JPH0652016B2 - 構造物の制振装置 - Google Patents
構造物の制振装置Info
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- JPH0652016B2 JPH0652016B2 JP62185038A JP18503887A JPH0652016B2 JP H0652016 B2 JPH0652016 B2 JP H0652016B2 JP 62185038 A JP62185038 A JP 62185038A JP 18503887 A JP18503887 A JP 18503887A JP H0652016 B2 JPH0652016 B2 JP H0652016B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は構造物の制振装置に係り、特にＬＱ制御理論
（線形２次形式の評価関数を最小にする最適制御理論）
に基づくソフトウエアサーボによりアクティブマスダン
パを駆動制御して構造物の振動制御を行なうようにした
構造物の制振装置に関する。
（線形２次形式の評価関数を最小にする最適制御理論）
に基づくソフトウエアサーボによりアクティブマスダン
パを駆動制御して構造物の振動制御を行なうようにした
構造物の制振装置に関する。
［従来の技術］ 制振装置は受動形と能動形とに大別される。能動形の制
振装置は、制振器と、制振器を駆動するアクチュエータ
と、センサの検出信号に基づきアクチュエータを制御す
る制御回路とから構成されている。能動形の制振装置で
は、制振のためのエネルギーが外部から補給されると共
にフィードバック制御系を有するために、受動形のもの
に比べて大きな制振力が得られ、また制振対象の振動特
性の変動にある程度対応することができる。
振装置は、制振器と、制振器を駆動するアクチュエータ
と、センサの検出信号に基づきアクチュエータを制御す
る制御回路とから構成されている。能動形の制振装置で
は、制振のためのエネルギーが外部から補給されると共
にフィードバック制御系を有するために、受動形のもの
に比べて大きな制振力が得られ、また制振対象の振動特
性の変動にある程度対応することができる。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、能動形の制振装置では、アクチュエータの制
御をあやまると制振器が加振源になりかねない。また、
例えば２次元方向の制振に対しては、それぞれの方向に
専用の制振器を設けるため、各制振器ごとに合計2つの
制振用の質量が必要となり、制振装置が高重量で大型な
ものとなってしまう。
御をあやまると制振器が加振源になりかねない。また、
例えば２次元方向の制振に対しては、それぞれの方向に
専用の制振器を設けるため、各制振器ごとに合計2つの
制振用の質量が必要となり、制振装置が高重量で大型な
ものとなってしまう。
ところで、最近の機械構造物の振動解析やＦＦＴ技術に
基礎をおく振動応答測定，データ処理技術の進歩はめざ
ましいものがあり、これらの技術を制振装置の設計等に
活用することがますます期待されている。しかし、構造
物は分布定数系であるので無限の自由度を有している
が、コンピュータの演算速度やメモリーの容量などの制
約から、制振のための制御系の設計のためには、これを
有限自由度に打ち切る必要がある。そのとき、打ち切ら
れた高次のモードと制御されるモードとの間の相互作用
によって制御系が不安定となることがある。この現象は
スピルオーバ不安定と呼ばれ、宇宙構造物に代表される
柔軟軽量構造物（太陽電池パドル，アンテナなどの宇宙
構造物は柔軟構造で減衰がほとんどない一方、高度な制
振が要求される。）の能動的制振において大きな問題と
なっており、その対策が強く望まれている。
基礎をおく振動応答測定，データ処理技術の進歩はめざ
ましいものがあり、これらの技術を制振装置の設計等に
活用することがますます期待されている。しかし、構造
物は分布定数系であるので無限の自由度を有している
が、コンピュータの演算速度やメモリーの容量などの制
約から、制振のための制御系の設計のためには、これを
有限自由度に打ち切る必要がある。そのとき、打ち切ら
れた高次のモードと制御されるモードとの間の相互作用
によって制御系が不安定となることがある。この現象は
スピルオーバ不安定と呼ばれ、宇宙構造物に代表される
柔軟軽量構造物（太陽電池パドル，アンテナなどの宇宙
構造物は柔軟構造で減衰がほとんどない一方、高度な制
振が要求される。）の能動的制振において大きな問題と
なっており、その対策が強く望まれている。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、小型
・軽量で、良好な制振ができる汎用性ある制振装置を提
供することにある。また本発明の他の目的は、スピルオ
ーバ不安定を解消し得る制振装置を提供することにあ
る。
・軽量で、良好な制振ができる汎用性ある制振装置を提
供することにある。また本発明の他の目的は、スピルオ
ーバ不安定を解消し得る制振装置を提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、第１の発明は、水平２方
向に振動する制振対象構造物の最も大きく振動する部分
あるいはその付近に取り付けられ、その２方向に振動可
能に設けられた２次元アクティブ質量を有する２次元ア
