JPH086492B2 - 制振装置の制御方法 - Google Patents
制振装置の制御方法Info
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- JPH086492B2 JPH086492B2 JP62074896A JP7489687A JPH086492B2 JP H086492 B2 JPH086492 B2 JP H086492B2 JP 62074896 A JP62074896 A JP 62074896A JP 7489687 A JP7489687 A JP 7489687A JP H086492 B2 JPH086492 B2 JP H086492B2
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- control
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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、構造物の制振装置の制御方法に関し、更に
詳しくは、地震や風による構造物の揺れを防止し、より
高層な構造物の建設を可能とすると共に、揺れが少なく
快適な居住性を実現するために、構造物に設置する制振
装置の制御方法に関するものである。
詳しくは、地震や風による構造物の揺れを防止し、より
高層な構造物の建設を可能とすると共に、揺れが少なく
快適な居住性を実現するために、構造物に設置する制振
装置の制御方法に関するものである。
（従来の技術） 建物、鉄塔等の構造物は、一般的に小さな減衰要素し
か持たないことが多く、風、地震等の動的外乱を受けて
構造物が共振し、低周波振動が起りやすくなっている。
特に中高層ビルにおいては、風や地震等による振動のた
めの居住性が問題となる。
か持たないことが多く、風、地震等の動的外乱を受けて
構造物が共振し、低周波振動が起りやすくなっている。
特に中高層ビルにおいては、風や地震等による振動のた
めの居住性が問題となる。
上述した構造物の振動をおさえるため、構造物に減衰
要素を付加し共振時の応答倍率を下げる方法が存在し
た。
要素を付加し共振時の応答倍率を下げる方法が存在し
た。
この方法には、構造物に受動的な減衰要素を取り付
け、構造物の振動エネルギーを吸収することで、振動軽
減を図る受動式振動制御装置と、構造物に制振用のコン
トロールデバイスを装着し、外部から制振エネルギーを
供給して積極的に構造物の振動低減を図る能動式振動制
御装置が存在する。
け、構造物の振動エネルギーを吸収することで、振動軽
減を図る受動式振動制御装置と、構造物に制振用のコン
トロールデバイスを装着し、外部から制振エネルギーを
供給して積極的に構造物の振動低減を図る能動式振動制
御装置が存在する。
能動式は受動式の欠点である（１）構造物の複数の振
動モードについて、同時に制振しにくい。（２）構造物
の特性が変化したときに制振効果が低減する。（３）大
きな振動低減効果が得にくい。ことを改善する点で注目
を集めている。
動モードについて、同時に制振しにくい。（２）構造物
の特性が変化したときに制振効果が低減する。（３）大
きな振動低減効果が得にくい。ことを改善する点で注目
を集めている。
従来存在した能動式振動制御装置を第７図に示す。
構造物１の上部に直線的に移動可能な付加マス２を設
置し、該付加マス２は構造物１に固定したアクチュエー
タ３によって運動する。
置し、該付加マス２は構造物１に固定したアクチュエー
タ３によって運動する。
構造物１に外力が加わると、構造物１に設置した振動
センサ５により構造物加速度を検出し制御器ｚに入力す
る。制御器ｚには、センサによって検出した付加マス速
度も入力される。制御器ｚでは、構造物加速度から積分
器1/sによって構造物速度を求め、これと前記付加マス
速度の偏差をとり、この信号を電力増幅器ａにより増幅
し、アクチュエータ電流として出力させ、付加マス２を
運動させる。すなわち、外力を受けて共振している構造
物１の振動量に応じてアクチュエータ３が付加マス２を
動かし、このときの付加マス２の運動反力が構造物１の
外力を打消して振動を抑制する。
センサ５により構造物加速度を検出し制御器ｚに入力す
る。制御器ｚには、センサによって検出した付加マス速
度も入力される。制御器ｚでは、構造物加速度から積分
器1/sによって構造物速度を求め、これと前記付加マス
速度の偏差をとり、この信号を電力増幅器ａにより増幅
し、アクチュエータ電流として出力させ、付加マス２を
運動させる。すなわち、外力を受けて共振している構造
