JPH0765407B2 - Control method for damping device - Google Patents

Control method for damping device

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JPH0765407B2
JPH0765407B2 JP5104287A JP5104287A JPH0765407B2 JP H0765407 B2 JPH0765407 B2 JP H0765407B2 JP 5104287 A JP5104287 A JP 5104287A JP 5104287 A JP5104287 A JP 5104287A JP H0765407 B2 JPH0765407 B2 JP H0765407B2
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cylinder
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、構造物の制振装置の制御方法に関し、更に詳
しくは、地震や風による構造物の揺れを防止し、より高
層な構造物の建設を可能とすると共に、揺れが少なく快
適な居住性を実現するために、構造物に設置する制振装
置の制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a vibration damping device for a structure, and more particularly, to prevent a structure from being shaken by an earthquake or wind and to provide a higher-rise structure. The present invention relates to a method of controlling a vibration damping device installed in a structure in order to enable the construction of the building and to realize comfortable habitability with less shaking.

(従来の技術) 建物、鉄塔等の構造物は、一般的に小さな減衰要素しか
持たないことが多く、風、地震等の動的外乱を受けて構
造物が共振し、低周波振動が起りやすくなっている。特
に中高層ビルにおいては、風や地震等による振動のため
の居住性が問題となる。
(Prior art) Buildings, steel towers, and other structures generally have only small damping elements, and the structures resonate due to dynamic disturbances such as wind and earthquakes, and low-frequency vibrations easily occur. Has become. Especially in middle- and high-rise buildings, habitability due to vibration due to wind and earthquakes becomes a problem.

上述した構造物の振動をおさえるため、構造物に減衰要
素を付加し共振時の応答倍率を下げる方法が存在した。
In order to suppress the vibration of the structure described above, there has been a method of adding a damping element to the structure to reduce the response magnification at the time of resonance.

この方法には、構造物に受動的な減衰要素を取り付け、
構造物の振動エネルギーを吸収することで、振動軽減を
図る受動式振動制御装置と、構造物に制振用のコントロ
ールデバイスを装着し、外部から制振エネルギーを供給
して積極的に構造物の制振低減を図る能動式振動制御装
置が存在する。
This method attaches passive damping elements to the structure,
A passive vibration control device that reduces the vibration by absorbing the vibration energy of the structure and a control device for vibration control are attached to the structure, and the vibration control energy is supplied from the outside to positively increase the vibration of the structure. There is an active vibration control device for reducing vibration suppression.

能動式は受動式の欠点である(1)構造物の複数の振動
モードについて、同時に制振しにくい。(2)構造物の
特性が変化したときに制振効果が低減する。(3)大き
な振動低減効果が得にくい。ことを改善する点で注目を
集めている。
The active type is a disadvantage of the passive type. (1) It is difficult to simultaneously suppress the vibration modes of a plurality of structures. (2) The damping effect is reduced when the characteristics of the structure change. (3) It is difficult to obtain a large vibration reduction effect. It is attracting attention in terms of improving things.

従来存在した能動式振動制御装置を第8図に示す。A conventional active vibration control device is shown in FIG.

構造物1の上部に直線的に移動可能な付加マス2を設置
し、該付加マス2は構造物1に固定したアクチュエータ
3によって運動する。付加マス2とアクチュエータ3の
間には支持バネ4が存在し、付加マス2の中立位置を保
つ。
A linearly movable additional mass 2 is installed on the upper part of the structure 1, and the additional mass 2 is moved by an actuator 3 fixed to the structure 1. A support spring 4 is present between the additional mass 2 and the actuator 3 to maintain the neutral position of the additional mass 2.

構造物1に外力が加わると、構造物1に設置した振動セ
ンサ5により構造物加速度を検出し制御器zに入力す
る。制御器zには、センサによって検出した付加マス速
度も入力される。制御器zでは、構造物加速度から積分
器1/sによって構造物速度を求め、これと前記付加マス
速度の偏差をとり、この信号を電力増幅器aにより増幅
し、アクチュエータ電流として出力させ、付加マス2を
運動させる。すなわち、外力を受けて共振している構造
物1の振動量に応じてアクチュエータ3が付加マス2を
動かし、このときの付加マス2の運動反力が構造物1の
外力を打消して振動を抑制する。
When an external force is applied to the structure 1, the vibration sensor 5 installed in the structure 1 detects the structure acceleration and inputs it to the controller z. The additional mass velocity detected by the sensor is also input to the controller z. In the controller z, the structure velocity is calculated from the structure acceleration by the integrator 1 / s, the deviation between this and the additional mass velocity is calculated, this signal is amplified by the power amplifier a and output as an actuator current, and the additional mass is output. Exercise 2 That is, the actuator 3 moves the additional mass 2 in accordance with the amount of vibration of the structure 1 which is resonated by receiving an external force, and the reaction force of the additional mass 2 at this time cancels the external force of the structure 1 to cause vibration. Suppress.

