある。エンジンが振動源である
代表的な例では、エンジンのＲＰＭ信号またはクランク
シャフトの位置情報を用いて必要な周波数の基準とす
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上の諸特許の繰り返し
適応型のアルゴリズムを用いると、どんな型の周期的振
動でも、たとえ正弦的でない振動でも制御することがで
きる。上記の第４，８１９，１８２号特許の振動制御シ
ステムは、多センサ、多アクチュエータ振動制御の問題
も対象にしている。従来の解決方法は複雑なので、これ
を実現するには比較的強力なディジタル計算機が必要で
ある。
【０００５】バル(Val) 、グレゴリ、グプタの「状態フ
ィードバック振動制御器の設計と評価」、米国ヘリコプ
タ協会ジャーナル、２９：４（１９８４年７月）による
別の解決方法は、現代状態フィードバック制御理論に基
づいて振動除去の問題に対処する、連続線形アナログ制
御器による方法を提示している。しかしこの方法は時間
的に不変なので、周波数追跡能力に欠ける。
【０００６】
【課題を解決するための手段】開示する実施態様の対応
する部品、部分、または外観について、制限的ではなく
単に例示のために部分的に参照して説明するが、本発明
は、構造物（２０）に対抗振動を加えて外からの正弦振
動の影響を減らすよう制御する、改善された方法を提供
する。
【０００７】改善された方法は次の段階を含む。すなわ
ち与えられる電気信号に応じて構造物に正弦の対抗振動
を与えることのできる振動力発生器（１９）を構造物に
取り付け、検知される振動
【外１】 に応じた振幅と位相と周波数を持つ出力信号（ａ）を生
成する加速時計（２１）を構造物の振動の測定点に取り
付け、電気的に制御可能な周波数で共振する同調可能フ
ィルタ（１６）を設け、加速度計の出力信号の関数であ
る同調信号（θ）を生成する適応的周波数推定器（２
２）を設け、推定器の同調信号をフィルタに与え、加速
度計の出力信号をフィルタに与え、フィルタの共振周波
数を連続的に調整して加速度計の出力信号の周波数に等
しくし、これにより加速度計の出力信号をフィルタの出
力で大幅に増幅し、共振フィルタ出力信号を力発生器へ
の電気命令信号（ｙ）として与え、これにより力発生器
は構造物に対抗振動を加えてその測定点での外からの振
動の影響を減らす。
【０００８】必要があれば、振動力発生器と構造物の動
的応答の逆に近似する補償フィルタ（１８）に前記フィ
ルタ出力信号を与えてよい。
【０００９】従って本発明の一般的な目的は、構造物に
加える対抗振動を制御する、改善された方法を提供する
ことである。
【００１０】別の目的は、対抗振動が外乱振動の周波数
の変動を追跡できるように、構造物に加える対抗振動を
制御する、改善された方法を提供することである。
【００１１】更に別の目的は、構造物に加える対抗振動
を制御する、改善されかつ低コストの方法を提供するこ
とである。
【００１２】これらの目的や利点は、上記および以下の
明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかにな
る。
【００１３】
【実施例】はじめに、同じ参照番号は各図面を通して構
造物の同じ要素、部分、外観を識別するものである。こ
れらの要素、部分、外観の詳細な説明は、明細書全体で
記述し説明するものの一部である。別に断りのない限
り、図面は明細書と共に読む（例えば、斜線の陰影、部
品の配列、割合、角度など）ことが望ましく、また本発
明の全体の説明の一部である。以下の説明では、「水
平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、および
「下」という語とその形容詞的および副詞的派生語（例
えば、「水平に」、「右向きに」、「上向きに」など）
は、それぞれの図面の前から見た構造物の方向を示す。
同様に、「内向きに」と「外向きに」という語は、適宜
に長さ軸または回転軸に関する外観の方向を指す。
【００１４】従来の制御システム（図１） 図１は、構造物に加える対抗振動を制御する従来の装置
を示す。図１の一般に１０で示す従来の制御方式では、
反復適応信号発生器１１に入力周波数基準が与えられ
る。信号発生器は合成された正弦出力信号を能動的振動
発生器１２に与える。能動的振動発生器１２は対抗振動
を構造物１３に加える。加えられた対抗振動と構造物の
外からの振動外乱とを加算する。得られる残留加速度
【外２】 を加速度計１４で検知する。加速度計は出力信号（ａ）
を信号発生器１１に与える。このように、図１に示す従
来の装置は周波数基準入力信号が必要である。これは一
般にエンジンのＲＰＭの形で、またはクランクシャフト
の角位置情報の形で与えられる。