物１の振動量に応じてアクチュエータ３が付加マス２を
動かし、このときの付加マス２の運動反力が構造物１の
外力を打消して振動を抑制する。
また、制振の制御を実行していないとき（構造物１の
揺れが所定のレベル以下にあるとき）に、アクチュエー
タのゼロ調整のずれから付加マスが中立位置からはずれ
てしまうことがある。付加マス２の中立位置からのずれ
は、構造物１が揺れはじめて付加マス２を動かすとき
に、構造物の揺れ方向によっては、即座に付加マス２の
動作許容範囲のストロークエンドに達してしまい、十分
な制振効果を発揮できない。従って、付加マス２とアク
チュエータ３の間に支持バネ４を介在させ、付加マス２
が中立位置を保つようにしていた。
揺れが所定のレベル以下にあるとき）に、アクチュエー
タのゼロ調整のずれから付加マスが中立位置からはずれ
てしまうことがある。付加マス２の中立位置からのずれ
は、構造物１が揺れはじめて付加マス２を動かすとき
に、構造物の揺れ方向によっては、即座に付加マス２の
動作許容範囲のストロークエンドに達してしまい、十分
な制振効果を発揮できない。従って、付加マス２とアク
チュエータ３の間に支持バネ４を介在させ、付加マス２
が中立位置を保つようにしていた。
或いは付加マス２の変位を検出し、中立位置からずれ
ていた場合にはアクチュエータで制御する方法がなされ
ていた。
ていた場合にはアクチュエータで制御する方法がなされ
ていた。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来例によれば付加マスが中立位置か
ら大きくずれたとき、位置制御で付加マスを中立位置に
復帰させると、付加マスが動くときの反力により構造物
を加振してしまうという問題点があった。
ら大きくずれたとき、位置制御で付加マスを中立位置に
復帰させると、付加マスが動くときの反力により構造物
を加振してしまうという問題点があった。
また一方、バネを設けると構造が複雑化する上にバネ
力分だけアクチュエータの操作力を大きくする必要があ
る。
力分だけアクチュエータの操作力を大きくする必要があ
る。
本発明は上記従来例の問題点に鑑みなされたもので、
構造物に振動を与えずに付加マスを中立位置に移動させ
る制振装置の制御方法を提供することを目的とする。
構造物に振動を与えずに付加マスを中立位置に移動させ
る制振装置の制御方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、構造物の振動方向
に運動可能な付加マスと、該付加マスを運動させる手段
とを有し、前記付加マスの運動の制御することにより前
記構造物の振動を抑制する制振装置の制御方法におい
て、 前記制振装置が付加マスを運動させる必要のない制御
停止状態あり、前記付加マスが動作範囲の中立位置から
ずれたとき、付加マスを中立位置に復帰させるよう油圧
シリンダを制御するものである。
に運動可能な付加マスと、該付加マスを運動させる手段
とを有し、前記付加マスの運動の制御することにより前
記構造物の振動を抑制する制振装置の制御方法におい
て、 前記制振装置が付加マスを運動させる必要のない制御
停止状態あり、前記付加マスが動作範囲の中立位置から
ずれたとき、付加マスを中立位置に復帰させるよう油圧
シリンダを制御するものである。
その際、付加マスの速度，中立位置からの変位，その
他の構造物の振動に関係する変数を求めて各種の状態変
数を設定して多変数制御における系の状態を示す状態変
数ベクトルとし、予め設定された最適フィードバックベ
クトルと前記状態変数ベクトルとの内積から成る演算式
により前記油圧シリンダへの供給流量を制御する制御入
力信号を演算する。
他の構造物の振動に関係する変数を求めて各種の状態変
数を設定して多変数制御における系の状態を示す状態変
数ベクトルとし、予め設定された最適フィードバックベ
クトルと前記状態変数ベクトルとの内積から成る演算式
により前記油圧シリンダへの供給流量を制御する制御入
力信号を演算する。
そして、前記最適フィードバックベクトルは、系の動
的な特性を記述する状態方程式及び出力方程式により、
系の状態変数の中から注目する出力変数を選び、この出
力変数を基に定義された積分型の評価関数が最適制御理
論により最小となるよう設定されている。
的な特性を記述する状態方程式及び出力方程式により、
系の状態変数の中から注目する出力変数を選び、この出
力変数を基に定義された積分型の評価関数が最適制御理
論により最小となるよう設定されている。
したがって、前記演算式の制御入力信号を最適入力と
することにより、前記制御入力信号に対する油圧シリン
