JPH0776495B2 - 構造物の振動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は，例えばビル，アンテナ，原子力の制御盤な
どに代表される構造物の振動を低減あるいは制振する振
動制御装置に関し，特にX,Y2軸方向の振動を制御する装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来この種の装置として第１図に示すものがあつた。図
において，（１）は風や地震などの外力を受けて振動を
生ずる構造物で，例えばビル，アンテナ，原子力の制御
盤などである。（２）は付加重錘とアクチュエータを有
する付加重錘駆動装置，（３）は構造物（１）の振動を
検出する振動検出器で，この例では加速度計，（４）は
振動検出器（３）からの検出信号に基づいて付加重錘駆
動装置（２）を制御する制御回路，（５）は付加重錘駆
動装置（２）の駆動電源である。

第２図は第１図に示す付加重錘駆動装置の一例を示す断
面図である。図において，（21）は付加重錘であり，構
造物（１）の約１％の質量を有しているのが一般的であ
る。（22）はアクチュエータ，（23）は軸受支持台，
（24）は直動軸受，（25）は連結棒，（26）はアクチュ
エータ（22）の駆動部，（27）は連結棒（25）と駆動部
（26）を結合するカップリングであり，付加重錘（21）
は連結棒（25）とカップリング（27）を介してアクチュ
エータ（22）の駆動部（26）に連結されている。（28）
はアクチュエータ（22）を装着する取付台，（29）は軸
受支持台（23）および取付台（28）を固定する架台であ
り，構造物（１）の床部または天井部に設置されてい
る。

次に動作について第１図，第２図をもとに説明する。構
造物（１）が風や地震などの外力を受けて水平方向に振
動すると，この構造物（１）の振動は振動検出器により
電気信号として検出される。この電気信号を受けた制御
回路（４）では，所要の振動変位量あるいは振動速度な
どに変換し，付加重錘駆動装置（２）の駆動を制御す
る。すなわち，アクチュエータ（22）は，制御回路
（４）からの制御信号に応じて駆動部（26），カップリ
ング（27），および連結棒（25）を介して付加重錘（2
1）を第２図に矢印で示すように直線的，振動的に水平
駆動させる。この時，作用，反作用の法則に基づき，ア
クチュエータ（22）で発生した駆動力は取付台（28）お
よび架台（29）を介して構造物（１）に印加される。こ
の駆動力が構造物（１）の振動に対抗するように，以下
に説明する原理に基づいて制御回路（４）を設定する
と，構造物（１）の振動は極度に減衰し，振動制御装置
としての機能を発揮する。

すなわち，この装置の振動低減原理は，構造物（１）に
強制力（外力）と制御力とが作用したとき,mを構造物
（１）のモード質量,cを減衰係数,kを構造物（１）のバ
ネ定数,Fを外力,Uを制御力,xを構造物（１）の変位とし
て成立する運動方程式ｍ＋ｃ＋kx＝Ｆ−Ｕを前提と
する。

ここで，例えば構造物（１）の振動加速度を検知して
これを速度，変位ｘの信号に変換した後これらの値を
上記運動方程式に適用することにより外力Ｆを減衰させ
ることのできる最適な制御力Ｕ（すなわち，構造物
（１）の振動速度に比例する制御力）を得ている。（詳
しくは，特願昭57−41094号出願「振動制御装置」に記
載） ところで通常，構造物（１）の振動はＸ−Ｙ平面座標系
で表示でき，特に矩形平面形状を有する構造物（１）に
おいてはＸ−Ｙ直角方向の振動がほぼ同程度のレベルと
なり,X,Y両軸方向の振動が問題となることが多い。この
ような振動特性を有する構造物の制振には，第３図に示
すように，第１図の振動制御装置をX,Yそれぞれの振動
制御軸方向に装着することによって，構造物（１）の水
平面内２軸方向の振動を同時に制御し，振動の低減を図
っている。