(発明が解決しようとする問題点) 付加マスの動作ストロークはほぼ制振装置の大きさで決
まるが、付加マスがストロークエンドに達すると衝撃が
生じ、制振とは逆に構造物に振動を与えてしまう。制振
装置は、構造物の特性等によって一定の制振効果をもつ
ように設計されるが、同一質量の付加マスを用い、ある
程度大きな振動にも対処するためには、付加マスのスト
ロークを大きくとる必要があり、その結果制振装置の大
型化を招くという問題点があった。
(Problems to be solved by the invention) The operation stroke of the additional mass is almost determined by the size of the vibration damping device, but when the additional mass reaches the stroke end, a shock occurs, causing vibration to the structure contrary to the vibration damping. Will give. The damping device is designed to have a certain damping effect depending on the characteristics of the structure, etc., but in order to cope with large vibration to a certain extent, the stroke of the additional mass should be increased Therefore, there is a problem that the vibration damping device becomes large as a result.

本発明は上記従来例の問題点に鑑みなされたもので、構
造物の振動の大きさや付加マスの位置から、制振装置の
制振効果を変化させ、装置の小型化を図る制振装置の制
御方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional example, and a vibration damping device for reducing the size of the vibration damping device by changing the vibration damping effect of the vibration damping device from the size of the vibration of the structure and the position of the additional mass. The purpose is to provide a control method.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、構造物の振動方向に
運動可能な付加マスと、該付加マスを運動させる手段か
らなる振動制御装置において、 構造物および付加マスの特性から求めた制振効果の異な
る数種の最適フィードバックベクトルを制御器に記憶
し、付加マスの変位検出手段および動作方向検出手段か
ら得た信号を基に付加マスの変位を動作方向に応じて、
制振効果の異なる最適フィードバックベクトルを選択
し、制御器で前記最適フィードバックベクトルと、状態
変数検出手段から求めた構造物の変位、付加マスの変
位、その他の振動に関係する状態変数の状態量との積か
ら、前記付加マスを運動させる制御入力を得ることを特
徴とする制御装置の制御方法からなる。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a vibration control device including an additional mass movable in a vibration direction of a structure and a means for moving the additional mass. The controller stores a plurality of optimum feedback vectors having different damping effects, which are obtained from the characteristics of the additional mass, and the displacement of the additional mass is determined based on the signals obtained from the displacement detection means and the operation direction detection means of the additional mass. In response to the,
The optimum feedback vector having different damping effect is selected, and the optimum feedback vector is selected by the controller, the displacement of the structure obtained from the state variable detection means, the displacement of the additional mass, and the state quantity of the state variable related to other vibrations. And a control input for moving the additional mass is obtained from the product of

制御器では、状態変数検出手段から静止状態を0とした
振動に関係する種々の変数を状態変数ベクトルとして表
わし、最適フィードバックベクトルを によって求められる。最適フィードバックベクトル は2次形式の評価関数を最小にするよう設計され、 で与えられる。
In the controller, various variables related to vibration with the static state set to 0 are expressed as a state variable vector from the state variable detecting means, and the optimum feedback vector is Required by. Optimal feedback vector Is designed to minimize the quadratic evaluation function, Given in.

のリカッティの行列方程式を満足するものである。 Satisfies the Riccati matrix equation of.

は制御入力uの重み行列であり、入力のパワーが無限大
となるような実現不可能な解に到達するのを防止する。
Is a weighting matrix of the control input u and prevents reaching an unrealizable solution in which the power of the input becomes infinite.

は状態変数に対する重み行列で、精度よく制御したい状
態変数に対応する重みを大きくとることにより、制振効
果の異なる最適フィードベクトルを設計することができ
る。
Is a weighting matrix for the state variables, and by increasing the weight corresponding to the state variable to be controlled with high precision, it is possible to design optimal feed vectors with different damping effects.

は構造物および、付加マスの質量、ばね定数、減衰定数
等の特性から求められる行列である。
Is a matrix obtained from the characteristics of the structure and the mass of the additional mass, the spring constant, the damping constant, and the like.

