JPH10227149A - Installation method for piezoelectric actuator - Google Patents

Installation method for piezoelectric actuator

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Publication number
JPH10227149A
JPH10227149A JP3352497A JP3352497A JPH10227149A JP H10227149 A JPH10227149 A JP H10227149A JP 3352497 A JP3352497 A JP 3352497A JP 3352497 A JP3352497 A JP 3352497A JP H10227149 A JPH10227149 A JP H10227149A
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JP
Japan
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control
piezoelectric actuators
building
piezoelectric actuator
piezoelectric
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Pending
Application number
JP3352497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kotaro Toyama
幸太郎 遠山
Nobuyoshi Murai
信義 村井
Satoru Aizawa
相沢  覚
Takashi Fujita
隆史 藤田
Takayoshi Kamata
崇義 鎌田
Takayoshi Hatayama
貴善 畑山
Takeo Arikabe
剛生 有壁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Takenaka Komuten Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Takenaka Komuten Co Ltd
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Publication date
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of piezoelectric actuators and obtain damping performance by making the number of piezoelectric actuators arranged at the outer edge section of a column that faces the outside of a building in the control direction of the building larger than that of those arranged at the inner edge section of the column that faces the inside of the building. SOLUTION: Axial force and bending moment control is carried out in each column member and piezoelectric actuators are installed only at the outer edge section of a column. Therefore, even if same phase or opposite phase control voltage is applied to both inner edge and outer edge, piezoelectric actuator count components that contribute to control will increase. In addition, of given piezoelectric actuators, the number of piezoelectric actuators which permit to obtain the best damping performance and realize the same damping performance is minimized. Therefore, the number of piezoelectric actuators installed is cut while maintaining damping performance. Therefore, labor needed for installing piezoelectric actuators can be reduced, and load of a piezoelectric actuator controller can be lowered.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物を構成する
柱に設置されると共に、外力による建造物の変形が低減
するように制御される圧電アクチュエータの設置方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of installing a piezoelectric actuator which is installed on a pillar constituting a building and is controlled so that deformation of the building due to external force is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】架構が外力により応答・変形するとき、
架構を構成する柱部材は架構の変形に応じて変形する。
従来より、このような架構の変形を抑制するため、架構
の柱部材の端部に、入力電圧に応じて伸縮する圧電アク
チュエータを埋め込み、検出された架構の変形量を低減
するように圧電アクチュエータへの入力電圧を制御する
制振技術が提案されている。
2. Description of the Related Art When a frame responds or deforms due to an external force,
The column members constituting the frame are deformed according to the deformation of the frame.
Conventionally, in order to suppress such deformation of the frame, a piezoelectric actuator that expands and contracts in accordance with an input voltage is embedded at an end of a column member of the frame, and the piezoelectric actuator is configured to reduce the detected deformation amount of the frame. There has been proposed a vibration damping technique for controlling an input voltage of a semiconductor device.

【0003】ところで、従来の制振技術(1996年建
築学会大会学術講演梗概集,21468,『固体アクチュエー
タを用いたスマート構造のアクティブ制振に関する研
究』,遠山幸太郎他)では、図8(a)に示すように、
柱部材の4隅角部に圧電アクチュエータを埋め込み、1
つの柱部材につき4個の圧電アクチュエータを各々伸縮
させることで、柱部材の変形を抑制し、架構全体の応答
を低減させている。
[0003] By the way, in the conventional vibration suppression technology (Summary of 1996 Annual Conference of the Architectural Institute of Japan, 21468, "Study on Active Vibration Control of Smart Structure Using Solid Actuator", Kotaro Toyama et al.), FIG. As shown in
The piezoelectric actuator is embedded in the four corners of the pillar member.
By expanding and contracting the four piezoelectric actuators for each column member, deformation of the column members is suppressed, and the response of the entire frame is reduced.

【0004】この制振技術では、図8(b)に示すよう
に、内縁の2個の圧電アクチュエータと外縁の2個の圧
電アクチュエータとを2個ずつ協調させてそれぞれ反対
方向に伸縮させることで、柱部材の曲げモーメント制御
を行っている。また、柱部材の軸方向に沿った軸力を制
御する場合は、内縁の2個の圧電アクチュエータと、外
縁の2個の圧電アクチュエータとを同方向に同時に伸縮
させる。
In this vibration damping technique, as shown in FIG. 8 (b), two piezoelectric actuators at the inner edge and two piezoelectric actuators at the outer edge are cooperated with each other to expand and contract in opposite directions. And the bending moment of the column member is controlled. When controlling the axial force along the axial direction of the column member, two piezoelectric actuators on the inner edge and two piezoelectric actuators on the outer edge are simultaneously expanded and contracted in the same direction.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、架構を構成する各々の柱部材で曲げモー
メント制御及び軸力制御のいずれかを別個に行うため、
1つの柱部材の4隅角部すべてに圧電アクチュエータを
対称配置で埋め込む必要があり、設置する圧電アクチュ
エータの個数が増大する、という問題があった。
However, according to the above-mentioned prior art, since either the bending moment control or the axial force control is performed separately for each column member constituting the frame,
It is necessary to embed the piezoelectric actuators in all four corners of one column member in a symmetrical arrangement, and there is a problem that the number of piezoelectric actuators to be installed increases.

【0006】このため、多数の圧電アクチュエータを対
称配置で各柱に設置する工事に大きな労力を要し、ま
た、多数の圧電アクチュエータを同時制御する制御系に
も大きな負荷がかかる。
[0006] For this reason, a large amount of labor is required for installing a large number of piezoelectric actuators on each column in a symmetrical arrangement, and a large load is applied to a control system for simultaneously controlling a large number of piezoelectric actuators.

【0007】そこで、従来の設置方法のままで上記問題
を解決するために、圧電アクチュエータが設置された柱
部材を少なくすることにより個数の削減を図る方法も考
えられる。しかし、この方法では、架構全体の変形を抑
制するための制御力が不足し、制振性能が低下するおそ
れがある。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem with the conventional installation method, a method of reducing the number of columns by reducing the number of column members on which the piezoelectric actuators are installed may be considered. However, in this method, the control force for suppressing the deformation of the entire frame is insufficient, and there is a possibility that the vibration damping performance is reduced.

【0008】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、制振性能を低下させることなく、設置する圧電アク
チュエータの個数を減らすことを可能とした圧電アクチ
ュエータの設置方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to provide a method of installing a piezoelectric actuator which can reduce the number of piezoelectric actuators to be installed without deteriorating vibration damping performance. I do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(本発明の構成)上記目的を達成するために、請求項1
の発明は、建造物を構成する柱に設置され、かつ該建造
物の制御方向の変形を低減させるための軸力及び曲げモ
ーメントを各々の柱に作用するように制御される圧電ア
クチュエータの設置方法において、前記制御方向で建造
物外部へ向いた柱の外縁部に設置される圧電アクチュエ
ータの個数を、前記制御方向で建造物内部へ向いた柱の
内縁部に設置される圧電アクチュエータの個数より多く
したことを特徴とする。
(Structure of the present invention) In order to achieve the above object, a first aspect is provided.
The invention relates to a method of installing a piezoelectric actuator which is installed on a pillar constituting a building and which is controlled so that an axial force and a bending moment for reducing deformation in a control direction of the building act on each pillar. In the above, the number of piezoelectric actuators installed on the outer edge of the pillar facing the outside of the building in the control direction is larger than the number of piezoelectric actuators installed on the inner edge of the pillar facing the inside of the building in the control direction. It is characterized by having done.