ダへの供給流量が線形近似の特性を有して、付加マスを
中立位置に復帰させるよう油圧シリンダを制御するよう
になっている。
することにより、前記制御入力信号に対する油圧シリン
ダへの供給流量が線形近似の特性を有して、付加マスを
中立位置に復帰させるよう油圧シリンダを制御するよう
になっている。
すなわち、状態変数ベクトルを 、最適フィードバックベクトルを とした場合、演算部における演算式は、制御入力信号を
ｕとすると、 で与えられる。また、最適フィードバックベクトル は、定義された積分型の評価関数を最小にするように設
定され、 の一般式で与えられる。
ｕとすると、 で与えられる。また、最適フィードバックベクトル は、定義された積分型の評価関数を最小にするように設
定され、 の一般式で与えられる。
ここで のリカッティの行列方程式を満足するものである。
は制御入力ｕの重み行列であり、入力のパワーが無限大
となるような実現不可能な解に到達するのを防止する。
となるような実現不可能な解に到達するのを防止する。
は状態変数に対する重み行列で、精度よく制御したい状
態変数に対応する重みを大きくとることにより、制振効
果の異なる最適フィードベクトルを設計することができ
る。
態変数に対応する重みを大きくとることにより、制振効
果の異なる最適フィードベクトルを設計することができ
る。
は構造物および、付加マスの質量、ばね定数、減衰定数
等の特性から求められる行列である。
等の特性から求められる行列である。
（作用） 付加マスを運動させる必要のない制御停止状態で、付
加マスが動作範囲の中立位置からずれたとき、付加マス
の変位等を検出し、付加マスを中立位置に復帰させる。
このとき、構造物および付加マスに設置した状態変数検
出手段から信号が検出され、最適レギュレータ理論によ
り評価関数を最小にするような制御入力を求め、この制
御入力信号により、付加マスの動作に伴なう構造物の揺
れを防止しながら付加マスを中立位置に移動させる。
加マスが動作範囲の中立位置からずれたとき、付加マス
の変位等を検出し、付加マスを中立位置に復帰させる。
このとき、構造物および付加マスに設置した状態変数検
出手段から信号が検出され、最適レギュレータ理論によ
り評価関数を最小にするような制御入力を求め、この制
御入力信号により、付加マスの動作に伴なう構造物の揺
れを防止しながら付加マスを中立位置に移動させる。
（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。
る。
第５図に構造物の上部に設置された制振装置の側面図
を示し、第６図にその平面図を示す。
を示し、第６図にその平面図を示す。
構造物１の最上部に直方体の付加マス２を設置する。
付加マス２の周面にそれぞれシリンダ６を装着し、この
シリンダ６のロッド軸７の一端を、付加マス２を囲むよ
うに構造物１に立設した壁８に連結する。付加マス２の
中央にはシリンダ６に油を供給する油圧ユニット９が設
置されている。付加マス２の底部には車輪10を装着し、
４本のシリンダの油の供給の仕方によって付加マス２が
壁８で囲まれた水平面上を自由に移動可能なようになっ
ている。また壁８で囲まれた水平面は、摩擦力を小さく
し車輪10が動きやすくなっている。
付加マス２の周面にそれぞれシリンダ６を装着し、この
シリンダ６のロッド軸７の一端を、付加マス２を囲むよ
うに構造物１に立設した壁８に連結する。付加マス２の
中央にはシリンダ６に油を供給する油圧ユニット９が設
置されている。付加マス２の底部には車輪10を装着し、
４本のシリンダの油の供給の仕方によって付加マス２が
壁８で囲まれた水平面上を自由に移動可能なようになっ
ている。また壁８で囲まれた水平面は、摩擦力を小さく
し車輪10が動きやすくなっている。
第２図に本発明方法により制御される制振装置のモデ
ル図を示す。
ル図を示す。
構造物１の上部にシリンダ６により移動可能な付加マ
ス２を装着する。第２図では簡略化のため付加マス２は
１本のシリンダで移動するようにした。また実際の装置
では、構造物１、付加マス２は水平方向へ揺れるが、モ
デル図では上下方向に揺動するようになっている。
ス２を装着する。第２図では簡略化のため付加マス２は
１本のシリンダで移動するようにした。また実際の装置
では、構造物１、付加マス２は水平方向へ揺れるが、モ
デル図では上下方向に揺動するようになっている。
構造物１および付加マス２には状態変数検出手段とし
ての変位検出手段11、12を設け、状態量として構造物１
の変位x1、付加マス２の変位x2を検出する。変位x1、x2
は、構造物１、付加マス２が振動せず中立位置で静止し
ている状態を０として正負の地をとるようにする。
