JPS63106019A - Active vibrationproof control method - Google Patents

Active vibrationproof control method

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JPS63106019A
JPS63106019A JP61252660A JP25266086A JPS63106019A JP S63106019 A JPS63106019 A JP S63106019A JP 61252660 A JP61252660 A JP 61252660A JP 25266086 A JP25266086 A JP 25266086A JP S63106019 A JPS63106019 A JP S63106019A
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actuator
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雄二 杉田
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Abstract

PURPOSE:To improve the vibrationproofing effect of a vibration component at a resonant frequency band area in a vibration system, by driving an actuator based on a signal obtained by adding arithmetic calculation including first order integration regarding the time of the output signal of a load detector. CONSTITUTION:It is possible to remarkably reduce a resonant response magnification by driving a piezoelectric actuator in proportion to the signal obtained by performing the first order integration on the output signal of the load detector. Therefore, a voltage signal V corresponding to the optimum increase quantity of the piezoelectric actuator 4 which lowers the resonant response magnification of the vibration system, can be found by a prescribed arithmetic processing, and the voltage signal V is amplified to the impression voltage Va of the piezoelectric actuator 4 by an amplifier 7. When the voltage Va is impressed on the piezoelectric actuator 4, and if a vibromotive force functions at a cycle in the neighborhood of the resonant frequency, the piezoelectric actuator is extended with the phase difference of 180 deg. against the vibromotive force, thereby, the vibration itself of a vibration source is suppressed, and the propagation of the force to a supporting table is suppressed, then, the vibration of the supporting table can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクティブ防振制御方法に係り、より詳しく
は、振動系の共振周波数帯域にある振動成分の防振効果
を向上させることにより、いかなる周波数をもつ起振源
に対しても防振支持装置を伝播する交番力の値をある大
きさ以下に押え込むことができるようにしたアクティブ
防振制御方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an active vibration isolation control method, and more specifically, by improving the vibration isolation effect of vibration components in the resonant frequency band of a vibration system, The present invention relates to an active vibration damping control method that can suppress the value of the alternating force propagating through a vibration damping support device to a certain value or less regardless of the vibration source having any frequency.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

構造部材の機械的振動は起振源からの振動の伝播によっ
て生じる。このため、構造部材の振動の制振には、起振
源からの振動の伝播を抑制することが大きな効果をもつ
、従来こうした起振源からの振動の伝播を抑制する方法
としては、起振源の支持端に防振ゴムをそう入する受動
的な方法が一般的に用いられてきた。防振ゴムは広い周
波数帯域にわたって抑制効果をもつが、周期的で大きな
振動の伝播には抑制効果が不十分であることが知られて
いる、このため、能動的な防振、いわゆるアクティブ防
振が考えられるようになってきた。
Mechanical vibrations of structural members are caused by propagation of vibrations from an excitation source. For this reason, suppressing the propagation of vibrations from the vibration sources has a great effect on damping the vibrations of structural members. A passive method of inserting anti-vibration rubber into the supporting end of the source has commonly been used. Although anti-vibration rubber has a suppressing effect over a wide frequency band, it is known that the suppressing effect is insufficient for the propagation of periodic and large vibrations. has become possible to think about.

これは、起振源から得た信号をもとに振動を積極的に打
ち消そうとする方法である。その第一は、力のつり合い
によって防振する方法であり、被防振体である支持端側
に、起振源からの交番力に見合う大きさで方向が反対の
力を加えて防振する。
This is a method that actively attempts to cancel vibrations based on signals obtained from the vibration source. The first is a method of vibration isolation by balancing forces, which involves applying a force in the opposite direction to the alternating force from the vibration source on the supporting end side, which is the object to be vibration-isolated. .

この方法では起振力が大きい場合に装置が大型化する欠
点がある。そして第二は、バネ定数等を制御し、振動系
自体を変化させることにより被防振体の振動を制御する
。この方法も装置が大型化し。
This method has the disadvantage that the device becomes bulky when the excitation force is large. The second method is to control the vibration of the vibration-isolated object by controlling the spring constant and changing the vibration system itself. This method also requires larger equipment.

制御も複雑でコスト的にも不利である。The control is also complicated and it is disadvantageous in terms of cost.

そこで1本発明者は、上記問題点を解決するために、起
振源の機械的振動に応じて圧電アクチュエータの伸び量
を制御して被防振体への振動の伝播自体を抑制する防振
制御方法を発明し、先に提案した。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor developed a vibration isolation system that suppresses the propagation of vibration to the vibration-isolated object by controlling the amount of extension of the piezoelectric actuator according to the mechanical vibration of the vibration source. He invented a control method and proposed it first.