【0010】また、請求項2の発明は、請求項1の発明
において、前記内縁部には圧電アクチュエータを設置せ
ず、前記外縁部にのみ圧電アクチュエータを設置したこ
とを特徴とする。 (本発明の原理)一般に、架構の変形は、曲げ変形とせ
ん断変形とが連成すると考えることができる。このと
き、架構を構成する各柱部材には、柱の軸方向に作用す
る軸力による変形と、軸に垂直なせん断面内に発生する
せん断力による変形とが同時に発生している。
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, no piezoelectric actuator is provided on the inner edge portion, and a piezoelectric actuator is provided only on the outer edge portion. (Principle of the present invention) Generally, it can be considered that the deformation of a frame is a combination of bending deformation and shear deformation. At this time, a deformation due to an axial force acting in the axial direction of the column and a deformation due to a shear force generated in a shear plane perpendicular to the axis occur simultaneously in each of the column members constituting the frame.

【0011】そこで、各柱部材に同時に作用する軸力と
せん断力による変形を抑制するため、各柱部材毎に軸力
制御及び曲げモーメント制御を行うことにより架構全体
の制振を行うことを想定し、一本の柱部材端部にn個の
圧電アクチュエータを取り付けた場合の最適配置につい
て図1及び図2を用いて考察する。
Therefore, in order to suppress the deformation due to the axial force and the shear force acting on each column member at the same time, it is assumed that the entire frame is damped by controlling the axial force and the bending moment for each column member. The optimum arrangement in the case where n piezoelectric actuators are attached to one column member end will be considered with reference to FIGS.

【0012】図2(a)に示すように、圧電アクチュエ
ータを柱の外縁にa個、柱の内縁に(n−a)個設置
し、n個全ての圧電アクチュエータの制御を同時に行う
場合を想定する。なお、内縁とは、制御方向(変形を抑
えるため架構に与える所定向きの制御力の方向)におけ
る架構の内部に向かった柱端部、外縁とは、制御方向に
おける架構の外部に向かった柱端部をいう。
As shown in FIG. 2A, it is assumed that a number of piezoelectric actuators are installed at the outer edge of the column and (na) number of piezoelectric actuators are installed at the inner edge of the column, and control of all n piezoelectric actuators is performed simultaneously. I do. Note that the inner edge is a column end facing the inside of the frame in the control direction (the direction of the control force given to the frame to suppress deformation), and the outer edge is a column end facing the outside of the frame in the control direction. Part.

【0013】ここで、設置された圧電アクチュエータの
個数を、軸力制御に寄与する個数成分と、曲げモーメン
ト制御に寄与する個数成分に分解して考える。
Here, the number of installed piezoelectric actuators will be considered by decomposing them into a number component contributing to axial force control and a number component contributing to bending moment control.

【0014】軸力制御の場合、軸方向に力を発生させる
ので、内縁と外縁の個数成分の大きさ及び符号は等しく
なる。すなわち、この個数成分をxとすると、図2
(b)に示すように、内縁、外縁ともに個数成分xのア
クチュエータが軸力制御に寄与する。
In the case of axial force control, since a force is generated in the axial direction, the magnitudes and signs of the number components of the inner edge and the outer edge are equal. That is, if this number component is x, FIG.
As shown in (b), the actuator having the number component x at both the inner edge and the outer edge contributes to the axial force control.

【0015】曲げモーメント制御の場合、曲げモーメン
トを発生させるため、内縁と外縁とのアクチュエータの
発生する力の差が問題となり、内縁と外縁との曲げモー
メントに寄与する個数成分は、大きさが等しくかつ符号
が反対になる。すなわち、この個数成分をyとすると、
図2(b)に示すように、内縁が−y、外縁がyの個数
成分のアクチュエータが曲げモーメント制御に寄与す
る。
In the bending moment control, since a bending moment is generated, a difference in the force generated by the actuator between the inner edge and the outer edge becomes a problem, and the number components contributing to the bending moment between the inner edge and the outer edge are equal in magnitude. And the signs are reversed. That is, if this number component is y,
As shown in FIG. 2B, an actuator having a number component whose inner edge is −y and whose outer edge is y contributes to bending moment control.

【0016】従って、内縁及び外縁のアクチュエータに
それぞれ同位相の制御電圧を印加する場合、内縁のアク
チュエータの設置個数が(x−y)個、外縁のアクチュ
エータの設置個数が(x+y)個と表すことができ、前
提条件である内縁のアクチュエータ設置個数(n−a)
個、外縁のアクチュエータ設置個数a個を当てはめる
と、次の連立方程式が成立する。
Therefore, when the same control voltage is applied to the inner and outer edge actuators, the number of inner edge actuators is (x−y) and the number of outer edge actuators is (x + y). And the number of inner edge actuator installations (na) as a precondition
When the number of the actuators and the number of actuators at the outer edge are applied, the following simultaneous equations are established.

【0017】 x−y = n−a x+y = a ・・・(1) (1) 式を解くと、x=n/2、y=(2a−n)/2と
なる。すなわち、図1(a)に示すように、両側に同位
相の制御電圧を印加する場合、軸力制御ではn/2組、
曲げモーメント制御では(2a−n)/2組の圧電アク
チュエータの配置と等価となる。同位相の曲げモーメン
ト制御の場合、圧電アクチュエータの等価個数(2a−
n)/2は、aが大きいほど増大するので、aを大きく
するほど制振性能が向上することがわかる。
Xy = n-ax + y = a (1) When the equation (1) is solved, x = n / 2 and y = (2a-n) / 2. That is, as shown in FIG. 1 (a), when a control voltage having the same phase is applied to both sides, n / 2 sets are used in the axial force control.
The bending moment control is equivalent to the arrangement of (2a-n) / 2 sets of piezoelectric actuators. In the case of in-phase bending moment control, the equivalent number of piezoelectric actuators (2a-
Since n) / 2 increases as a increases, it can be seen that the vibration suppression performance improves as a increases.

【0018】また、内縁及び外縁のアクチュエータにそ
れぞれ逆位相の制御電圧を印加する場合、いずれかの側
の個数成分の符号を反転させることにより、内縁のアク
チュエータの設置個数が(−x+y)個、外縁のアクチ
ュエータの設置個数が(x+y)個と表すことができ
る。このようにして表された設置個数に、前提条件であ
る内縁のアクチュエータ設置個数(n−a)個、外縁の
アクチュエータ設置個数a個を当てはめると、次の連立
方程式が成立する。
When the control voltages of opposite phases are applied to the inner and outer edge actuators, respectively, the sign of the number component on either side is inverted so that the number of the inner edge actuators is (-x + y), The number of outer edge actuators installed can be expressed as (x + y). When the number of installed actuators at the inner edge (na) and the number of installed actuators at the outer edge a, which are prerequisites, are applied to the number of installations thus expressed, the following simultaneous equations are established.

【0019】 −x+y = n−a x+y = a ・・・(2) (2) 式を解くと、x=(2a−n)/2、y=n/2と
なる。すなわち、図1(b)に示すように、両側に逆位
相の制御電圧を印加する場合、軸力制御では(2a−
n)/2組、曲げモーメント制御ではn/2組の圧電ア
クチュエータの配置と等価となる。逆位相の軸力制御の
場合、圧電アクチュエータの等価個数(2a−n)/2
は、aが大きいほど増大するので、aを大きくするほど
制振性能が向上することがわかる。
−x + y = n−ax + y = a (2) When the equation (2) is solved, x = (2a−n) / 2 and y = n / 2. That is, as shown in FIG. 1B, when the control voltages having opposite phases are applied to both sides, the axial force control requires (2a-
In the case of n) / 2 sets of bending moment control, the arrangement is equivalent to n / 2 sets of piezoelectric actuators. In the case of antiphase axial force control, the equivalent number of piezoelectric actuators (2a-n) / 2
Since a increases as a increases, it can be seen that the vibration suppression performance improves as the a increases.