ての変位検出手段11、12を設け、状態量として構造物１
の変位x1、付加マス２の変位x2を検出する。変位x1、x2
は、構造物１、付加マス２が振動せず中立位置で静止し
ている状態を０として正負の地をとるようにする。
変位検出手段11、12からの信号は、状態変数設定部
ｗ、演算部ｙから成る制御器ｚに入力される。状態変数
設定部ｗでは、構造物及び付加マス２の変位x1、x2から
構造物１と付加マス２の相対変位▲ｘ′ ２▼（x2−x1）
および、x1▲ｘ′ ２▼を微分器ｓを介することにより、
構造物の速度１および相対速度▲′ ２▼の状態変数
を求める。また構造物１の速度等は、速度検出手段又は
速度信号発生器を構造物１に設けることにより直接求め
ることもできる。
ｗ、演算部ｙから成る制御器ｚに入力される。状態変数
設定部ｗでは、構造物及び付加マス２の変位x1、x2から
構造物１と付加マス２の相対変位▲ｘ′ ２▼（x2−x1）
および、x1▲ｘ′ ２▼を微分器ｓを介することにより、
構造物の速度１および相対速度▲′ ２▼の状態変数
を求める。また構造物１の速度等は、速度検出手段又は
速度信号発生器を構造物１に設けることにより直接求め
ることもできる。
これらの信号は演算部ｙに入力され、状態変数ベクト
ルｘ（x1▲ｘ′ ２▼１▲′ ２▼）の状態量x1、▲ｘ
′ ２▼、１、▲′ ２▼に予め決定されている最適フ
ィールドバックベクトル のf1、f2、f3、f4をそれぞれ乗じ、それぞれの値を加
え、制御入力ｕ＝f1x1＋f2▲ｘ′ ２▼＋f3 １＋f4▲
′ ２▼を得る。
ルｘ（x1▲ｘ′ ２▼１▲′ ２▼）の状態量x1、▲ｘ
′ ２▼、１、▲′ ２▼に予め決定されている最適フ
ィールドバックベクトル のf1、f2、f3、f4をそれぞれ乗じ、それぞれの値を加
え、制御入力ｕ＝f1x1＋f2▲ｘ′ ２▼＋f3 １＋f4▲
′ ２▼を得る。
制御器ｚから出力される制御入力ｕは、サーボ弁13の
スプール14を摺動させるソレノイド15に通電するように
なっている。サーボ弁13の油圧供給側に設けられた３つ
のポートのうち、中央のポート16はポンプＰ（図示せ
ず）に連通し、左右のポート17、18はそれぞれタンクＴ
（図示せず）に連通している。サーボ弁13に設けられた
２つのポート19、20はそれぞれシリンダ６の室に連通し
ている。
スプール14を摺動させるソレノイド15に通電するように
なっている。サーボ弁13の油圧供給側に設けられた３つ
のポートのうち、中央のポート16はポンプＰ（図示せ
ず）に連通し、左右のポート17、18はそれぞれタンクＴ
（図示せず）に連通している。サーボ弁13に設けられた
２つのポート19、20はそれぞれシリンダ６の室に連通し
ている。
第２図に示すモデル図では、シリンダ６のシール部か
らの油の漏れを考慮し、絞りR1R2およびタンクを用いて
油が流出する様子をモデル化してある。また、モデル図
においては、構造物と付加マスとの間に、バネ（ばね定
数K2）を存在させているが、このバネは付加マスを中立
位置に復帰させるに十分な弾性力を有するものでない。
すなわち、付加マスを積極的に動作させる手段を設ける
ことなく、構造物にバネを介して設置した場合において
も、バネ定数を調整することにより構造物の振動に起因
して付加マスが運動して制振効果を発揮することが知ら
れている（受動式制振装置）。前記したバネ（ばね定数
K2）は、このバネに相当するもので、このバネの設置に
より制振作用を助長しシステムにおける油圧シリンダの
小型化を図ることができる。
らの油の漏れを考慮し、絞りR1R2およびタンクを用いて
油が流出する様子をモデル化してある。また、モデル図
においては、構造物と付加マスとの間に、バネ（ばね定
数K2）を存在させているが、このバネは付加マスを中立
位置に復帰させるに十分な弾性力を有するものでない。
すなわち、付加マスを積極的に動作させる手段を設ける
ことなく、構造物にバネを介して設置した場合において
も、バネ定数を調整することにより構造物の振動に起因
して付加マスが運動して制振効果を発揮することが知ら
れている（受動式制振装置）。前記したバネ（ばね定数
K2）は、このバネに相当するもので、このバネの設置に
より制振作用を助長しシステムにおける油圧シリンダの
小型化を図ることができる。
第１図に本発明方法のフローチャートを示す。外部か
らの振動がなく、付加マス２を動作させる必要ない制御
停止状態では、制御入力ｕは０となっている。油圧ユニ
ット９をオンし、シリンダ６に油圧を供給可能にする。
次にリリーフ弁をオンロードし、サーボ弁13にポンプPs
を接続するスタンバイオンを行なう。状態変数検出手段