(作用) 本発明は上記のように構成したので、構造物が振動する
と、付加マスの変位検出手段および動作方向検出手段か
ら得た信号を基に、その時点で制振に最適な最適フィー
ドバックベクトルを選択すると共に、構造物および付加
マスに設置した状態変数検出手段から静止状態を基準と
した信号が検出され、この信号から振動に関係する種々
の変数を状態変数として、前記最適フィードバックベク
トルを乗じて前記付加マスを運動させる制御入力信号を
得てこれを出力し、この出力信号により付加マスの往復
運動を行ない、構造物の振動エネルギーを吸収し、構造
物の振動低減を図る。
(Operation) Since the present invention is configured as described above, when the structure vibrates, the optimum feedback vector optimum for damping at that time is based on the signals obtained from the displacement detecting means and the moving direction detecting means of the additional mass. And a signal based on the stationary state is detected from the state variable detecting means installed in the structure and the additional mass, and various variables related to vibration are used as state variables from this signal, and the optimum feedback vector is multiplied. The control input signal for moving the additional mass is obtained and output, and the output signal reciprocates the additional mass to absorb the vibration energy of the structure and reduce the vibration of the structure.

(実施例) 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。
(Example) An example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第6図に構造物の上部に設置された制振装置の側面図を
示し、第7図にその平面図を示す。
FIG. 6 shows a side view of the vibration damping device installed above the structure, and FIG. 7 shows a plan view thereof.

構造物1の最上部に直方体の付加マス2を設置する。付
加マス2の周面にそれぞれシリンダ6を装着し、このシ
リンダ6のロッド軸7の一端を、付加マス2を囲むよう
に構造物1に立設した壁8に連結する。付加マス2の中
央にはシリンダ6に油を供給する油圧ユニット9が設置
されている。付加マス2の底部には車輪10を装着し、4
本のシリンダの油の供給の仕方によって付加マス2が壁
8で囲まれた水平面上を自由に移動可能なようになって
いる。また壁8で囲まれた水平面は、摩擦力を小さくし
車輪10が動きやすくなっている。
A rectangular parallelepiped additional mass 2 is installed on the top of the structure 1. Cylinders 6 are mounted on the peripheral surfaces of the additional masses 2, and one ends of rod rods 7 of the cylinders 6 are connected to a wall 8 standing on the structure 1 so as to surround the additional masses 2. A hydraulic unit 9 that supplies oil to the cylinder 6 is installed at the center of the additional mass 2. Wheels 10 are attached to the bottom of the additional mass 2 and 4
The additional mass 2 can freely move on the horizontal plane surrounded by the wall 8 depending on the way of supplying oil from the cylinder of the book. In addition, the horizontal plane surrounded by the wall 8 reduces the frictional force and makes the wheel 10 easy to move.

第1図に本発明の実施例のモデル図を示す。FIG. 1 shows a model diagram of an embodiment of the present invention.

構造物1の上部にシリンダ6により移動可能な付加マス
2を装着する。第1図では簡略化のため付加マス2は1
本のシリンダで移動するようにした。また実際の装置で
は、構造物1、付加マス2は水平方向へ揺れるが、モデ
ル図では上下方向に振動するようになっている。
An additional mass 2 which can be moved by a cylinder 6 is attached to the upper part of the structure 1. In FIG. 1, the additional mass 2 is 1 for simplification.
It was made to move with the cylinder of the book. In addition, in the actual device, the structure 1 and the additional mass 2 sway horizontally, but in the model diagram, they oscillate vertically.

構造物1および付加マス2には状態変数検出手段として
の変位検出手段11a、11b、速度検出手段12a、12bをそれ
ぞれ設け、状態量として構造物1の変位x1、付加マス2
の変位x2構造物1の速度付加マス2の速度を検
出する。変位x1、x2は構造物1、付加マス2が静止して
いる状態を0として正負の値をとるようにする。また
も付加マスの動作方向によって正負の値をと
る。
The structure 1 and the additional mass 2 are provided with displacement detecting means 11a and 11b and speed detecting means 12a and 12b as state variable detecting means, respectively, and the displacement x 1 of the structure 1 as the state quantity and the additional mass 2 are provided.
Detecting the displacement x 2 structure 1 speed 1 speed 2 additional masses 2. The displacements x 1 and x 2 have positive and negative values with 0 when the structure 1 and the additional mass 2 are stationary. Also
1 and 2 also take positive and negative values depending on the operating direction of the additional mass.

変位検出手段11a、11bおよび速度検出手段12a、12bから
の信号は、制御器zに入力され、ここで構造物1と付加
マス2の相対変位▲x ▼(x2−x1)および、相対速
度▲ ▼を求める。
The signals from the displacement detecting means 11a, 11b and the speed detecting means 12a, 12b are input to the controller z, where the relative displacement ▲ x 2 ▼ (x 2 −x 1 ) of the structure 1 and the additional mass 2 and , Relative velocity ▲ 2 ▼.