この方法の概要は、第9図に示すように、起振源1を被
防振体側である支持台2に取付けられた防振支持装置3
を介して支持すると共に、該防振支持装置3を圧電アク
チュエータ4(変位発生部)と、該圧電アクチュエータ
4と同じ軸上に配置された荷重検出器5および防振ゴム
12とで構成し、また、起振源1の加速度を検出するた
めに加速度検出器11を設け、前記起振源1の振動時に
おける変動荷重および加速度を測定し、該測定値に基づ
いて圧電アクチュエータ4の伸び量を演算し、この伸び
量を電圧に変換した後、前記圧電アクチュエータ4に印
加し、被防振体への振動の伝播を抑制するようにしたも
ので、演算部6を、第10図に示すように、荷重検出器
5によって検出される荷重信号Vfおよび加速度検出器
11によって検出される加速度信号Vcを加算する加算
器23、二階の積分器24、その出力電圧に圧電アクチ
ュエータが必要とするバイアス電圧を加算する加算器2
1からなる制御系としたものである。なお、7は増幅部
、■は電圧信号、Vaは印加電圧である。
The outline of this method is as shown in FIG.
The vibration isolating support device 3 is composed of a piezoelectric actuator 4 (displacement generating part), a load detector 5 and a vibration isolating rubber 12 arranged on the same axis as the piezoelectric actuator 4, Furthermore, an acceleration detector 11 is provided to detect the acceleration of the vibration source 1, and the variable load and acceleration when the vibration source 1 vibrates is measured, and the amount of elongation of the piezoelectric actuator 4 is determined based on the measured values. After calculating and converting this elongation amount into voltage, it is applied to the piezoelectric actuator 4 to suppress the propagation of vibration to the vibration-isolated object. , an adder 23 that adds the load signal Vf detected by the load detector 5 and the acceleration signal Vc detected by the acceleration detector 11, a second-order integrator 24, and a bias voltage required by the piezoelectric actuator for its output voltage. Adder 2 adds
The control system consists of 1. Note that 7 is an amplification section, ■ is a voltage signal, and Va is an applied voltage.

この防振制御方法は、理想的には、防振支持装置を伝播
する交番力を全周波数帯域にわたって0にしようとする
ものである。しかしながら、実際に装置を構成するとき
には、信号検出器、制御系、増幅器に含まれる誤差など
により、防振支持装置を伝播する交番力は厳密にOには
ならない、そして、防振支持装置を伝播する交番力は全
周波数帯域にわたって同じ割合で減少する。このため、
交番力の太ききは全体的に小さくなるものの、振動系の
共振現象は残り、起振源のもつ周波数によって交番力の
大きさが変化する。したがって、いかなる周波数をもつ
起振源に対しても、防振支持装置を伝播する交番力の値
をある大きさ以下に押え込む防振装置とするためには、
上記従来の制御方法だけでは不十分であるという問題が
残されていた。
Ideally, this anti-vibration control method attempts to reduce the alternating force propagating through the anti-vibration support device to zero over the entire frequency band. However, when actually configuring the device, the alternating force propagating through the vibration isolating support device is not strictly O due to errors included in the signal detector, control system, amplifier, etc. The alternating force decreases at the same rate over the entire frequency band. For this reason,
Although the thickness of the alternating force becomes smaller overall, the resonance phenomenon of the vibration system remains, and the magnitude of the alternating force changes depending on the frequency of the excitation source. Therefore, in order to create a vibration isolating device that suppresses the value of the alternating force propagating through the vibration isolating support device to a certain level or less, regardless of the vibration source having any frequency,
The problem remains that the conventional control method described above is insufficient.

一方、共振応答倍率を低下させるだけで十分な防振効果
が得られる場合も少なくない、こうした場合には減衰効
果を大きくするだけでよいが、従来は振動物体に取付け
た加速度検出器の出力信号を一階積分したものを増幅し
、アクチュエータにフィードバックする方法が採られて
いた。しかしながら、これは加速度検出器を別に取り付
ける必要があり゛、装置が複雑化するという問題があっ
た。
On the other hand, there are many cases in which a sufficient vibration isolation effect can be obtained simply by lowering the resonance response magnification.In such cases, it is sufficient to simply increase the damping effect, but conventionally, the output signal of an acceleration detector attached to a vibrating object The method used was to amplify the first-order integral and feed it back to the actuator. However, this requires the installation of a separate acceleration detector, which poses a problem of complicating the device.

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的は振動系の共振周波数帯域にある振動成分の防
振効果を向上させ、あるいは、さらに従来のアクティブ
防振制御方法と組合せることにより、いかなる周波数を
もつ起振源に対しても、防振支持装置を伝播する交番力
の値をある大きさ以下に押え込むことができるようにし
た防振制御方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems,
The purpose is to improve the vibration damping effect of vibration components in the resonant frequency band of the vibration system, or furthermore, by combining it with the conventional active vibration damping control method, to prevent vibration sources with any frequency. An object of the present invention is to provide a vibration isolation control method that can suppress the value of alternating force propagating through a vibration support device to a certain value or less.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するために、本発明のアクティブ防振制
御方法は、直列配置されたアクチュエータと荷重検出器
からなる支持装置による防振制御において、該荷重検出
器の出力信号に時間に関して少なくとも一階積分を含む
演算を加えて得られる信号に基づいてアクチュエータを
駆動するように構成したものである。また、さらには、
従来の防振制御方法と組合わせて、起振源の振動時にお
ける変動荷重および加速度を測定し、該測定値に基づい
てアクチュエータの伸び量を演算し、該伸び量を電圧に
変換した後、前記アクチュエータに印加して防振制御す
るにあたり、前記変動荷重および加速度の信号の二階積
分を含む制御系に、更に変動荷重の信号の一階積分を付
加する構成としたものである。
In order to achieve the above object, the active anti-vibration control method of the present invention provides an active anti-vibration control method in which in anti-vibration control using a support device consisting of an actuator and a load detector arranged in series, the output signal of the load detector has at least one order of magnitude in terms of time. The actuator is configured to drive the actuator based on a signal obtained by adding calculations including integration. Moreover, furthermore,
In combination with the conventional anti-vibration control method, the variable load and acceleration of the vibration source are measured, the amount of elongation of the actuator is calculated based on the measured values, and the amount of elongation is converted into voltage. When applying vibration to the actuator to perform anti-vibration control, the first-order integral of the variable load signal is further added to the control system including the second-order integral of the variable load and acceleration signals.