より構造物１の振動に関係する状態量を検出し、状態変
数ベクトルｘとして読み込み、この信号をアナログ−デ
ィジタル変換する。
らの振動がなく、付加マス２を動作させる必要ない制御
停止状態では、制御入力ｕは０となっている。油圧ユニ
ット９をオンし、シリンダ６に油圧を供給可能にする。
次にリリーフ弁をオンロードし、サーボ弁13にポンプPs
を接続するスタンバイオンを行なう。状態変数検出手段
より構造物１の振動に関係する状態量を検出し、状態変
数ベクトルｘとして読み込み、この信号をアナログ−デ
ィジタル変換する。
状態変数ベクトルｘに予め制御器ｚに記憶させた最適
フィードバックベクトル を乗じ制御入力 を得る。制御入力のディジタル−アナログ変換を行な
い、制御入力ｕでサーボ弁13を流れる油を制御し、付加
マス２の動作を行なわせる。付加マス２の中立位置から
の変位x2と構造物１の変位x1との相対変位▲ｘ′ ２▼
が、予め記憶した値δより大きいときは、上述した流れ
を繰り返し行ない、δより小さいときは付加マス２が中
立位置に復帰したとして付加マス制御を中止する。その
後構造物１が揺れ始める際には、付加マス２は中立位置
近傍にあり、付加マス２がすぐに動作範囲のストローク
エンドに達することがなく、構造物１の揺れ始めにおい
ても十分な制振作用を発揮できる。
フィードバックベクトル を乗じ制御入力 を得る。制御入力のディジタル−アナログ変換を行な
い、制御入力ｕでサーボ弁13を流れる油を制御し、付加
マス２の動作を行なわせる。付加マス２の中立位置から
の変位x2と構造物１の変位x1との相対変位▲ｘ′ ２▼
が、予め記憶した値δより大きいときは、上述した流れ
を繰り返し行ない、δより小さいときは付加マス２が中
立位置に復帰したとして付加マス制御を中止する。その
後構造物１が揺れ始める際には、付加マス２は中立位置
近傍にあり、付加マス２がすぐに動作範囲のストローク
エンドに達することがなく、構造物１の揺れ始めにおい
ても十分な制振作用を発揮できる。
更に第３図に示すように、付加マス２の下部に凹部2a
を設け、この凹部2aに構造物１の床面1aに垂直方向に伸
縮自在に設けたフック30を嵌合するように形成する固定
手段を設ければ、付加マス２を中立位置に固定すること
ができる。そして構造物１が振動するとその振動を検知
して、フック30を凹部2aからはずし、付加マス２を移動
可能にする。フック30の伸縮は、ソレノイド、スプリン
グ、モータ、液圧シリンダ等で行なうようにする。
を設け、この凹部2aに構造物１の床面1aに垂直方向に伸
縮自在に設けたフック30を嵌合するように形成する固定
手段を設ければ、付加マス２を中立位置に固定すること
ができる。そして構造物１が振動するとその振動を検知
して、フック30を凹部2aからはずし、付加マス２を移動
可能にする。フック30の伸縮は、ソレノイド、スプリン
グ、モータ、液圧シリンダ等で行なうようにする。
またフック30を付加マス２の底面側に設け、凹部を構
造物床面に設けてもよい。更にフック、凹部から成る固
定手段は付加マスの上面側に設けてもよい。
造物床面に設けてもよい。更にフック、凹部から成る固
定手段は付加マスの上面側に設けてもよい。
外乱やサーボ弁等のゼロ調整のずれから付加マス２が
中立位置からはずれたとき、本発明方法による付加マス
２の制御を行なうと、中立位置からの変位x2に応じて制
御入力ｕが与えられ、付加マス２を中立位置の方向に動
作させる。付加マス２の動作により構造物１に反力を与
えると、変位検出手段11、12より、構造物１の振動に関
係する状態量が求められ、この値を考慮した制御入力ｕ
を求め、付加マス２を動作を行なう。
中立位置からはずれたとき、本発明方法による付加マス
２の制御を行なうと、中立位置からの変位x2に応じて制
御入力ｕが与えられ、付加マス２を中立位置の方向に動
作させる。付加マス２の動作により構造物１に反力を与
えると、変位検出手段11、12より、構造物１の振動に関
係する状態量が求められ、この値を考慮した制御入力ｕ
を求め、付加マス２を動作を行なう。
すなわち、付加マス２を中立位置に戻すために第２図
の上側へ移動させたとすると、構造物１も上側へ揺れ始
れる。そして揺れの状況を変位検出手段11、12で検知
し、この信号を制御器ｚに入力し、制御入力ｕを演算す
る。
の上側へ移動させたとすると、構造物１も上側へ揺れ始
れる。そして揺れの状況を変位検出手段11、12で検知
し、この信号を制御器ｚに入力し、制御入力ｕを演算す
る。
制御入力ｕはソレノイド15に通電され、サーボ弁13の
スプール14を第２図の右方向へ摺動させる。スプール14
が右方向へ摺動するとポート17が閉じられ、ポンプＰか