クティブマスダンパと、２次元アクティブ質量に２次元
方向の変位力を与えるアクチュエータと、制振対象構造
物の振動を検出するセンサと、当該制振対象構造物に近
似する振動モデルのオブザーバを有し、前記センサの検
出信号を入力としてオブザーバを作動させることにより
当該制振対象構造物で実際に起こっている現象に近い状
態量を観測し、この状態量と前記アクチュエータの制御
量とについての線形２次形式の評価関数を最小にする状
態フィードバックゲインを計算し、得られた状態フィー
ドバックゲインを当該状態量に掛け合わせて前記アクチ
ュエータの制御量を決定する制御装置とを備えて構成さ
れる。
向に振動する制振対象構造物の最も大きく振動する部分
あるいはその付近に取り付けられ、その２方向に振動可
能に設けられた２次元アクティブ質量を有する２次元ア
クティブマスダンパと、２次元アクティブ質量に２次元
方向の変位力を与えるアクチュエータと、制振対象構造
物の振動を検出するセンサと、当該制振対象構造物に近
似する振動モデルのオブザーバを有し、前記センサの検
出信号を入力としてオブザーバを作動させることにより
当該制振対象構造物で実際に起こっている現象に近い状
態量を観測し、この状態量と前記アクチュエータの制御
量とについての線形２次形式の評価関数を最小にする状
態フィードバックゲインを計算し、得られた状態フィー
ドバックゲインを当該状態量に掛け合わせて前記アクチ
ュエータの制御量を決定する制御装置とを備えて構成さ
れる。
また、第２の発明は、水平２方向に振動する制振対象構
造物の最も大きく振動する部分あるいはその付近に取り
付けられ、その２方向に振動可能に設けられた２次元ア
クティブ質量を有する２次元アクティブマスダンパと、
２次元アクティブ質量に２次元方向の変位力を与えるア
クチュエータと、制振対象構造物の振動を検出するセン
サと、当該制振対象構造物に近似する振動モデルのオブ
ザーバを有し、前記センサの検出信号を入力としてオブ
ザーバを作動させることにより当該制振対象構造物で実
際に起こっている現象に近い状態量を観測し、この状態
量と前記アクチュエータの制御量とについての線形２次
形式の評価関数を最小にする状態フィードバックゲイン
を計算し、得られた状態フィードバックゲインを当該状
態量に掛け合わせて前記アクチュエータの制御量を決定
する制御装置と、この制御装置により制振しようとする
振動モードよりも高次のモードの振動を吸振すべく当該
制振対象構造物に取り付けられた動吸振器とを備えて構
成される。
造物の最も大きく振動する部分あるいはその付近に取り
付けられ、その２方向に振動可能に設けられた２次元ア
クティブ質量を有する２次元アクティブマスダンパと、
２次元アクティブ質量に２次元方向の変位力を与えるア
クチュエータと、制振対象構造物の振動を検出するセン
サと、当該制振対象構造物に近似する振動モデルのオブ
ザーバを有し、前記センサの検出信号を入力としてオブ
ザーバを作動させることにより当該制振対象構造物で実
際に起こっている現象に近い状態量を観測し、この状態
量と前記アクチュエータの制御量とについての線形２次
形式の評価関数を最小にする状態フィードバックゲイン
を計算し、得られた状態フィードバックゲインを当該状
態量に掛け合わせて前記アクチュエータの制御量を決定
する制御装置と、この制御装置により制振しようとする
振動モードよりも高次のモードの振動を吸振すべく当該
制振対象構造物に取り付けられた動吸振器とを備えて構
成される。
［作用］ 制振装置内に制振対象構造物に近似する振動モデルのオ
ブザーバ（疑似回路）を作り、このオブザーバにより制
振対象構造物で実際に起っている現象に近い状態量を観
測し、この状態量にフィードバックゲインを掛け合せて
制御量を作る。そして、この制御量によりアクチュエー
タを作動し、アクティブマスダンパの制振力をコントロ
ールする。
ブザーバ（疑似回路）を作り、このオブザーバにより制
振対象構造物で実際に起っている現象に近い状態量を観
測し、この状態量にフィードバックゲインを掛け合せて
制御量を作る。そして、この制御量によりアクチュエー
タを作動し、アクティブマスダンパの制振力をコントロ
ールする。
第１の発明では、アクチュエータにより２次元アクティ
ブ質量が２次元方向に変位するので、１つの２次元アク
ティブ質量により２次元振動を抑えることができる。ま
た、第２の発明では、制御回路により制振しようとする
振動モードよりも高次の振動モードはパッシブな動吸振
器により吸振されるので、スピルオーバ不安定を緩和し
抑制することができる。
ブ質量が２次元方向に変位するので、１つの２次元アク
ティブ質量により２次元振動を抑えることができる。ま
た、第２の発明では、制御回路により制振しようとする
振動モードよりも高次の振動モードはパッシブな動吸振
器により吸振されるので、スピルオーバ不安定を緩和し
抑制することができる。
［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。この実
施例ではタワー，ビル，支柱等の塔状構造物の制振を例
に挙げて説明する。
施例ではタワー，ビル，支柱等の塔状構造物の制振を例
に挙げて説明する。
第１図に本実施例の制振装置の概略を示す。
塔状構造物１の上端には２次元アクティブマスダンパ２
が取り付けられ、中間に付加した質量３には、２次元モ
ードの制振のために２重動吸振器４がｘ方向とｙ方向と
