JPH0324340A - アクティブ方式動吸振器の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、船等の交通機関、ビル等の建築構造物、機
械装置等において振動を減少させるためのアクティブ方
式動吸振器の制御方法に関し、主振動系に大きな加振力
が加わった時にアクティブ方式動吸振器がオーバースト
ロークするのを防止したものである。

〔従来の技術〕

従来から振動を減少させる方法として動吸振器が知られ
ているが、これは対象物（主振動系）から振動を受けて
作動するパッシブ方式であった。

最近になり動吸振器の付加質量の動きをサーボ制御で駆
動するアクティブ方式が現れ、試験段階から少数例では
あるが実用化されるようになってきた。アクティブ方式
は付加質量を何らかの手段、例えば電動機、油圧シリン
ダー等を用いて加振する。第２図はその例である。主振
動系１０は床から加振されている。この振動を加速度セ
ンサー１４で検出して振動を制御するコントローラ（制
振コントローラ）１８へ送る。制振コントローラ１８は
検出された振動に応じた指令を変位コントローラ２０へ
送り、変位コントローラ２０はそれに応じてサーボ弁２
２を介して浦圧シリンダー２４を駆動して付加質量１２
を動かす。付加質量１２を適切なタイングで動かすと、
その時の反力が床から主振動系１０へ加えられる力を打
ち消すので、主振動系１０の振動を小さくすることがで
きる。

付加質量１２の動きは、主振動系１０に対する付加質ｆ
ｆｉｌ２の変位を制御するサーボ制御系によって行なわ
れる。付加質量１２の変位は変位センサ２６で検出され
、変位コントローラ２０で制振コントローラ１８からの
指令値と比較され、偏差に応じた信号がサーボ弁２２へ
送られて浦圧シリンダー２４への油の流れを制御して付
加質ｊｔｌ２を動かす。

付加質量１２はほぼ直線状態に動く必要があるので、通
常は付加質量１２を支えガイドするための床、レール等
が必要であり、また駆動力を伝えるためのビニオンラツ
クあるいは油圧シリンダー２４のピストンロッドを必要
とする。レールでもシリンダーでもその長さには限界が
あるので付加質量１２の動きのストロークは制約をうけ
る。

一般には予想される振動の大きさに応じた、経済的に最
適なストロークが決り、これを満足する様にアクティブ
方式の動吸振器を設計することが望ましい。なぜなら、
希にしか発生しない大きさの振動にまで対応できる様に
ストロークを大きくとっておくには動吸振器の設置スペ
ースを大きくする必要があり、またストロークを大きく
するということは、付加質量１２をより大きい振怖で駆
動することを意味し、大きな動力を必要とする。

以上の理由から、例外的に大きな振幅で対象物が振れる
場合までも考慮して、ストロークを決める事は不経済で
あり、また時には設置スペースあるいは駆動力の制約の
ため不可能な場合もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ストロークあるいは駆動力が制約されたアクティブ方式
動吸振器を設備した時に、例外的に大きな振幅で対象物
が振動すると以下のような問題が発生する。

アクティブ方式はサーボコントロールすることにより制
御されるので、対象物の振れの大きさに比例した力で付
加質量を駆動しようとする。そしてストロークの大きさ
も振れの大きさに比例する。

しかし対象物の振れが動吸振器の設計上の限界を越えて
しまうと、許容値以上の駆動力を出すように、例えば電
動機の電流が過大に流れたり、あるいはストロークの制
限以上に動こうとして、付加質量がトスローク端でスト
ッパーに衝突してしまう。

これをシミュレーション例で説明する。

第３図は動吸振器を作動させないときの対象物の振動で
ある。この例では加振力を増減させているのでそれに応
じて対象物の振幅が増大している。

第４図はアクティブ方式の動吸振器を作動させた場合で
、（ａ）は対象物の動き、（ｂ）は付加質量の動きであ
る。この例では、付加質量の動きのストロークには制約
がなく、必要な量だけ動けるものとしているので、付加
質量は５目盛以上の振幅となっている。付加質量がスト
ロークの制約を受けず必要なだけ動けるので対象物の振
動は加振力の大小にかかわらず一定の割合いで減少して
いる。これに対して第５図は自由に動けるストロークに
制約を設け、２．５目盛以上は動けない様にしたので、
対象物の振動が太きくると付加質量の動きがストローク
端に衝突してしまう例である。