らの油はポート16、ポート20、下方のシリンダ室へ流
れ、シリンダ６内のピストンを押し上げ、上方のシリン
ダ室の油はポート19、ポート18を介してタンクＴに導か
れる。
スプール14を第２図の右方向へ摺動させる。スプール14
が右方向へ摺動するとポート17が閉じられ、ポンプＰか
らの油はポート16、ポート20、下方のシリンダ室へ流
れ、シリンダ６内のピストンを押し上げ、上方のシリン
ダ室の油はポート19、ポート18を介してタンクＴに導か
れる。
この結果シリンダ６のロッド７が摺動し、付加マス２
を構造物１の動きに対して概略90度の位相差をもって追
従するように同じ側である上側へ移動させる（第２図は
モデル図のため鉛直方向へロッド７が摺動するようにな
っている）。
を構造物１の動きに対して概略90度の位相差をもって追
従するように同じ側である上側へ移動させる（第２図は
モデル図のため鉛直方向へロッド７が摺動するようにな
っている）。
構造物１が左側に揺れると、制御入力ｕの符号が逆に
なり、サーボ弁13のスプール14が逆に摺動し、付加マス
２の移動方向も逆になる。
なり、サーボ弁13のスプール14が逆に摺動し、付加マス
２の移動方向も逆になる。
従って、付加マス２の動作により反力が生じ構造物１
が揺れた場合、構造物１の制振を行ないながら付加マス
２を中立位置に移動させる。
が揺れた場合、構造物１の制振を行ないながら付加マス
２を中立位置に移動させる。
次に最適フィードバックベクトル の設定について説明する。
1.システムの微分方程式 外力をＦ、構造物１と付加マス２間に作用する力を
Ｕ、構造物１の質量をM1、構造物１の減衰定数をC1、構
造物１のばね定数をK1とすると、 構造物の運動方程式は Ｆ−Ｕ＝M1 １＋C1 １＋K1x1 （１） となる。
Ｕ、構造物１の質量をM1、構造物１の減衰定数をC1、構
造物１のばね定数をK1とすると、 構造物の運動方程式は Ｆ−Ｕ＝M1 １＋C1 １＋K1x1 （１） となる。
付加マスの質量をM2とすると 付加マスの運動方程式は Ｕ＝M2 ２ （２） となる。
シリンダの受圧面積をＡ、シリンダの各室の圧力をP1
P2、シリンダの減衰定数をC2、シリンダのばね定数をK2
とし、シリンダの出力および摩擦力はゼロと考えると制
御力は、 Ｕ＝Ａ（P1−P2）−C2（２−１）−K2（x2−x1）
（３） となる。
P2、シリンダの減衰定数をC2、シリンダのばね定数をK2
とし、シリンダの出力および摩擦力はゼロと考えると制
御力は、 Ｕ＝Ａ（P1−P2）−C2（２−１）−K2（x2−x1）
（３） となる。
シリンダにおける連続の式は、サーボ弁からシリンダ
に流入する流量をQ1、シリンダからサーボ弁へ流出する
流量をQ2、各シリンダ室から外部へ漏れる流量をQ3、
Q4、第１図の下部のシリンダ室から上部のシリンダ室へ
漏れる流量をQ5とすると、1 V1/K＝Q1−Ａ（２−１）−Q3−Q5 （４）2 V2/K＝−Q2＋Ａ（２−１）−Q4＋Q5 （５） となる。
に流入する流量をQ1、シリンダからサーボ弁へ流出する
流量をQ2、各シリンダ室から外部へ漏れる流量をQ3、
Q4、第１図の下部のシリンダ室から上部のシリンダ室へ
漏れる流量をQ5とすると、1 V1/K＝Q1−Ａ（２−１）−Q3−Q5 （４）2 V2/K＝−Q2＋Ａ（２−１）−Q4＋Q5 （５） となる。
シリンダ室からの流れを考慮したモデルにおいて、R1
R2を絞りの係数とすると 絞りの式は Q3＝R1P1 Q4＝R1P2 Q5＝R2（P1−P2） （６） となる。
R2を絞りの係数とすると 絞りの式は Q3＝R1P1 Q4＝R1P2 Q5＝R2（P1−P2） （６） となる。
次にサーボ弁の特性を考える。
サーボ弁の定格電流をIr、定格流量をQr、供給圧力を
Psとすると、 ｉ≧０の場合 ｉ＜０の場合 となる。
Psとすると、 ｉ≧０の場合 ｉ＜０の場合 となる。
2.微分方程式の線形化 ここで、（７）〜（10）式を微分変動法により線形化
し、システム全体の線形近似モデルを作成する。
し、システム全体の線形近似モデルを作成する。
平衡点として、p1＝p2＝ps/2,i＝i0（ｉ≧０の場
合）,i＝−i0（ｉ＜０の場合）とすると、式（７），
（９）及び式（８），（10）は、それぞれ Q1＝αｉ−βp1 Q2＝αｉ＋βp2 に統一することができ（α，βはそれぞれ定数）、サー
ボ弁に関して線形近似化することができる。
合）,i＝−i0（ｉ＜０の場合）とすると、式（７），
（９）及び式（８），（10）は、それぞれ Q1＝αｉ−βp1 Q2＝αｉ＋βp2 に統一することができ（α，βはそれぞれ定数）、サー
