KR20070116985A - 진동 격리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

기계를 지지하고 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 진동 격리 시스템으로서, 복수의 마운트 및 복수의 관성 쉐이커를 포함하는 능동 격리 수단을 포함한다. 각각의 상기 마운트는 상기 기계의 정하중을 완전히 지지하기 위한 엘라스토머 블록(elastomeric block)을 포함하고, 상기 복수의 관성 쉐이커는, 상기 마운트의 공진 주파수보다 높은 소정의 주파수 대역에 걸쳐 여기된 구조적 공진에 대해 실질적으로 상기 마운트의 제로 스티프니스가 유지되도록, 그리고 선체에 대한 비평형력의 전달을 변경하도록 배치되어 있다. 상기 복수의 관성 쉐이커에 연결된 제어 시스템은 공진 진동의 개시를 억제하기 위해, 구조적 공진을 감쇠시키도록 감쇠력 신호를 가하기 위한 수단을 포함한다.

진동, 공진, 격리, 감쇠, 선박, 기계, 마운트, 래프트, 제로스티프니스, 관성쉐이커

Description

진동 격리 방법 및 장치 {VIBRATION ISOLATION}

본 발명은 기계의 진동을 주위환경(surroundings)과 격리시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 선박(marine vessel)용 회전 기계만으로 한정하는 것은 아니다.

동작중인 기계는 선박에서의 주요 진동원이어서, 선체(hull)에 전달되는 것을 감소시키는 격리 시스템의 개발에 상당한 노력을 쏟고 있다. 해양 환경에 있어 기계의 격리와 관련된 구체적인 문제는 구조적 공진(structural resonance)이다. 이것은 주로 기계를 지지하는 구조물에서 발생한다. 이러한 공진에 의해 기계 마운트(machinery mount) 전체에 매우 강한 힘이 전달되며, 이것은 매우 중요한 진동 문제를 내포한다. 움직이는 기계는 비평형력(out-of-balance forces)의 복소 스펙트럼(complex spectrum)을 생성하고, 선박 분야에서는 이러한 힘이 기계 마운트를 통해 선체에 전달되는 것을 감소시키는 탄성 장착 시스템(resilient mounting system)을 개발하는데 상당한 노력을 기울이고 있다.

진동 격리에 대한 일반적인 접근법은 박용 기계 제품(items)을 프레임워크(framework) 또는 래프트(raft) 위에 탑재하고, 이 래프트를 한 세트의 고무 마운트 상에서 선체로부터 지지하는 것이다. 지지되는 구조물이 이상적인 강성 체(rigid body)로 작용하면, 힘 전달율 곡선(force transmissibility curve)(전달되는 힘에 대한 진동력의 전달 함수)은, 도 1의 단조 감소하는 선처럼 될 것이다. 하지만, 실지로는, 지지되는 기계와 그 래프트는 항상 어느 정도는 플렉시블(flexible)할 것이다. 결과적으로, 구조적 공진은 여기되고(exited), 탄성 마운트(resilient mount)에 대한 일반적인 힘 전달율 곡선은 도 1에서 피크가 있는 곡선으로 나타난다. 이것은 3개의 다른 주파수 영역(frequency regime)을 설명한다: 첫 번째는, 기계에 의해 생성되는 모든 힘, 주로 중력(gravitational force)이 탄성 마운트를 통해 전달되는 5 Hz보다 낮은 공진이고; 두 번째는, 강성체로 작용하는 기계가 탄성 마운트 상에서 "바운싱(bouncing)"하는 5 Hz 공진 그 자체이며; 세 번째는 기계가 플렉시블하게 되고 개별적인 구조적 공진 모드가 여기되는 5 Hz보다 높은 공진이다. 이 이상의 주파수에서는, 힘 전달율이 일반적으로 주파수의 증가함에 따라 감소하기 때문에, 기계 진동에 의해 발생된 힘이 선체에 도달하기 이전에 감쇠된다. 하지만, 이 영역(regime)에서의 힘의 감쇠는 구조적 진동에 의해 좌우될 수 있다. 구조적 진동은 기계적인 증폭기로 작용하기 때문에, 도시된 바와 같이 힘 전달율 곡선에 큰 피크를 만든다.

설계 시에는 절충하여야 하므로, 수동, 능동, 및 준능동 격리 시스템이 제안되었다. 국제특허출원 WO 01/18416 및 Daley, S. 등의 "Active vibration control for marine applications(선박 애플리케이션을 위한 능동 진동 제어)" [IFAC Journal Control Engineering Practice, Volume 12, Number 4, pp465-474, published 25 July 2003]; 그리고 Johnson, A.와 Daley, S.의 "A Smart Spring Mounting System for Marine Applications(선박 애플리케이션을 위한 스마트 스프링 장착 시스템)"[ISCV11 Conference on Sound and vibration, St Petersburg, July, 2004]에서는, 다수의 마운트의 어레이를 포함하는 능동 마운트 시스템을 제안하였으며, 각각의 마운트는 수동 소자(passive element)와 병렬인 전자석 액추에이터를 포함하여 도 2에 개략적으로 나타낸 합성 마운트(composite mount)를 형성한다. 지지되는 구조물의 공진에 상응하는 주파수에서 큰 힘이 전달되는 것을 예방하기 위해, 장착 시스템(mounting system)은 다수의 핵심 요건을 갖춘다. 그 첫 번째 요건은, 지지되는 구조물의 장착된 지점에서의 임의의 로컬 변위(local displacement)의 결과로서, 합성 마운트가 어떠한 추가적인 힘도 선체에 전달하지 않는 것이다. 결과적으로, 여기된 공진으로부터 추가적인 힘이 선체에 생성되지 않는다. 따라서 합성 마운트는 사실상 제로 스티프니스(zero stiffness)이어야 한다. 두 번째 요건은, 구조물을 지지하기 위해 각각의 합성 마운트는 또한 비평형력을 보상하는 외부 요구 힘(external demand force)을 발생시킬 수 있어야 한다는 것이다. 움직이는 기계에 의해 생성된 비평형력에 의해, 지지되는 구조물의 선변위(linear diplacement) 및 각변위(angular displacement)가 모두 발생한다. 각각의 합성 마운트에 의해 생성된 외부 요구 힘은, 이들 선 변위와 각 변위가 제어된 방식으로 그들의 평형 상태로 돌아가려는 것에 계속하여 대항할 수 있게 하는 수단이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 합성 마운트에 의해 생성된 선체에 대한 실제적 힘은 하중 센서(load cell) (또는 스트레인 게이지, strain gauge)에 의해 측정되어, 전자석의 전류를 계속하여 보정하기 위해, 전체 요구치(gloval demand value) 와 비교된다.

사용 시에, 먼저 각각의 전자석을 사용하여 정력(static force) F로 수동 마운트 소자에 예비 응력(pre-stress)을 가하여, 전자석을 지나는 전류를 증가 또는 감소시킴으로써 기계에 대한 힘의 변화가 ± F가 될 수 있도록 하고; 이에 따라 적어도 2F의 최대 제어력이 생성될 것이 요구된다. 전원이 스위치 오프되면, 이 예비 응력은 해방된다. 이 간편한 접근법이 가지고 있는 문제는, 전자석의 큰 비선형성이 간편한 피드백 제어를 불만족스럽게 만든다는 것이다. 이를 극복하기 위해, 상대적인 마운트 변위의 피드포워드(feed-forward) 및 전달되는 힘의 피드백 모두를 포함하는 더욱 복잡한 로컬 제어가 필요하다.

