JPH08179835A - Active damper - Google Patents
Active damperInfo
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- JPH08179835A JPH08179835A JP31740094A JP31740094A JPH08179835A JP H08179835 A JPH08179835 A JP H08179835A JP 31740094 A JP31740094 A JP 31740094A JP 31740094 A JP31740094 A JP 31740094A JP H08179835 A JPH08179835 A JP H08179835A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアクティブダンパに関
し、特に振動する装置の振動部位に取付けられて振動エ
ネルギを吸収して制振をなすアクティブダンパに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active damper, and more particularly to an active damper which is attached to a vibrating portion of a vibrating device to absorb vibration energy and suppress vibration.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のこの種のアクティブダンパの例と
しては、例えば、特開昭63−221410号公報に開
示の技術がある。この技術においては、圧電アクチュエ
ータと加速度計及び圧電アクチュエータを駆動する制振
制御回路とを設けて、振動を吸収する構造であり、図2
にその例を示す。2. Description of the Related Art As an example of a conventional active damper of this type, there is, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-221410. In this technique, a piezoelectric actuator, an accelerometer, and a vibration suppression control circuit that drives the piezoelectric actuator are provided to absorb vibration.
An example is shown in.
【0003】取付けベース7は、制振しようとする物体
(機械装置)4にアクティブダンパを取り付け部品全体
の動作方向を合わせるためのものであり、ねじや磁力で
振動する物体に取り付けられる。The mounting base 7 is for mounting the active damper on the object (mechanical device) 4 to be damped, and for aligning the operating direction of the entire parts, and is mounted on an object that vibrates with a screw or magnetic force.
【0004】質量1と圧電アクチュエータ2は、このベ
ース7上に機械装置4の振動方向Aと同じ方向に直列接
続して固定されるものであり、ベース7すなわち元の振
動系である機械装置4の振動加速度d2 x1/dt2 を
検出するのが加速度計9であり、質量1の振動加速度d
2 x2/dt2 を検出するのが加速度計8である。制振
制御回路6は、加速度計8,9の出力から圧電アクチュ
エータ2の駆動電圧Eを演算し、それによって圧電アク
チュエータ2を駆動するものである。The mass 1 and the piezoelectric actuator 2 are connected and fixed in series on the base 7 in the same direction as the vibration direction A of the mechanical device 4, and the base 7, that is, the mechanical device 4 which is the original vibration system. The accelerometer 9 detects the vibration acceleration d 2 x1 / dt 2 of the mass 1.
The accelerometer 8 detects 2 × 2 / dt 2 . The vibration suppression control circuit 6 calculates the drive voltage E of the piezoelectric actuator 2 from the outputs of the accelerometers 8 and 9, and drives the piezoelectric actuator 2 by this.
【0005】次に動作を説明する。加速度計8,9の出
力を制振制御回路6で演算し圧電アクチュエータ2の駆
動電圧を振動が減衰させるように制御することにより、
機械装置4の振動を吸収するものである。Next, the operation will be described. By controlling the outputs of the accelerometers 8 and 9 by the damping control circuit 6 and controlling the drive voltage of the piezoelectric actuator 2 so as to attenuate the vibration,
The vibration of the mechanical device 4 is absorbed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この様な従来のアクテ
ィブダンパでは、2個の加速度計8,9により機械装置
4及び付加した質量1の加速度を計測し、その値から駆
動電圧Eを演算しているので、構成部品数が多く、また
制振制御回路6も複雑になるという欠点がある。In such a conventional active damper, the acceleration of the mechanical device 4 and the added mass 1 is measured by the two accelerometers 8 and 9, and the driving voltage E is calculated from the value. Therefore, the number of components is large and the vibration suppression control circuit 6 is complicated.
【0007】本発明の目的は、構成部品が少なくまた制
振制御回路も簡単化でき、いかなる周波数の強制力が作
用しても振動を抑圧することが可能なアクティブダンパ
を提供することである。An object of the present invention is to provide an active damper which has a small number of constituent parts, a vibration damping control circuit can be simplified, and vibration can be suppressed even if a forcing force of any frequency acts.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、振動す
る装置の振動部位に取付けられて振動エネルギを吸収し
て制振をなすアクティブダンパであって、前記装置の振
動方向と同方向に互いに直列接続された圧電素子及び質
量と、前記圧電素子の出力に応じて制振のための駆動電
圧を算出して前記圧電素子へ印加する制振制御手段とを
含むことを特徴とするアクティブダンパが得られる。According to the present invention, there is provided an active damper, which is attached to a vibrating portion of a vibrating device to absorb vibration energy and suppress vibration, in the same direction as the vibration direction of the device. An active damper comprising: a piezoelectric element and a mass connected in series with each other; and a vibration damping control means for calculating a driving voltage for damping according to an output of the piezoelectric element and applying the driving voltage to the piezoelectric element. Is obtained.