に付けられている。塔状構造物１の振動はｘ軸、ｙ軸方
向に取付けられた非接触形の変位センサ５で検出され
て、２次元のソフトウェアサーボ制御装置６と４チャン
ネルのＦＦＴアナライザ７に送られる。ソフトウェアサ
ーボ制御装置６は、Ａ−Ｄコンバータ，数値演算プロセ
ッサを内蔵して16bitのＣＰＵを有する一台のパーソナ
ルコンピュータと、二個のドライブユニットからなって
いる。ＦＦＴアナライザ７は振動解析用のものである。
が取り付けられ、中間に付加した質量３には、２次元モ
ードの制振のために２重動吸振器４がｘ方向とｙ方向と
に付けられている。塔状構造物１の振動はｘ軸、ｙ軸方
向に取付けられた非接触形の変位センサ５で検出され
て、２次元のソフトウェアサーボ制御装置６と４チャン
ネルのＦＦＴアナライザ７に送られる。ソフトウェアサ
ーボ制御装置６は、Ａ−Ｄコンバータ，数値演算プロセ
ッサを内蔵して16bitのＣＰＵを有する一台のパーソナ
ルコンピュータと、二個のドライブユニットからなって
いる。ＦＦＴアナライザ７は振動解析用のものである。
第１図，第３図に示す塔状構造物１は制振研究用のもの
であって、一辺50mm，肉厚2.3mm，長さ1500mmの軟鋼製
中空角柱の上端にアクチュエータ取り付け台を有し、下
端固定端から900mmの位置に5.3kgの付加質量３が取り付
けられている。
であって、一辺50mm，肉厚2.3mm，長さ1500mmの軟鋼製
中空角柱の上端にアクチュエータ取り付け台を有し、下
端固定端から900mmの位置に5.3kgの付加質量３が取り付
けられている。
第３図は、塔状構造物１の１次と２次の振動モードを示
す。２次モードの腹が質量３の位置になっていることが
わかる。腹はそのモードの振動特性に最も影響を及ぼす
ところであり、そこに質量を取り付けると固有振動数の
低下が最大となる。このように、質量３の位置を２次モ
ードの腹にしたのは、２次モードの固有振動数を低下さ
せて、１次モードに対する影響を強めることによって、
スピルオーバ不安定を起こし易くするためであり故意に
このような構造にしている。なお、第３図から、２次モ
ードの節は上端から210mm下にあることがわかる。
す。２次モードの腹が質量３の位置になっていることが
わかる。腹はそのモードの振動特性に最も影響を及ぼす
ところであり、そこに質量を取り付けると固有振動数の
低下が最大となる。このように、質量３の位置を２次モ
ードの腹にしたのは、２次モードの固有振動数を低下さ
せて、１次モードに対する影響を強めることによって、
スピルオーバ不安定を起こし易くするためであり故意に
このような構造にしている。なお、第３図から、２次モ
ードの節は上端から210mm下にあることがわかる。
塔状構造物１の上端を加振した時、その位置で生ずる変
位との間のコンプライアンスの計算結果を第２図に示
す。１次の固有振動数は11.9Hz，２次は70Hz，３次は33
5Hzに認められる。２次の固有振動数は腹に質量３のな
い時100Hzであったものが、質量３の付加によって70Hz
に低下した。
位との間のコンプライアンスの計算結果を第２図に示
す。１次の固有振動数は11.9Hz，２次は70Hz，３次は33
5Hzに認められる。２次の固有振動数は腹に質量３のな
い時100Hzであったものが、質量３の付加によって70Hz
に低下した。
上端のアクチュエータ取り付け位置における各モードの
等価質量Ｍｉ(i＝1,2)と等価剛性Ｋｉ(i＝1,2)は本発明
者らの提案した多自由度系の等価質量同定法（背戸ほ
か、日本機械学会理論文集（ｃ編）53巻485号P.52〜52
（昭和62年））を用いて求めた。１次，２次モードの等
価質量はＭ１＝6.6kg，Ｍ２＝10.0kg，また等価剛性は
Ｋ１＝2.86×104N/m，Ｋ２＝1.56×106N/mであった。な
お、これらの振動特性はｘ軸方向に関するものである
が、ｙ軸方向についてもほぼ同じ値が得られている。
等価質量Ｍｉ(i＝1,2)と等価剛性Ｋｉ(i＝1,2)は本発明
者らの提案した多自由度系の等価質量同定法（背戸ほ
か、日本機械学会理論文集（ｃ編）53巻485号P.52〜52
（昭和62年））を用いて求めた。１次，２次モードの等
価質量はＭ１＝6.6kg，Ｍ２＝10.0kg，また等価剛性は
Ｋ１＝2.86×104N/m，Ｋ２＝1.56×106N/mであった。な
お、これらの振動特性はｘ軸方向に関するものである
が、ｙ軸方向についてもほぼ同じ値が得られている。
２次元アクティブマスダンパ２の構造を第４図に示す。
ケーシング８の中央に配置された正方形平板状の質量９
は、4個のリング状ばね１０によってその4辺が支えられ
ている。このような構造を採ることによって、質量９の
上下方向の動きは機械的接触なく規制され、水平２次元
方向のみ動くことができるので、これを２次元アクティ
ブ質量と呼ぶことにする。この質量９の上下面には永久
磁石１１がそれぞれ接着されている。永久磁石１１はア
クティブ質量９側の接着面がＳ極、その反対側の外側面
がＮ極となっている（なお極性は逆でもよい）。永久磁
石１１，１１の上方および下方にはアクティブ質量９を
挟む形で電磁石１２，１２がそれぞれ設けられている。
電磁石１２，１２は互いに90度ずらせて配置されてお
り、一方の電磁石１２の磁極間方向がｘ方向に、もう一
方の電磁石１２の磁極間方向がｙ方向になっている。電
磁石１２に＋電流，−電流を流すことによって、永久磁
石１１との間に吸引力，反発力が発生し、アクティブ質