장착 시스템의 추가적인 개선, 특히 장착 시스템의 복잡도 및 크기를 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 기계 진동을 격리시키기 위한 기계용의 개선된 마운트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 측면에서, 본 발명은 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하는 진동 격리 방법으로서,

상기 기계의 정하중(static load)을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단(passive resilient means), 및 능동 격리 수단을 각각 포함하는, 복수의 탄성 마운트(resilient mount)를 포함하는 지지부재(support)로 상기 기계를 지지하는 단계;

각각의 상기 탄성 마운트의 능동 격리 수단을, 공진 주파수보다 낮은 주파수에서는, 각각의 상기 마운트의 성능 파라미터(performance parameter), 원래의 스티프니스(primarily stiffness)가 실질적으로 상기 수동 탄성 수단의 성능 파라미터가 되도록 제어하는 단계; 및

각각의 상기 탄성 마운트의 능동 격리 수단을, 적어도 소정의 주파수 대역에 걸친 상기 탄성 마운트의 공진 주파수보다 높은 주파수에서는, 실질적으로 상기 탄성 마운트의 제로 스티프니스가 여기된 구조적 공진에 대해 유지되도록, 그리고 상기 지지부재의 움직임에 대한 강성체 모드(rigid body mode)가 보상되어 바람직하게 최소화되도록 제어하는 단계를 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 진동 격리 시스템으로서,

복수의 탄성 마운트를 포함하는, 기계용 지지부재, 및

주파수의 함수로 상기 탄성 마운트의 스티프니스를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하고,

각각의 상기 탄성 마운트는, 상기 기계의 정하중을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단, 및 상기 제어 수단에 연결된 능동 격리 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은, 공진 주파수보다 낮은 주파수에서는, 각각의 상기 탄성 마운트의 성능 파라미터, 원래 스티프니스(primarily stiffness)가 실질적으로 상기 수동 탄성 수단의 그것이 되도록, 그리고 상기 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에서, 적어도 소정의 주파수 대역에 걸쳐, 실질적으로 상기 마운트의 제로 스티프니스가 여기된 구조적 공진에 대해 유지되도록 배치된다.

설명을 위해, 마운트의 "성능(performance)"은 파라미터들, 원래 스티프니스에 의해, 그리고 더 작은 범위로는, 내부 감쇠(internal damping)에 의해 결정된다.

본 발명은 마운트 시스템에서 가해지는 최대 제어력에 영향을 미치는 3가지 주요 문제가 존재한다는 것을 알았다. 즉,

1) 마운트 공진 그 자체를 변경하기 위해 제어력은 기계 래프트 전체에 대한 중력과 비교 가능해야 하고;

2) 부분적으로 여기된 공진에 의해 생성되는 로컬 진동에 대해 "제로 스티프니스"을 유지하며;

3) 선체에 대한 비평형력의 전달을 변경 및 최소화하는 것이다.

1)에 관해서는, 본 발명에 따르면, 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에 대한 마운트 성능만을 변경하도록, 그리고 마운트 공진 주파수보다 낮은 주파수에서의 스티프니스가 수동 소자의 그것과 정확하게 일치(match)할 수 있도록, 전체적인 제어 알고리즘을 설계하는 것이 가능하다. 그 결과, 정하중은 수동 탄성 수단에 의해서만 완전히 지지된다. 이제 움직이는 기계에 의해 생성된 비평형력과 비교 가능한 힘을 생성해야만 하기 때문에, 이것은 능동 격리 수단에 의해 요구되는 힘을 실질적으로 감소시킨다. 이 힘들은 수동 소자에 의해 운반되는데 필요한 정하중보다 훨씬 더 작다.

2)와 3)에 관해서는, 본 발명에 따르면, 능동 액추에이터 소자의 용량이 감소될 수 있도록 교번하는(alternating) 제어력만이 필요하다는 것을 알았다. 이것은 더 작은 크기의 전자석 액추에이터를 사용할 수 있다는 것을 암시한다. 다르게는, 본 발명에 따르면, 제로 스티프니스를 생성하기 위해 반대로 작용하는, 두 개 이상의 관성 쉐이커(inertial shaker)를 사용할 수 있다. 관성 쉐이커는 오직 교번하는 힘(alternating forec)만을 생성하기 때문에, 위에서 언급한 것처럼 전자석을 통합하는 시스템을 필요로 할 때, 이것은 수동 소자에 예비 응력을 가해야 할 필요를 즉각적으로 없앤다.

본 발명은 또 다른 측면에서, 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리시키기 위한 마운트를 제공하며, 상기 마운트는

마운트 공진 주파수보다 낮은 주파수에서, 상기 기계의 정하중을 지지하는 수동 탄성 수단, 및 상기 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에서, 소정의 주파수 대역에 걸쳐 여기된 구조적 공진에 대해 상기 마운트의 제로 스티프니스를 실질적으로 유지하도록, 그리고 선체에 대한 비평형력의 전달을 감소시키도록 배치되어 있는 복수의 관성 쉐이커를 포함하는 능동 격리 수단을 포함한다.

관성 쉐이커는 상업적으로 입수 가능하고, 상당히 소형이며, 전력을 덜 소비하는 이점이 있으며, 본질적으로 동작에 있어 전자석보다 훨씬 더 선형적이다. 전기력(electrodynamic) 관성 쉐이커는 해당 기술분야에 잘 알려져 있다. 유압(hydraulic), 공기압(pneumatic), 압전(piezoelectric), 전기/자왜(electro/magneteostrictive) 드라이브를 사용하는 다른 형태의 관성 쉐이커도 또한 본 발명에 적합할 것이다.

일반적인 풀스케일(full-scale) 해양 시설물(marine installation)에서, 비평형력을 상쇄하기 위해 이들 관성 쉐이커로부터 요구되는 힘은 비교적 소량일 수 있다. 관성 쉐이커로부터의 더 큰 힘 요구(force demands)를 필요로 할 수 있는 여기된 공진에 대해 제로 스티프니스를 유지하기 위한 요건에 관해서는, 그들이 생성할 수 있는 진폭이 크기 때문에, 전기력 쉐이커가 아니라 더욱 강력한 유압 쉐이커를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 관성 쉐이커는 자신의 계획된 기능을 수행하기 위해 필요한 힘을 생성하도록, 적절한 제어 신호를 인가하기 위한 상기 제어 수단에 연결되어 있다.