〔作用〕[Effect]

このように、少なくともアクチュエータと荷重検出器を
直列配置し、該荷重検出器の出力信号を一階積分して得
られる信号に基づいてアクチュエータと駆動する構成と
したことから、コンパクトな装置で振動系の共振応答倍
率を大巾に低下させることが可能となる。また、あらか
じめ引張った状態でばねをアクチュエータに並列に挿入
し、アクチュエータが常に圧縮応力場で作用するように
したことから、アクチュエータとして積層形の圧電アク
チュエ二りを用いても破断することはない。
In this way, at least an actuator and a load detector are arranged in series, and the actuator is driven based on a signal obtained by first-order integration of the output signal of the load detector, so a vibration system can be created using a compact device. It becomes possible to greatly reduce the resonance response magnification of . Furthermore, since the spring is inserted in parallel to the actuator in a pre-tensioned state so that the actuator always acts in a compressive stress field, it will not break even if two laminated piezoelectric actuators are used as the actuator.

さらに、従来のアクティブ防振制御方法と組合わせた場
合においては、変動荷重および加速度の信号の二階積分
を含む従来の制御系に、更に変動荷重の信号の一階積分
が付加される。したがって。
Furthermore, when combined with a conventional active vibration damping control method, a first-order integral of a variable load signal is added to the conventional control system including a second-order integral of a variable load and acceleration signal. therefore.

起振源の振動系に組み込まれた圧電アクチュエータを振
動の振幅および周波数に応じて電圧制御することによっ
て応答性がよくかつ高い精度の防振制御が行われると共
に、更にその制御系に変動荷重の信号の一階積分を付加
したことにより、振動系の共振周波数帯域にある振動成
分の防振効果の大巾な向上がはかられ、いかなる周波数
をもっ起振源に対しても、防振支持装置を伝播する交番
力の値をある大きさ以下に押え込むことが可能となる。
By controlling the voltage of the piezoelectric actuator incorporated in the vibration system of the vibration source according to the amplitude and frequency of the vibration, highly responsive and highly accurate vibration isolation control is performed. By adding the first-order integral of the signal, the vibration isolation effect for vibration components in the resonant frequency band of the vibration system is greatly improved, and vibration isolation support can be applied to vibration sources with any frequency. It becomes possible to suppress the value of the alternating force propagating through the device to a certain value or less.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の3つの実施例を図面を参照しながら説明
する。なお第1図はアクティブ防振制御方法の第1の実
施例を説明するための防振制御構成図、第2図は本発明
の演算部のブロック図、第3図は本制御方法による防振
効果を示す図である。
Three embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that FIG. 1 is a diagram of the vibration isolation control configuration for explaining the first embodiment of the active vibration isolation control method, FIG. 2 is a block diagram of the arithmetic unit of the present invention, and FIG. It is a figure showing an effect.

第1図において、起振源1は被防振体側である支持台2
に取付れられた防振支持装置3を介して支持されている
。防振支持装置!!3は、ジルコン、チタン酸鉛等の圧
電セラミックによって作製された複数の圧電素子ディス
クで形成されて圧電アクチュエータ4(変位発生部)と
、該圧電アクチュエータ4と同じ軸上に配置された荷重
検出器5から成っている。前記荷重検出器5は、ひずみ
ゲージ、圧電体による荷重センサあるいは圧電アクチュ
エータ4と同じ圧電素子ディスクによって構成されてい
る。
In FIG. 1, the vibration source 1 is the support base 2 on the side of the object to be vibration-isolated.
It is supported via an anti-vibration support device 3 attached to. Anti-vibration support device! ! 3 is a piezoelectric actuator 4 (displacement generating part) formed of a plurality of piezoelectric element disks made of piezoelectric ceramic such as zircon or lead titanate, and a load detector arranged on the same axis as the piezoelectric actuator 4. It consists of 5. The load detector 5 is constituted by a strain gauge, a piezoelectric load sensor, or the same piezoelectric element disk as the piezoelectric actuator 4.

演算部6は、荷重検出器5によって検出される起振源の
変動荷重に応じて圧電アクチュエータ4の伸び量を求め
、この伸び量を発生するために必要な圧電アクチュエー
タ4への印加電圧制御量を演算する。
The calculation unit 6 calculates the amount of elongation of the piezoelectric actuator 4 according to the fluctuating load of the vibration source detected by the load detector 5, and determines the amount of voltage control applied to the piezoelectric actuator 4 necessary to generate this amount of elongation. Calculate.

増幅部7は、前記演算部6からの出力電圧を圧電アクチ
ュエータの印加電圧に増幅する。
The amplification section 7 amplifies the output voltage from the calculation section 6 to the voltage applied to the piezoelectric actuator.

次に、上記実施例の動作を説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained.

起振源1が第1図の矢印A方向に振動すると、防振支持
装置3には変動荷重が作用する。この変動荷重は荷重検
出器5によって検出され、荷重信号Vfとして演算部6
に入力される。
When the vibration source 1 vibrates in the direction of arrow A in FIG. 1, a fluctuating load acts on the vibration isolation support device 3. This fluctuating load is detected by the load detector 5, and is output as a load signal Vf by the calculation unit 6.
is input.