【0009】[0009]
【作用】圧電素子をアクテュエータとして使用すると共
に、加速度計の役目としても使用することで、上記目的
を達成する。すなわち、振動する装置の円振動数を圧電
素子の出力により算出し、この円振動数に応じて圧電素
子の駆動電圧を制御することで、円振動の振幅を略0に
抑圧するものである。The above-mentioned object is achieved by using the piezoelectric element as an actuator and also as an accelerometer. That is, the circular frequency of the vibrating device is calculated from the output of the piezoelectric element, and the drive voltage of the piezoelectric element is controlled in accordance with this circular frequency to suppress the amplitude of the circular vibration to approximately zero.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
詳述する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0011】図1は本発明の実施例の構成図であり、図
2と同等部分は同一符号により示している。図1におい
て、制振しようとする機械装置4はバネ5により支持さ
れている。圧電素子2とバネ3とは振動方向Aと同方向
に並列接続されており、質量1は圧電素子2、バネ3に
振動方向Aと同方向に直列接続されている。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and the same portions as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. In FIG. 1, the mechanical device 4 to be damped is supported by a spring 5. The piezoelectric element 2 and the spring 3 are connected in parallel in the same direction as the vibration direction A, and the mass 1 is connected in series to the piezoelectric element 2 and the spring 3 in the same direction as the vibration direction A.
【0012】制振制御回路6は圧電素子2の歪み信号出
力から駆動電圧を算出して、この駆動電圧を圧電素子2
へ印加することにより、装置4の振動を効果的に抑止す
るものである。The vibration suppression control circuit 6 calculates a drive voltage from the distortion signal output of the piezoelectric element 2 and uses this drive voltage as the piezoelectric element 2.
To effectively suppress the vibration of the device 4.
【0013】以下に本発明に係るアクティブダンパの原
理について数式を用いて説明する。いま、装置4に対し
て周期力Po=sin ωtが作用するとする。このときの
装置4と質量1の各運動方程式は夫々(1),(2)式
で示される。The principle of the active damper according to the present invention will be described below by using mathematical expressions. Now, it is assumed that the periodic force Po = sin ωt acts on the device 4. The equations of motion of the apparatus 4 and the mass 1 at this time are shown by the equations (1) and (2), respectively.
【0014】 Md2 x1/dt2 =−k1x1−k2(x1−X2)−α(x1−x2) +Posin ωt …………(1) md2 x2/dt2 =−k2(x2−x1)−α(x2−x1)………(2) 但し、Mは装置4の重さ、mは質量1の重さ、k1はバ
ネ5のバネ定数、k2はバネ3のバネ定数、αは圧電素
子2のバネ定数、x1は装置4の変位、x2は質量1の
変位である。Md 2 x1 / dt 2 = -k1x1-k2 (x1-X2) -α (x1-x2) + Posin ωt (1) md 2 x2 / dt 2 = -k2 (x2-x1)- α (x2-x1) ... (2) where M is the weight of the device 4, m is the weight of the mass 1, k1 is the spring constant of the spring 5, k2 is the spring constant of the spring 3, and α is the piezoelectric element. 2, the spring constant, x1 is the displacement of the device 4, and x2 is the displacement of the mass 1.
【0015】(1),(2)式を変形すると、 Md2 x1/dt2 +(k1+k2+α)x1−(k2+α)x2 =Posin ωt …………(3) md2 x2/dt2 +(k2+α)x2−(k2+α)x1=0………(4) となる。When the equations (1) and (2) are modified, Md 2 x1 / dt 2 + (k1 + k2 + α) x1- (k2 + α) x2 = Posin ωt ... (3) md 2 x2 / dt 2 + (k2 + α) ) X2- (k2 + α) x1 = 0 ... (4).