상기 전자석 또는 상기 관성 쉐이커에 대한 최대 힘 요구는, 여기된 공진의 큰 진폭에 대해 제로 스티프니스를 유지해야 하는 필요성으로 인한 것일 수 있다. 하지만, 관성 쉐이커는 매우 힘 효율적인(force efficient) 방식으로 사용될 수 있다. 이것은 어떤 문제의 공진을 선택적으로 감쇠시키도록 선택된 관성 쉐이커를 사용함으로써 이루어질 수 있으며, 문제의 공진에 결합된 에너지만을 비평형 기계로부터 추출해야할 것이다. 이들 감쇠력(damping forces)은 비평형력 그 자체보다는 크지 않고, 일반적으로는 더 작을 것이어서, 선택된 관성 쉐이커로부터는 힘 용량(force capability)에 있어 작은 증가만을 요구받을 것이다. 선택적인 감쇠에 대한 개념은 동시계류중인 출원의 국제공개공보 WO 01/84012 및 영국특허 제2361757호에 개시되어 있으며, 감쇠력은 모드 변위(modal displacement)와 90°다른 위상으로 가해져 공진을 멈춘다. 이렇게, 공진으로부터 추출된 에너지가 비평형력에 의해 공진에 결합된 에너지와 똑같아 비교적 작은 감쇠력으로 충분한 경우에, 공진은 임계적(critically)으로 멈추게 된다.

따라서, 본 발명은 복잡도 및 비용을 매우 감소시키면서 훨씬 더 양호한 성능을 제공할 수 있는, 진동 격리 문제에 대해 종래기술보다 훨씬 더 간편한 접근법을 제공한다. 이로써 기계의 강성체 모드만의 응답을 제어하면서 로컬 변위를 무시하는 제어형 마운트를 비교적 적게 사용할 수 있다. 이것은 장착된 구조물 및 기계에서의 여기된 공진이 선체에 대해 힘을 생성하지 않도록 해준다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 마운트를 제공하며, 상기 마운트는

상기 기계의 정하중을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단 및 상기 수동 탄성 수단 주위에 배치되어 있는 복수의 능동 격리 부재(active isolation element)를 포함하고, 상기 능동 격리 부재는 상기 기계의 모든 강성체 모드를 보상하도록 상기 마운트의 중앙 축에 대해 기울어져 있다.

본 발명의 적어도 하나의 바람직한 실시예의 주요 특징은 다음과 같다.

1) 본 시스템은 로컬 변위에 대해 제로 스티프니스를 유지하면서 외부 요구 힘을 생성할 수 있는 능동 부재를 추가함으로써 수동 마운트의 성능을 향상시킨, 잘 설계된 수동 장착 시스템이다. 능동 시스템이 스위치 오프되거나 전원 고장인 경우에, 성능은 기본 수동 장착 시스템의 성능이 되며, 이는 중요한 "안전 장치(fail safe)" 특성이다.

2) 전체 제어 알고리즘은 가속도계(accelerometer) 및 프록시미터(proximiter)의 어레이로부터의 가속도 입력으로부터, 지지되는 기계의 6개의 강성체 움직임(motion)을 필터링한다. 그 후, 이들 강성체 모드를 잘 제어된 방식으로 평형 상태로 복원하기 위한 한 세트의 외부 요구 힘을 생성한다.

3) 전체 제어 알고리즘은, 오직 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수 및 스티프니스, 마운트 공진 주파수 이하의 주파수, 수동 소자의 공진 주파수와 정확히 일치하는 주파수에 대해서만 마운트 성능을 변경하도록 설계되어 있다. 그 결과, 정부하는, 능동 제어가 스위치 온된 경우에도 수동 소자에 의해서만 지지되게 된다. 따라서, 요구 힘은 정적인 부품(static component)을 더 이상 필요로 하지 않으며, 복수의 관성 쉐이커를 전자석 대신에 사용할 수 있다.

4) 전체 제어 알고리즘은, 지지되는 기계의 특정한 공진의 개시를 검출하고, 이 여기된 공진에 대해 그 진폭을 제한하기 위해, 모드 가속도와 위상이 90°다른 선택적인 감쇠력을 생성하도록 확대될 수 있다. 이 감쇠력 요구는 선택된 관성 쉐이커에 공급되어 추가적인 힘이 선체에 생성되지 않도록 한다.

5) 본 발명의 시스템이 활성화되면, 모든 여기된 구조적 공진은 무시되고, 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에서 힘 전달율을 훨씬 더 빠른 속도가 되도록 조정(tailor)할 수 있고, 필요한 경우에 특정한 "문제"의 비평형력을 위한 노치 필터를 포함할 수 있다. 또 선체에 대한 유일한 힘은 잘 제어된 방식으로 강성체 모드를 평형 상태로 되돌리기 위한 외부 요구 힘이다.

6) 외란력(disturbance force)를 가하기 위해 능동 소자를 사용함으로써, 기계를 수동소자만으로 지지하면서, 특정한 공진의 검출을 포함하여 전체 전자 제어 시스템에 필요한 모든 파라미터를 현장에서 결정할 수 있다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 실제 구조물(피크형) 및 이상적인 스티프니스의 구조물(단조형)에 대한 일반적인 힘 전달율을 나타낸 그래프이다.

도 2는 종래의 회전 기계용 능동/수동 장착 시스템의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 제어 시스템의 블록도이다.

도 4는 본 발명에 사용하는 전기력 관성 쉐이커의 내부를 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 제1 바람직한 실시예의 마운트를 나타낸 사시도이다.

도 6 및 도 7은, 도 5의 능동 소자용 제어 시스템의 블록도이다.

도 8은 본 발명에 따른 제2 바람직한 실시예의 마운트를 나타낸 사시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 장착 시스템의 개략 사시도이다.

도 10은, 도 1과 마찬가지로 일반적인 힘 전달율을 나타낸 그래프이지만, 본 발명에 의해 실현될 수 있는 곡선을 추가한 그래프이다.

도 11은, 도 10의 전달율을 변경하기 위해 노치 필터를 사용한 것을 나타낸 그래프이다.

도 12는, 구조적인 진동을 감쇠시키기 위한 감쇠력을 생성하기 위해 도 3의 시스템을 확장한, 본 발명의 제어 시스템의 블록도이다.

도 13은, 도 12의 시스템을 구현하기 위한 도 8의 능동 소자용 제어 시스템 의 블록도이다.

도 14 및 도 15는 강철, 고무 네오프렌의 힘 전달율을 나타낸 그래프이다.

도 16은 고무에 대한 측정 및 예측된 힘 전달율을 나타낸 그래프이다.

플렉시블한 구조물의 움직임은 정상 모드들(normal modes)의 중첩으로 설명될 수 있다. 이들은 6개의 제로 주파수(zero frequency) 강성체 모드, 즉 3개의 병진 모드(translational mode)인 서지(surge, x축 방향의 전후동요), 스웨이(sway, 좌우동요) 및 히브(heave, 상하동요)와; 3개의 회전 모드인 롤(roll, 횡동요), 피치(pitch, 종동요), 및 요(yaw, 선수동요); 그리고 유한 주파수의 구조적 공진 모드로 이루어진다. 만약 회전 기계를 위한 장착 시스템의 합성 마운트가 6개의 강성체 모드만으로 작용하도록 되어 있고, 동시에 여기된 공진으로 인한 변위를 무시하도록 되어 있다면, 히브 모드의 경우에 힘 전달율은 도 1에서 단조 감소 곡선으로 나타난 바와 같을 것이다. 5 Hz 마운트 공진 주파수 근처 및 그보다 낮은 주파수에서는 힘 전달율이 변화되지 않지만, 그보다 높은 주파수에서는 진동 격리에 있어 두드러진 향상이 있다는 것을 알게 될 것이다. 모든 구조적 공진의 피크, 그리고 그로 인한 관련 음향 서명(associated acoustic signature)은 사라졌고, 힘 전달율은 dB/decade의 비율로 규칙적으로 떨어지고 있다.