【0020】以上のように、同位相、逆位相の制御電圧
のいずれの場合であっても、外縁の設置個数aが大きい
ほど、軸力制御及び曲げモーメント制御のいずれかの制
御に寄与するアクチュエータの等価個数が増大し、aが
大きいほど効果的な配置であることがわかる。
As described above, in both cases of in-phase and out-of-phase control voltages, the larger the number a of the outer edges installed, the more the actuator contributes to the control of the axial force control and the bending moment control. It can be seen that the equivalent arrangement increases, and the larger the value of a, the more effective the arrangement.

【0021】そして、外縁のアクチュエータ設置個数a
が、その上限値であるnと等しい場合(a=n)、すな
わち、圧電アクチュエータを柱部材端部の外縁に集中し
て設置することが、最も効率の良い配置であることがわ
かる。同じ能力の制振装置を構成する場合、柱部材端部
の外縁に集中して圧電アクチュエータを設置することに
より、アクチュエータの個数の削減を図ることができ
る。
The number of actuators at the outer edge a
Is equal to the upper limit value n (a = n), that is, it is understood that the most efficient arrangement is to concentrate the piezoelectric actuators on the outer edge of the column member end. When a vibration damping device having the same capacity is configured, the number of actuators can be reduced by arranging the piezoelectric actuators concentrated on the outer edge of the column member end.

【0022】(本発明の作用)建造物に外力が作用する
と、建造物には、曲げ変形とせん断変形とが連成した変
形が生じ、建造物を構成する各柱には、軸力による変形
とせん断力による変形とが同時に発生する。このとき、
請求項1の発明では、建造物の制御方向の変形を低減さ
せるための軸力及び曲げモーメントを各々の柱に作用す
るように圧電アクチュエータを制御する。ここで、制御
方向として、建造物が変形しやすい方向、例えば水平1
方向又は水平2方向を取る。制御方向が2方向以上有る
場合、圧電アクチュエータを、制御方向毎に用意するこ
とができる。
(Operation of the Present Invention) When an external force acts on a building, the building undergoes a coupled deformation of a bending deformation and a shearing deformation, and each column constituting the building is deformed by an axial force. And deformation due to shear force occur simultaneously. At this time,
According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric actuator is controlled so that the axial force and the bending moment for reducing the deformation of the building in the control direction act on each column. Here, as the control direction, a direction in which the building is easily deformed, for example, a horizontal 1
Direction or two horizontal directions. When there are two or more control directions, a piezoelectric actuator can be prepared for each control direction.

【0023】このように本発明では、軸力制御及び曲げ
モーメント制御を同時に行うと共に、制御方向で建造物
外部へ向いた柱の外縁部に設置される圧電アクチュエー
タの個数を、制御方向で建造物内部へ向いた柱の内縁部
に設置される圧電アクチュエータの個数より多くしたの
で、上記「本発明の原理」に基づき、外縁部と内縁部と
で対称的に圧電アクチュエータの設置をせずに圧電アク
チュエータの個数を減らしても効果的な制振が可能とな
る。
As described above, according to the present invention, the control of the axial force and the control of the bending moment are simultaneously performed, and the number of the piezoelectric actuators installed on the outer edge of the column facing the outside of the building in the control direction is determined by the control direction. Because the number of piezoelectric actuators installed on the inner edge of the column facing inward was larger than the number of piezoelectric actuators installed on the inner edge of the pillar, the piezoelectric actuator was not symmetrically installed on the outer edge and the inner edge based on the principle of the present invention. Even if the number of actuators is reduced, effective vibration suppression becomes possible.

【0024】また、請求項2の発明では、前記内縁部に
は圧電アクチュエータを設置せず、前記外縁部にのみ圧
電アクチュエータを設置したので、上記「本発明の原
理」に基づき、与えられた圧電アクチュエータの設置個
数の中で最大の制振性能が得られる。すなわち、同一の
制振性能を実現したときに、圧電アクチュエータの個数
を最小にすることができる。
According to the second aspect of the present invention, no piezoelectric actuator is provided on the inner edge portion, and a piezoelectric actuator is provided only on the outer edge portion. The highest vibration damping performance among the number of actuators installed is obtained. That is, when the same vibration suppression performance is realized, the number of piezoelectric actuators can be minimized.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明に係る
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図3には、本発明の実施の形態に係る圧電
アクチュエータの設置方法により圧電アクチュエータが
設置された立体架構10が示されている。この立体架構
10は、同図の立体架構立面図及び立体架構平面図が示
すように、4つの柱14からなる4層の1スパン立体架
構としてモデル化されている。この立体架構を構成する
各々の柱14の第1層の基部は、圧電アクチュエータの
設置部12を形成している。
FIG. 3 shows a three-dimensional frame 10 on which a piezoelectric actuator is installed by the method for installing a piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention. The three-dimensional frame 10 is modeled as a four-layer, one-span three-dimensional frame composed of four pillars 14 as shown in the three-dimensional frame elevation view and the three-dimensional frame plan view of FIG. The base of the first layer of each pillar 14 constituting the three-dimensional frame forms a mounting portion 12 for the piezoelectric actuator.

【0027】この設置部12は、図1の圧電アクチュエ
ータ設置部分立面図が示すように、柱を構成する鋼材1
8(例えばH形鋼)と、この鋼材18から延設された2
対のアーム20と、から構成されており、この2対のア
ーム20の間には、取付け治具22を介して圧電アクチ
ュエータ16が設置されている。なお、立体架構の水平
の短辺方向のみが制御方向であり、この設置部分立面図
は、制御方向から見た場合の設置部12の立面を示して
いる。
As shown in the elevation view of the piezoelectric actuator installation part in FIG. 1, the installation part 12 is a steel material 1 forming a pillar.
8 (for example, H-section steel) and 2
And a pair of arms 20. The piezoelectric actuator 16 is installed between the two pairs of arms 20 via a mounting jig 22. Note that only the horizontal short side direction of the three-dimensional frame is the control direction, and the elevation view of the installation part shows the elevation of the installation part 12 when viewed from the control direction.

【0028】図1の従来の設置部平面図が示すように、
従来の設置部24は、柱端部の4隅角部に各々圧電アク
チュエータを対称配置で設置している。すなわち、図3
の4本の柱からなる立体架構モデルにおいて、従来で
は、計16個の圧電アクチュエータが配置される(図6
(b)参照)。これに対し、本発明の実施の形態に係る
設置部12では、図1の本発明の設置部平面図が示すよ
うに、立体架構の制御方向に対して柱端部の外縁の2隅
角部にのみ各々圧電アクチュエータ16を配置してい
る。すなわち、本発明の実施の形態では、図3の立体架
構モデルにおいて計8個の圧電アクチュエータが配置さ
れる(図6(a)参照)。
As shown in the plan view of the conventional installation section in FIG.
In the conventional installation section 24, piezoelectric actuators are installed at four corners of a pillar end in a symmetrical arrangement. That is, FIG.
In the conventional three-dimensional frame model composed of four pillars, a total of 16 piezoelectric actuators are conventionally arranged (FIG. 6).
(B)). On the other hand, in the installation part 12 according to the embodiment of the present invention, as shown in the installation part plan view of the present invention in FIG. 1, the two corners of the outer edge of the pillar end with respect to the control direction of the three-dimensional frame. And the piezoelectric actuators 16 are arranged only in the. That is, in the embodiment of the present invention, a total of eight piezoelectric actuators are arranged in the three-dimensional frame model of FIG. 3 (see FIG. 6A).