動吸振器が有効であるためには主振動系の動きと動吸振
器の付加質量の動きの位相が一定の関係になければなら
ない（概略９０度の位相差で動く）。

ところが付加質量がストローク端で停止し跳返ってしま
うと主振動系と付加質量の動きの関係が崩れてしまい、
もはや制御出来なくなる。第５図では主振動系の振動を
防止出来ないだけでなく衝突により激しい振動が発生し
ていることが分かる。

同様のことは駆動装置の出力に上下限を設定した時にも
発生する。ある限界に達すると急に力をそれ以上に出せ
なくなるので付加質量の動きが乱れてしまう。油圧駆動
方式でサーボ弁を使用している時にサーボ弁の開度が１
００％に達してしまった状態でも同様である。

この様な場合に対して従来考えられている対策は、動吸
振器の運転を止めてしまい振動を減らすことを諦めるこ
とであった。アクティブ方式劾吸振器のストローク或い
は駆動力の制約以上の能力を必要とする振動を防止する
ことは原理的に不可能であるが、制約以上の振動が発生
した時にも動吸振器の能力の範囲内で主振動系の振動を
少しでも減少させ、滑らかな運転を続けることが出来れ
ば動吸振器を通常発生すると予想される大きさの振動に
対して必要最小限の大きさに設計でき、無理な運転によ
る破損の防止などにも有効であり、同時に希にしか発生
しない様な大きさの振動も動吸振器の能力の範囲内で減
らすことができる。

この発明は、このような要請に応えるべくしてなされた
もので、主振動系に大きな加振力が加わった時に動吸振
器がオーバストロークするのを防止して機器に過大な力
がかかることを防止したアクティブ方式動吸振器の制御
方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、動吸振器の付加質量の振幅の増加に応じて
、フィードバックのゲインを減少するようにしたもので
ある。またこの発明は、主振動系の振動の振幅の増加に
応じて、フィードバックのゲインを減少するようにした
ものである。また、この発明は、付加質量を駆動するア
クチュエータの動力あるいは力の増加に応じて、フィー
ドバックのゲインを減少するようにしたものである。

〔作　用〕

付加質量の動きが乱れてしまうのは、ストローク端で急
伜止したり駆動力の速度の上下限に達した所で力や速度
の変化の割合がある値から急に零になってしまうためで
ある。しかしストロークや駆動力の限界を急に設けず、
緩やかに限界へ近付く様にすれば主振動系と付加質量の
動きの位相差を乱すことなく動吸振器の運転を続けるこ
とができ、主振動系の振動を減らすことができる。とこ
ろで、アクティブ方式動吸振器では付加質量の動きはサ
ーボ制御されているので動吸振器の効き具合は制御のゲ
インで調整可能である。そしてゲインを小さくすれば付
加質量の振幅は小さくなり、必要な駆動力もそれらに比
例して小さくなる。従って動吸振器の動きの振幅、或い
は主振動系の振幅、或いは必要な駆動力が大きくなった
場合にはそれに応じて制御のゲインを小さくすれば付加
質量の振幅は主振動系の振幅に比例しては増えないので
、動吸振器が設計上の限界を越えて作動することを防げ
、しかも能力の限界内で主振動系の振動を減らすことが
出来る。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に示す。前記第２図の従来
装置と共通する部分には同一の符号を用いる。この実施
例では付加質量の振幅がある値以上になると制御のゲイ
ンを減らすように構成されている。

主振動系１０は床から加振されている。この振動・を加
速度センサー１４で検出して振動を制御するコントロー
ラ（制振コントローラ）１８へ送る。

１；Ｉノ振コントローラ１８は検出された振動に応じた
指令を変位コントローラ２０へ送り、変位コントローラ
２０はそれに応じてサーボ弁２２を介して油圧シリンダ
ー２４を駆動して付加質量１２を動かす。

変位センサー２６で検出された付加質量１２の変位の絶
対値が絶対値演算器２８で求められ、その結果から一定
値ｃ１を加減算器３ｏで差し引き、リミッタ−３２で負
値をカットする。っまりｃ１より小さな値は無視する。