본 발명에 따른 본 장착 시스템을 구현하기 위해서는 외부의 전체 요구와 동일하고 임의의 로컬 변위에 독립적인(즉, 로컬 변위에 대해 마운트 "제로 스티프니스"를 효과적으로 제공하는) 힘을 가하여야 한다. 이것은 각각의 마운트에 대해 하나씩 로컬 제어기를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 이로써 여기된 구조적 공진을 포함하여, 임의의 로컬 진동에 대해 "제로 스티프니스"를 보장할 수 있어서, 액추에이터를 통해 선체에 직접적으로 힘을 전달할 수 없다. 따라서, 선체에 전달되는 힘은 오직 외부의 전체 요구 힘뿐이다.

도 3을 참조하면, 각각이 부착 지점에서의 로컬 변위 및 그로 인한 로컬 속도를 측정할 수 있는 가속도계와 프록시미터의 어레이를 가지는 지지 시스템(support system)을 설치함으로써, 도면부호 30에서와 같이 6개의 강성체 모드의 변위 및 속도를 판정할 수 있다. 그 후, 이 출력 데이터를 행렬 변환에 의해 처리하여, 6개의 강성체 모드만의 변위 및 속도를 판정할 수 있다. 이 처리는 선모멘텀 및 각모멘텀의 보존 법칙을 활용하여, 도면부호 32에서와 같이 여기된 공진으로 인한 기여분(contributions)을 필터링한다. 6개의 강성체 모드의 나머지 변위로부터, 적절한 수학적 모델을 사용하여, 잘 제어된 방식으로 평형 상태로 되돌리기 위해 6개의 강성체 모드 각각에 대한 모드 복원력 및 토크를, 도면부호 34에서와 같이 계산할 수 있다. 표준 수동 스티프니스 함수(standard passive stiffness function)를 사용하여 강성체 모드 복원력을 계산하면, 힘 전달율은 도 1에서 감소하는 선으로 나타난다.

끝으로, 각각의 합성 마운트에 대해 하나씩, 도면부호 36에서와 같이, 기계의 6개 강성체 모드에 대해 필요한 모드 힘 및 토크를 생성하기 위한 한 세트의 "요구" 힘을 계산한다.

모드 전체 제어 법칙(modal global control law)과 결합된, "제로 스티프니 스" 액추에이터의 이 접근법은, 본 발명의 장착 시스템의 기초를 형성한다. 이것은 전체 관찰 스테이지(global observation stage)에서의 공진의 영향을 필터링하고, 여기된 구조적 공진 또는 로컬 진동이 선체에 대해 직접적으로 힘을 생성하는 것을 방지하면서 로컬 제어를 사용하여 강성체 모드에 대한 필요한 힘을 생성하려는 것이다. 그 결과는, 선체에 대해 생성된 힘은 오로지 기계의 강성체 모드를 잘 제어된 방식으로 평형 상태로 되돌리는 데 필요한 힘뿐이라는 것이다.

"제로 스티프니스"을 제공하기 위해 본 발명에 채용된 이 방법은, 제거하지 않았으면 로컬 변위에 따라 수동 소자만에 의해 생성되었을 힘을 능동적으로 제거하도록 로컬 제어기를 설계함으로써, 수동 소자와 병렬인 능동 소자를 갖는 것이다. 또한 이 로컬 제어기는, 스트레인 게이지 또는 하중 센서 또는 동등한 다른 힘 측정 디바이스로 측정한 때, 기계에 대한 힘이 외부 "요구"와 동등하고, 액추에이터가 로컬 진동에 대해 "제로 스티프니스"을 유지하도록 보장하여야 한다. 특히, 여기된 구조적 진동으로부터 어떠한 힘도 선체에 직접적으로 전달하지 않아야 한다.

도 9를 참조하면, 도 9는 도면부호 94로 개념적으로 나타낸 움직이는(회전, 왕복 등) 기계를 위한 본 발명에 따른 장착 시스템을 나타낸 것이다. 기계는 강성의 개방된 프레임워크(framework)의 래프트(96) 상에 장착되어 있고, 이 래프트(96)는 도 8에 각각 나타낸 바와 같은 6개의 마운트(98)로 이루어진 직사각형 어레이 위에 배치되어 있다. 각 마운트의 하중 센서(64)는 선박의 선체 구조물(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 박용 기계(Marine machinery)(94)는 주 추진 장 치(main propulsion unit) 뿐 아니라 발전기, 윤활 펌프(lubrication pump), 유압 시스템(hydraulic system), 압축 공기 발생기(compressed air generator) 등을 포함한다. 이들은 일반적으로 단일의 래프트(96) 상에 하드 마운트형(hard mounted)으로 모두 장착되어 있다. 이 모든 기계는 래프트(96)와 함께 마운트에 의해 지지되는 구조물을 구성한다. 주요 추진 기계 그 자체를 포함하여 이 지지되는 구조물 전체 내의 공진이, 선박에 음향 서명을 제공하고, 선박의 음향 서명은 본 발명에 따라 선체와 격리된다.

본 발명에 따른 마운트의 사시도를 나타낸 도 5를 참조하면, 원형의 래프트 마운트 판(50)은 마운트를 회전 기계를 지지하는 래프트(96)에 결합하기 위해 제공된다. 이 래프트 마운트 판(50)은 삼각형의 액추에이터 마운트 판(52)과 결합되어 있고, 그 꼭지점들은 3개의 전자석(54)에 대한 고정점을 제공한다. 각각의 전자석(54)은 전기자에 의해 본체(58)에 결합된 상부 장착판(56)을 포함한다. 각각의 본체(58)의 바닥은 다른 삼각형의 액추에이터 마운트 판(60)에 고정되어 있다. 액추에이터 마운트 판(52, 60)은 액추에이터의 중앙부에 고정되어 있고, 액추에이터 마운트 판(52, 60) 사이에 장착되고 엘라스토머 블록으로서 형성된 수동 부재(62)를 포함한다. 수동 소자(62)는 혼자서 기계 하중(machinery load)의 중량을 지지하도록 설계되어 있다. 수동 소자(62)는 기계에 생성된 압축력(compression force) 및 전단 응력(shear force), 그리고 로컬 변위로 인한 이들 힘의 변화를 측정하기 위해 3축 하중 센서(64) 위에 장착되어 있다.

능동 소자, 즉 전자석(54)은 제거하지 않았으면 로컬 변위에 따라 수동 소 자(62)만에 의해 생성되었을 힘을 제거하기 위한 힘을 생성할 수 있어야 한다. 이것은 마운트의 중심축(66)을 향해 각도를 이루는, 도시된 바와 같이 배치된 최소한 3개의 소자를 필요로 하여, 가상의 지점(69)에서 교차하는 전기자의 축(66)를 가지는 4면 구성(tetrahedral configuration)을 형성한다.

4면 구성의 목적은 공간 내에서 소정의 크기 및 소정의 방향을 갖는 순수 힘(net force)을 생성할 수 있도록 하는 것이다. 이것은 제거하지 않았으면 수동 소자에 의해 생성되었을 힘의 수직 및 전단(shear) 성분을 제거할 수 있도록 한다-제로 스티프니스. 끝으로, 강성체 모드에 대한 순수 병진력 및 토크는 힘의 합으로서, 전체 마운트의 어레이로부터 생성된다.