量９の制御力が得られる。一方の電磁石１２と永久磁石
１１とによりアクティブ質量９にｘ方向の変位力が、ま
たもう一方の電磁石１２と永久磁石１１とによりｙ方向
の変位力が加えられる。したがって、電磁石１２，１２
と永久磁石１１，１１は２次元アクティブ質量９の２次
元方向のリニアアクチュエータである。
ケーシング８の中央に配置された正方形平板状の質量９
は、4個のリング状ばね１０によってその4辺が支えられ
ている。このような構造を採ることによって、質量９の
上下方向の動きは機械的接触なく規制され、水平２次元
方向のみ動くことができるので、これを２次元アクティ
ブ質量と呼ぶことにする。この質量９の上下面には永久
磁石１１がそれぞれ接着されている。永久磁石１１はア
クティブ質量９側の接着面がＳ極、その反対側の外側面
がＮ極となっている（なお極性は逆でもよい）。永久磁
石１１，１１の上方および下方にはアクティブ質量９を
挟む形で電磁石１２，１２がそれぞれ設けられている。
電磁石１２，１２は互いに90度ずらせて配置されてお
り、一方の電磁石１２の磁極間方向がｘ方向に、もう一
方の電磁石１２の磁極間方向がｙ方向になっている。電
磁石１２に＋電流，−電流を流すことによって、永久磁
石１１との間に吸引力，反発力が発生し、アクティブ質
量９の制御力が得られる。一方の電磁石１２と永久磁石
１１とによりアクティブ質量９にｘ方向の変位力が、ま
たもう一方の電磁石１２と永久磁石１１とによりｙ方向
の変位力が加えられる。したがって、電磁石１２，１２
と永久磁石１１，１１は２次元アクティブ質量９の２次
元方向のリニアアクチュエータである。
第５図には、このアクチュエータへの入力電流に対する
アクティブ質量９の変位の静特性を示す。ｘ軸、ｙ軸に
よって多少感度に違いはあるが、両者共に良い線形性が
得られていることがわかる。
アクティブ質量９の変位の静特性を示す。ｘ軸、ｙ軸に
よって多少感度に違いはあるが、両者共に良い線形性が
得られていることがわかる。
なお、２次元アクティブマスダンパ２の諸元は次のよう
になっている。
になっている。
アクチィブ質量 ｍ＝0.25kg ｘ軸方向ばね定数 kx＝2850N/m ｙ軸方向ばね定数 ky＝2850N/m したがって、各軸方向の固有振動数は、ｘ軸，ｙ軸共17
Hzとなっている。
Hzとなっている。
このアクティブマスダンバ２を塔状構造物１の上端に取
り付けて、制御系を働かさない状態で、ｘ軸方向に加振
したときのコンプライアンスの計算値を第６図に示す。
第２図と比較して、17Hz付近にアクティブマスダンパ２
の固有振動数の影響が現れていることを除いて、他は何
ら変化がないことがわかる。
り付けて、制御系を働かさない状態で、ｘ軸方向に加振
したときのコンプライアンスの計算値を第６図に示す。
第２図と比較して、17Hz付近にアクティブマスダンパ２
の固有振動数の影響が現れていることを除いて、他は何
ら変化がないことがわかる。
次に、塔状構造物１の12Hz付近にある１次の固有振動に
伴なう振動をこのアクティブマスダンパ２によって振動
制御する制御系をソフトウェアサーボ系によって実現す
る方法について述べる。
伴なう振動をこのアクティブマスダンパ２によって振動
制御する制御系をソフトウェアサーボ系によって実現す
る方法について述べる。
第７図は、塔状構造物１の一方向の振動を１自由度系に
近似した制御対象にアクティブマスダンパを取付けた際
の力学モデルを示したものである。ＬＱ制御理論では、
この図に基づいて状態方程式を表すことが必要である。
この状態方程式は次のように表される。
近似した制御対象にアクティブマスダンパを取付けた際
の力学モデルを示したものである。ＬＱ制御理論では、
この図に基づいて状態方程式を表すことが必要である。
この状態方程式は次のように表される。
ここに、ｘ(t)は状態ベクトル、 は係数行列、ｙ(t)は出力量（この場合は塔状構造物先
端の変位）であり、各々次のように表される。
端の変位）であり、各々次のように表される。
ただし、ｘ１は塔状構造物先端の変位、１は塔状構造
物先端の速度、ｘ０はアクティブマスダンパの変位、
０はアクティブマスダンパの速度、M1は１自由度系に近
似された塔状構造物の質量、k1は自由度に近似された塔
状構造物のばね定数、mはアクティブマスダンパの質
量、kはアクティブマスダンパのばね定数、kfは力変換
係数である。
物先端の速度、ｘ０はアクティブマスダンパの変位、
０はアクティブマスダンパの速度、M1は１自由度系に近
似された塔状構造物の質量、k1は自由度に近似された塔
状構造物のばね定数、mはアクティブマスダンパの質
量、kはアクティブマスダンパのばね定数、kfは力変換
係数である。
次に、離散時間制御系に適用するために式（１）を離散
時間系に変換すると、次のようになる。
時間系に変換すると、次のようになる。
ここに、 ただし、Δｔはサンプリング間隔である。
ＬＱ制御理論では、状態量ｘ(i)を式（９）によって定
まる状態フィードバックベクトルＫ(i)のベクトル積に
よって次のような制御量ｕ(i)を定めるとき、最適な制
御結果が得られる。
まる状態フィードバックベクトルＫ(i)のベクトル積に
よって次のような制御量ｕ(i)を定めるとき、最適な制
御結果が得られる。
ｕ(i)＝−Ｋ(i)ｘ(i) ＝−［Ｋ１(i)１(i)＋Ｋ２(i)０(i) ＋Ｋ３(i)ｘ１(i)＋Ｋ４(i)ｘ０(i)］・・・
（５） ここに、Ｋ１(i)〜Ｋ４(i)は各々の状態量１，０，