また、付加マス2の動作方向の検出は、サーボ弁への指
令入力の符号により判断する。そして、X′の信号を
制振器Zのベクトル選択器yに入力し、これらの信号か
ら、制御器zに記憶されている制振効果の異なる8種類
の最適フィードバックベクトルの中から、付加マス2の
状況に応じたものを選択する。
Further, the operation direction of the additional mass 2 is detected by the sign of the command input to the servo valve. Then, enter the X '2 of the signal vector selector y of vibration damper Z, from these signals, from among the eight best feedback vectors having different vibration damping effect which is stored in the controller z, additional Select the one according to the situation of the cell 2.

前述のx1、▲x ▼、、▲ ▼に、選択され
た最適フィードバックベクトル のf1、f2、f3、f4をそれぞれ乗じ、演算器によりそれぞ
れの値を加え、制御入力u=f1x1+f2▲x ▼+f3
+f4 ▼を得る。
The selected optimal feedback vector is assigned to x 1 , ▲ x 2 ▼, 1 , ▲ 2 ▼. F 1 , f 2 , f 3 and f 4 are multiplied respectively and the respective values are added by an arithmetic unit, and the control input u = f 1 x 1 + f 2 ▲ x ' 2 ▼ + f 3
We get 1 + f 4' 2 ▼.

制御器zから出力される制御入力uは、サーボ弁13のス
プール14を摺動させるソレノイド15に通電するようにな
っている。サーボ弁13の油圧供給側に設けられた3つの
ポートのうち、中央のポート16はポンプP(図示せず)
に連通し、左右のポート17、18はそれぞれタンクT(図
示せず)に連通している。サーボ弁13に設けられた2つ
のポート19、20はそれぞれシリンダ6の室に連通してい
る。
The control input u output from the controller z energizes the solenoid 15 that slides the spool 14 of the servo valve 13. Of the three ports provided on the hydraulic pressure supply side of the servo valve 13, the central port 16 is a pump P (not shown).
The left and right ports 17 and 18 communicate with the tank T (not shown). The two ports 19 and 20 provided in the servo valve 13 communicate with the chamber of the cylinder 6, respectively.

第1図に示すモデル図では、シリンダ6のシール部から
の油の漏れを考慮し、絞りR1R2およびタンクを用いて油
が流出する様子をモデル化してある。
In the model diagram shown in FIG. 1, oil leakage from the seal portion of the cylinder 6 is taken into consideration, and a model of how oil flows out using the throttles R 1 R 2 and the tank is modeled.

構造物1が風や地震の外力を受け第1図の上方向(上方
向は実際の装置では右方向)へ揺れ始めたとすると、揺
れの状況を変位検出手段11a、11b、速度検出手段12a、1
2bで検出し、この信号を制御器zに入力し、制御入力u
を演算する。
Assuming that the structure 1 starts to sway in the upward direction of FIG. 1 (the upward direction is the rightward direction in an actual device) under the influence of wind or an earthquake, the swaying condition is detected by the displacement detecting means 11a, 11b, the speed detecting means 12a, 1
2b, this signal is input to the controller z, and the control input u
Is calculated.

制御入力uはソレノイド15に通電され、サーボ弁13のス
プール14を第1図の右方向へ摺動させる。スプール14が
右方向へ摺動するとポート17が閉じられ、ポンプPから
の油はポート16、ポート20、下方のシリンダ室へ流れ、
シリンダ6内のピストンを押し上げ、上方のシリンダ室
の油はポート19、ポート18を介してタンクTに導かれ
る。
The control input u is supplied to the solenoid 15 to slide the spool 14 of the servo valve 13 to the right in FIG. When the spool 14 slides to the right, the port 17 is closed and the oil from the pump P flows to the ports 16, 20 and the lower cylinder chamber.
The piston in the cylinder 6 is pushed up, and the oil in the upper cylinder chamber is guided to the tank T via the ports 19 and 18.

この結果シリンダ6のロッド7が摺動し、付加マス2を
構造物1の動きに遅れて同じ側である上側へ移動させる
(第1図はモデル図のため鉛直方向へロッド7が摺動す
るようになっている)。
As a result, the rod 7 of the cylinder 6 slides, and the additional mass 2 is moved to the upper side which is the same side later than the movement of the structure 1 (the rod 7 slides in the vertical direction because FIG. 1 is a model diagram). It has become).

構造物1が左側に揺れると、制御入力uの符号が逆にな
り、サーボ弁13のスプール14が逆に摺動し、付加マス2
の移動方向も逆になる。従って付加マス2を動かすこと
による反力により、外力と反対方向の制御力を構造物に
与えることにより構造物1の振動の低減を図る。
When the structure 1 swings to the left, the sign of the control input u is reversed, the spool 14 of the servo valve 13 slides in the opposite direction, and the additional mass 2
The moving direction of is also reversed. Therefore, the reaction force generated by moving the additional mass 2 applies a control force in the direction opposite to the external force to the structure to reduce the vibration of the structure 1.