도 9에 도시된 본 발명의 장착 시스템은 앞서 언급한 공지된 시스템보다 더 적은 수의 전자석을 필요로 하며, 기계의 총 질량이 수동 소자 상에서 지지되기 때문에, 능동 소자는 아주 큰 힘을 생성할 필요는 없다. 또, 마운트 공진 주파수 이하의 주파수에 대해 수동 시스템만의 성능을 용인한다면, 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에 대한 마운트 성능만을 변경하고, 이 주파수 대역 미만에서 수동 소자의 성능과 정확하게 일치하도록 전체 제어 알고리즘의 설계를 변경할 수 있다. 이로써 마운트 공진 주파수 이하에서, 수동 소자만으로 성능을 제어하는 것이 보장될 것이고, 필요에 따라 마운트의 진동 격리 성능을 변경하도록 전제 제어 알고리즘을 설계할 수 있다. 또, 정하중은, 능동 제어가 스위치 온된 경우에도 여전히 수동 소자만에 의해 완전히 지지된 상태이다. 이것의 중요한 결과는, 능동 소자에 의해 생성된 힘이 더 이상 정상 성분(steady component)을 필요로 하지 않는다는 것이다. 여기된 공진을 포함하여 로컬 진동에 대해 제로 스티프니스를 유지하기 위해, 오직 적절한 주파수의 힘을 변경하는 것만이 요구된다.

능동 소자에 대한 힘 요구는 두 가지 고려사항에 의해 설정된다. 첫째로, 강성체 모드에 대한 복원력을 생성할 필요가 존재한다는 것이고, 둘째로 여기된 공진에 대해 제로 스티프니스를 유지할 필요가 존재한다는 것이다. 강성체 모드에 대한 복원력은, 마운트 공진 주파수보다 높은 주파수에서 움직이는 기계에 의해 생성된 비평형력과 비교할 수 있을 것이다. 상당히 균형이 잘 잡힌(well-balanced) 기계를 사용하면, 이 힘들은 중력의 정력(static force)의 1/500보다 작을 수 있다. 대형 박용 기계는 일반적으로 각각의 용량이 20톤인 적절한 개수의 고무 마운트 상에 지지된다. 따라서, 이것은 최대 ±400 newton [±20,000×10/500]까지의 총 힘을 생성할 수 있는 전자석을 필요로 할 것이다. 도 5의 액추에이터는 수직에 대해 30°기울어져 있으며; 각각의 액추에이터는 최대 308 newton [2×400/(3×cos30)]의 힘을 생성하여야 할 것이다

또한, 여기된 공진에 대해 제로 스티프니스를 유지하기 위한 요건도 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 연관된 기계적인 증폭이 마운트에서 큰 진동 진폭을 일으킬 수 있기 때문에, 이것은 선체에 대해 큰 힘을 생성할 수 있다. 만약 여기된 공진이 마운트에서 큰 진폭 변위를 일으키면, 제로 스티프니스를 유지하기 위해 더 많은 전자석이 필요할 것이다.

도 3에 개략적으로 도시된 도 5의 마운트용 제어 시스템에 관련하여, 전자석의 큰 비선형성은 간편한 피드백 제어를 충족시킬 수 없게 한다. 이것을 극복하기 위해, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 더욱 복잡한 로컬 제어를 필요로 한다. 이 전략은 상대적인 마운트 변위의 피드포워드 및 전달되는 힘의 피드백 모두를 포함한다. 작은 변위의 경우, 주된 비선형성은 전자석의 작용에 기인한 것이지만, 이것은 정적이고 정확한 모델을 얻을 수 있다. 결과적으로 모델 반전 기술을 사용하여 시스템을 선형화할 수 있다. 이 형태의 반전 다음에, 로컬 제어기의 목표를 충족시키기 위해 표준 선형법(standard linear methods)을 잔류 에너지(residual dynamics)에 적용할 수 있다. 로컬 제어기는 요구 힘 및 상대적인 변위를 이용하여 디지털 스위칭 증폭기를 통해, 전자석에 대한 전류 요구를 가능한 한 정확하게 생성하여, 제거하지 않았으면 수동 소자만에 의해 생성되었을 힘을 능동적으로 제거한다. 로컬 제어기에 대한 자세한 것은 도 7에 나타냈다. 로컬 제어기는 또한 요구 힘과 측정된 힘의 차이를 판정한다. 이것은 피드백 보상 유닛을 통해 로컬 제어기에 피드백되어 임의의 잔류 에러(residual error)를 최소화한다.

본 발명에 따르면, 마운트 공진 주파수 이하의 주파수에 대해 수동 시스템만의 성능을 용인하면, 능동 소자에 의해 생성된 힘은 더 이상 정상 성분을 필요로 하지 않는다. 마운트에 제로 스티프니스를 부여하기 위해 수동 소자를 압축 또는 확장하는데 필요한 동등한 힘 및 상반하는 힘을 생성하기 위해, 도 5의 전자석을 도 8에 도시된 바와 같이 전기력 또는 유압 관성 쉐이커의 쌍들로 교체하는 경우에, 이것은 마운트에 대한 다른 설계를 자유롭게 한다.

도 8을 참조하면, 도 8에는 본 발명에 따른 바람직한 제2 실시예의 마운트의 사시도를 나타냈으며, 도 5와 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호로 표시하였 다. 도 8에서, 전기력 관성 쉐이커(70)는 능동 소자로서 사용된다(이러한 쉐이커의 한 형태에 대한 내부 구성의 상세도를 도 4에 나타냈으며, 자세한 것은 후술한다). 3개의 쉐이커(70a)로 이루어진 상부 세트는 상부 장착판(52)에 장착되어 있고, 3개의 쉐이커(70b)로 이루어진 하부 세트는 상부 세트의 쉐이커들의 움직임에 대항하도록, 삼각형의 하부 장착판(72)에 장착되어 있어, 상부 장착판(52)과 하부 장착판(72) 사이에서 압축력 및 인장력을 가할 수 있다. 관성 쉐이커들의 축은 마운트의 축 상의 한점에서 교차한다. 각각의 쉐이커는 쉐이커 본체(76) 내에서 슬라이딩하는 전기자(74)에 결합되어 있다.

이렇게 관성 쉐이커를 사용하는 데에는 3가지 이점이 있다. 첫째로, 관성 쉐이커는 오직 교번하는 힘만을 생성할 수 있기 때문에, 수동 소자에 더 이상 예비 응력(pre-stress)을 가할 필요가 없다. 둘째로, 관성 쉐이커는 전자석에 비해 동작이 훨씬 더 선형적이기 때문에, 로컬 제어기의 설계가 더 간편해지고 정밀도가 더욱 양호해진다. 셋째로, 관성 쉐이커는 설치가 훨씬 더 용이하고 상업적인 제품으로 입수가 용이하다.