【0029】図3の例は、1×1スパンの柱4本の立体
架構で、制御方向が1方向の場合の圧電アクチュエータ
の設置方法を示したものであるが、次に他の建造物への
圧電アクチュエータの設置方法の例を図5を用いて説明
する。
FIG. 3 shows an example of a method of installing a piezoelectric actuator in a three-dimensional frame having four columns of 1.times.1 span and a control direction of one direction. An example of a method of installing the piezoelectric actuator will be described with reference to FIG.

【0030】図5(a)には、建造物の水平2方向(x
方向、y方向)の変形を制御する際の設置方法が、建造
物平面で2×2スパン(柱9本)の建造物と、3×3ス
パン(柱16本)の建造物との各々の場合について示さ
れている。ここで、x方向を制御するための圧電アクチ
ュエータが黒い正方形、y方向を制御するための圧電ア
クチュエータが白い円、x及びy方向のいずれの方向を
制御するための圧電アクチュエータが黒い円で示されて
いる。
FIG. 5A shows two horizontal directions (x
The method of installation when controlling the deformation in the (direction, y-direction) is different for each of a 2 × 2 span (9 pillars) building and a 3 × 3 span (16 pillars) building in the building plane. The case is shown. Here, the piezoelectric actuator for controlling the x direction is indicated by a black square, the piezoelectric actuator for controlling the y direction is indicated by a white circle, and the piezoelectric actuator for controlling any of the x and y directions is indicated by a black circle. ing.

【0031】図5(a)に示すように、2×2スパン及
び3×3スパンの建造物のいずれの場合も、建造物外部
と接触する面を有する柱のみに圧電アクチュエータを設
置し、建造物外部と接触する柱の面がy方向に垂直であ
る柱には、当該柱面の外縁部にのみy方向制御用の圧電
アクチュエータ(白円)を各々2個設置し、建造物外部
と接触する柱の面がx方向に垂直である柱には、当該柱
面の外縁部にのみx方向制御用の圧電アクチュエータ
(黒四角)を各々2個設置する。
As shown in FIG. 5 (a), in both the 2 × 2 span and the 3 × 3 span buildings, the piezoelectric actuator is installed only on the pillar having a surface that comes into contact with the outside of the building, and For a column whose surface in contact with the exterior of the object is perpendicular to the y direction, two piezoelectric actuators (white circles) for y-direction control are installed only on the outer edge of the surface of the column, and the exterior is in contact with the exterior of the building. For a column whose surface is perpendicular to the x-direction, two piezoelectric actuators (black squares) for x-direction control are provided only on the outer edge of the column surface.

【0032】但し、建造物平面の4隅角部にある柱は、
外部との接触面が2面有り、各々の柱面がx方向、及び
y方向と垂直であるので、各柱面の外縁部にそれぞれx
方向制御用のアクチュエータとy方向制御用のアクチュ
エータを設置する。このうち、建造物平面の4隅角部に
相当する外縁部には、x及びy方向のいずれの方向を制
御するための圧電アクチュエータ(黒円)を設置する。
すなわち、建造物平面の4隅角部にある柱には、計3個
の圧電アクチュエータが設置されることとなる。
However, the pillars at the four corners of the building plane are:
Since there are two contact surfaces with the outside and each column surface is perpendicular to the x direction and the y direction, x
An actuator for directional control and an actuator for y-direction control are installed. Among them, a piezoelectric actuator (black circle) for controlling any one of the x and y directions is installed at an outer edge corresponding to the four corners of the building plane.
That is, a total of three piezoelectric actuators are installed on the pillars at the four corners of the building plane.

【0033】なお、図5(a)の例では、建造物外部と
接触する面を有する柱のみに圧電アクチュエータを設置
したが、スパンの数が多い場合などでは、建造物の内部
にある柱にも圧電アクチュエータを設置するようにして
も良い。この場合、制御方向と垂直な柱面のうち建造物
外部に向いた一方の柱面(建造物外部に近い面)の外縁
部に、圧電アクチュエータを設置する。但し、建造物中
央の柱に設置する場合は両面に設置することとなる。
In the example shown in FIG. 5 (a), the piezoelectric actuator is installed only on the column having a surface that comes into contact with the outside of the building. However, when the number of spans is large, the piezoelectric actuator is installed on the column inside the building. Alternatively, a piezoelectric actuator may be provided. In this case, the piezoelectric actuator is installed at the outer edge of one of the pillar surfaces (surface close to the outside of the building) facing the outside of the building among the pillar surfaces perpendicular to the control direction. However, if it is installed on the pillar in the center of the building, it will be installed on both sides.

【0034】次に、図5(b)には、建造物の水平1方
向(y方向)の変形を制御する際の設置方法が、建造物
平面で3×1スパン(柱8本)の建造物と、4×2スパ
ン(柱15本)の建造物との各々の場合について示され
ている。この場合、y方向制御用のアクチュエータ(白
円)のみが用いられる。
Next, FIG. 5B shows an installation method for controlling the deformation of the building in one horizontal direction (y direction). The installation method is a 3 × 1 span (eight columns) building plane. And a 4 × 2 span (15 pillars) building. In this case, only the actuator (white circle) for y-direction control is used.

【0035】図5(b)に示すように、3×1スパン及
び4×2スパンの建造物のいずれの場合も、建造物外部
と接触する柱の面がy方向に垂直である柱のみに設置
し、y方向に垂直な柱面の外縁部にy方向制御用の圧電
アクチュエータ(白円)を各々2個設置する。
As shown in FIG. 5 (b), in both the 3 × 1 span and the 4 × 2 span buildings, only the columns whose surfaces in contact with the outside of the buildings are perpendicular to the y direction are provided. Two piezoelectric actuators (white circles) for y-direction control are installed on the outer edge of the column surface perpendicular to the y-direction.

【0036】なお、図5(b)の例では、建造物外部と
接触する柱面を有する柱のみにy方向制御用の圧電アク
チュエータを設置したが、スパンの数が多い場合などで
は、建造物の内部にある柱にも圧電アクチュエータを設
置するようにしても良い。この場合、制御方向と垂直な
柱面のうち建造物外部に向いた一方の柱面(建造物外部
に近い面)の外縁部に、y方向制御用の圧電アクチュエ
ータを設置する。但し、建造物中央の柱に設置する場合
は両面に設置することとなる。
In the example shown in FIG. 5B, the piezoelectric actuator for y-direction control is installed only on a column having a column surface that comes into contact with the outside of the building. The piezoelectric actuator may also be installed on a column inside the device. In this case, a piezoelectric actuator for y-direction control is installed at the outer edge of one of the pillar surfaces (surface close to the outside of the building) facing the outside of the building among the pillar surfaces perpendicular to the control direction. However, if it is installed on the pillar in the center of the building, it will be installed on both sides.

【0037】次に、本実施の形態に係る制振装置の構成
を図4を用いて説明する。なお、図4の建造物11の各
柱部材には、図3や図5に示した設置方法により圧電ア
クチュエータ16が設置されているものとする。すなわ
ち、図1(c)に示すように、柱の外縁部にのみ圧電ア
クチュエータを設置する最適設置の場合である。
Next, the configuration of the vibration damping device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. It is assumed that the piezoelectric actuator 16 is installed on each pillar member of the building 11 in FIG. 4 by the installation method shown in FIG. 3 or FIG. That is, as shown in FIG. 1C, this is a case of optimal installation in which the piezoelectric actuator is installed only at the outer edge of the column.