ボ弁に関して線形近似化することができる。
そして、状態変形ベクトルｘと、制御入力ｕとして、 をとり、ΔＦを外乱として取扱い、状態方程式 で表現する。このとき行列 は、それぞれ４行４列、４行１例の行列となり、行列の
各要素は次のようになる。
各要素は次のようになる。
A11＝０ A12＝０ A13＝１ A14＝０ A21＝０ A22＝０ A23＝０ A24＝１ A31＝−K1/M1 A32＝K2/M1 A33＝−C1/M1 A34＝（1/M1）｛2A2/（β＋R1＋2R2）＋C2｝ A41＝K1/M1 A42＝−K2（M1＋M2）/M1M2 A43＝C1/M1 A44=-{(M１+M２)/M１M２}{2A２/(β+R１+2R２)+C２} b11＝０ b21＝０ b31＝−（1/M1）｛2Aα／（β＋R1＋2R2）｝ b41＝｛M1＋M2/M1M2｝｛2Aα／（β＋R1＋2R2）｝ ここで出力ベクトルｙを と定義すると出力方程式は次のようになる。
3.最適レギュレータの設計 （12）（14）式で表現されている制御系において、評
価関数 を最小にする制御入力ｕを求める。すなわち、（15）式
を最小にする最適レギュレータを設計する。制御入力ｕ
をスカラ量としたので、入力の重み係数ｒもスカラ量と
した。
価関数 を最小にする制御入力ｕを求める。すなわち、（15）式
を最小にする最適レギュレータを設計する。制御入力ｕ
をスカラ量としたので、入力の重み係数ｒもスカラ量と
した。
状態変数に対する重み行列 を とおくと、評価関数Ｊは になる。ここで精度よく制御したい状態変数に対応する
重み係数ｑを大きくとることにより、制振効果が大きい
ものから小さいものまで制御系を自由に設計できる。
重み係数ｑを大きくとることにより、制振効果が大きい
ものから小さいものまで制御系を自由に設計できる。
最適入力ｕ゜は最適フィードバックベクトル により次のように表わされる（ｕ＝Δｉ）、 制御系のブロック図を第３図に示す。
（15）式で表わされたＪを最小にする最適フィードバ
ックベクトル は一般式 で与えられる。ただし、 は次のリカッティの行列方程式を満たす正定唯一解であ
る。
ックベクトル は一般式 で与えられる。ただし、 は次のリカッティの行列方程式を満たす正定唯一解であ
る。
上述の実施例では、状態変数ベクトルは、構造物１の
変位x1、構造物１に対する付加マス２の相対変位▲ｘ′
２▼、構造物１の速度１、構造物１と付加マス２の相
対速度▲′ ２▼で表現したが、他の振動に関係する変
数や油圧シリンダの制御に関係する変数を状態量として
考慮してもよい。
変位x1、構造物１に対する付加マス２の相対変位▲ｘ′
２▼、構造物１の速度１、構造物１と付加マス２の相
対速度▲′ ２▼で表現したが、他の振動に関係する変
数や油圧シリンダの制御に関係する変数を状態量として
考慮してもよい。
すなわち、制振装置取付位置における構造物１の変位
x1、付加マス２の変位x2、構造物１の最下部又は地面の
変位x0、構造物１に対する付加マス２の相対変位▲ｘ′
２▼、シリンダ各室の圧力p1、p2、サーボ弁13のスプー
ル14の変位x3とし、この中から制御に重要な要素を取り
出し状態変数ベクトルを表現してもよい。この場合評価
関数Ｊは次のようにするのが適当である。
x1、付加マス２の変位x2、構造物１の最下部又は地面の
変位x0、構造物１に対する付加マス２の相対変位▲ｘ′
２▼、シリンダ各室の圧力p1、p2、サーボ弁13のスプー
ル14の変位x3とし、この中から制御に重要な要素を取り
出し状態変数ベクトルを表現してもよい。この場合評価
関数Ｊは次のようにするのが適当である。
油の圧縮性を考慮した場合にはp1p2を追加するのが有効
である。
である。
（発明の効果） 本発明は上述したように、制振装置が付加マスの動作
を行なう必要のない制御停止状態であり、付加マスが中
立位置からずれた場合に、これを中立位置に戻すとき、
付加マスの動作によって生じる反力から構造物が揺れる
状況を検知し、構造物の制振を行ないながら付加マスを
中立位置に移動させる。その際に、非線形特性のある油
圧アクチュエータを用いて線形近似の制御を行なうこと
により、精度よい制御が可能となり、構造物を加振させ
ることなく付加マスを中立位置に戻すことができるとい
う効果がある。
を行なう必要のない制御停止状態であり、付加マスが中
立位置からずれた場合に、これを中立位置に戻すとき、
付加マスの動作によって生じる反力から構造物が揺れる
状況を検知し、構造物の制振を行ないながら付加マスを
中立位置に移動させる。その際に、非線形特性のある油
圧アクチュエータを用いて線形近似の制御を行なうこと
により、精度よい制御が可能となり、構造物を加振させ