전자석 전기력 관성 쉐이커의 개략적인 형태는 도 4에 나타냈다. 도 4는, 자석 축이 수직방향인 원형의 영구 자석으로 구성되는 질량체(mass)(41)를 포함하는 전자석 전기력의 능동 관성 쉐이커를 보여준다. 이 질량체(41)는 하우징(45)에 고정되어 있는 두 개의 격판(diaphragm)(42)에 볼트(44)로 고정되어 있다. 따라서, 질량체(41)는 스프링으로 작용하는 격판(42)과 함께 수직 방향으로 상하로 이동할 수 있다. 영구 자석(41)은, 수직 방향의 축을 가지고 하우징(45)에 부착되어 있는 전기 코일(43)에 의해 둘러싸여 있다. 교류가 코일을 통과하면, 영구 자석(41)은 수직 방향으로 진동할 것이고, 이에 따라 진동하는 수직의 관성력이 하우징이 대해 발생한다. 교류는 마운트의 전체 제어 시스템으로부터 제공되고, 스티프니스 함수(stiffness fuctions)를 생성한다.

관성 쉐이커에 대한 힘 요구는 강성체 모드에 대한 복원력을 생성해야하는 필요, 그리고 둘째로 여기된 공진에 대해 제로 스티프니스를 유지해야할 필요에 의해 설정된다. 상당히 균형이 잘 잡힌 기계의 경우로 돌아가면, 이 힘은 중력의 정력의 1/500보다 작을 수 있다. 따라서, 20 tonne 용량의 수동 소자를 마운트에 대해 변환하기 위해, 관성 쉐이커는 전체 400 newton의 힘을 생성할 수 있어야 한다. 도 8의 마운트는 수직 방향에 대해 30°기울어져 있으며; 각각의 마운트는 77 newton[400/(6×cos30)]의 힘을 생성하여야 할 것이다. 이 수치는 도 5의 전자석의 최대 힘인 308 newton의 1/4이다.

여기된 공진에 대해 제로 스티프니스를 유지하기 위해 더 많은 감쇠 요건이 필요할 수 있다. 만약에 여기된 공진이 마운트에서 매우 큰 진폭 변위를 일으키면, 제로 스티프니스를 유지하기 위해서는 훨씬 더 큰 힘이 요구될 것이다. 하나의 가능성은 소형의 유압 쉐이커를 사용하는 것인데, 이것은 비평형력만에 대처하기 위해 필요한 77 newton 보다 거의 13배 큰 1,000 newton의 힘을 생성할 수 있기 때문이다.

쉐이커의 스티프니스 함수(stiffness fuction)는 전자적으로 생성되므로, 임의의 인과 및 안정화 함수(causal and stabilising function)를 사용할 수 있다. 따라서, 도 1에서 감소 곡선으로 나타낸 것보다 격리를 더욱 개선하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 10의 더욱 가파르게 감소하는 곡선은 함수에 대한 응답을 나타낸 것으로, 고주파 롤오프 레이트(high frequency roll-off rate)는 dB/decade로 개선되고 마운트 공진은 약간 감쇠된다. 다른 곡선들은 비교를 위해 도 1에서 가져온 것이다. 실제로, 센서에서의 노이즈는 센서가 달성할 수 있는 최대 성능을 제한할 것이지만, 도 1에서보다는 실질적으로 더 우수한 성능을 달성할 것으로 예상할 것이다.

명백히, 본 발명의 장착 시스템은, 기계의 총 질량을 수동 소자 위에서 지지하고 매우 큰 힘을 생성하는 데에 능동 소자를 필요로 하지 않기 때문에, 앞서 언급한 종래의 시스템보다 더 적은 수의 전자석을 필요로 한다. 또, 마운트 공진 주파수 이하의 주파수에 대해 수동 시스템만의 성능을 용인하면, 오직 마운트 주파수보다 높은 주파수에 대한 마운트 성능만을 변경하도록 전체 제어 알고리즘을 설계하여, 이 주파수 대역 미만에서 수동 소자의 그것과 정확하게 일치하도록 할 수 있다. 이것은, 능동 제어가 스위치 온된 경우에도 수동 소자만에 의해 정부하를 완전히 지지하는 것을 보장할 것이고, 이는 능동 소자에 의해 요구되는 힘을 더욱 감소시킨다. 이에 대한 중요한 결과는 능동 소자에 의해 생성된 힘이 정상 성분을 더 이상 필요로 하지 않는다는 것이다. 여기된 공진을 포함하여, 로컬 진동에 대해 제로 스티프니스를 유지하기 위해, 적절한 주파수의 교번하는 힘만을 필요로 한다. 이것은 전기력 또는 유압 관성 쉐이커를 사용함으로써 달성될 수 있다.

이렇게 관성 쉐이커를 사용하는 데에는 3가지 이점이 있다. 첫째로, 전자석 을 통과하는 전류의 증가 또는 감소에 따라 생성되는 힘의 변화가 포지티브(positive) 또는 네가티브(negative)가 될 수 있도록 하기 위해, 수동 소자에 더 이상 예비 응력(pre-stress)을 가할 필요가 없다. 둘째로, 관성 쉐이커는 전자석에 비해 동작이 훨씬 더 선형적이기 때문에, 로컬 제어기의 설계는 더 간편해지고 정밀도는 더욱 양호해진다. 셋째로, 관성 쉐이커는 상업적인 제품이므로 입수가 용이하다.

또한 강성체의 움직임을 검출하기 위해 기계에 장착된 가속도계의 어레이를 사용하여, 문제의 공진, 즉 하나 이상의 마운트에서 큰 진폭 변위를 일으키는 공진의 개시를 검출한다. 이것은 다만 이 공진을 골라내기 위해 선택된 가중 계수와의 추가적인 행렬 곱(matrix multiplication)을 포함할 뿐이다. 도 8에 도시된 3개의 관성 쉐이커(70a)로 이루어진 상부 세트를 사용하여, 동시계류중인 국제 특허공개공보 WO 01/84012에 개시된 방법으로, 모드 변위와 위상이 90°다른 감쇠력을 가하여 이 공진을 감쇠시킬 수 있다. 이렇게 공진으로부터 추출된 에너지가 비평형력에 의해 공진에 결합된 에너지와 같아서, 상당히 작은 감쇠력으로 충분하여야 할 때, 이 공진은 임계적으로 감쇠된다. 이 추가적인 감쇠는, 문제가 발견된 후에 "소프트웨어 패치"로서 간편하게 추가될 수 있어, 추가적인 잠재적 비용을 줄일 수 있다.

만약 전자석이 여기된 공진을 선택적으로 감쇠시키려면, 선체 및 기계에 대해 같지만 상반하는 힘과, 그로 인한 공진 주파수에서의 선체 대한 힘을 발생시킬 것이기 때문에, 선택적인 감쇠에 전자석을 사용하지 않을 수 있다는 것에 유의하여 야 한다.

도 3의 시스템의 "오버레이(overlay)"이며, 구체적으로 적절한 감쇠력을 생성하는 문제에 관한 것인 바람직한 실시예의 제어 시스템을 도 12에 나타냈다. 도 3과 유사한 부분은 동일한 도면부호로 나타냈다. 도 12는 두 개의 공진을 감쇠시키는 경우에, 선택적인 감쇠의 기본적인 원리를 나타낸 것이다. 도면부호 30에서 얻은 가속도 데이터를, 행렬 변환에 의해 처리하여, 도면부호 100에서와 같이 문제의 공진에 대해 모드 속도를 결정한다. 이 두 개의 모드 속도로부터, 도면부호 102에서와 같이 모드 감쇠력을 계산할 수 있으며, 그로부터 최종적으로 도면부호 36에서와 같이 필요한 모드 감쇠력을 생성하기 위해, 각각의 마운트에 대해 하나씩, 한 세트의 로컬 "요구" 힘을 계산할 수 있다.