次に最適フィードバックベクトルfの選択方法について
説明する。
Next, a method of selecting the optimum feedback vector f will be described.

制御器zに制振効果の異なる8種類の最適フィードバッ
クベクトルA1〜A8を記憶させておく。このうちA1が最も
制振効果が高くA2・・・A8の順に低くなり、A8は最も制
振効果の小さなフィードバックベクトルである。
Eight types of optimum feedback vectors A1 to A8 having different damping effects are stored in the controller z. Of these, A1 has the highest damping effect and decreases in the order of A2 ... A8, and A8 is the feedback vector with the smallest damping effect.

第2図(A)(B)(C)に本実施例で使用した最適フ
ィードバックベクトルA1、A5、A7を制振装置に単独に用
いた場合の構造物変位x1、付加マス変位x2、構造物速度
の関係を示す。グラフから明らかなように、付加マ
スの変位はA1が最も大きく、制振効果が一番大きい。
2 (A) (B) (C), when the optimum feedback vectors A1, A5, A7 used in the present embodiment are independently used in the vibration damping device, the structure displacement x 1 , the additional mass displacement x 2 , Structure speed
The relationship of 1 is shown. As is clear from the graph, A1 has the largest displacement of the additional mass, and the largest damping effect.

第3図は、最適フィードバックベクトルの選択テーブル
について説明したもので、付加マス2の静止位置を0と
して付加マスの変位をとり、その両端は動作ストローク
エンドに該当する。
FIG. 3 illustrates the optimum feedback vector selection table, in which the stationary position of the additional mass 2 is set to 0 and the additional mass is displaced, and both ends thereof correspond to the motion stroke ends.

付加マス2の動作ストロークの動作範囲を、振動しない
静止状態を0として第3図のように左右に12に分割し、
付加マス2の位置と付加マス2の動作方向とを検出する
ことにより最適フィードバックベクトルA1〜A8を選択す
る。付加マス2の動作方向は、上述した制御入力uの電
流の正負により、ロッド7の摺動方向が逆になることに
より異なるが、第3図において、付加マス2が電流iが
正のとき左から右方向へ動作するものとし、電流iが負
のとき右から左方向へ動作する。
The operating range of the operating stroke of the additional mass 2 is divided into 12 left and right as shown in FIG.
The optimum feedback vectors A1 to A8 are selected by detecting the position of the additional mass 2 and the moving direction of the additional mass 2. The operation direction of the additional mass 2 differs depending on whether the current of the control input u is positive or negative and the sliding direction of the rod 7 is reversed, but in FIG. 3, the additional mass 2 is left when the current i is positive. From the right to the right, and when the current i is negative, it operates from the right to the left.

すなわち、付加マス2が運動する際、ロッド7が一方の
ストロークエンドから中心位置(0)に向うとき、制振
効果の高い(付加マスが動作しやすい)最適フィードバ
ックベクトルA1を選択し、中心位置から他のストローク
エンドへ向うときは、序々に制振効果の小さい最適フィ
ードバックベクトルA2〜A7を選択し、ストロークエンド
に達する直前においては、最も制振効果の小さいフィー
ドバックベクトルA8を選択するようになっている。更に
第3図(B)に図示されているように、ブレーキ機能を
実現させるために、すべてのフィードバック係数をゼロ
にするようなフィードバックベクトルを含めてよいこと
勿論である。
That is, when the additional mass 2 moves, when the rod 7 moves from one stroke end to the center position (0), the optimum feedback vector A1 with a high vibration damping effect (the additional mass is easy to move) is selected and the center position is selected. When going from one stroke end to another stroke end, the optimum feedback vectors A2 to A7 with a small damping effect are selected gradually, and immediately before reaching the stroke end, the feedback vector A8 with a minimum damping effect is selected. ing. Further, as shown in FIG. 3 (B), it goes without saying that a feedback vector that makes all the feedback coefficients zero may be included in order to realize the braking function.

次に個々の最適フィードバックベクトル の設定について説明する。Then each optimal feedback vector The setting of will be described.

1.システムの微分方程式 外力をF、構造物1と付加マス2間に作用する力をU、
構造物1の質量をM1、構造物1の減衰定数をC1、構造物
1のばね定数をK1とすると、 構造物の運動方程式は F−U=M1 +C1 +K1x1 (1) となる。
1. Differential equation of system External force is F, force acting between structure 1 and additional mass 2 is U,
Assuming that the mass of the structure 1 is M 1 , the damping constant of the structure 1 is C 1 , and the spring constant of the structure 1 is K 1 , the equation of motion of the structure is FU = M 1 1 + C 1 1 + K 1 x 1 (1)

付加マスの質量をM2とすると 付加マスの運動方程式は U=M2 (2) となる。If the mass of the additional mass is M 2 , the equation of motion of the additional mass becomes U = M 2 2 (2).