【0038】図4に示すように、建造物11の頂上部に
は、外力により変形・応答した建造物11の変形量に関
連する物理量を検出するセンサ30が取り付けられてい
る。なお、このセンサ30が検出する物理量として、例
えば、水平2方向(x,y)の加速度などがあり、この
場合、センサ30は、建造物頂上部のx方向、y方向の
加速度をアナログ信号として出力する。
As shown in FIG. 4, a sensor 30 for detecting a physical quantity related to the amount of deformation of the building 11 that has been deformed and responded to by an external force is attached to the top of the building 11. The physical quantity detected by the sensor 30 includes, for example, acceleration in two horizontal directions (x, y). In this case, the sensor 30 uses the acceleration in the x and y directions at the top of the building as an analog signal. Output.

【0039】また、センサ30の出力端は、コンピュー
タ32と接続されている。このコンピュータ30は、入
力されたセンサ30のアナログ出力信号を所定周期でサ
ンプリングしてデジタル信号に変換するADコンバータ
34と、所定のプログラムに基づいて装置全体を制御・
管理すると共に圧電アクチュエータへの制御電圧信号を
演算するマイクロコンピュータ38と、演算されたデジ
タルデータとしての制御電圧信号をアナログ信号に変換
するDAコンバータ40と、ADコンバータ34及びD
Aコンバータ40とマイクロコンピュータ38との間に
介在され、入出力データのインターフェースを制御する
入出力インターフェース回路36と、を含んで構成され
ている。
The output terminal of the sensor 30 is connected to a computer 32. The computer 30 controls the entire device based on a predetermined program, and an AD converter 34 that samples the input analog output signal of the sensor 30 at a predetermined cycle and converts it into a digital signal.
A microcomputer 38 for managing and calculating a control voltage signal to the piezoelectric actuator, a DA converter 40 for converting the calculated control voltage signal as digital data into an analog signal, and AD converters 34 and D
An input / output interface circuit 36 interposed between the A-converter 40 and the microcomputer 38 for controlling an interface of input / output data.

【0040】マイクロコンピュータ38は、所定の制御
理論に基づいて、センサ30の出力信号から検出された
建造物11の変形量を低減させるための各圧電アクチュ
エータへの制御電圧信号を演算する。ここで、マイクロ
コンピュータ38は、各柱部材の軸力制御及び曲げモー
メント制御を同時に行うようにしている。なお、上記所
定の制御理論として、いわゆるモデルマッチング法、H
∞制御理論などがある。また、出力フィードバック方式
及び状態フィードバック方式のいずれも適用可能であ
る。このようにして演算された制御電圧信号は、入出力
インターフェース回路36を介してDAコンバータ40
へ転送されてアナログ信号に変換される。
The microcomputer 38 calculates a control voltage signal to each piezoelectric actuator for reducing the amount of deformation of the building 11 detected from the output signal of the sensor 30 based on a predetermined control theory. Here, the microcomputer 38 simultaneously controls the axial force and the bending moment of each column member. In addition, as the predetermined control theory, a so-called model matching method, H
が あ る There is control theory. Further, both the output feedback method and the state feedback method can be applied. The control voltage signal thus calculated is supplied to the DA converter 40 via the input / output interface circuit 36.
And converted to an analog signal.

【0041】DAコンバータ42は、各圧電アクチュエ
ータへの制御電圧信号を各々増幅する増幅器42と接続
されており、増幅器34の各出力端は、建造物11へ設
置された各圧電アクチュエータ16と接続されている。
The DA converter 42 is connected to an amplifier 42 for amplifying a control voltage signal to each piezoelectric actuator, and each output terminal of the amplifier 34 is connected to each piezoelectric actuator 16 installed on the building 11. ing.

【0042】次に、本実施の形態の作用を説明する。図
4の建造物11に外力が作用すると、建造物11には、
曲げ変形とせん断変形とが連成した変形が生じる。セン
サ30は、建造物の変形量に関連した物理量を検出しコ
ンピュータ32へ出力する。そして、コンピュータ32
は、上記制御理論に基づき、軸力による変形とせん断力
による変形とが同時に発生している各柱部材の変形を低
減させるための、各柱部材に与えるべき軸力及び曲げモ
ーメントを演算し、この軸力及び曲げモーメントを発生
させるための各圧電アクチュエータへの制御電圧信号を
演算出力する。
Next, the operation of the present embodiment will be described. When an external force acts on the building 11 of FIG.
A coupled deformation of the bending deformation and the shear deformation occurs. The sensor 30 detects a physical quantity related to the amount of deformation of the building and outputs the physical quantity to the computer 32. And the computer 32
Based on the above control theory, calculate the axial force and bending moment to be applied to each column member to reduce the deformation of each column member where the deformation due to the axial force and the deformation due to the shear force are simultaneously occurring, A control voltage signal to each piezoelectric actuator for generating the axial force and the bending moment is calculated and output.

【0043】制御電圧信号は、増幅器42により増幅さ
れた後、各圧電アクチュエータ16へ供給され、各圧電
アクチュエータ16は、供給された制御電圧に応じて伸
縮する。これによって、軸力及び曲げモーメントが各柱
部材に作用し、各柱部材の軸力による変形とせん断力に
よる変形とが低減され、建造物全体の変形が低減され
る。
After being amplified by the amplifier 42, the control voltage signal is supplied to each piezoelectric actuator 16, and each piezoelectric actuator 16 expands and contracts according to the supplied control voltage. Thereby, the axial force and the bending moment act on each column member, the deformation of each column member due to the axial force and the deformation due to the shear force are reduced, and the deformation of the whole building is reduced.

【0044】なお、図5(a)のように制御方向が2方
向の場合は、センサ30がx方向、y方向の変形量に対
応した物理量を検出し、マイクロコンピュータ32は、
各方向の変形を低減させるように、x方向制御用圧電ア
クチュエータ、y方向制御用の圧電アクチュエータを各
々独立に制御する。
When the control direction is two directions as shown in FIG. 5A, the sensor 30 detects a physical quantity corresponding to the deformation amount in the x direction and the y direction, and the microcomputer 32
The piezoelectric actuator for x-direction control and the piezoelectric actuator for y-direction control are independently controlled so as to reduce the deformation in each direction.

【0045】このように本実施の形態では、各柱部材で
軸力制御及び曲げモーメント制御を行い、さらに図1
(c)のように柱の外縁部にのみ圧電アクチュエータを
設置している。これにより、上記「本発明の原理」で図
1(a)、(b)を用いて既に述べたように、外縁、内
縁の両側に同位相及び逆位相のいずれの制御電圧を印加
した場合であっても、制御に寄与する圧電アクチュエー
タの個数成分が増加し、与えられた圧電アクチュエータ
の個数の中で最大の制振性能が得られる。すなわち、同
一の制振性能を実現したときに、圧電アクチュエータの
個数を最小にすることができる。
As described above, in the present embodiment, the axial force control and the bending moment control are performed by each of the column members.
As shown in (c), the piezoelectric actuator is installed only on the outer edge of the column. Thus, as described above with reference to FIGS. 1A and 1B in the “principle of the present invention”, when the control voltage of either the same phase or the opposite phase is applied to both sides of the outer edge and the inner edge, Even if there is, the number component of the piezoelectric actuators contributing to the control increases, and the maximum damping performance can be obtained among the given number of the piezoelectric actuators. That is, when the same vibration suppression performance is realized, the number of piezoelectric actuators can be minimized.