ることなく付加マスを中立位置に戻すことができるとい
う効果がある。
第１図は本発明方法のフローチャートを示す説明図、、
第２図は本発明で用いる制振装置のモデル図、第３図は
本発明で用いる制振装置の付加マスの固定手段を示す一
例の説明図、第４図は制振系のブロック図、第５図は本
発明の制振装置の側面図、第６図は制振装置の平面図、
第７図は従来の制振装置のモデル図である。 １……構造物、２……付加マス ６……シリンダ 11、12……変位検出手段 ｚ……制御器
第２図は本発明で用いる制振装置のモデル図、第３図は
本発明で用いる制振装置の付加マスの固定手段を示す一
例の説明図、第４図は制振系のブロック図、第５図は本
発明の制振装置の側面図、第６図は制振装置の平面図、
第７図は従来の制振装置のモデル図である。 １……構造物、２……付加マス ６……シリンダ 11、12……変位検出手段 ｚ……制御器
Claims (1)
- 【請求項１】構造物の振動方向に運動可能な付加マス
と、該付加マスを運動させる手段とを有し、前記付加マ
スの運動の制御することにより前記構造物の振動を抑制
する制振装置の制御方法において、 前記制振装置が付加マスに運動させる必要のない制御停
止状態あり、前記付加マスが動作範囲の中立位置からず
れたとき、 付加マスの速度，中立位置からの変位，その他の構造物
の振動に関係する変数を求めて各種の状態変数を設定し
て多変数制御における系の状態を示す状態変数ベクトル
とし、予め設定された最適フィードバックベクトルと前
記状態変数ベクトルとの内積から成る演算式により前記
油圧シリンダへの供給流量を制御する制御入力信号を演
算し、 前記最適フィードバックベクトルは、系の動的な特性を
記述する状態方程式及び出力方程式により、系の状態変
数の中から注目する出力変数を選び、この出力変数を基
に定義された積分型の評価関数が最適制御理論により最
小となるよう設定され、 前記演算式の制御入力信号を最適入力とすることによ
り、この最適入力で油圧シリンダを制御して付加マスを
中立位置に復帰させる ことを特徴とする制振装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62074896A JPH086492B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | 制振装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62074896A JPH086492B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | 制振装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241276A JPS63241276A (ja) | 1988-10-06 |
| JPH086492B2 true JPH086492B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=13560611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62074896A Expired - Lifetime JPH086492B2 (ja) | 1987-03-28 | 1987-03-28 | 制振装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086492B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01275866A (ja) * | 1988-04-26 | 1989-11-06 | Kajima Corp | 能動式制震装置 |
| JPH02221568A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-04 | Kazuo Yoshida | 多自由度建物のための最適アクティブ動吸振器制御システム |
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
- 1987-03-28 JP JP62074896A patent/JPH086492B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63241276A (ja) | 1988-10-06 |
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