シリンダの受圧面積をA、シリンダの各室の圧力をP
1P2、シリンダの減衰定数をC2、シリンダのばね定数をK
2とし、シリンダの出力および摩擦力はゼロと考えると
制御力は、 U=A(P1−P2)−C2)−K2(x2−x1
(3) となる。
The pressure receiving area of the cylinder is A, and the pressure of each chamber of the cylinder is P
1 P 2 , Cylinder damping constant C 2 , Cylinder spring constant K
2, and the output and the frictional force of the cylinder and the control force considered zero, U = A (P 1 -P 2) -C 2 (2 - 1) -K 2 (x 2 -x 1)
(3)

シリンダにおける連続の式は、サーボ弁からシリンダに
流入する流量をQ1、シリンダからサーボ弁へ流出する流
量をQ2、各シリンダ室から外部へ漏れる流量をQ3、Q4
第1図の下部のシリンダ室から上部のシリンダ室へ漏れ
る流量をQ5とすると、1 V1/K=Q1−A()−Q3−Q5 (4)2 V2/K=−Q2+A()−Q4+Q5 (5) となる。
The continuous equation for a cylinder is: the flow rate from the servo valve to the cylinder is Q 1 , the flow rate from the cylinder to the servo valve is Q 2 , the flow rate from each cylinder chamber to the outside is Q 3 , Q 4 ,
When the flow rate from the cylinder chamber at the bottom of Figure 1 leaks to the upper cylinder chamber and Q 5, 1 V 1 / K = Q 1 -A (2 - 1) -Q 3 -Q 5 (4) 2 V 2 / K = -Q 2 + a (2 - 1) -Q 4 + Q to become 5 (5).

シリンダ室からの流れを考慮したモデルにおいて、R1R2
を絞りの係数とすると 絞りの式は Q3=R1P1 Q4=R1P2 Q5=R2(P1−P2) (6) となる。
In the model considering the flow from the cylinder chamber, R 1 R 2
When the coefficient of the diaphragm expressions of diaphragm Q 3 = R 1 P 1 Q 4 = R 1 P 2 Q 5 = R 2 (P 1 -P 2) and made (6).

次にサーボ弁の特性を考える。Next, consider the characteristics of the servo valve.

サーボ弁の定格電流をIr、定格流量をQr、定格差圧をΔ
Pr、供給圧力をPsとすると、 i≧0の場合 i<0の場合 となる。
Servo valve rated current Ir, rated flow Qr, rated differential pressure Δ
If Pr and supply pressure are Ps, then i ≧ 0 When i <0 Becomes

2.微分方程式の線形化 (7)〜(10)式を平衡点(P1=P10 P2=P20 i=i0
の近傍で線形化し、 をとり、ΔFを外乱として取扱い、状態方程式 で表現する。このとき行列A、bは、それぞれ4行4
列、4行1列の行列となり、行列の各要素は次のように
なる。
2. Linearization of differential equations (7) to (10) below the balance point (P 1 = P 10 P 2 = P 20 i = i 0)
Linearize near And treat ΔF as a disturbance, Express with. At this time, the matrices A and b have 4 rows and 4 columns, respectively.
The matrix has 4 columns and 1 row, and each element of the matrix is as follows.

A11=0 A12=0 A13=1 A14=0 A21=0 A22=0 A23=0 A24=1 A31=−K1/M1 A32=K2/M1 A33=−C1/M1 A34=(1/M1){2A2/(β+R1+2R2)+C2} A41=K1/M1 A42=−K2(M1+M2)/M1M2 A43=C1/M1 A44=−{(M1+M2)/M1M2}{2A2/(β+R1 +2R2)+C2} b11=0 b21=0 b31=−(1/M1){2Aα/(β+R1+2R2)} b41={M1+M2/M1M2}{2Aα/(β+R1+2R2)} ここで出力ベクトルyを と定義すると出力方程式は次のようになる。A 11 = 0 A 12 = 0 A 13 = 1 A 14 = 0 A 21 = 0 A 22 = 0 A 23 = 0 A 24 = 1 A 31 = -K 1 / M 1 A 32 = K 2 / M 1 A 33 = -C 1 / M 1 A 34 = (1 / M 1 ) {2A 2 / (β + R 1 + 2R 2 ) + C 2 } A 41 = K 1 / M 1 A 42 = -K 2 (M 1 + M 2 ) / M 1 M 2 A 43 = C 1 / M 1 A 44 =-{(M 1 + M 2 ) / M 1 M 2 } {2A 2 / (β + R 1 + 2R 2 ) + C 2 } b 11 = 0 b 21 = 0 b 31 = - (1 / M 1) {2Aα / (β + R 1 + 2R 2)} b 41 = {M 1 + M 2 / M 1 M 2} {2Aα / (β + R 1 + 2R 2)} output vector y, where To The output equation is defined as follows.