【００１５】改善された制御システム（図２、図３） 図２と図３は一般に改善された制御方式を１５で示し、
同調可能共振フィルタ１６を備える。このフィルタは出
力を補償フィルタ１８に与え、補償フィルタ１８は出力
を能動的振動発生器１９に与える。振動発生器１９は、
外からの振動外乱を受ける構造物２０に対抗振動を与え
る。構造物内の残留振動
【外３】 を加速度計２１で検知し、その出力信号（ａ）を共振フ
ィルタ１６と適応的周波数推定器２２に与える。フィル
タ出力信号（ｙ）は推定器２２にも与えられ、推定器２
２は同調信号θを共振フィルタに与える。
【００１６】図３は、図２に示す適応的周波数推定器と
同調可能共振フィルタのブロック図を示す。図３では、
加速度計２１からの信号ａは加算点２３に正の入力とし
て与えられる。この加算点の出力は乗算器２４に与えら
れ、その出力はブロック２５で示す、ゲインＧを持つ積
分器に与えられる。積分器２５の出力は加算点２６に負
の入力として与えられる。加算点２６の出力はブロック
２８で示すように更に積分されて加算点２９に正の入力
として与えられる。加算点２９の出力（ｙ）は、図２に
示す補償フィルタ１８を通して振動力発生器に命令信号
として与えられる。
【００１７】また加速度計の信号ａは、前向きに加算点
２９に正の入力として与えられる。また加速度計の信号
ａをゲインτで乗算し、その積は中間加算点２６に正の
入力として与えられる。積分器２８の出力は加算点２３
に正のフィードバック信号として与えられる。
【００１８】加速度計の信号ａは周波数推定器の乗算器
３１にも与えられる。この乗算器には、３２で示すゲイ
ンブロックを通して信号ｙも与えられる。図３に示すよ
うに、ブロック３２のゲインは
【数１】 である。乗算器３１は加速度計の信号ａとゲインブロッ
ク３２の出力の積を計算し、出力をゲインブロック３３
に与える。ゲインブロック３３はこの信号を積分して同
調信号θを生成し、フィルタの乗算器２４に与える。従
って、自然周波数ｆn = （θＧ）1/2 でダンピングがゼ
ロの場合、共振フィルタの伝達関数は
【数２】 である。
【００１９】動作としては、外からの振動外乱が構造物
に作用すると、構造物内の検知される制御点で、ある振
動レベルを生成する。この制御点での構造物の振動を加
速度計２１が検知する。加速度計は出力信号ａを出し
て、同調可能共振フィルタ１６と適応的周波数推定器２
２に与える。外乱振動が正弦的であって周波数がｆd で
あり、同調フィルタの有意に異なる初期周波数がｆriで
あるとすると、最初は同調フィルタから実質的に出力が
出ない。適応的周波数推定器はこの技術に精通した人に
知られている各種の方法で実現できるが、どのようなも
のであっても、加速度計からの所定の入力に対して同調
可能フィルタの出力が最大になるようにフィルタに与え
られる、同調信号θを生成する。従ってフィルタの同調
がシフトして、その同調共振周波数ｆrtは外乱周波数ｆ
d に等しくなる。
【００２０】このようにして、加速度計信号ａは共振フ
ィルタにより大幅に増幅され、能動的振動発生器１９へ
の駆動信号となって構造物に対抗振動を加え、外乱につ
まり測定された振動に対抗してこれを除去する。適応ア
ルゴリズムは有効な積分を含むので、残留構造物振動が
ゼロに近づいても非ゼロの有限の値の同調信号が存在
し、共振フィルタの同調を外乱周波数に等しい最適な値
に保持する。
【００２１】ここに開示した制御機能は、実際にアナロ
グ電子信号処理により実現することができる。同調可能
な共振フィルタが必要とするのは２個の積分器と非線形
乗算器だけであり、適応周波数推定器は３個の積分器と
１個の乗算器により形成される。これらの両機能は、同
様に簡単なディジタル信号処理により実現することもで
きる。
【００２２】構造物の共振または振動発生器の遅れのた
めに振動発生器の命令信号から加速度測定点における構
造物の合成振動への伝達関数がかなりの動的特性を持つ
場合は、補償器１８が随意に必要になることがある。こ
のような場合、補償器は理想的には、対象とする周波数
範囲内の振動器／構造物の応答の逆に近似する伝達関数
として実現してよい。しかしこの補償は厳密なものでは
ない。ゲインパラメータ値の選択が適当であっても、補
償器の位相特性が理想的な値からかなり外れることがあ
る。というのは、適応的同調過程はフィルタのわずかの
同調外れにより、かなりの信号位相修正を生じるからで
ある。
【００２３】変形 この技術に精通した人には、多くの変形が可能なことは
容易に分かる。例えば、開示した方法は音声伝達媒体の
ノイズの抑制に用いることができる。この場合、加速度
計はマイクロフォンで置き換えてよく、振動発生器は音
声発生器すなわち拡声器で置き換えてよい。同様に、制