次に1本発明による演算方法を示すため、まず第1図の
振動系を次の運動方程式で記述する。
Next, in order to show the calculation method according to the present invention, the vibration system shown in FIG. 1 will be described by the following equation of motion.

mz+c(z−u) +k (z−u) =P  −(
1)ここで、mは起振源1の質量、Cは防振支持袋!2
!3の減衰係数、kは圧電アクチュエータ4と荷重検出
器5のばね定数を合わせたもの、Uは圧電アクチュエー
タ4の伸縮量で伸びが正、χは起振源1の変位で上向き
が正、Pは起振源1の起振力で上向きが正である。また
( )は時間に関する二階微分、(°)は時間に関する
一階微分を表す。
mz+c(z-u) +k(z-u) =P -(
1) Here, m is the mass of the vibration source 1, and C is the vibration-proof support bag! 2
! 3, k is the sum of the spring constants of the piezoelectric actuator 4 and the load detector 5, U is the amount of expansion and contraction of the piezoelectric actuator 4 and the expansion is positive, χ is the displacement of the excitation source 1 and upward is positive, P is the excitation force of the excitation source 1, and the upward direction is positive. Also, ( ) represents the second-order differential with respect to time, and (°) represents the first-order differential with respect to time.

式(1)の左辺第3項は、支持装置内の荷重検出器5で
検出される力L(引張例を正)に等しい。
The third term on the left side of equation (1) is equal to the force L (positive in the tensile example) detected by the load detector 5 in the support device.

つまり。In other words.

L=k (χ−U)     ・・・・・・・・・・・
・(2)であることから、式(2)を式(1)に代入し
てχを消去すると となる。そこで で圧電アクチュエータの伸縮量を制御するとであり、そ
こで c+c″:′cc=2i となるように、人工的な粘性係数C′を選ぶ、ここでc
cは臨界減衰係数である0式(4)にこのC′の値を代
入して得られるUで圧電アクチュエータの伸縮量を制御
すると、防振装置を伝播する交番力りの周波数特性は第
3図の実線のようになる。
L=k (χ-U) ・・・・・・・・・・・・
- Since (2) is true, we can substitute equation (2) into equation (1) and eliminate χ. Therefore, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric actuator is controlled, and an artificial viscosity coefficient C' is selected so that c+c'':'cc=2i, where c
c is the critical damping coefficient. If the amount of expansion and contraction of the piezoelectric actuator is controlled by U, which is obtained by substituting the value of C' into equation (4), the frequency characteristic of the alternating force propagating through the vibration isolator becomes the third It will look like the solid line in the figure.

この図で点線は圧電アクチュエータを駆動しないときの
特性である。この結果から、式(4)のように筒型検出
式の出力信号を一階積分して得られる信号に比例して圧
電アクチュエータを駆動すれば。
In this figure, the dotted line is the characteristic when the piezoelectric actuator is not driven. From this result, if the piezoelectric actuator is driven in proportion to the signal obtained by first-order integration of the output signal of the cylindrical detection type as shown in equation (4).

共振応答倍率の大巾な低減が可能となることがわかる。It can be seen that it is possible to significantly reduce the resonance response magnification.

第2図の制御回路は式(4)を電気回路化したもので、
荷重検出器の出力電圧Vfを入信し、−階の積分−20
を通した後、その出力電圧に圧電アクチュエータが必要
とするバイアス電圧を加算器21で加えた電圧が圧電ア
クチュエータへの信号となる。ここでAは次式で定めら
れる。
The control circuit shown in Figure 2 is an electric circuit based on equation (4).
Input the output voltage Vf of the load detector and calculate the integral of -20
After the voltage is passed through the adder 21, a bias voltage required by the piezoelectric actuator is added to the output voltage, and the voltage becomes a signal to the piezoelectric actuator. Here, A is determined by the following formula.

A=c’/mk二2/(マT 上記の演算処理によって、振動系の共振応答倍率を低下
させる圧電アクチュエータ4の最適な伸び量に対応した
電圧信号Vが求められる。この電圧信号Vは増幅器7に
よって圧電アクチュエータ4の印加電圧Vaに増幅され
る。
A=c'/mk2/(maT) Through the above calculation process, a voltage signal V corresponding to the optimal extension amount of the piezoelectric actuator 4 that reduces the resonance response magnification of the vibration system is obtained.This voltage signal V is The voltage Va applied to the piezoelectric actuator 4 is amplified by the amplifier 7 .

圧電アクチュエータに電圧Vaが印加されると。When voltage Va is applied to the piezoelectric actuator.

共振周波数近傍の周期で起振力が作用すると、その起振
力に対して180@の位相差をもって圧電アクチュエー
タが伸び、起振源の振動自体が抑制され、その結果とし
て、支持台への力の伝播が抑制され、支持台の振動が防
止される。
When an excitation force acts at a period near the resonance frequency, the piezoelectric actuator stretches with a phase difference of 180@ to the excitation force, suppressing the vibration of the excitation source itself, and as a result, the force on the support is reduced. propagation is suppressed, and vibration of the support base is prevented.

次に、ばねを挿入した第2の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。なお第4図はアクティブ防振制御方法の実
施例を説明するための防振制御構成図、第5図は本発明
の演算部のブロック図である。
Next, a second embodiment in which a spring is inserted will be described with reference to the drawings. It should be noted that FIG. 4 is a configuration diagram of vibration isolation control for explaining an embodiment of an active vibration isolation control method, and FIG. 5 is a block diagram of a calculation section of the present invention.