ｘ１及びｘ０の状態フィードバックゲインである。
（５） ここに、Ｋ１(i)〜Ｋ４(i)は各々の状態量１，０，
ｘ１及びｘ０の状態フィードバックゲインである。
この状態フィードバックゲインベクトルＫ(i)は状態量
ｘ(i)と制御量ｕ(i)とについての線形２次形式の評価関
数Ｊ（状態量と制御量との和）、すなわち、 を最小にする次のリカッチ方程式 の収束解によって与えられる。
ｘ(i)と制御量ｕ(i)とについての線形２次形式の評価関
数Ｊ（状態量と制御量との和）、すなわち、 を最小にする次のリカッチ方程式 の収束解によって与えられる。
ここに、 ただし、 はあらかじめ与える重み係数である。
ところが、式（５）に含まれる状態ベクトルｘ(i)は、
状態量x1、１、x0、0が測定できなければ定まらな
い値であり、実際上それは容易でない。
状態量x1、１、x0、0が測定できなければ定まらな
い値であり、実際上それは容易でない。
そこで、本発明の構造物の制振装置では、必要とする状
態量を制御装置内でソフトウェアによって作られたオブ
ザーバによって求める。第７図に示す制振装置（ソフト
ウェアコントローラ）は、センサの検出信号ｘ１に基づ
いてこの状態量を推定するオブザーバの機能と制御量を
算出する機能とを一体化したものである。
態量を制御装置内でソフトウェアによって作られたオブ
ザーバによって求める。第７図に示す制振装置（ソフト
ウェアコントローラ）は、センサの検出信号ｘ１に基づ
いてこの状態量を推定するオブザーバの機能と制御量を
算出する機能とを一体化したものである。
第８図に、この発明に係るＬＱ制御系のブロック線図を
示す。この制御系は実際の制振対象（伝達関数Ｇ
（ｚ））から直接状態量を状態フィードバックするので
はなく、測定が容易な状態量ｘ１を用いてオブザーバ で推定された状態量 をフィードバックするものである。この測定が容易な状
態量ｘ１は第７図のセンサの検出信号ｘ１に相当する。
センサの検出信号ｘ１を常時入力してオブザーバを作動
させることにより推定状態量 は常に更新される。この場合、実測値ｘ１を状態量の一
部に用いることにより、制振対象の実際の状態量と推定
状態量 との誤差を極力小さく抑えることができる。
示す。この制御系は実際の制振対象（伝達関数Ｇ
（ｚ））から直接状態量を状態フィードバックするので
はなく、測定が容易な状態量ｘ１を用いてオブザーバ で推定された状態量 をフィードバックするものである。この測定が容易な状
態量ｘ１は第７図のセンサの検出信号ｘ１に相当する。
センサの検出信号ｘ１を常時入力してオブザーバを作動
させることにより推定状態量 は常に更新される。この場合、実測値ｘ１を状態量の一
部に用いることにより、制振対象の実際の状態量と推定
状態量 との誤差を極力小さく抑えることができる。
このＬＱ制御系の制御装置内における計算上のフローチ
ャートを第９図に示す。繰り返し計算されるループの中
で常に新しい測定値（センサの検出信号ｘ１）が取り込
まれ、状態量 と状態フィードバックゲイン とが掛け合わされて制御量ｕを得る。この制御量ｕが実
際の制御対象とオブザーバとに出力されてその次の状態
量 が得られている。
ャートを第９図に示す。繰り返し計算されるループの中
で常に新しい測定値（センサの検出信号ｘ１）が取り込
まれ、状態量 と状態フィードバックゲイン とが掛け合わされて制御量ｕを得る。この制御量ｕが実
際の制御対象とオブザーバとに出力されてその次の状態
量 が得られている。
塔状構造物１は多自由度系であるが、まず一次モードの
み考慮に入れた制振対象について、ＬＱ制御系を設計し
制振効果をシミュレーションによって調べてみた。
み考慮に入れた制振対象について、ＬＱ制御系を設計し
制振効果をシミュレーションによって調べてみた。
評価関数の制御量の重みωを変化させて、制御量ｕと制
振効果（振動変位ｘ１）の関係を数値計算によるシミュ
レーション結果を第１０図に示す。このようにωを小さ
くするにつれ、大きな制振効果が得られているが、それ
に伴い大きな制御電流も必要となることがわかる。この
重みωの選択によって制振効果と制振に要するエネルギ
消費量の間の調和を図ることができる。
振効果（振動変位ｘ１）の関係を数値計算によるシミュ
レーション結果を第１０図に示す。このようにωを小さ
くするにつれ、大きな制振効果が得られているが、それ
に伴い大きな制御電流も必要となることがわかる。この
重みωの選択によって制振効果と制振に要するエネルギ
消費量の間の調和を図ることができる。
ＬＱ制御系をソフトウェアで実現すると制振対象のパラ
メータ変更などにプログラムの一部を変更するだけで柔
軟に対応できる利点がある。その反面、コンピュータの
演算速度による制約を受けることになるので、制振対象
の動特性を厳密に表すほどの大きな数学モデルは扱えな
い。必然に、低次元オブザーバということになる。
メータ変更などにプログラムの一部を変更するだけで柔
軟に対応できる利点がある。その反面、コンピュータの
演算速度による制約を受けることになるので、制振対象
の動特性を厳密に表すほどの大きな数学モデルは扱えな
い。必然に、低次元オブザーバということになる。
そこで、第１１図に示すような一次と二次の動特性（伝
達関数Ｇ１(Z)、Ｇ２(Z)）が問題になるような制振対象
について、オブザーバでは一次モードのみ考慮した制御
系を構成するものとする。この場合、二次モードの変位
だけは観測されるので、二次モードへの制御力は、状態
