JPS6117606A - 振動制御装置 - 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】 ［発明の技術分野〕 この発明は、高架道路等の低周波振動を制御する゛振動
制御装置に関するものである。

一般に高架道路は、地中深く埋設された基礎上に橋脚が
固定されており、その上に橋梁を架持し−ている構造で
ある。このような構造の高架道路において、自動車等が
上記橋梁上を走行すると、橋梁及び橋脚に共振に伴い振
動が発生していた。この振動は地盤を経由して周辺の建
物を振動させるいわゆる低周波振動公害として大きな社
会問題となっている。

〔従来技術〕

この対策として、従来、振動源である高架道路特に地盤
と接続されている橋脚の振動を低減する方法がいろいろ
実施されてきた。

第１図は、高架道路の橋脚に装着した振動制御装置の従
来例を示す。この図は、高架道路の橋脚断面を示したも
のである。図中、（１）は橋脚の支柱。

（２）は橋脚の主梁、（３）は橋梁、（４）は橋脚の基
礎、（５）は建物、（６）は橋脚支柱（１）の振動を検
出する加速度計、（７）は加速度計（６）の加速度信号
を速度信号に変換する積分器、（８）は電力増幅器、（
９）はモータ等で代表されるアクチュエータ、　（１（
ｌは上記アクチュエータ（９）の力を橋脚プレース方向
に伝達する連接ロッド、　ｆｌｌｔは上記連接ロッドα
Ｇを橋脚に連結するガセットである。以上の構成の振動
制御装置において、自動車等の走行荷重が外力として橋
脚に加わると、橋脚に点線で示すような振動が生じ、支
柱（ｌ）に取付けられた加速度計（６）により支柱（１
）の振動加速度が検出される。

この加速度信号は、積分器（７）により速度に変換され
たのち、電力増幅器（８）を経由してアクチュエータ（
９）に送られる。

このアクチュエータ（９）では、上記振動速度に比例し
た制御力を連接ロッドαＧに与え、橋脚のプレース方向
に外力を打消す方向で作用させることで橋脚支柱（１１
の振動を抑制している。図中の点線は。

橋脚の代表的な振動モードの一例を示したもので。

実際の橋脚は、複雑な構造のため近傍する振動周波数で
複数の振動モードをもっている。

一般的に、複数の振動モードをもつ振動系は。

各々の振動モードの重ね合わせと考えられる。今。

橋脚の振動モードの次数をｎ次まで考えた場合の上記振
動制御系の運動方程式は２次式のようになる。

ここに。

ｑＩ；−膜化座標で表わしたｉ次モードの振動変位 δ１　；１次モードの減衰比 ω１　；ｉ次モードの固有周波数 ｍｉ　；ｉ次モードのモード質量 ｍｉ　；外力印加点の１次モードの固有モードの大きさ
゛ △φｉ：制御力作用点のｉ次モードの固有モードの大き
さの差 Ｆ　：外力 Ｕ　：制御力 振動加速度の検出点、すなわち加速度計（６）の設置位
置の橋脚のｉ次の固有モードの大きさをｍｉとすると、
加速度計（６）の検出加速度粘は次式で与えられる。

又、橋脚、に作用する制御力は次のようになる。

Ｕ二ＣＭ−Ｘｌ　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・＋３１ここに、ＣＭ
；ゲイン定数 振動制御装置の制御系を考える場合は、アクチュエータ
（９）の制御力Ｕから橋脚の振動加速度検出点の加速度
Ｘ１までの周波数特性及び、振動加速度ｘ１から制御力
Ｕまでの周波数特性が制御の安定性、振動制御効果につ
いて重要な要素となる。

ここで制御力Ｕから振動加速度ｘ１の周波数特性は。

橋脚の特性を示すもので、振動加速度ｘ１から制御力Ｕ
の周波数特性は、振動制御装置の特性を示す。

第（ｔｓ、　＋２１式から、制御力Ｕから振動加速度Ｘ
１の伝達関数Ｚｓ（Ｓ）は次式で与えられる。

ここに、　ｓ　　　；ラプラス演算子 Ｕ（Ｓ）　　　；制御力Ｕをラプラス変換した関数 換した関数 又、振動加速度Ｘ１から制御力Ｕまでの伝達関数２゜（
Ｓ）は、第（３１式より ０Ｍ ＝□　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・　（５）で表わされる。