第4図において、起振源1と被防振体側である支持台2
は防振支持装置3のねじ部8,9を介して結合されてい
る。防振支持装置!3は、圧電アクチュエータ4(変位
発生部)と、圧電アクチュエータ4と同じ軸上に配置さ
れた荷重検出器5およびそれらに並列に配置されたばね
1oとから成っている。ばね10は圧電アクチュエータ
に予圧縮をかけるように、引張られた状態で初期設定さ
れている。
In Fig. 4, the vibration source 1 and the support stand 2 on the side of the object to be vibration-isolated
are connected via threaded portions 8 and 9 of the vibration isolating support device 3. Anti-vibration support device! 3 consists of a piezoelectric actuator 4 (displacement generating section), a load detector 5 disposed on the same axis as the piezoelectric actuator 4, and a spring 1o disposed in parallel thereto. The spring 10 is initially set in tension to precompress the piezoelectric actuator.

演算部6は、荷重検出器5によって検出される起振源の
変動荷重に応じて圧電アクチュエータ4の伸び量を求め
、この伸び量を発生するために必要な圧電アクチュエー
タ4への印加電圧制御量を演算する。
The calculation unit 6 calculates the amount of elongation of the piezoelectric actuator 4 according to the fluctuating load of the vibration source detected by the load detector 5, and determines the amount of voltage control applied to the piezoelectric actuator 4 necessary to generate this amount of elongation. Calculate.

増幅器7は、前記演算部6からの出力電圧を圧電アクチ
ュエータの印加電圧に増幅する。
The amplifier 7 amplifies the output voltage from the arithmetic unit 6 to the voltage applied to the piezoelectric actuator.

次に、この実施例での演算方法を示すために、第1の実
施例と同様、まず第4図の振動系を次の運動方程式で記
述する。
Next, in order to show the calculation method in this embodiment, the vibration system shown in FIG. 4 will first be described using the following equation of motion, as in the first embodiment.

mz+c(z−u)+k(z−u)+k ’ χ=P 
−+−・・++−(6)ここでに′ばばね10のばね定
数である。式(6)の左辺第3項は、式(2)かられか
るように、支持装置内の荷重検出器5で検出される力り
に等しい。
mz+c(z-u)+k(z-u)+k' χ=P
-+-...++-(6) Here, ' is the spring constant of the spring 10. The third term on the left side of equation (6) is equal to the force detected by the load detector 5 in the support device, as seen from equation (2).

また、この場合には支持装置i!3を通して伝播される
ばね力Fは F==L+k ’χ である、そこで、上式と式(2)を式(6)に代入して
χを消去すると となる。そこで、圧電アクチュエータの伸縮量Uが mku−ck ’ u=c ’ F つまり、 を満たすように制御すると、式(7)は式(5)をL→
F、に−4に+k ’で置き換えた式と等しくなり、第
1の実施例と同様の結果になる。
Moreover, in this case, the support device i! The spring force F propagated through 3 is F==L+k'χ, so substituting the above equation and equation (2) into equation (6) to eliminate χ. Therefore, if the amount of expansion and contraction U of the piezoelectric actuator is controlled so that it satisfies mku-ck'u=c' F, then equation (7) will change equation (5) from L→
This is equivalent to the equation in which -4 is replaced by +k' for F, and the result is similar to that of the first embodiment.

第5図の制御回路は式(8)を電気回路化したもので、
荷重検出器の出力電圧Vfを(k+に’)A/に倍し、
−階の積分器20に入力する。そして、器22にフィー
ドバックする。このとき、積分器20の出力信号にバイ
アス電圧を加算器21で加えた電圧が、圧電アクチュエ
ータへの信号となる。
The control circuit in Figure 5 is an electrical circuit of equation (8),
Multiply the output voltage Vf of the load detector by (k+')A/,
- is input to the integrator 20 of the -th floor. Then, it is fed back to the device 22. At this time, the voltage obtained by adding the bias voltage to the output signal of the integrator 20 by the adder 21 becomes a signal to the piezoelectric actuator.

上記の演算処理によって、第1の実施例と同じく、共振
周波数近傍の周期をもつ起振源の振動自体が抑制され、
その結果として支持台の振動が防止される。
Through the above calculation processing, as in the first embodiment, the vibration itself of the excitation source having a period near the resonance frequency is suppressed,
As a result, vibration of the support base is prevented.

最後に、従来の防振制御方法を組合わせた第3の実施例
を図面を参照しながら説明する。なお第6図はアクティ
ブ防振制御方法の実施例を説明するための防振制御構成
図、第7図は本発明の演算部のブロック図、第10図は
従来の演算部のブロック図、第8図は防振支持装置を伝
播する交番力の周波数特性の比較線図である。
Finally, a third embodiment that combines conventional vibration isolation control methods will be described with reference to the drawings. In addition, FIG. 6 is a vibration isolation control configuration diagram for explaining an embodiment of the active vibration isolation control method, FIG. 7 is a block diagram of a calculation section of the present invention, FIG. 10 is a block diagram of a conventional calculation section, and FIG. FIG. 8 is a comparison diagram of the frequency characteristics of the alternating force propagating through the vibration isolating support device.

第6図において、起振源1は被振体側である支持台2に
取付けられた防振支持装置3を介して支持されている。
In FIG. 6, the vibration source 1 is supported via a vibration isolation support device 3 attached to a support base 2 on the side of the object to be vibrated.

防振支持装WL3は圧電アクチュエータ4(変位発生部
)と、該圧電アクチュエータ4と同じ軸上に配置された
荷重検出器5とから成っている。また、起振源の加速度
!検出するために加速度検出器11が設けられている。
The vibration isolation support WL3 includes a piezoelectric actuator 4 (displacement generating section) and a load detector 5 arranged on the same axis as the piezoelectric actuator 4. Also, the acceleration of the excitation source! An acceleration detector 11 is provided for detection.