도 8의 마운트를 위한 로컬 제어기는 도 13에 도시한 바와 같다. "선택적인 감쇠 제어 요구 힘"이 없기 때문에, 상부 마운트의 관성 쉐이커(70a) 및 하부 마운트의 관성 쉐이커(70b)는, "강성체 제어 요구 힘"에 의해 결정된 바와 같이, 강성체 움직임을 제어하도록 외부 요구 힘을 유지하면서 로컬 진동(상대 변위)에 대해 제로 스티프니스를 유지하도록 구동된다. 하지만, "선택적인 감쇠 제어 요구 힘"은, 상기한 마운트의 쉐이커만을 통해, 장착된 기계에 대해 추가적인 힘을 생성하여 특정한 공진을 감쇠시킨다. 가해진 래프트 힘은 래프트에 생성된 힘이고, 전달된 힘은 선체에 전달된 힘이다. 상부의 관성 쉐이커는 선체에 전달되지 않는 추가적인 감쇠력을 생성할 수 있기 때문에, 이 두 힘은 다를 수 있다.

또한 "노치 필터"를 사용함으로써 특정한 "문제"의 비평형력의 전달을 더욱 감쇠시키기 위해 힘 전달율을 조정(tailor)하는 것도 가능하다. 이것에 대한 일례를 도 11에 나타냈으며, 도 11에서 곡선은 30 Hz에 중심이 있는 예리한 노치 필터를 나타내고, 단조 곡선(monotonic curve)은 비교를 위해 도 10에서 가져온 것이다. 이 추가적인 노치 필터는 문제에 직면한 후, 도 10의 단계 100에서 "소프트웨어 패치"로서 간편하게 추가될 수 있어, 추가적인 잠재적 비용을 줄일 수 있다.

본 발명의 장착 시스템은 현장에서 교정될 수 있다. 관성 쉐이커를 사용하여, 수동 소자만으로 기계를 지지하면서 외란력을 가할 수 있다. 가속도 응답의 분석은, 힘 입력의 측정과 함께, 문제의 공진을 선택적으로 감쇠시킬 때 사용하기 위한 임의의 추가적인 가중 계수를 포함하여, 전체 전자 제어 시스템이 필요로 하는 모든 파라미터를 얻을 수 있도록 한다.

본 발명의 마운트의 수동 소자의 구성과 관련하여(도 5의 도면부호 62), 수동 소자의 세 후보, 즉 강철 코일 스프링, 약간 감쇠되는 고무, 및 보다 강하게 감쇠되는 네오프렌에 대해 수동적인 힘 전달율을 측정하였다. 그 결과를 도 14 및 도 15에 나타냈다. 도 11로부터는 강철 코일 스프링이 가장 낮은 내부 감쇠와, 그로 인해 가장 큰 마운트 공진을 가진다는 것을 알 수 있을 것이다. 강철 스프링의 경우에, 도 15는 마운트 공진(대략 10Hz)을 나타낼 뿐만 아니라, 약 150, 340, 및 360 Hz에서의 더 높은 주파수의 스프링 공진을 나타낸다. 고무 및 네오프렌에서의 공진이 존재하지 않기 때문에 150 Hz보다 높은 주파수에서의 힘 전달율은 훨씬 낮다. -60 dB 미만에서, 신호는 기계(instrumentation)의 기저 잡음(noise floor)보다 낮아진다. 모든 경우에, 대략 250 Hz의 공진이 존재한다. 이것은 힘 전달율을 상승시키는 하중 센서 내에서의 공진이다. 하지만, 250 Hz보다 높은 롤오프 레이트는, 이 공진에 의해 생성된 추가적인 고주파 격리로 인해, 고무 및 네오프렌의 경우에 상당히 개선되는데, 이는 이중 장착 시스템으로 작용한다. 강철 스프링의 경우에, 이 개선은 이 영역(region)에서의 공진에 의해 없어진다(masked). 분명한 것은 엘라스토머의 사용으로 인해 강철 코일 스프링보다 전체 성능이 더욱 우수해진다는 것이다. 천연 고무는 마운트 공진 바로 위의 영역에서 보다 큰 롤오프 레이트를 가지고, 인열 강도(tear strength)가 우수하기 때문에 대개 해양 환경에 바람직하다. 하지만, 중요한 문제는 액추에이터가 정확하게 제어될 수 있도록, 세 후보의 응답을 얼마나 잘 모델링할 수 있는가 하는 것이다. 모델링 정확도의 시험은 랜덤 가진(random excitation)에 대한 측정 및 예측된 힘 출력의 비교로 나타냈다. 도 16은 고무 수동 소자에 대한 이 비교를 나타냈다. 강철 스프링 및 네오프렌에 대한 모델링 정확도는 대체로 비슷하였지만 상세한 정도(random excitation)는 덜 양호하였으며, 특히 강철 스프링의 경우에 스프링의 공진 주파수 근처에서 에러가 최대였다.

Claims (36)

1. 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하는 진동 격리 방법으로서,

   상기 기계의 정하중(static load)을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단(passive resilient means), 및 능동 격리 수단(active isolation means)을 각각 포함하는, 복수의 탄성 마운트(resilient mount)를 포함하는 지지부재(support)로 상기 기계를 지지하는 단계;

   각각의 상기 탄성 마운트의 능동 격리 수단을, 공진 주파수보다 낮은 주파수에서는, 각각의 상기 탄성 마운트의 성능 파라미터가 실질적으로 상기 수동 탄성 수단의 성능 파라미터가 되도록 제어하는 단계; 및

   각각의 상기 탄성 마운트의 능동 격리 수단을, 상기 탄성 마운트의 공진 주파수보다 높은 주파수에서, 소정의 주파수 대역에 걸쳐, 실질적으로 상기 탄성 마운트의 제로 스티프니스가 여기된 구조적 공진에 대해 유지되도록, 그리고 상기 지지부재의 움직임의 강성체 모드가 보상되도록 제어하는 단계

   를 포함하는 진동 격리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 능동 격리 수단은 교번하는 힘(alternating force)만을 가하는, 진동 격리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 능동 격리 수단을, 공진 진동(resonant vibration)의 개시를 억제하기 위해 구조적 공진을 감쇠시키도록 제어하는 단계를 더 포함하는

   진동 격리 방법.
4. 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 진동 격리 시스템으로서,

   복수의 탄성 마운트를 포함하는, 기계용 지지부재; 및

   주파수의 함수로서 상기 마운트의 스티프니스를 제어하기 위한 제어 수단

   을 포함하고,

   각각의 상기 마운트는,

   상기 기계의 정하중을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단; 및

   상기 제어 수단에 연결된 능동 격리 수단

   을 포함하고,

   상기 제어 수단은,

   공진 주파수보다 낮은 주파수에서는, 각각의 상기 탄성 마운트의 성능 파라미터가 상기 수동 탄성 수단의 성능 파라미터가 되도록 배치되고,

   상기 탄성 마운트의 공진 주파수보다 높은 주파수에서, 소정의 주파수 대역에 걸쳐, 실질적으로 상기 마운트의 제로 스티프니스가 여기된 구조적 공진에 대해 유지되도록, 그리고 상기 지지부재의 움직임의 강성체 모드를 보상하도록 배치되어 있는,