御電子回路は部分的にアナログで部分的にディジタルで
よく、処理の粗さすなわち応答性は、より複雑な適応要
素で変形してよい。
【００２４】改善された方法を実施する望ましい方法を
示して説明し、いくつかの変形について述べたが、この
技術に精通した人は、特許請求の範囲で定義し識別した
本発明の精神から逸れることなく、各種の別の変更や変
形ができることを容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】能動的振動発生器に関する従来の制御システム
の略ブロック図。
【図２】能動的振動発生器に関する改善された制御シス
テムの略ブロック図。
【図３】図２に示す適応周波数推定器と同調可能共振フ
ィルタのブロック図。
【符号の説明】
１０ 従来の制御方式 １１ 反復適応信号発生器 １２ 能動的振動発生器 １３ 構造物 １４ 加速度計 １５ 改善された制御方式 １６ 共振フィルタ １８ 補償フィルタ １９ 能動的振動発生器 ２０ 構造物 ２１ 加速度計 ２２ 適応的周波数推定器 ２３，２６，２９ 加算点 ２４ 乗算器 ２５，２８ 積分器 ３０，３１ 乗算器 ３２，３３ ゲインブロック

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 構造物に加える対抗振動を制御して外か
    らの正弦振動の影響を減らす方法であって、 与えられる電気信号に応じて前記構造物に正弦の対抗振
    動を与えることのできる、振動力発生器を前記構造物に
    取り付け、 検知される振動に応じた振幅と位相と周波数を持つ出力
    信号を生成する加速度計を前記構造物内の振動の測定点
    に取り付け、 電気的に制御可能な周波数で共振する同調可能フィルタ
    を設け、 前記加速度計の出力信号の関数である同調可能信号を生
    成する適応的周波数推定器を設け、 前記同調信号を前記フィルタに与え、 前記加速度計の出力信号を前記フィルタに与え、 前記フィルタの共振周波数を連続的に調整して前記加速
    度計の出力信号の周波数に等しくし、これにより前記加
    速度計の出力信号を前記フィルタの出力で大幅に増幅
    し、 前記共振フィルタ出力信号を前記力発生器への電気命令
    信号として与え、 これにより、前記振動力発生器は前記構造物に対抗振動
    を加えてその測定点での外からの信号の影響を減らす、
    段階を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記振動力発生器と構造物の動的応答の
    逆に近似する補償フィルタを通して前記フィルタ出力信
    号を与える追加の段階を更に含む、第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】 加速度計を前記構造物上に、前記振動力
    発生器と実質的に同じ点に取り付ける、第１項記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 密閉箱に加える対抗ノイズを制御して外
    からの正弦ノイズの影響を減らす方法であって、 与えられる電気信号に応じて前記密閉箱に正弦対抗ノイ
    ズを与えることのできる、音声発生器を前記密閉箱に取
    り付け、 検知されるノイズに応じた振幅と位相と周波数を持つ出
    力信号を生成するマイクロホンを前記密閉箱内のノイズ
    の測定点に取り付け、 電気的に制御可能な周波数で共振する同調可能フィルタ
    を設け、 前記マイクロホンの出力信号の関数である同調可能信号
    を生成する適応的周波数推定器を設け、 前記同調可能信号を前記フィルタに与え、 前記マイクロホンの出力信号を前記フィルタに与え、 前記フィルタの共振周波数を連続的に調整して前記マイ
    クロホンの出力信号の周波数に等しくし、これにより前
    記マイクロホンの出力信号を前記フィルタの出力で大幅
    に増幅し、 前記共振フィルタ出力信号を前記音声発生器への電気命
    令信号として与え、 これにより、前記音声力発生器は前記密閉箱に対抗ノイ
    ズを加えてその測定点での外からのノイズの影響を減ら
    す、段階を含む方法。
  5. 【請求項５】 前記音声発生器と密閉箱の動的応答の逆
    に近似する補償フィルタを通して前記フィルタ出力信号
    を与える追加の段階を更に含む、第４項記載の方法。
  6. 【請求項６】 マイクロホンを前記密閉箱内に、前記音
    声発生器と実質的に同じ点に取り付ける、第４項記載の
    方法。
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