【0046】例えば、図3の立体架構10の場合、設置
する圧電アクチュエータの個数を従来の16個(図6
(b)参照)から8個(図6(a)参照)に削減したと
しても、ほぼ同等の制振性能を達成することができる。
For example, in the case of the three-dimensional frame 10 shown in FIG. 3, the number of piezoelectric actuators to be installed is 16 (FIG. 6).
Even if the number is reduced from eight (see FIG. 6B) to eight (see FIG. 6A), substantially the same vibration damping performance can be achieved.

【0047】また、図5(a)の2×2スパン(柱9
本)、3×3スパン(柱16本)の建造物の場合、従来
の設置方法では、外部と接触する面を持つ柱に4個の圧
電アクチュエータを各々設置したとき、それぞれ合計で
32個、48個の圧電アクチュエータが必要となる。こ
れに対し、本実施の形態の設置方法では、図5(a)で
示したように、2×2スパンで20個、3×3スパンで
28個の圧電アクチュエータを設置するだけでほぼ同等
の制振性能が得られ、それぞれ12個、20個の圧電ア
クチュエータの削減を図ることができる。
The 2 × 2 span (post 9) shown in FIG.
Book), in the case of a 3 × 3 span (16 pillars) building, in a conventional installation method, when four piezoelectric actuators are respectively installed on a pillar having a surface that comes into contact with the outside, a total of 32 piezoelectric actuators are respectively provided. Forty-eight piezoelectric actuators are required. On the other hand, in the installation method of the present embodiment, as shown in FIG. 5A, almost the same piezoelectric actuators are installed only by installing 20 piezoelectric actuators in 2 × 2 span and 28 piezoelectric actuators in 3 × 3 span. Vibration suppression performance can be obtained, and reduction of 12 and 20 piezoelectric actuators can be achieved.

【0048】さらに、図5(b)の3×1スパン(柱8
本)、4×2スパン(柱15本)の建造物の場合、従来
の設置方法では、アクチュエータを設置すべき柱に4個
の圧電アクチュエータを各々設置したとき、それぞれ合
計で32個、40個の圧電アクチュエータが必要とな
る。これに対し、本実施の形態の設置方法では、図5
(b)で示したように、3×1スパンで16個、4×2
スパンで20個の圧電アクチュエータを設置するだけで
ほぼ同等の制振性能が得られ、それぞれ16個、20個
の圧電アクチュエータの削減を図ることができる。
Further, the 3 × 1 span (column 8) shown in FIG.
In the case of a building having 4 × 2 spans (15 pillars), in the conventional installation method, when four piezoelectric actuators are respectively installed on pillars on which actuators are to be installed, a total of 32 piezoelectric actuators and 40 piezoelectric actuators are respectively provided. Piezoelectric actuator is required. On the other hand, in the installation method of the present embodiment, FIG.
As shown in (b), 16 3 × 1 spans, 4 × 2
By installing only 20 piezoelectric actuators in a span, almost the same vibration damping performance can be obtained, and reduction of 16 and 20 piezoelectric actuators can be achieved.

【0049】このように本実施の形態では、制振性能を
低下させることなく圧電アクチュエータの設置個数を削
減できたので、圧電アクチュエータの設置工事の労力を
低減できると共に、圧電アクチュエータの制御器の負荷
を低減することができる。
As described above, in the present embodiment, the number of piezoelectric actuators to be installed can be reduced without lowering the vibration damping performance, so that the labor for installing the piezoelectric actuators can be reduced and the load on the controller of the piezoelectric actuators can be reduced. Can be reduced.

【0050】以上が本発明の実施の形態であるが、上記
例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々の変更が可能であることは言う
までもない。
Although the embodiment of the present invention has been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described example, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0051】例えば、本実施の形態では1つの柱の外縁
に2個の圧電アクチュエータを設置する例を示したが、
柱部材に応じて外縁に1個又は3個以上の圧電アクチュ
エータを設置しても良い。また、外縁部に3個以上設置
した場合、それらの圧電アクチュエータの配置は、任意
好適に変更可能である。
For example, in this embodiment, an example has been described in which two piezoelectric actuators are installed on the outer edge of one pillar.
One or three or more piezoelectric actuators may be installed on the outer edge according to the column member. When three or more piezoelectric actuators are provided on the outer edge, the arrangement of those piezoelectric actuators can be changed as appropriate.

【0052】また、図3、図5に示したスパンの建造物
に設置する例に限定されず、複数の柱を有する任意の建
造物に適用可能である。
Further, the present invention is not limited to the example of installation on a building having a span shown in FIGS. 3 and 5, and can be applied to any building having a plurality of columns.

【0053】さらに、立体架構の第1層(1階)の柱部
材の基部に圧電アクチュエータを設置する例を示した
が、第2層(2階)の柱部材の基部に圧電アクチュエー
タを設置し、各層の圧電アクチュエータを用いて制振す
る場合にも本発明を適用できる。
Further, the example in which the piezoelectric actuator is installed at the base of the column member of the first layer (first floor) of the three-dimensional frame has been described. However, the piezoelectric actuator is installed at the base of the column member of the second layer (second floor). The present invention can also be applied to a case where vibration is damped using the piezoelectric actuator of each layer.

【0054】[0054]

【実施例】次に、以上述べた実施の形態に係る設置方法
により圧電アクチュエータが設置された立体架構を加振
する加振実験を行い、加振された架構の制振結果を本発
明の実施例として以下に説明する。
EXAMPLE Next, a vibration experiment was conducted to vibrate a three-dimensional frame on which a piezoelectric actuator was mounted according to the mounting method according to the above-described embodiment, and the results of vibration suppression of the vibrated frame were used to implement the present invention. This will be described below as an example.

【0055】この加振実験では、4層の1×1スパンで
1層当たりの重量が約500kg重の立体架構(図3参
照)を建造物モデルとして用い、広い周波数領域で一様
なパワースペクトルを有する広帯域ランダム波で1方向
(加振方向)に振動可能な振動台の上にこの立体架構を
載せた。この立体架構には、図6(a)に示すように、
本発明に係る設置方法に従い、1つの柱につき加振方向
(制御方向)の外縁部にのみ2個、合計で8個の圧電ア
クチュエータを設置した。そして、加振された立体架構
の1次固有振動数の振動を抑える制御を圧電アクチュエ
ータに接続された制振装置(図4参照)を用いて行っ
た。
In this excitation experiment, a three-dimensional frame (see FIG. 3) having a weight of about 500 kg per layer in four 1 × 1 spans was used as a building model, and a uniform power spectrum was obtained over a wide frequency range. This three-dimensional frame was placed on a vibrating table capable of vibrating in one direction (excitation direction) with a broadband random wave having the following. In this three-dimensional frame, as shown in FIG.
According to the installation method according to the present invention, two piezoelectric actuators were installed only on the outer edge in the vibration direction (control direction) per column, that is, a total of eight piezoelectric actuators. Then, control for suppressing the vibration of the vibrated three-dimensional frame at the primary natural frequency was performed using a vibration damping device (see FIG. 4) connected to the piezoelectric actuator.

【0056】本実施例に係る制振装置は、圧電アクチュ
エータを制御すると共に、立体架構の頂上部に設置され
た加振方向の加速度を検出するセンサ(図4のセンサ3
0参照)の出力信号に基づいて架構頂上部における架構
振動の振動数毎の振幅値を演算し、該振幅値を、振動台
(基礎部)の振幅値で割った振動数毎の増幅倍率を制振
結果として演算出力する。この増幅倍率は、建造物(立
体架構)の伝達関数を示し、増幅倍率が小さいほど建造
物の変形・振動が抑えられていることを示している。
The vibration damping device according to the present embodiment controls the piezoelectric actuator and detects the acceleration in the vibration direction (sensor 3 in FIG. 4) installed at the top of the three-dimensional frame.
0), an amplitude value for each frequency of frame vibration at the top of the frame is calculated based on the output signal, and the amplitude value is divided by the amplitude value of the shaking table (foundation) to obtain an amplification factor for each frequency. It is calculated and output as the vibration suppression result. The amplification factor indicates a transfer function of a building (three-dimensional frame), and indicates that the smaller the amplification factor, the more the deformation and vibration of the building are suppressed.