【0016】ここで、質量1のバネ質量系の固有円振動
数をΩ2とすれば、Ω22 =(k2+α)/mであるか
ら、運動方程式は、 (M/m)d2 x1/dt2 +Ω22 {1+k1/(k2+α)}x1 −Ω22 x2=(Po/m)sin ωt …………(5) d2 x2/dt2 +Ω22 x2−Ω22 x1=0…………(6) となる。Here, if the natural circular frequency of the spring-mass system with mass 1 is Ω2, then Ω2 2 = (k2 + α) / m, so the equation of motion is (M / m) d 2 x 1 / dt 2 + Ω2 2 {1 + k1 / (k2 + α)} x1 −Ω2 2 x2 = (Po / m) sin ωt ………… (5) d 2 x2 / dt 2 + Ω2 2 x2-Ω2 2 x1 = 0 ………… (6) ).
【0017】それ故、装置4、質量1の運動は強制力の
円振動数ω(振動数の2π倍)と等しい円振動数を持つ
定常振動、 x1(t)=(Po/k1){(1−λ22 )2 /D}1/2 sin ωt ………(7) x2(t)=(Po/k1)(1/D)1/2 sin ωt ………(8) となる。Therefore, the motion of the device 4, mass 1 is a stationary vibration with a circular frequency equal to the circular frequency ω (2π times the frequency) of the forcing force, x1 (t) = (Po / k1) {( 1−λ2 2 ) 2 / D} 1/2 sin ωt (7) x2 (t) = (Po / k1) (1 / D) 1/2 sin ωt (8)
【0018】尚、Dは、 D=〔1−{1+(1+(M/m)λ22 )(k2+
α)/k1+(M/m)λ24 )(k2+α)/k
1}〕2 であり、λ2=ω/Ω2である。In addition, D is D = [1- {1+ (1+ (M / m) λ2 2 ) (k2 +
α) / k1 + (M / m) λ2 4 ) (k2 + α) / k
1}] 2 and λ2 = ω / Ω2.
【0019】装置4の強制振動x1(t)に注目してそ
の振幅をX1とすると、 X1/(Po/k1)=(1−λ2)2 /〔1−{1+(1+(1+M/m) (k2+α)/k1)}λ22 +(M/m)λ24 (k2+α)/k1〕 ………(9) となる。Focusing on the forced vibration x1 (t) of the device 4, and letting its amplitude be X1, X1 / (Po / k1) = (1-.lambda.2) 2 / [1- {1+ (1+ (1 + M / m) (K2 + α) / k1)} λ2 2 + (M / m) λ2 4 (k2 + α) / k1] (9)
【0020】この(9)式において、 λ2=ω/{(k2+α)/m}=1 ………(10) のときにX1=0となり、装置4の強制振動の振幅(X
1)が0となって振動がなくなることが判る。In the equation (9), when λ2 = ω / {(k2 + α) / m} = 1 (10), X1 = 0, and the amplitude of the forced vibration (X
It can be seen that 1) becomes 0 and the vibration disappears.
【0021】よって、装置4の振動を制振するには、強
制力の円振動数ωに応じてλ2=1となるようにαを制
御すれば良いことになる。Therefore, in order to suppress the vibration of the apparatus 4, it is sufficient to control α so that λ2 = 1 according to the circular frequency ω of the forcing force.
【0022】ここで、円振動数ωの強制力が作用した場
合、圧電素子2の変位量は(x1−x2)であり、この
変位量は、円振動数ωの関数となり、(7),(8)式
により、 x1−x2=(Po/k1)〔{(1−λ22 )2 /D}1/2 −(1/D)1/2 〕sin ωt ………(11) と表わされる。Here, when the forcing force of the circular frequency ω is applied, the displacement amount of the piezoelectric element 2 is (x1-x2), and this displacement amount is a function of the circular frequency ω, and (7), (8) the formula, x1-x2 = (Po / k1) [{(1-λ2 2) 2 / D} 1/2 - (1 / D) 1/2 ] expressed as sin .omega.t ......... (11) Be done.
【0023】従って、圧電素子2の変位量(x1−x
2)に対応した歪み出力を制振制御回路6においてある
一定時間計測し取り込むことにより、強制力の円振動数
ωを算出することができる。Therefore, the displacement amount of the piezoelectric element 2 (x1-x
By measuring the distortion output corresponding to 2) in the damping control circuit 6 for a certain period of time and taking it in, the circular frequency ω of the forcing force can be calculated.