演算部6は、荷重検出器5および加速度検出器11によ
って検出される起振源の変動荷重および加速度に応じて
圧電アクチュエータ4の伸び量を求め、この伸び量を発
生するために必要な圧電アクチュエータ4への印加電圧
制御量を演算する。
The calculation unit 6 calculates the amount of elongation of the piezoelectric actuator 4 according to the fluctuating load and acceleration of the excitation source detected by the load detector 5 and the acceleration detector 11, and determines the amount of elongation of the piezoelectric actuator 4 necessary to generate this amount of elongation. The applied voltage control amount to 4 is calculated.

増幅器7は、前記演算部6からの出力電圧を圧防振支持
装置3には変動荷重が作用する。この変動荷重は荷重検
出器5によって検出され、荷重信号Vfとして演算部6
に入力される。同時に、起振源の加速度は加速度検出部
11によって検出され、加速度信号Vcとして演算部6
に入力される。
The amplifier 7 applies the output voltage from the arithmetic unit 6 to the pressure vibration isolation support device 3, which is subjected to a variable load. This fluctuating load is detected by the load detector 5, and is output as a load signal Vf by the calculation unit 6.
is input. At the same time, the acceleration of the excitation source is detected by the acceleration detection section 11, and the acceleration signal Vc is detected by the calculation section 6.
is input.

次に、後述する本発明による演算部(第7図)の従来の
もの(第10図)との相違を示すため。
Next, to show the difference between the arithmetic unit (FIG. 7) and the conventional one (FIG. 10) according to the present invention, which will be described later.

第6図の振動系を運動方程式で記述すると、第1の実施
例と同じく式(3)で表される。したがってu = P
 / m      ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(9)を満たすように圧電アクチュエータ
の伸縮量Uを制御することにより L=L=O・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1
0)となり、防振支持装置を伝播する交番力が0となる
。式(9)の右辺のPの値は、式(1)、式(2)を利
用して P =mz+(c/k) L+L       −−−
−・・−−−CH)で実測できる0式(11)の右辺第
1項のχは起振源に取り付けた加速度検出器11の加速
度信号Vcで、また、右辺の第2、第3項のしは、防振
支持装置内の荷重検出器5の荷重信号Vfから測定でき
る。
When the vibration system of FIG. 6 is described by an equation of motion, it is expressed by equation (3) as in the first embodiment. Therefore u = P
/ m ・・・・・・・・・・・・・・・
By controlling the expansion/contraction amount U of the piezoelectric actuator so as to satisfy (9), L=L=O (1
0), and the alternating force propagating through the vibration isolating support device becomes 0. The value of P on the right side of equation (9) is determined by using equation (1) and equation (2): P = mz + (c/k) L + L ---
0 The first term on the right side of equation (11), χ, which can be actually measured using (CH), is the acceleration signal Vc of the acceleration detector 11 attached to the excitation source; The load can be measured from the load signal Vf of the load detector 5 in the vibration isolating support device.

したがって1式(9)を満たす圧電アクチュエータの伸
縮量Uは u” fl (Z+(c/mk)L+(1/m)L)d
tdt −(12)から決定できる。従来の演算部であ
る第10図は、式(12)で減衰係数Cが小さいものと
して無視したときの演算回路となっている。つまり、演
算部6では、まず加算器23によって両信号が加算され
る。このとき荷重信号Vfは変換係数B倍しておく、B
は具体的には B=Kc/ (Kf−m) である、ここで、Kf、Kcは荷重検出器と加速度検出
器の荷重−電圧換算係数と加速度−電圧換算係数である
。そして加算器23の出力電圧を二階の積分器24に入
力し、その出力電圧に、圧電アクチュエータが必要とす
るバイアス電圧を加算器21で加えた電圧が圧電アクチ
ュエータへの信号となる。
Therefore, the amount of expansion and contraction U of the piezoelectric actuator that satisfies Equation 1 (9) is u” fl (Z+(c/mk)L+(1/m)L)d
It can be determined from tdt - (12). The conventional calculation section shown in FIG. 10 is a calculation circuit when the damping coefficient C in equation (12) is ignored as being small. That is, in the arithmetic unit 6, both signals are first added by the adder 23. At this time, the load signal Vf is multiplied by a conversion coefficient B.
Specifically, B=Kc/(Kf-m), where Kf and Kc are the load-voltage conversion coefficient and acceleration-voltage conversion coefficient of the load detector and acceleration detector. Then, the output voltage of the adder 23 is input to the second-order integrator 24, and the voltage obtained by adding a bias voltage required by the piezoelectric actuator to the output voltage by the adder 21 becomes a signal to the piezoelectric actuator.

このように圧電アクチュエータの伸縮量Uを制御すると
、理想的には防振支持装置を伝播する交番力りはOとな
る。しかしながら、実際の装置では、伸縮量は式(12
)から求められる値とは完全に一致することはなく。
When the amount of expansion and contraction U of the piezoelectric actuator is controlled in this way, the alternating force that propagates through the vibration isolation support device ideally becomes O. However, in actual equipment, the amount of expansion and contraction is expressed by the formula (12
) will not completely match the value found from

π=(1−ε)U    ・・・・・・・・・・・・・
・・(13)となる。ここで、εは信号検出器、制御系
、増幅器などによる誤差を表わす係数である。この場合
には、式(9)から mu= (1−i)mu= (1−g) P    ・
−(14)となり、式(3)は、Uの代わりにiを用い
ると、次のようになる。
π=(1-ε)U ・・・・・・・・・・・・・・・
...(13). Here, ε is a coefficient representing an error caused by the signal detector, control system, amplifier, etc. In this case, from equation (9) mu = (1-i) mu = (1-g) P ・
-(14), and equation (3) becomes as follows when i is used instead of U.

mL+cL+kL=ikP        −−−(1
5)このとき、防振支持装置を伝播する交番力りの周波
数応答は、第8図の一点鎖線のようになる。これを1点
線で示す圧電アクチュエータを駆動しない場合(ε−1
)の周波数応答と比較すると、交番力りの大きさは全体
的にε倍に低下している。
mL+cL+kL=ikP---(1
5) At this time, the frequency response of the alternating force propagating through the vibration isolating support device becomes as shown by the dashed-dotted line in FIG. This is shown by the dotted line when the piezoelectric actuator is not driven (ε-1
), the magnitude of the alternating force is overall reduced by a factor of ε.