しかしながら，実際に既存する構造物（１）において
は,X,Yそれぞれの振動制御軸方向に振動制御装置を設置
するに十分なスペースがない，あるいは空間的には十分
な余裕があっても，設置据付精度が悪いと振動制御装置
の駆動方向と構造物（１）の振動制御軸とが一致しない
場合が生じ，そのために,X−Ｙ軸方向に十分な振動低減
効果が得られないという欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は，上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので，外力を受けて振動を生ずる構造
物に設置され，駆動方向が互いに直角な第1,第２のアク
チュエータ，第1,第２のアクチュエータでそれぞれ水平
駆動される第1,第２の付加重錘，上記構造物における互
いに直交するＸ軸,Y軸方向の振動を検出するＸ軸方向振
動検出器およびＹ軸方向振動検出器，上記Ｘ軸方向振動
検出器の検出信号に基づいて第１のアクチュエータを駆
動する制御信号Ａを発生する第１の制御回路，発生した
上記制御信号Ａから、上記Ｙ軸方向振動検出器の検出信
号に基づいたＹ軸からＸ軸への連成項成分Ｂを減じ（Ａ
−Ｂ），第１のアクチュエータに印加する第１の調節回
路，上記Ｙ軸方向振動検出器の検出信号に基づいて第２
のアクチュエータを駆動する制御信号Ｃを発生する第２
の制御回路，並びに発生した上記制御信号Ｃから，上記
Ｘ軸方向振動検出器の検出信号に基づいたＸ軸からＹ軸
への連成項成分Ｄを減じ（Ｃ−Ｄ），第２のアクチュエ
ータに印加する第２の調節回路を備えることにより，制
振性能の向上した振動制御装置を提供することを目的と
している。

〔発明の実施例〕

以下，この発明の一実施例を図をもとに説明する。第４
図に示すように,X,Yそれぞれの振動制御軸に対して第1,
第２の付加重錘駆動装置（2a），（2b）が，それぞれ偏
角θx,θｙを持って据付けられた例について説明する。
ただし，振動検出器（2a），（2b）は振動制御軸方向に
装着する。構造物のX,Y軸方向の振動特性を律する等価
質量をMx,My,剛性をKx,Kyとし，構造物（１）に作用す
る外力をFx,Fyとする。また，第1,第２の付加重錘駆動
装置（2a），（2b）からの制振力をUx,Uyとする。２台
の付加重錘駆動装置（2a），（2b）からの制振力Ux,Uy
によって，構造物（１）Ｘ−Ｙ軸方向の制振力x,ｙ
はベクトル合成によってつぎのようになる。この関係を
第５図に示す。

構造物（１）のＸ−Ｙ軸方向の変位をx,yとすると運動
方程式は で記述できる。さらに制御力Ux,Uyは構造物の減衰比の
改善の観点より,X−Ｙ方向の振動速度に比例する力と
し，また，フィードバックゲインをCx,Cyとすると， （１），（２），（３）式より，構造物のＸ−Ｙ軸運動
方程式をマトリックス表示するとつぎのように記述でき
る。

（４）式からわかるように、左辺第２項は減衰項を表わ
しているが，付加重錘駆動装置（２）と振動制御軸との
不一致によってＸ−Ｙ軸連成項すなわちＸ軸方向ではCy
sinθy,Y軸方向ではCx sinθｘが生ずる。このような
連成項はＸ−Ｙ軸方向に互いに影響を及ぼし合い，場合
によっては制振性能の低下，さらには振動制御装置が加
振源となり，構造物の振動を助長することがある。

第６図は，この発明の一実施例による振動制御装置の制
御システムを示す構成図である。図において，（2a），
（2b）はそれぞれ第1,第２の付加重錘駆動装置であり，
それぞれ第1,第２のアクチュエータおよび第1,第２の付
加重錘を有している。（3a），（3b）はそれぞれＸ軸,Y
軸方向の振動を検出するＸ軸方向振動検出器およびＹ軸
方向振動検出器，（4a）はＸ軸方向振動検出器（3a）の
検出信号に基づいて第１のアクチュエータを駆動する制
御信号Ａを発生する第１の制御回路，（6a）は制御信号
Ａから,Y軸方向振動検出器（3b）の検出信号に基づいた
Ｙ軸からＸ軸への連成項成分Ｂ（第４図，第５図の説明
におけるCy sinθｙ）を減じ（Ａ−Ｂ），第１のアク
チュエータに印加する第１の調節回路，（4b）はＹ軸方
向振動検出器（3b）の検出信号に基づいて第２のアクチ
ュエータを駆動する制御信号Ｃを発生する第２の制御回
路，（6b）は制御信号ＣからＸ軸方向振動検出器（3a）
の検出信号に基づいたＸ軸からＹ軸への連成項成分Ｄ
（第４図，第５図の説明におけるCx sinθｘ）を減じ
（Ｃ−Ｄ），第２のアクチュエータに印加する第２の調
節回路である。なお，上記（Ａ−Ｂ）および（Ｃ−Ｄ）
の演算は，ごく一般に用いられる減算器により行なうこ
とができる。このような調節回路（6a），（6b）を設置
することにより,X−Ｙ軸制御連成効果を打消すことがで
き所要の制振性能を発揮することができると共に，装置
の安定化の向上にも著しい効果がある。

なお，上記実施例では２台の付加重錘駆動装置（2a），
（2b）の場合について説明したが,2台以上の場合にも同
様の原理に基づき，調節回路の導入により制振性能の向
上が得られるものである。

〔発明の効果〕

以上のように，この発明によれば，外力を受けて振動を
生ずる構造物に設置され，駆動方向が互いに直角な第1,
第２のアクチュエータ，第1,第２のアクチュエータでそ
れぞれ水平駆動される第1,第２の付加重錘，上記構造物
における互いに直交するＸ軸,Y軸方向の振動を検出する
Ｘ軸方向振動検出器およびＹ軸方向振動検出器，上記Ｘ
軸方向振動検出器の検出信号に基づいて第１のアクチュ
エータを駆動する制御信号Ａを発生する第１の制御回
路，発生した上記制御信号Ａから，上記Ｙ軸方向振動検
出器の検出信号に基づいたＹ軸からＸ軸への連成項成分
Ｂを減じ（Ａ−Ｂ），第１のアクチュエータに印加する
第１の調節回路，上記Ｙ軸方向振動検出器の検出信号に
基づいて第２のアクチュエータを駆動する制御信号Ｃを
発生する第２の制御回路，並びに発生した上記制御信号
Ｃから，上記Ｘ軸方向振動検出器の検出信号に基づいた
Ｘ軸からＹ軸への連成項成分Ｄを減じ（Ｃ−Ｄ），第２
のアクチュエータに印加する第２の調節回路を備えたの
で，制振性能が向上し，さらには安定化領域が拡大する
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の振動制御装置を示す構成図，第２図は第
１図の付加重錘駆動装置の構成を示す断面図，第３図は
従来のＸ−Ｙ軸制御による振動制御装置を示す構成図，
第４図，第５図はそれぞれこの発明の一実施例を説明す
るための説明図，第６図はこの発明の一実施例による振
動制御装置の制御システムを示す構成図である。 図において，（１）は構造物，（２）は付加重錘駆動装
置，（2a），（2b）はそれぞれ第1,第２の付加重錘駆動
装置，（３）は振動検出器，（3a），（3b）はそれぞれ
Ｘ軸,Y軸方向振動検出器，（４）は制御回路，（4a），
（4b）はそれぞれ第1,第２の制御回路，（6a），（6b）
はそれぞれ第1,第２の調節回路，（21）は付加重錘，
（22）はアクチュエータである。 なお，図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外力を受けて振動を生ずる構造物に設置さ
   れ，駆動方向が互いに直角な第1,第２のアクチュエー
   タ，第1,第２のアクチュエータでそれぞれ水平駆動され
   る第1,第２の付加重錘，上記構造物における互いに直交
   するＸ軸,Y軸方向の振動を検出するＸ軸方向振動検出器
   およびＹ軸方向振動検出器，上記Ｘ軸方向振動検出器の
   検出信号に基づいて第１のアクチュエータを駆動する制
   御信号Ａを発生する第１の制御回路，発生した上記制御
   信号Ａから、上記Ｙ軸方向振動検出器の検出信号に基づ
   いたＹ軸からＸ軸への連成項成分Ｂを減じ（Ａ−Ｂ），
   第１のアクチュエータに印加する第１の調節回路，上記
   Ｙ軸方向振動検出器の検出信号に基づいて第２のアクチ
   ュエータを駆動する制御信号Ｃを発生する第２の制御回
   路，並びに発生した上記制御信号Ｃから，上記Ｘ軸方向
   振動検出器の検出信号に基づいたＸ軸からＹ軸への連成
   項成分Ｄを減じ（Ｃ−Ｄ），第２のアクチュエータに印
   加する第２の調節回路を備えた構造物の振動制御装置。