【0057】また、比較のため、本加振実験では、図6
(b)に示すように、従来の設置方法に従い、1つの柱
につき加振方向(制御方向)の内縁、外縁とも4個の圧
電アクチュエータを対称的に設置(合計で16個の圧電
アクチュエータ)した場合の制振結果及び制振装置によ
る制振を行わない場合の結果を求めた。
For comparison, in this vibration experiment, FIG.
As shown in (b), in accordance with the conventional installation method, four piezoelectric actuators were symmetrically installed on each pillar at both the inner edge and the outer edge in the vibration direction (control direction) (a total of 16 piezoelectric actuators). The damping result in the case and the result in the case of not damping by the damping device were obtained.

【0058】以上の加振実験の結果を図7に示された各
グラフを用いて説明する。なお、図7のグラフでは、横
軸が振動数(0〜100Hz)、縦軸が増幅倍率(0〜
50倍)を示している。
The results of the above vibration experiment will be described with reference to the respective graphs shown in FIG. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis represents the frequency (0 to 100 Hz), and the vertical axis represents the amplification factor (0 to 100 Hz).
50 times).

【0059】図7(a)には、制振装置による制振を行
わなかった場合の加振実験の結果が示されている。同図
が示すように、建造物モデルの1次固有振動数f1 のと
ころで増幅倍率が急激に上昇してピーク値(約50)と
なる。このピークの位置から高い振動数側にシフトする
と増幅倍率が急激に下降するが、建造物モデルの2次固
有振動数f2 のところで再び増幅倍率が急激に上昇し、
1次固有振動より小さいピークとなる。そして、これよ
り高い周波数で再び下降する。すなわち、広帯域ランダ
ム波による加振によって、建造物モデルは、主として周
波数f1 で変形・振動することがわかる。
FIG. 7A shows the results of a vibration experiment in the case where vibration was not damped by the vibration damping device. As shown in the figure, the amplification factor is rapidly increased to a peak value at a building model of the primary natural frequency f 1 (about 50). When the frequency shifts from the peak position to the higher frequency side, the amplification factor sharply decreases. However, the amplification factor sharply increases again at the secondary natural frequency f 2 of the building model,
The peak is smaller than the primary natural vibration. Then, it falls again at a higher frequency. That is, the vibration caused by wideband random waves, building model, it can be seen that the deformation and vibration mainly in the frequency f 1.

【0060】図7(b)には、本実施例に係る設置方法
により圧電アクチュエータを設置して制振した結果が示
されている。なお、この結果は、8個の圧電アクチュエ
ータの各々を、軸力制御及び曲げモーメント制御し、1
次固有振動のみを低減するように制御した場合の制振結
果である。同図が示すように、1次固有振動の増幅倍率
のピーク値が約6程度となり、制振を行わない場合のピ
ーク値約50と比較して大幅に減少していることがわか
る。
FIG. 7B shows a result obtained by installing a piezoelectric actuator and damping the vibration by the installation method according to the present embodiment. Note that this result indicates that each of the eight piezoelectric actuators was controlled by an axial force control and a bending moment control.
It is a vibration suppression result in a case where control is performed so as to reduce only the next natural vibration. As shown in the figure, it can be seen that the peak value of the amplification factor of the primary natural vibration is about 6, which is much smaller than the peak value of about 50 when no vibration is damped.

【0061】比較のため、図7(c)には、従来の設置
方法により16個の圧電アクチュエータを設置して制振
した結果が示されている。なお、この結果は、16個の
圧電アクチュエータの軸力制御のみを行って1次固有振
動のみを低減するように制御した場合の制振結果であ
る。同図が示すように、1次固有振動の増幅倍率のピー
ク値が約6程度となり、制振を行わない場合のピーク値
約50と比較して大幅に減少していることがわかる。
For comparison, FIG. 7C shows the result of damping vibration by installing 16 piezoelectric actuators by the conventional installation method. This result is a damping result obtained when only the axial natural force control of the 16 piezoelectric actuators is performed to control only the primary natural vibration. As shown in the figure, it can be seen that the peak value of the amplification factor of the primary natural vibration is about 6, which is much smaller than the peak value of about 50 when no vibration is damped.

【0062】さらに、図7(d)には、従来の設置方法
により16個の圧電アクチュエータを設置して制振した
結果が示されている。なお、この結果は、16個の圧電
アクチュエータの曲げモーメント制御のみを行って1次
固有振動のみを低減するように制御した場合の制振結果
である。同図が示すように、1次固有振動の増幅倍率の
ピーク値が約6程度となり、制振を行わない場合のピー
ク値約50と比較して大幅に減少していることがわか
る。
FIG. 7D shows the result of damping vibration by installing 16 piezoelectric actuators by a conventional installation method. This result is a vibration damping result obtained when only the bending moment control of the 16 piezoelectric actuators is performed to control only the primary natural vibration. As shown in the figure, it can be seen that the peak value of the amplification factor of the primary natural vibration is about 6, which is much smaller than the peak value of about 50 when no vibration is damped.

【0063】以上のように本実施例では、設置する圧電
アクチュエータの個数を、従来の16個から8個に減ら
しても同等の制振結果が得られた。すなわち、制振性能
を低下させることなく圧電アクチュエータの個数を減ら
すことができるという本発明の効果が確認できた。
As described above, in this embodiment, the same vibration damping result was obtained even when the number of piezoelectric actuators to be installed was reduced from 16 to 8 in the related art. That is, the effect of the present invention that the number of piezoelectric actuators can be reduced without lowering the vibration suppression performance was confirmed.

【0064】なお、本実施例では、1次固有振動のみを
低減する制振を扱ったが、制振装置により1次固有振動
及び2次固有振動を同時に低減させる制御を行った場合
にも本発明の効果を維持できることはいうまでもない。
このような制御は、1次固有振動を低減させる制御電圧
と2次固有制御電圧を低減させる制御電圧とを各々演算
し、各制御電圧を加算した結果としての制御電圧を圧電
アクチュエータへ入力すれば実現できる。
Although the present embodiment deals with the vibration suppression for reducing only the primary natural vibration, the present invention is also applicable to the case where the control for simultaneously reducing the primary natural vibration and the secondary natural vibration is performed by the vibration damping device. It goes without saying that the effects of the invention can be maintained.
Such control is performed by calculating a control voltage for reducing the primary natural vibration and a control voltage for reducing the secondary natural control voltage, and inputting a control voltage as a result of adding each control voltage to the piezoelectric actuator. realizable.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、軸力制御及び曲げモーメント制御を同時に行う
と共に、制御方向で建造物外部へ向いた柱の外縁部に設
置される圧電アクチュエータの個数を、制御方向で建造
物内部へ向いた柱の内縁部に設置される圧電アクチュエ
ータの個数より多くしたので、制振性能を低下させるこ
となく、圧電アクチュエータの設置個数を減らすことが
できる、という効果が得られる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the control of the axial force and the control of the bending moment are simultaneously performed, and the piezoelectric element installed at the outer edge of the column facing the outside of the building in the control direction. Since the number of actuators is larger than the number of piezoelectric actuators installed on the inner edge of the column facing the inside of the building in the control direction, the number of installed piezoelectric actuators can be reduced without lowering the vibration control performance. Is obtained.