しかしながら、圧電アクチュエータを駆動し、アクティ
ブ防振制御を行なっても共振現象が残るために、防振支
持装置を伝播する交番力りの大きさは周波数によって大
きく変動することになる。
However, even if the piezoelectric actuator is driven and active anti-vibration control is performed, a resonance phenomenon remains, so the magnitude of the alternating force propagating through the anti-vibration support device varies greatly depending on the frequency.

共振時の交番力りの静荷重に対する比は振動系の減衰係
数Cの大きさに依存する。したがって、この値が大きい
防振支持装置を選択することが共振時の交番力りを低下
させる効果をもつが、制御系を利用して、電気的にこの
減衰係数Cの値をみかけ上大きくする方がより効果的で
ある。これは次のようにして実現できる。
The ratio of the alternating force to the static load during resonance depends on the magnitude of the damping coefficient C of the vibration system. Therefore, selecting a vibration isolating support device with a large value has the effect of reducing the alternating force during resonance, but by using the control system, the value of this damping coefficient C can be electrically increased. is more effective. This can be achieved as follows.

式(12)のUの代わりに、 で圧電アクチュエータの伸縮量を制御すると、式%式%
) となり、式(3)は、Uの代りにulを用いると、そこ
で、 c+ (1−ε) c ’= ac=2p      
−−−−(20)となるようにC′を選ぶ。
If the amount of expansion and contraction of the piezoelectric actuator is controlled by instead of U in formula (12), the formula % formula %
), and formula (3) uses ul instead of U, then c+ (1-ε) c'= ac=2p
----Choose C' so that it becomes (20).

式(16)でこのC′の値を用いると、防振支持装置を
伝播する交番力りの周波数特性は第8図の実線のように
なる。式(20)の計算ではε=0         
 ・・・・・・・・・(21)としても誤差は小さく、
第8図の例では式(21)を%式% このように、従来の制御方法に、荷重検出器の出力信号
の一階積分の項を追加することにより、防振効果は大巾
に向上する。
When this value of C' is used in equation (16), the frequency characteristic of the alternating force propagating through the vibration isolating support device becomes as shown by the solid line in FIG. In the calculation of equation (20), ε=0
・・・・・・・・・Even if (21), the error is small,
In the example shown in Figure 8, formula (21) is converted to % formula % In this way, by adding the term of the first-order integral of the output signal of the load detector to the conventional control method, the vibration isolation effect is greatly improved. do.

第7図の制御回路は1式(16)を電気回路化したもの
で、荷重検出器の荷重信号Vfを8倍した信号をさらに
0倍した後、−階の積分器20に入力し、その出力を加
算器25で従来の制御回路に結合させている。
The control circuit shown in Fig. 7 is an electric circuit of equation 1 (16), in which a signal obtained by multiplying the load signal Vf of the load detector by 8 is further multiplied by 0, and then inputted to the integrator 20 on the - floor. The output is coupled to conventional control circuitry by an adder 25.

ここでCは次式から定められる。Here, C is determined from the following equation.

C= (c+c ’) /に 上記の演算処理によって、起振源からの振動の伝播を制
御する圧電アクチュエータ4の最適な伸び量に対応した
電圧信号Vが求められる。この電圧信号Vは増幅部7に
よって圧電アクチュエータ4の印加電圧Vaに増幅され
る。
By the above calculation process, a voltage signal V corresponding to the optimum amount of extension of the piezoelectric actuator 4 that controls the propagation of vibration from the vibration source is determined by C=(c+c')/. This voltage signal V is amplified by the amplifier 7 to a voltage Va applied to the piezoelectric actuator 4.

圧電アクチュエータに電圧Vaが印加されると。When voltage Va is applied to the piezoelectric actuator.

起振源の変位方向1例えば第6図中の上向きに対して圧
電アクチュエータが伸びる。また、共振周波数近傍の周
期をもつ起振源の周期をもつ起振源の振動はそれ自体が
抑制される。このようにして起振源の振動による支持台
への力の伝播が抑制され、支持台の振動が防止される。
The piezoelectric actuator extends in the displacement direction 1 of the vibration source, for example, upward in FIG. In addition, the vibration of an excitation source having a period close to the resonance frequency is itself suppressed. In this way, the propagation of force to the support base due to the vibration of the vibration source is suppressed, and vibration of the support base is prevented.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述のとおり、本発明によれば、起振源の振動系に圧電
アクチュエータが組み込まれ、この圧電アクチュエータ
を起振源の振動に応じて伸縮させて制振するようにした
ので、応答性がよく、かつ精度の高い防振制御ができる
と共に、少なくともアクチュエータと荷重検出器を直列
に配置し、該荷重検出器の出力信号を一階積分して得ら
れる信号に基づいてアクチュエータを駆動する構成とし
たことから、コンパクトな装置で振動系の共振応答倍率
を大巾に低下させることができる。また。
As described above, according to the present invention, a piezoelectric actuator is incorporated in the vibration system of the vibration source, and this piezoelectric actuator expands and contracts in accordance with the vibration of the vibration source to damp vibration, so that responsiveness is good. In addition to being able to perform highly accurate anti-vibration control, the present invention has a configuration in which at least an actuator and a load detector are arranged in series, and the actuator is driven based on a signal obtained by first-order integration of the output signal of the load detector. Therefore, the resonance response magnification of the vibration system can be greatly reduced with a compact device. Also.

ばねをアクチュエータに並列に挿入し、アクチュエータ
が常に圧縮応力場で作用するようにしたことことから、
アクチュエータとして積層形の圧電アクチュエータを用
いても破断することはない。
By inserting a spring in parallel to the actuator so that the actuator always acts in a compressive stress field,
Even if a laminated piezoelectric actuator is used as an actuator, it will not break.

さらに、従来のアクティブ防振制御方法と組合ねせ、制
御系に、変動荷重と加速度の信号の二階積分の他に、変
動荷重の信号の一階積分を追加したことにより、振動系
の共振周波数帯域にある振動成分の防振効果の大巾な向
上がはかられ、いかなる周波数をもつ起振源に対しても
、防振支持装置を伝播する交番力の値をある大きさ以下
に押え込むことができる。
Furthermore, in combination with the conventional active vibration isolation control method, in addition to the second-order integral of the variable load and acceleration signals, the first-order integral of the variable load signal is added to the control system, which increases the resonance frequency of the vibration system. The vibration isolation effect for vibration components in the band has been greatly improved, and the value of the alternating force propagating through the vibration isolation support device can be suppressed to a certain level or less, regardless of the vibration source of any frequency. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はアクティブ防振制御方法の第1の実施例を説明
するための防振制御構成図、第2図その演算部のブロッ
ク図、第3図は第1の実施例の効果を示す図、第4図は
アクティブ防振制御方法の第2の実施例を説明するため
の防振制御構成図、第5図はその演算部のブロック図、
第6図はアクティブ防振制御方法の第3の実施例を説す
るための防振制御構成図、第7図はその演算部のブロッ
ク図、第8図は第3の実施例の効果を示す図、第9図は
従来のアクティブ防振制御構成図、第10図はその演算
部のブロック図である。 1・・・起振源、    2・・・支持台(被防振体)
、3・・・防振支持装置、 4・・・圧電アクチュエー
タ、5・・・荷重検出器、  6・・・演算部、7・・
・増幅部、     10・・・ばね、11・・・加速
度検出部−20・・・−階の積分器、24・・・二階の
積分器。
Fig. 1 is a diagram of the vibration isolation control configuration for explaining the first embodiment of the active anti-vibration control method, Fig. 2 is a block diagram of its calculation section, and Fig. 3 is a diagram showing the effects of the first embodiment. , FIG. 4 is a configuration diagram of vibration isolation control for explaining a second embodiment of the active vibration isolation control method, and FIG. 5 is a block diagram of its calculation unit.
Fig. 6 is a block diagram of vibration isolation control for explaining the third embodiment of the active vibration isolation control method, Fig. 7 is a block diagram of its calculation section, and Fig. 8 shows the effect of the third embodiment. 9 is a block diagram of a conventional active vibration damping control, and FIG. 10 is a block diagram of its calculation section. 1... Vibration source, 2... Support stand (vibration-isolated object)
, 3... Anti-vibration support device, 4... Piezoelectric actuator, 5... Load detector, 6... Calculation unit, 7...
- Amplifying section, 10... Spring, 11... Acceleration detection section -20... - floor integrator, 24... Second floor integrator.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直列配置されたアクチュエータと荷重検出器から
なる支持装置による防振制御において、該荷重検出器の
出力信号に時間に関して少なくとも一階積分を含む演算
を加えて得られる信号に基づいてアクチュエータを駆動
することを特徴とするアクティブ防振制御方法。
(1) In vibration isolation control using a support device consisting of an actuator and a load detector arranged in series, the actuator is controlled based on a signal obtained by adding an operation including at least a first-order integral with respect to time to the output signal of the load detector. An active anti-vibration control method characterized by driving.
(2)ばねをアクチュエータに並列に挿入したことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のアクティブ防振制
御方法。
(2) The active vibration damping control method according to claim 1, characterized in that a spring is inserted in parallel to the actuator.
(3)起振源の振動時における変動荷重および加速度を
測定し、該測定値に基づいてアクチュエータの伸び量を
演算し、該伸び量を電圧に変換した後、前記アクチュエ
ータに印加して防振制御するにあたり、前記変動荷重お
よび加速度の信号の二階積分を含む制御系に、更に変動
荷重の信号の一階積分を付加することを特徴とするアク
ティブ防振制御方法。
(3) Measure the fluctuating load and acceleration when the vibration source vibrates, calculate the amount of elongation of the actuator based on the measured values, convert the amount of elongation into voltage, and then apply it to the actuator to prevent vibrations. An active anti-vibration control method characterized in that, in performing control, a first-order integral of a variable load signal is further added to a control system including a second-order integral of the variable load and acceleration signals.
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JPH04346041A (en) * 1991-05-23 1992-12-01 Fuji Electric Co Ltd Piezoelectric load sensor and applied device and circuit thereof
JP2004272171A (en) * 2003-03-12 2004-09-30 Rion Co Ltd Sound and vibration control device

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