第２図は、振動制御装置の制御ブロック線図を、示す。

第２図から、制御ループの一巡伝達関数Ｚ。

（８）は９次式で与えられる。

Ｚ（＋（Ｓ）　：　ＺＳ（８）　・ＺＯ（Ｓ）第（６）
式において、定数△φｉ・ψ１の極性が全ての振動モー
ドについて同じであれば、　　Ｚｏ（Ｓ）の位相は、＋
９０°から一９０°までの間を推移するため、ゲイン定
数ＣＭを大きくしても、　制御系は安定であり、効果的
に振動制御できることは、自動制御理論から周知である
。

しかしながら、複雑な振動モードをもつ橋脚等構造物に
おいては、定数△φｉ・ψｉの極性が全ての振動モード
について同一とは限らない場合がある。

このことは、モードにより振動が低減される振動モード
と反対に振動が励起される振動モードが混在し振動制御
効果が悪化するともに制御系が不安定になる要素となる
。

第１図の従来例における第（６）式の周波数特性の測定
例を第３図に示す。第３図は２位相特性を示すもので９
周波数ｆ１より高い周波数領域につぃては９位相は、−
９０°より遅れている。このため。

ｆｌより低い周波数領域の振動モードでは、　振動は低
減され、ｆｌより高い周波数領域では反対に振動は増大
することとなり制御性能は著じるしく低下する。

〔発明の概要〕

この発明は２以上のような従来の欠点を改善するもので
、制御しようとする振動加速度検出点の振動加速度に他
の検出点の振動加速度を加算、または減算することによ
り、不安定な位相を改善し。

制御可能な振動周波数範囲を拡げた振動制御装置を提供
するものである。

〔発明の実施例〕

以下図面に従ってこの発明の振動制御装置の一実施例を
詳述する。第４図は、この発明の振動制御装置で１図中
（１）から（Ｉｌ＋までは、従来例と同一である。（６
ａ）は、振動を制御しようとする箇所に設置した加速度
計、　　（６ｂ）は、他の箇所に設置した加速度計であ
る。ａｚは、加速度計（６ａ）と（６ｂ）の信号を加算
または減算する加算器である。

以上の構成より成るこの発明は、加速度計（６ｂ）に於
ける一巡伝達関数の測定値は第５図に示す勲相特性を持
っており、振動制御周波数範囲０〜ｆ。

におし・て９位相は＋９０°〜−９０°の範囲内にある
ため、加速度計（６ａ）の゛加速度信号に、この加速度
信号を加算器ａ２で加算すると９合成された伝達関数の
位相は第６図のようになる。すなわち制御しようとする
箇所における信号の位相は２周波数ｆ１より高い周波数
領域で位相が一９０°より遅れていたものが２合成によ
り振動制御周波数領域のｆ。

においても−９０°以内であり、しかも全体位相が０°
付近に平坦化しているため、安定した制御が可能となる
。

なお、上記では、制御しようとする箇所の加速度信号に
他の一ケ所の加速度信号を加え合せたが。

加え合せる信号が複数個であっても、また他の信号を減
算しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、この発明は、制御しょうとする箇
所の加速度信号に他の箇所の加速度信号を加算または減
算することにより、広い振動制御周波数範囲に亘り位相
を平坦化することができ。

安定した振動制御効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示す図、第２図は従来の制御系
のブロック線図、第３図は従来の制御系の位相特性例を
示す図、第４図は、この発明の一実施例を示す図、第５
図は、この発明の他の加速度検出点における位相時゛性
例を示す図、第６図は。 加算した信号での位相特性例を示す図であり、（１）は
橋脚支柱、（２）は橋脚主梁、（３）は橋梁？　　（６
ａ）　（６ｂ）は加速度計、（７）は積分器、（８）は
電力属幅器、（９）はアクチュエータ、　（１（Ｉは連
接ロッド、αυはガセット。 Ｑ３は加算器である。 なお２図中、同一符号は同−又は相当部分を示すＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高架道路等の外力を受けて振動する振動体の複数箇所の
   振動を検出する手段と、上記複数箇所の検出信号を加算
   または減算する加算器と、加算または減算した信号を積
   分する積分器と、積分した信号に比例した電流を流す電
   力増幅器と、この電流を受け制御力を上記振動体に作用
   させるアクチュエータとを備えたことを特徴とする振動
   制御装置。