【0066】さらに、請求項2の発明によれば、内縁部
には圧電アクチュエータを設置せず、外縁部にのみ圧電
アクチュエータを設置したので、与えられた圧電アクチ
ュエータの設置個数の中で最大の制振性能が得られ、制
振性能を低下させることなく、圧電アクチュエータの設
置個数を最小にすることができる、というさらなる効果
が得られる。
Further, according to the second aspect of the present invention, no piezoelectric actuator is provided on the inner edge portion, and the piezoelectric actuator is provided only on the outer edge portion. A further effect is obtained that vibration performance can be obtained and the number of piezoelectric actuators to be installed can be minimized without lowering the vibration suppression performance.

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

【図1】本発明の原理を説明するための図であって、
(a)は柱部材の内縁、外縁の両側に同位相の制御電圧
を印加した場合における軸力制御及び曲げモーメント制
御に寄与する圧電アクチュエータの内縁、外縁の個数成
分、(b)は柱部材の両側に逆位相の制御電圧を印加し
た場合における軸力制御及び曲げモーメント制御に寄与
する圧電アクチュエータの内縁、外縁の個数成分、
(c)は圧電アクチュエータの最適配置を各々示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention,
(A) is a number component of the inner and outer edges of the piezoelectric actuator that contributes to axial force control and bending moment control when the same phase control voltage is applied to both sides of the inner and outer edges of the column member. Number components of the inner edge and outer edge of the piezoelectric actuator that contribute to axial force control and bending moment control when opposite-phase control voltages are applied to both sides,
(C) is a figure which each shows the optimal arrangement | positioning of a piezoelectric actuator.

【図2】本発明の原理を示すための図であって、(a)
は柱部材の内縁、外縁に設置された圧電アクチュエータ
の個数を示す図、(b)は、図1の結果を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram for illustrating the principle of the present invention, in which (a)
FIG. 3 is a diagram showing the number of piezoelectric actuators installed on the inner and outer edges of the column member, and FIG. 2 (b) is a diagram for explaining the results of FIG.

【図3】本発明の実施の形態に係る立体架構の立面図、
平面図、及び該立体架構における圧電アクチュエータの
設置部の立面図、平面図である。
FIG. 3 is an elevation view of a three-dimensional frame according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a plan view, an elevation view of a portion where the piezoelectric actuator is installed in the three-dimensional frame, and a plan view.

【図4】本発明の実施の形態に係る設置方法により圧電
アクチュエータが設置された建造物及び該圧電アクチュ
エータを制御する制振装置の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a structure in which a piezoelectric actuator is installed by the installation method according to the embodiment of the present invention, and a configuration of a vibration damping device that controls the piezoelectric actuator.

【図5】本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータ
の設置方法による設置例を示す図であって、(a)は、
2方向制御の場合の設置例、(b)は1方向制御の場合
の設置例を各々示す図である。
5A and 5B are diagrams illustrating an example of installation of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention, wherein FIG.
FIG. 3B is a diagram illustrating an example of installation in the case of two-way control, and FIG.

【図6】本発明の実施例に係る立体架構に圧電アクチュ
エータを設置した場合の概略図であって、(a)は本発
明の実施例に係る設置方法により圧電アクチュエータを
設置した場合、(b)は従来の設置方法により圧電アク
チュエータを設置した場合の概略図である。
6A and 6B are schematic diagrams illustrating a case where a piezoelectric actuator is installed on a three-dimensional frame according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A illustrates a case where a piezoelectric actuator is installed by the installation method according to the embodiment of the present invention. () Is a schematic diagram when a piezoelectric actuator is installed by a conventional installation method.

【図7】本発明の実施例に係る加振実験の結果を周波数
毎の増幅倍率で示した図であって、(a)は制振を行わ
ない場合の結果、(b)は本発明の設置方法での制振結
果、(c)は従来の設置方法で軸力制御のみを行った場
合での制振結果、(d)は従来の設置方法で曲げモーメ
ント制御のみを行った場合での制振結果を各々示す図で
ある。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the results of a vibration experiment according to an example of the present invention in terms of the amplification factor for each frequency, where FIG. 7A shows the result when vibration suppression is not performed, and FIG. (C) Vibration damping results obtained when only the axial force control was performed by the conventional installation method, and (d) vibration results obtained when only the bending moment control was performed by the conventional installation method. It is a figure which shows each damping result.

【図8】従来技術を説明するための図であって、(a)
は従来の圧電アクチュエータの設置方法を示す図、
(b)は従来の設置方法で設置された圧電アクチュエー
タによる曲げモーメント制御を説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining the prior art, in which (a)
Is a diagram showing how to install a conventional piezoelectric actuator,
(B) is a diagram for explaining bending moment control by a piezoelectric actuator installed by a conventional installation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 立体架構(建造物) 12 圧電アクチュエータの設置部 14 柱部材 16 圧電アクチュエータ 30 センサ 32 コンピュータ 42 増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Three-dimensional frame (building) 12 Installation part of piezoelectric actuator 14 Column member 16 Piezoelectric actuator 30 Sensor 32 Computer 42 Amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 信義 千葉県印西市大塚1丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 相沢 覚 千葉県印西市大塚1丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 藤田 隆史 千葉県流山市中野久木575−28 (72)発明者 鎌田 崇義 神奈川県川崎市多摩区宿河原1−6−6− 102 (72)発明者 畑山 貴善 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63−30 住友重機 械工業株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 有壁 剛生 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63−30 住友重機 械工業株式会社総合技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Nobuyoshi Murai 1-5-1, Otsuka, Inzai City, Chiba Prefecture Inside the Technical Research Institute, Takenaka Corporation (72) Inventor Satoru Satoru Aizawa 1-5-1, Otsuka, Inzai City, Chiba Prefecture (72) Inventor Takashi Fujita 575-28 Nakano Hisagi, Nagareyama City, Chiba Prefecture (72) Inventor Takayoshi Kamata 1-6-6-102, Shukugawara, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (72) Invention Person Takayoshi Hatayama 63-30 Yuigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Takeo Arikabe 63-30 Yuyogaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 建造物を構成する柱に設置され、かつ該
建造物の制御方向の変形を低減させるための軸力及び曲
げモーメントを各々の柱に作用するように制御される圧
電アクチュエータの設置方法であって、 前記制御方向で建造物外部へ向いた柱の外縁部に設置さ
れる圧電アクチュエータの個数を、前記制御方向で建造
物内部へ向いた柱の内縁部に設置される圧電アクチュエ
ータの個数より多くしたことを特徴とする圧電アクチュ
エータの設置方法。
1. A piezoelectric actuator installed on a pillar constituting a building and controlled to apply an axial force and a bending moment to each pillar to reduce deformation in a control direction of the building. The method, wherein the number of piezoelectric actuators installed on the outer edge of the pillar facing the outside of the building in the control direction is the number of piezoelectric actuators installed on the inner edge of the pillar facing the inside of the building in the control direction. A method of installing a piezoelectric actuator, wherein the number is greater than the number.
【請求項2】 前記内縁部には圧電アクチュエータを設
置せず、前記外縁部にのみ圧電アクチュエータを設置し
たことを特徴とする請求項1記載の圧電アクチュエータ
の設置方法。
2. The method according to claim 1, wherein a piezoelectric actuator is not provided at the inner edge portion, and a piezoelectric actuator is provided only at the outer edge portion.
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