フィードバックでなく、局部フィードバックとなり、重
み係数ωの選択によって不安定になることがある。この
ような不安定は観測スピルオーバと呼ばれている。この
ようなスピルオーバ対策には従来モーダルフィルタなど
が提案されているが、本発明では動吸振器によって二次
モードの影響を緩和する方法を採用した。本実施例で用
いた２重動吸振器４は中央の支持体から両側に板ばねが
それぞれ延出され、板ばねの端部の自由端には銅製で断
面Ｉ型の質量体がそれぞれ設けられており、各質量体の
両側には一定の間隔をもって一対の永久磁石が設けられ
ている。この動吸振器４は、一対の永久磁石の作る磁場
内を質量体が機械的な接触なく運動する時に生じる磁気
減衰を利用するもので、質量体は磁気ダンパーの役目も
兼ねている。以下の実験によってその効果を示す。
達関数Ｇ１(Z)、Ｇ２(Z)）が問題になるような制振対象
について、オブザーバでは一次モードのみ考慮した制御
系を構成するものとする。この場合、二次モードの変位
だけは観測されるので、二次モードへの制御力は、状態
フィードバックでなく、局部フィードバックとなり、重
み係数ωの選択によって不安定になることがある。この
ような不安定は観測スピルオーバと呼ばれている。この
ようなスピルオーバ対策には従来モーダルフィルタなど
が提案されているが、本発明では動吸振器によって二次
モードの影響を緩和する方法を採用した。本実施例で用
いた２重動吸振器４は中央の支持体から両側に板ばねが
それぞれ延出され、板ばねの端部の自由端には銅製で断
面Ｉ型の質量体がそれぞれ設けられており、各質量体の
両側には一定の間隔をもって一対の永久磁石が設けられ
ている。この動吸振器４は、一対の永久磁石の作る磁場
内を質量体が機械的な接触なく運動する時に生じる磁気
減衰を利用するもので、質量体は磁気ダンパーの役目も
兼ねている。以下の実験によってその効果を示す。
振動測定は、第１図の構成にて塔状構造物１の上部をイ
ンパルスハンマーで加振してＦＦＴアナライザ７で時間
応答と周波数応答を解析する方法を採った。
ンパルスハンマーで加振してＦＦＴアナライザ７で時間
応答と周波数応答を解析する方法を採った。
第１２図(a)は塔状構造物１単体のコンプライアンスを
示す。第６図の計算結果とよく一致している。第１２図
(b)は、二次モードの抑制のために２重動吸振器４が最
適に調整されているわけではないが、一応、二次の共振
ピークは抑制されている。
示す。第６図の計算結果とよく一致している。第１２図
(b)は、二次モードの抑制のために２重動吸振器４が最
適に調整されているわけではないが、一応、二次の共振
ピークは抑制されている。
第１３図は、動吸振器４が無い状態で、同図(a)はω＝
0.00001，同図(b)はω＝0.000001の場合を示す。このよ
うに、重みωを小さくして制振効果を上げようとすると
逆に、スピルオーバ不安定に至っている。第１４図は、
この状況を周波数応答によって調べたものである。重み
ωを小さくするにつれ、二次モードのピークが成長し、
不安定の原因を作っていることがよく理解できる。
0.00001，同図(b)はω＝0.000001の場合を示す。このよ
うに、重みωを小さくして制振効果を上げようとすると
逆に、スピルオーバ不安定に至っている。第１４図は、
この状況を周波数応答によって調べたものである。重み
ωを小さくするにつれ、二次モードのピークが成長し、
不安定の原因を作っていることがよく理解できる。
動吸振器４を取付けた場合における、第１４図に対応す
る実験結果を第１５図に示す。見られるように、動吸振
器４によって二次モードのピークが見事に抑制されてい
る。また、動吸振器４を取付けた場合の第１３図に対応
する実験結果を第１６図に示す。スピルオーバ不安定は
完全に抑制されている。また、第１７図は、45°の方向
にインパルス加振した時のｘ，ｙ軸方向の変位応答波形
を示す。このように二方向に同じような制振効果をもつ
ことがわかる。
る実験結果を第１５図に示す。見られるように、動吸振
器４によって二次モードのピークが見事に抑制されてい
る。また、動吸振器４を取付けた場合の第１３図に対応
する実験結果を第１６図に示す。スピルオーバ不安定は
完全に抑制されている。また、第１７図は、45°の方向
にインパルス加振した時のｘ，ｙ軸方向の変位応答波形
を示す。このように二方向に同じような制振効果をもつ
ことがわかる。
このように、２次元アクティブマスダンパ２が、水平二
方向振動が問題になる塔状構造物１等に対し良好な制振
効果が得られ、また、高次モードを打ち切った制御系の
設計に伴うスピルオーバ不安定対策に動吸振器が有効で
あることが確認された。また、ソフトウェアサーボ制御
装置は、アクティブマスダンパ方式によってこの種構造
物の振動制御に汎用性のあることが確認された。
方向振動が問題になる塔状構造物１等に対し良好な制振
効果が得られ、また、高次モードを打ち切った制御系の
設計に伴うスピルオーバ不安定対策に動吸振器が有効で
あることが確認された。また、ソフトウェアサーボ制御
装置は、アクティブマスダンパ方式によってこの種構造
物の振動制御に汎用性のあることが確認された。
なお、上記実施例の２次元アクティブマスダンパ２は電
磁力を用いたが、第１８図に示す油圧式の２次元アクテ
ィブマスダンパ１３を用いて制振装置を構成するように
してもよい。即ち、２次元アクティブ質量１４の四方に