   진동 격리 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 지지부재는 래프트(raft)를 포함하고,

   상기 복수의 탄성 마운트는 상기 래프트를 구조물에 장착하는 어레이를 형성하는, 진동 격리 시스템.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 시스템은,

   강성체 모드의 움직임에서 상기 지지부재의 움직임을 감지하기 위한 수단;

   감지한 상기 움직임으로부터, 여기된 공진에 의해 생기는 변위를 필터링하기 위한 수단;

   모드 복원력을 계산하기 위한 수단; 및

   강성체 모드의 움직임을 보상하도록 각각의 상기 탄성 마운트에 로컬 요구 힘을 가하기 위한 수단

   을 포함하는, 진동 격리 시스템
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 소정의 구조적 공진의 성장(development)을 억제하도록 상기 탄성 마운트에 감쇠력을 가하기 위한 수단을 포함하는, 진동 격리 시스템.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 소정의 구조적 공진을 필터링하기 위한 노치 필터 수단을 포함하는, 진동 격리 시스템.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 상기 탄성 마운트의 능동 격리 수단은 복수의 능동 격리 부품을 포함하는, 진동 격리 시스템.
10. 제9항에 있어서,

    각각의 상기 능동 격리 부품은 전자석을 포함하는, 진동 격리 시스템.
11. 제10항에 있어서,

    상부 장착판 및 하부 장착판을 더 포함하고,

    상기 전자석은 상기 상부 장착판과 상기 하부 장착판 사이에 장착되어 있는, 진동 격리 시스템.
12. 제9항에 있어서,

    상기 능동 격리 부품은 관성 쉐이커(inertial shaker)를 포함하는, 진동 격리 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    각각의 상기 능동 격리 부품은 복수의 관성 쉐이커를 포함하고,

    하나의 쉐이커는 다른 쉐이커와 반대 방향으로 배치되어 하나의 쌍을 형성하는, 진동 격리 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상부 장착판 및 하부 장착판을 더 포함하고,

    상기 상부 장착판에 장착된 하나의 쉐이커와, 상기 하부 장착판에 장착된 다른 쉐이커가 각각 쌍을 이루는, 진동 격리 시스템.
15. 제13항에 있어서,

    상기 제어 수단은, 소정의 구조적 공진의 성장을 억제하도록 각각의 상기 쌍 중 하나의 쉐이커에 감쇠력을 가하기 위한 수단을 포함하는, 진동 격리 시스템.
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 능동 격리 부품은 각각의 상기 탄성 마운트의 중심축에 대해 각도를 가 지고 기울져 있는, 진동 격리 시스템.
17. 제16항에 있어서,

    각각의 부품의 축이 상기 중심축에 대한 가상의 공통 지점(imaginary common point)에서 교차하는 각도로 기울어진 3개의 부품을 포함하는, 진동 격리 시스템.
18. 제3항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 탄성 마운트의 수동 탄성 수단은, 천연 고무와 합성 고무 중 하나인 엘라스토머를 포함하는, 진동 격리 시스템.
19. 제3항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 탄성 마운트는 전달된 힘을 측정하기 위한 3축 힘 측정 수단을 포함하는, 진동 격리 시스템.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 성능 파라미터는 스티프니스인, 진동 격리 방법 또는 시스템.
21. 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 마운트로서,

    상기 기계의 정하중을 완전히 지지하기 위한 수동 탄성 수단; 및

    서로 상대적으로 배치되되, 상기 마운트의 공진 주파수보다 높은 소정의 주 파수 대역에 걸쳐 여기된 구조적 공진에 대해 상기 마운트의 제로 스티프니스를 실질적으로 유지하도록, 그리고 선체에 대한 비평형력의 전달을 변경하도록 배치되어 있는, 복수의 관성 쉐이커를 포함하는 능동 격리 부재

    를 포함하는, 마운트.
22. 제21항에 있어서,

    두 세트의 관성 쉐이커를 더 포함하고,

    한 세트 중 하나의 관성 쉐이커는 다른 세트 중 하나의 관성 쉐이커와 반대 방향으로 배치되어 있는, 마운트.
23. 제22항에 있어서,

    상부 장착판 및 하부 장착판을 더 포함하고,

    상기 한 세트의 관성 쉐이커는 상기 상부 장착판에 장착되어 있고,

    상기 다른 세트의 관성 쉐이커는 상기 하부 장착판에 장착되어 있는, 마운트.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 관성 쉐이커는 상기 마운트의 중심축에 대해 각도를 이루고 기울어져 있는, 마운트.
25. 제22항에 있어서,

    두 세트의 관성 쉐이커를 포함하며,

    각각의 상기 세트의 관성 쉐이커는, 상기 마운트의 중심축에 대해 각도를 이루고 기울어져 있어, 각각의 상기 세트의 관성 쉐이커의 축이 중심축에 대해 각각의 가상의 공통 지점에서 교차하는, 마운트.
26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 수동 탄성 수단은, 천연 고무와 합성 고무 중 하나인 엘라스토머를 포함하는, 마운트.
27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 마운트는 전달된 힘을 측정하기 위한 3축 힘 측정 수단을 포함하는, 마운트.
28. 기계를 장착하고, 상기 기계로부터의 진동을 격리하기 위한 마운트로서,

    상기 기계의 정하중을 지지하기 위한 수동 탄성 수단; 및

    상기 수동 탄성 수단 주위에 배치되어 있는 3개 이상의 능동 격리 소자

    를 포함하고,

    상기 능동 격리 소자는, 상기 마운트의 중심축에 대해 기울어져서 상기 기계의 모든 강성체 모드를 보상하는,

    마운트.
29. 제28항에 있어서,

    상기 능동 격리 소자는 상기 마운트의 중심축에 대해 기울어져서, 상기 부품들의 중심축이 상기 마운트의 중심축에 대한 가상의 지점에서 교차하는, 마운트.
30. 제28항 또는 제29항에 있어서,

    각각의 상기 능동 격리 소자는 전자석을 포함하는, 마운트.
31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,

    상부 장착판 및 하부 장착판을 더 포함하고,

    상기 전자석은 상기 상부 장착판과 상기 하부 장착판 사이에 장착되어 있는, 마운트.
32. 제28항 또는 제29항에 있어서,

    상기 능동 격리 소자는 관성 쉐이커를 포함하는, 마운트.
33. 제32항에 있어서,

    제1 관성 쉐이커는 제2 관성 쉐이커와 반대 방향으로 배치되어 있는, 마운트.
34. 제33항에 있어서,

    상부 장착판 및 하부 장착판을 더 포함하고,

    제1 세트의 관성 쉐이커는 상기 상부 장착판에 장착되어 있고, 제2 세트의 관성 쉐이커는 상기 하부 장착판에 장착되어 있는, 마운트.
35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 수동 탄성 수단은, 천연 고무와 합성 고무 중 하나인 엘라스토머를 포함하는, 마운트.
36. 제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

    전달된 힘을 측정하기 위한 3축 힘 측정 디바이스를 더 포함하는, 마운트.

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