この結果は第６図にリミッタ−３２の出力として図示し
たように波の頭の部分だけを残した全波整流波形になる
。平滑回路３４はこれを平滑化する回路で、ここを通し
た結果信号は付加質Ｊ１１２の大きさに応じて増減する
ほぼ一定した大きさになる。３８は逆数演算回路なので
、その出力は付加質量の振幅が大きくなるほど逆に小さ
くなる。平滑回路３４の出力には加算器３６で一定ｔｍ
ｃ２を加えて、逆数演算回路３８への人力が一定値以下
にならないようにしている。これにより、逆数演算回路
３４の出力は過大になることを防ぐ。４０は乗算器で、
制振コントローラ１８からの信号に逆数演算器３８から
の値が掛けられる。逆数演算器３８の出カは付加質量１
２の振幅が大きくなると逆に小さくなるので制御のゲイ
ンは小さくなる。

第１図の装置の動作例を第７図に示す。（ａ）は主振動
系１０の動きを、（ｂ）は動吸振器付加質量１２の動き
を夫々示している。。この例では付加質ｆｆｉｌ２の振
幅がある一定値以下では制御のゲインを変えず、一定値
を越えたときにはそれに応じてゲインを減らしている。

第４図および第５図と比較すると分かるように、主振動
系１ｏの振幅が大きくなっても第４図の場合よりも付加
質量１２の振幅は小さくなっている。しかも、振幅を小
さくしているにもかかわらず第５図の場合のようにスト
ッパーで無理に止めないので動きの乱れも見られない。

このように、ゲインの減らし方を適切に調節すれば付加
質ｆｆｉｌ２の振輻がストロークの限界に達しないよう
にできることが分かる。

〔変更例〕

前記実施例では主振動系に対する付加質量の振幅の変化
に応じて制御ゲインを増減しているが、他の変数の変化
、例えば主振動系の加速度、速度、変位あるいは付加質
量の加速度、速度あるいは浦圧シリンダー内の圧力変動
の振幅、或いは電動機を用いる場合には電流の振幅など
主振動系の振動の大きさ或いは動吸振器の動きの大きさ
に対応して変化する変数に応じてゲインを変化させても
同様の効果の得られることは明らかである。いずれの場
合も例えば適当な変数を絶対値演算器、（第１図参照）
への人力とする事により実現することが出来る。

また、前記実施例は振幅に応じてゲインを変化させる手
段の一例を示したものであって、これは例えば専用の電
子回路によらず制御用コンピュータ内のプログラム等、
他の手段で構成してもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、ストロークを
過大に設計することなく、振動が大きくなったときにも
運転を続けることが出来るので、限られたスペースへ設
備を設置出来、いたずらに設備の規模を大きくする必要
もないので経済的である。しかも、本来動吸振器を最も
必要とする大振幅の振動が主振動系に発生した時に運転
を続けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
。 第２図は、従来装置を示すブロック図である。 第３図は、動吸振器を使用しない場合の対象物の振動状
態を示す図である。 第４図は、第２図の従来装置における動作状態を示す図
で、（ａ）は主振動系の動作、（ｂ）は付加質量の動作
をそれぞれ示すものである。 第５図は、第２図の従来装置において、付加質量がスト
ロークの上限に衝突した場合の主振動系の動作状態を示
す図である。 第６図は、第１図の装置の各部の波形図である。 第７図は、第１図の装置の動作状態を示す図で、（ａ）
は主振動系の動作、（ｂ）は付加質量の動作をそれぞれ
示す図である。 １０・・・主振動系、１２・・・付加質量、４ｏ・・・
乗算器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主振動系の振動をアクティブ方式動吸振器の制御
   装置へフィードバックする時に、動吸振器の付加質量の
   振幅の増加に応じて、フィードバックのゲインを減少す
   ることを特徴とするアクティブ方式動吸振器の制御方法
   。
2. （２）主振動系の振動をアクティブ方式動吸振器の制御
   装置へフィードバックする時に、主振動系の振動の振幅
   の増加に応じて、フィードバックのゲインを減少するこ
   とを特徴とするアクティブ方式動吸振器の制御方法。
3. （３）主振動系の振動をアクティブ方式動吸振器の制御
   装置へフィードバックする時に、付加質量を駆動するア
   クチュエータの動力あるいは力の増加に応じて、フィー
   ドバックのゲインを減少することを特徴とするアクティ
   ブ方式動吸振器の制御方法。