【0024】制振制御回路6では、この算出した現在の
円振動数に応じて圧電素子2の駆動電圧を制御してλ2
=1となる様にαを制御する。圧電素子2のバネ定数α
は、圧電素子の寸法、材質が定まれば駆動電圧のみの関
数として表されるので、駆動電圧によりαを制御して
(10)式のλ2が1となる様に制御することができ
る。The vibration suppression control circuit 6 controls the drive voltage of the piezoelectric element 2 in accordance with the calculated current circular frequency to obtain λ2.
Control α so that = 1. Spring constant α of piezoelectric element 2
Can be expressed as a function of only the driving voltage if the size and material of the piezoelectric element are determined. Therefore, it is possible to control α by the driving voltage so that λ2 in the equation (10) becomes 1.
【0025】圧電素子2による歪み出力によってωを計
測して駆動電圧を決定する処理を繰返すことにより装置
4の振動を減衰させることができるのである。The vibration of the device 4 can be damped by repeating the process of measuring ω by the strain output from the piezoelectric element 2 and determining the drive voltage.
【0026】尚、図1においては、圧電素子2に並列に
バネ3を接続しているが、このバネ3は省略しても良
く、この場合には、上記各式においてバネ3の定数k2
は0とすれば良い。Although the spring 3 is connected in parallel to the piezoelectric element 2 in FIG. 1, this spring 3 may be omitted. In this case, the constant k2 of the spring 3 in the above equations is used.
Should be 0.
【0027】[0027]
【発明の効果】叙上の如く、本発明によれば、圧電素子
をセンサとしまたアクチュエータとしても用いるように
したので、非常に小型でかついかなる強制力にも制振作
用を有するという効果がある。As described above, according to the present invention, since the piezoelectric element is used as a sensor and also as an actuator, it has an effect that it is very small and has a vibration damping action against any forcing force. .
【図1】本発明の一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】従来のアクティブダンパの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional active damper.
1 質量 2 圧電素子 3,5 バネ 6 制振制御回路 1 Mass 2 Piezoelectric element 3, 5 Spring 6 Vibration suppression control circuit
Claims (3)
振動エネルギを吸収して制振をなすアクティブダンパで
あって、前記装置の振動方向と同方向に互いに直列接続
された圧電素子及び質量と、前記圧電素子の出力に応じ
て制振のための駆動電圧を算出して前記圧電素子へ印加
する制振制御手段とを含むことを特徴とするアクティブ
ダンパ。1. An active damper attached to a vibrating portion of a vibrating device to absorb vibration energy and suppress vibration, wherein a piezoelectric element and a mass are connected in series in the same direction as the vibration direction of the device. And a damping control means for calculating a driving voltage for damping according to an output of the piezoelectric element and applying the driving voltage to the piezoelectric element.
ら前記装置の円振動数ωを算出し、この円振動数ωに応
じて前記駆動電圧を制御するようにしたことを特徴とす
る請求項1記載のアクティブダンパ。2. The vibration damping means calculates a circular frequency ω of the device from the output of the piezoelectric element, and controls the drive voltage according to the circular frequency ω. The active damper according to claim 1.
質量の重さとしたとき、ω/(α/m)1/2 =1となる
ように前記駆動電圧を制御することを特徴とする請求項
2記載のアクティブダンパ。3. The driving voltage is controlled so that ω / (α / m) 1/2 = 1 when α is a spring constant of the piezoelectric element and m is a weight of the mass. The active damper according to claim 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31740094A JPH08179835A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Active damper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31740094A JPH08179835A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Active damper |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08179835A true JPH08179835A (en) | 1996-07-12 |
Family
ID=18087826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31740094A Pending JPH08179835A (en) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | Active damper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08179835A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0886079A3 (en) * | 1997-06-18 | 2003-01-08 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V | Method and apparatus for vibration damping using a dynamic mass |
JP2005147151A (en) * | 2003-11-18 | 2005-06-09 | Varian Spa | Vacuum pump provided with vibration damper |
CN105909725A (en) * | 2016-04-14 | 2016-08-31 | 华中科技大学 | Three degree of freedom micro-vibration suppression platform and control method thereof |
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-
1994
- 1994-12-21 JP JP31740094A patent/JPH08179835A/en active Pending
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