は、サーボ弁１５を有する油圧シリンダ１６が取り付け
られており、変位センサ１７の検知信号によりサーボア
ンプを内臓する制御回路１８より各サーボ弁１５に制御
電流が出力されるようになっている。（なお、変位セン
サ１７からの位置フィードバックによりばねの役目を与
えることができる。） ［発明の効果］ 本発明によれば次の効果がある。
磁力を用いたが、第１８図に示す油圧式の２次元アクテ
ィブマスダンパ１３を用いて制振装置を構成するように
してもよい。即ち、２次元アクティブ質量１４の四方に
は、サーボ弁１５を有する油圧シリンダ１６が取り付け
られており、変位センサ１７の検知信号によりサーボア
ンプを内臓する制御回路１８より各サーボ弁１５に制御
電流が出力されるようになっている。（なお、変位セン
サ１７からの位置フィードバックによりばねの役目を与
えることができる。） ［発明の効果］ 本発明によれば次の効果がある。
(1)１つの質量（２次元アクティブ質量）を1方向ではな
く2方向に動かして２次元振動を制振しているため、制
振装置の軽量・小形化が図れる。
く2方向に動かして２次元振動を制振しているため、制
振装置の軽量・小形化が図れる。
(2)制御系をＬＱ制御理論を用いたソフトウェアサーボ
で構成しているため、汎用性のある制振が可能である。
しかも、構造物が変ってもソフトウェアを変更するだけ
で簡単に対応できる。
で構成しているため、汎用性のある制振が可能である。
しかも、構造物が変ってもソフトウェアを変更するだけ
で簡単に対応できる。
(3)制御回路により制振しようとする振動モードよりも
高次の振動モードはパッシブな動吸振器により吸振され
るため、制振モードと打ち切られた高次モードとの相互
作用は弱まり、スピルオーバ不安定が抑制される。
高次の振動モードはパッシブな動吸振器により吸振され
るため、制振モードと打ち切られた高次モードとの相互
作用は弱まり、スピルオーバ不安定が抑制される。
第１図は本発明に係る制振装置の一実施例を示す構成
図、第２図は第１図の塔状構造物のコンプライアンスを
示すグラフ、第３図は同塔状構造物の振動モード形を示
す図、第４図は第１図の２次元アクティブマスダンパの
一部破断した斜視図、第５図はアクチュエータからの入
力電流に対するアクティブ質量変位の静特性を示すグラ
フ、第６図は２次元アクティブマスダンパ付加による塔
状構造物のコンプライアンスを示すグラフ、第７図はＬ
Ｑ制御系の力学モデルを示す図、第８図はＬＱ制御系の
ブロック線図、第９図はＬＱ制御系のフローチャート、
第１０図は制御量と制振効果との関係を示すグラフ、第
１１図は２次モードが加わったＬＱ制御系のブロック線
図、第１２図〜第１７図は実験結果を示すものであっ
て、第１２図はアクティブ制御のない塔状構造物のコン
プライアンスを示すグラフ、第１３図，第１４図は動吸
振器がない場合の塔状構造物の時間応答、周波数応答を
それぞれ示すグラフ、第１５図は動吸振器を付加した場
合の塔状構造物の周波数応答を示すグラフ、第１６図，
第１７図は同じく動吸振器を付加した場合の塔状構造物
の時間応答をそれぞれ示すグラフ、第１８図は２次元ア
クティブマスダンパの他の実施例を示す図である。 図中、１は塔状構造物（制振対象構造物）、２は２次元
アクティブマスダンパ、４は2重動吸振器、５は変位セ
ンサ、６はソフトウェアサーボ制御装置、７はＦＦＴア
ナライザ、８はケーシング、９は２次元アクティブ質
量、１０はリング状ばね、１１は永久磁石、１２は電磁
石、１３は２次元アクティブマスダンパ、１４はアクテ
ィブ質量、１５はサーボ弁、１６は油圧シリンダ、１７
は変位センサ、１８は制御回路である。
図、第２図は第１図の塔状構造物のコンプライアンスを
示すグラフ、第３図は同塔状構造物の振動モード形を示
す図、第４図は第１図の２次元アクティブマスダンパの
一部破断した斜視図、第５図はアクチュエータからの入
力電流に対するアクティブ質量変位の静特性を示すグラ
フ、第６図は２次元アクティブマスダンパ付加による塔
状構造物のコンプライアンスを示すグラフ、第７図はＬ
Ｑ制御系の力学モデルを示す図、第８図はＬＱ制御系の
ブロック線図、第９図はＬＱ制御系のフローチャート、
第１０図は制御量と制振効果との関係を示すグラフ、第
１１図は２次モードが加わったＬＱ制御系のブロック線
図、第１２図〜第１７図は実験結果を示すものであっ
て、第１２図はアクティブ制御のない塔状構造物のコン
プライアンスを示すグラフ、第１３図，第１４図は動吸
振器がない場合の塔状構造物の時間応答、周波数応答を
それぞれ示すグラフ、第１５図は動吸振器を付加した場
合の塔状構造物の周波数応答を示すグラフ、第１６図，
第１７図は同じく動吸振器を付加した場合の塔状構造物
の時間応答をそれぞれ示すグラフ、第１８図は２次元ア
クティブマスダンパの他の実施例を示す図である。 図中、１は塔状構造物（制振対象構造物）、２は２次元
アクティブマスダンパ、４は2重動吸振器、５は変位セ
ンサ、６はソフトウェアサーボ制御装置、７はＦＦＴア
ナライザ、８はケーシング、９は２次元アクティブ質
量、１０はリング状ばね、１１は永久磁石、１２は電磁
石、１３は２次元アクティブマスダンパ、１４はアクテ
ィブ質量、１５はサーボ弁、１６は油圧シリンダ、１７
は変位センサ、１８は制御回路である。
Claims (2)
- 【請求項１】水平２方向に振動する制振対象構造物の最
も大きく振動する部分あるいはその付近に取り付けら
れ、その２方向に振動可能に設けられた２次元アクティ