3.最適レギュレータの設計 (12)(14)式で表現されている制御系において、評価
関数 を最小にする制御入力uを求める。すなわち、(15)式
を最小にする最適レギュレータを設計する。制御入力u
をスカラ量としたので、入力の重み係数rもスカラ量と
した。
3. Optimal regulator design In the control system expressed by Eqs. (12) and (14), the evaluation function The control input u that minimizes is obtained. That is, an optimal regulator that minimizes equation (15) is designed. Control input u
Is a scalar quantity, the input weighting coefficient r is also a scalar quantity.

状態変数に対する重み行列Qを とおくと、評価関数Jは になる。ここで精度よく制御したい状態変数に対応する
重み係数qを大きくとることにより、制振効果が大きい
ものから小さいものまで制御系を自由に設計できる。
Weight matrix Q for state variables Then, the evaluation function J is become. Here, by setting the weighting factor q corresponding to the state variable that is desired to be controlled with high accuracy, the control system can be freely designed from a large damping effect to a small damping effect.

最適入力u0は最適フィードバックベクトル により次のように表わされる(u0=Δi0)、 制御系のブロック図を第4図に示す。The optimal input u 0 is the optimal feedback vector Is represented by (u 0 = Δi 0 ), A block diagram of the control system is shown in FIG.

(15)式で表わされたJを最小にする最適フィードバッ
クベクトル は一般式 で与えられる。ただし、 は次のリカッティの行列方程式を満たす正定唯一解であ
る。
Optimal feedback vector that minimizes J expressed in equation (15) Is the general formula Given in. However, Is a positive definite unique solution that satisfies the Riccati matrix equation

上述の実施例では、状態変数ベクトルは、構造物1の変
位x1、構造物1に対する付加マス2の相対変位x2、構造
物1の速度x1、構造物1と付加マス2の相対速度x2で表
現したが、他の振動に関係する変数や油圧シリンダの制
御に関係する変数を状態量として考慮してもよい。
In the above embodiment, the state variable vector is the displacement x 1 of the structure 1 , the relative displacement x 2 of the additional mass 2 with respect to the structure 1, the velocity x 1 of the structure 1 , the relative velocity of the structure 1 and the additional mass 2. Although expressed by x 2 , other variables related to vibration and variables related to control of the hydraulic cylinder may be considered as the state quantity.

すなわち、制振装置取付位置における構造物1の変位
x1、付加マス2の変位x2、構造物1の最下部又は地面の
変位xo、構造物1に対する付加マス2の相対変位x2、シ
リンダ各室の圧力p1、p2、サーボ弁13のスプール14の変
位x3とし、この中から制御に重要な要素を取り出し状態
変数ベクトルを表現してもよい。この場合評価関数Jは
次のようにするのが適当である。
That is, the displacement of the structure 1 at the damping device mounting position
x 1, displacement x 2 additional mass 2, the structure 1 of the bottom or the ground displacement xo, structure relative displacement x 2 additional mass 2 with respect to 1, the pressure p 1 of the cylinder chambers, p 2, servo valve 13 It is also possible to take the element important for control out of this as the displacement x 3 of the spool 14 and express the state variable vector. In this case, it is appropriate that the evaluation function J be as follows.

油の圧縮性を考慮した場合にはp1p2を追加するのが有効
である。
Considering the compressibility of oil, it is effective to add p 1 p 2 .

第5図(A)に、最適フィードバックベクトルA1だけ用
いて付加マス動作を制御した場合と、第5図(B)に8
種類の最適フィードバックベクトルA1〜A8を用いて制振
装置を制御した場合について、実際の地震に基づいたシ
ュミレーションを行なった。
Fig. 5 (A) shows the case where the additional mass operation is controlled by using only the optimum feedback vector A1, and Fig. 5 (B) shows 8
A simulation based on an actual earthquake was performed for the case where the vibration control device was controlled using various types of optimal feedback vectors A1 to A8.

同一の地震入力に対し、単一の最適フィードバックベク
トルを用いた場合には付加マス変位の最大ストロークは
11.9cmとなり、8種類の最適フィードバックベクトルを
用いた方は9.7cmとなり、後者の方が、付加マス変位の
最大ストロークが短かくなることがわかる。また構造物
変位から両者の制振効果は同じであることがわかる。
When a single optimal feedback vector is used for the same seismic input, the maximum stroke of additional mass displacement is
It becomes 11.9 cm, which is 9.7 cm when using eight types of optimal feedback vectors, and it is clear that the latter has a shorter maximum stroke for additional mass displacement. Also, it can be seen from the structural displacement that the damping effect of both is the same.

(発明の効果) 本発明は、上述したように、付加マスの変位検出手段お
よび動作方向検出手段から得た信号を基に、付加マスが
一方の動作ストロークエンドから他方のストロークエン
ドへ動くときに、振動効果の大きい最適フィードバック
ベクトルから順次振動効果の小さい最適フィードバック
ベクトルを選択し、振動に関係する値を状態変数として
最適レギュレータ理論によって付加マスの往復運動の制
御を行なう。従って、付加マスがストロークエンド直前
に達するときには、振動効果の小さい付加マスの制御を
行なうので、ストロークエンドに付加マスが達すること
による衝撃を与えることがない。また付加マスがストロ
ークエンドに達する危険がないときには、制振効果の大
きな付加マスの制御を行なう。従って、付加マスを効率
的に動かすため、付加マスの最大ストロークを短かくし
て構造物に必要な制振効果を得ることができ、制振装置
の小型化を図ることができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, when the additional mass moves from one operation stroke end to the other stroke end based on the signals obtained from the additional mass displacement detection means and the operation direction detection means. Then, the optimum feedback vector with a small vibration effect is sequentially selected from the optimum feedback vector with a large vibration effect, and the reciprocating motion of the additional mass is controlled by the optimum regulator theory using the value related to the vibration as the state variable. Therefore, when the additional mass reaches immediately before the stroke end, the additional mass having a small vibration effect is controlled, so that the impact due to the additional mass reaching the stroke end is not given. When there is no danger of the additional mass reaching the stroke end, the additional mass having a large vibration damping effect is controlled. Therefore, since the additional mass is efficiently moved, the maximum stroke of the additional mass can be shortened to obtain the vibration damping effect required for the structure, and the vibration damping device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す制振装置のモデル図、
第2図(A)(B)(C)は本実施例で使用した最適フ
ィードバックベクトルA1、A5、A7の制振効果を示す説明
図、第3図は最適フィードバックベクトルの選択方法の
説明図、第4図は制御系のブロック図、第5図(A)
(B)は制振装置に本発明方法を用いた場合の制振効果
を示す説明図、第6図は本発明を用いる制振装置の側面
図、第7図は制振装置の平面図、第8図は従来の制振装
置のモデル図である。 1……構造物、2……付加マス 6……シリンダ 11a、11b……変位検出手段 12a、12b……速度検出手段(動作方向検出手段) z……制御器
FIG. 1 is a model diagram of a vibration damping device showing an embodiment of the present invention,
2 (A), (B) and (C) are explanatory views showing the damping effect of the optimum feedback vectors A1, A5, A7 used in the present embodiment, and FIG. 3 is an explanatory view of the selection method of the optimum feedback vector, FIG. 4 is a block diagram of the control system, and FIG. 5 (A).
(B) is an explanatory view showing a damping effect when the method of the present invention is used for the damping device, FIG. 6 is a side view of the damping device using the present invention, FIG. 7 is a plan view of the damping device, FIG. 8 is a model diagram of a conventional vibration damping device. 1 ... Structure, 2 ... Additional mass 6 ... Cylinders 11a, 11b ... Displacement detecting means 12a, 12b ... Velocity detecting means (moving direction detecting means) z ... Controller

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】構造物の振動方向に運動可能な付加マス
と、該付加マスを運動させる手段からなる振動制御装置
において、 構造物および付加マスの特性から求めた制振効果の異な
る数種の最適フィードバックベクトルを制御器に記憶
し、付加マスの変位検出手段および動作方向検出手段か
ら得た信号を基に付加マスの変位を動作方向に応じて、
制振効果の異なる最適フィードバックベクトルを選択
し、制御器で前記最適フィードバックベクトルと、状態
変数検出手段から求めた構造物の変位、付加マスの変
位、その他の振動に関係する状態変数の状態量との積か
ら、前記付加マスを運動させる制御入力を得ることを特
徴とする制御装置の制御方法。
1. A vibration control device comprising an additional mass movable in a vibration direction of a structure and a means for moving the additional mass, comprising several types of different damping effects obtained from the characteristics of the structure and the additional mass. The optimum feedback vector is stored in the controller, and the displacement of the additional mass is based on the signals obtained from the displacement detection means and the movement direction detection means of the additional mass according to the movement direction,
The optimum feedback vector having different damping effect is selected, and the optimum feedback vector is selected by the controller, the displacement of the structure obtained from the state variable detection means, the displacement of the additional mass, and the state quantity of the state variable related to other vibrations. A control method of the control device, wherein a control input for moving the additional mass is obtained from a product of
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