ブ質量を有する２次元アクティブマスダンパと、２次元
アクティブ質量に２次元方向の変位力を与えるアクチュ
エータと、制振対象構造物の振動を検出するセンサと、
当該制振対象構造物に近似する振動モデルのオブザーバ
を有し、前記センサの検出信号を入力としてオブザーバ
を作動させることにより当該制振対象構造物で実際に起
こっている現象に近い状態量を観測し、この状態量と前
記アクチュエータの制御量とについての線形２次形式の
評価関数を最小にする状態フィードバックゲインを計算
し、得られた状態フィードバックゲインを当該状態量に
掛け合わせて前記アクチュエータの制御量を決定する制
御装置とを備えたことを特徴とする構造物の制振装置。 - 【請求項２】水平２方向に振動する制振対象構造物の最
も大きく振動する部分あるいはその付近に取り付けら
れ、その２方向に振動可能に設けられた２次元アクティ
ブ質量を有する２次元アクティブマスダンパと、２次元
アクティブ質量に２次元方向の変位力を与えるアクチュ
エータと、制振対象構造物の振動を検出するセンサと、
当該制振対象構造物に近似する振動モデルのオブザーバ
を有し、前記センサの検出信号を入力としてオブザーバ
を作動させることにより当該制振対象構造物で実際に起
こっている現象に近い状態量を観測し、この状態量と前
記アクチュエータの制御量とについての線形２次形式の
評価関数を最小にする状態フィードバックゲインを計算
し、得られた状態フィードバックゲインを当該状態量に
掛け合わせて前記アクチュエータの制御量を決定する制
御装置と、この制御装置により制振しようとする振動モ
ードよりも高次のモードの振動を吸振すべく当該制振対
象構造物に取り付けられた動吸振器とを備えたことを特
徴とする構造物の制振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185038A JPH0652016B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 構造物の制振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62185038A JPH0652016B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 構造物の制振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6429585A JPS6429585A (en) | 1989-01-31 |
| JPH0652016B2 true JPH0652016B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=16163702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62185038A Expired - Fee Related JPH0652016B2 (ja) | 1987-07-24 | 1987-07-24 | 構造物の制振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652016B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08138259A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Nippon Seiki Houseki Kogyo Kk | 光ディスクカートリッジプレーヤの光ピックアップ用レンズクリーナ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2839285B2 (ja) * | 1989-05-11 | 1998-12-16 | カヤバ工業株式会社 | アクチュエータの制御方法 |
| JP2010180032A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Toshiba Elevator Co Ltd | エレベータ制振装置 |
| JP5407837B2 (ja) * | 2009-12-18 | 2014-02-05 | オイレス工業株式会社 | 能動型動吸振装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5954237U (ja) * | 1982-10-04 | 1984-04-09 | 三菱電機株式会社 | 振動制御装置 |
-
1987
- 1987-07-24 JP JP62185038A patent/JPH0652016B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08138259A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Nippon Seiki Houseki Kogyo Kk | 光ディスクカートリッジプレーヤの光ピックアップ用レンズクリーナ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6429585A (en) | 1989-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |