JP3773106B2 - 電磁石の制御に関係した改良 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
この発明は支持構造上にロード（荷重と訳出する）を支持するためのマウントに係り、とくに船舶、航空機などのベッセル内で機械を支持するためのマウントに関する。
【０００２】
従来の技術
受動的なスプリングとかゴムマウントが伝統的に使用されてベッセル内で機械を支持し、このようなベッセルのハル（船腹もしくは機腹）内の機械雑音の伝達を最小とするようにしている。そこには基本的な設計上の妥協がハルに対する機械の動きを抑制することと、振動を隔離絶縁することとの間に存在している。機械の動きをよりスティフネスのある（より硬い）スプリングがよく抑制するが、隔離絶縁性能を劣化させ、その逆もまた言える。さらにハルに伝達される力はスプリングの平衡位置からの局所的な変位と振動の周波数とにだけ依存している。
【０００３】
ベッセル内での機械のマウントについての実質的な改善は電磁石空中浮揚支持マウントの使用により、また爾後“支持アクチュエータ（サポートアクチュエータ）”と呼ぶこのような電磁石マウントの電子的制御を加えることによって可能となった。
【０００４】
この発明はとくに支持アクチュエータと電磁石と支持アーマチャに空間的に接続する方法に関するものであり、それによって電磁石もしくは支持アーマチャのいずれかの動きが電磁石と支持アーマチャとの間に作用する力を実質的に変えないようにする。さらに、この発明は複数の支持アクチュエータを含む支持装置にも関係している。
【０００５】
現在のところ、振動する荷重支持アーマチャをその上にある基準構造にその基準にマウントされた電磁石を用いて磁力により接続することができる。適当な一定電流で励起されるときに電磁石は磁場を作り、それが支持アーマチャ上に吸引力を作用して、支持アーマチャが磁場内部に置かれるときには、電磁石に向って支持アーマチャを上側に吸引するようにしている。吸引力は荷重に作用する重力によって対抗される。支持アーマチャと電磁石との間には物理的なギャップ（空隙）が存在すること、また支持アーマチャにマウントされた荷重の振動が振動の際に物理的なギャップに振動を生じさせることになることを理解しなければならない。
【０００６】
電磁石は二重入力で単一出力のデバイスと考えることができる。出力は支持アーマチャ上に磁場によってもたらされる吸引力である。この吸引力は入力に依存しており、第１に電磁石を励起するために使用される電流であり、第２のギャップの大きさに依存している。例えば支持アーマチャ上に作用する吸引力は支持アーマチャが電磁石に近付いた位置、すなわちギャップの大きさが減るときには増大し、また電磁石からの位置が遠くなる、すなわちギャップの大きさが増すと減少する。支持アーマチャ上に電磁石によってもたらされる吸引力は強力な負のスプリングと類推される。
【０００７】
しかしながら、同じ電磁石アクチュエータを用いて、基準に対して間隔を取った関係である構造物を支持し、この構造物の振動の効果により生ずる構造物内の共振を禁止もしくは抑止（ダンプ）させるようにするときには、別の力が支持アーマチャと電磁石との間に導入されなければならない。こういった追加の力の生成は支持アーマチャと電磁石との間の振動の隔離絶縁と矛盾することになる。
【０００８】
既知の支持アクチュエータでは磁束センサからの項利得帰還（フィードバック）制御が電磁石に採用されて、強い負のスプリングを弱い負のスプリングに変換するように試みられ、それによって、電磁石の吸引力のより正確な制御が応用できるようにされる。しかしながら、高利得の帰還は荷重振動周波数の有限な範囲にわたって維持することはできず、実施例際には帰還の利得は周波数が増すと零に向って落ちて行く。この効果はときに“ロールオフ”と呼ばれ、位相の変化を生じさせて、弱い負のスプリングはそこでこのロールオフ周波数範囲では負のダンパにより似た振舞いとなる傾向にある。これが今度は物理的なギャップ内での振動にエネルギーを供与し、これがこのロールオフ周波数範囲でのいずれかの構造的な共振をすぐに励起することができて、支持構造内に望ましくない共振を生成することができる。
【０００９】
上述の不利益は別の既知のシステムで克服されており、このシステムではギャップセンサもしくは近接度計（プロキシメータ）が置かれていて物理的ギャップ内の振動を検知して、磁場内の磁束密度変動を予測する用にしている。プロキシメータの出力は電磁石に向けて可変電流を送る電流制御器にフィードフォワード信号を与えるために使用される。磁束（フラックス）センサからのフィードバック制御はセンサが磁束密度の実際の変動を測定するもので、電流制御器を制御するために使用することもできて、それによりフィードフォワード制御構成で用意される信号の精度を高める。
【００１０】
電流制御器に対する正しい伝達関数を決めることによって、フィードフォワード制御は電磁石の特性を基本から変えて、弱い正のスプリングのように振舞うようにし、周波数が増すと関係する位相シフトを伴うようにし、これにより電磁石が正のダンパとして振舞うようにする。フィードフォワード制御経路は非常に広い帯域幅を有し、これが単一の帰還の帰還制御により用意されたものよりも広いが、しかし制御の精度は伝達関数を決めるために使用された物理的ギャップの測定精度に依存する。
【００１１】
磁束センサによって与えられた高利得帰還制御はさらに電磁石の特性を変更して、それがもっと弱い正のスプリングのように振舞うようにする。したがって、磁束センサからの帰還信号が周波数の増加とともにロールオフするときにギャップセンサからのフィードフォワード制御により生じた関係する位相シフトは電磁石内に正のダンピングを生成して、ロールオフ周波数範囲内の物理的ギャップにおけるいずれもの振動からエネルギーを抽き出す。それ故に、ロールオフ周波数範囲内でのいずれもの構造上の共振は抑制（ダンプ）されて、支持アーマチャにおけるさらなる共振を生じさせないことになる。
【００１２】
発見的事実
しかしながら、電磁石により生成された磁束密度を検出することが物理的ギャップ内の小さな振動についての力の変化を測定することにとって成功している間は、この物理的ギャップ内でより大きな変動についての力の変化を測定することを失敗する。発明者はこれが磁場がその形とともに大きなギャップ変動を伴う強度を変える結果であって、それによって磁束密度変動を測定することが実際の力の変化をもはや反映していないことに気付いた。
【００１３】
さらに、構造的な共振で電磁石と支持アーマチャとの間の振動する荷重により作られるものの制御は、これまでのところ電磁石と支持アーマチャとの間で追加の力を生成することを必要として来た。しかしながら、このような力の生成は支持アーマチャと電磁石との間の振動絶縁と相反するという不利益を蒙らなければならない。
【００１４】
発明が解決しようとする課題
この発明の目的は上述の既知の支持アクチュエータと関係した不利益を回避するか緩和することである。
【００１５】
課題を解決するための手段
この発明の第１の特徴によると、可変電流を作るように動作できる電流制御器と、該可変電流を受領し、かつ可変電流に依存した磁場を生成するように接続された電磁石と、動作ギャップにより電磁石から分離されかつ磁場により支持された支持アーマチャと、電磁石により生成された力を検出し、かつ生成された力の変動に依存して電流制御器を作動させるようにされた第１の制御手段とを含み、かつ第１の制御手段は該電磁石内の可変電流を変動して生成された力が所与の力需要値に実質的に等しくしかも動作ギャップの大きな変動をできるようにするようにされている支持アクチュエータを提供する。
【００１６】
このやり方で、電磁石によって生成された力が直接測定できて、しかも所与の力需要値（フォースデマンドバリュー）に実質的に等しく変動できる。生成された力は電磁石とそれが関係している支持アーマチャとの間の動作ギャップ（オペレーショナルギャップ）と独立している。このことは振動の絶縁（もしくは隔離、アイソレーション）が維持されていることであり、支持アーマチャ内の共振の結果として支持アクチュエータにより生成された力の変化が存在しないことによる。支持アーマチャは通常はそこに荷重をマウントすることになり、荷重は振動して共振を生じさせること、また、支持アーマチャの共振はそれが取付けられている振動する荷重の共振に対する応答であることが理解されると思う。この明細書の文脈では、力需要値は、いくつから支持アクチュエータにより支持される構造についての特定の剛体（リジットボディ）モードを選択的に制御するために別個の全体システム（グローバルシステム）によって決められた値である。各支持アクチュエータは、かつもっと大きな振幅のギャップ変動であって、磁束センサからの簡単なフィードバックを用いてか、あるいはギャップセンサからのフィードフォワード制御と磁束センサからのフィードバック制御との組合せを用いて可能とされるよりももっと大きな周波数範囲にわたり電磁石によって生成された力の制御を可能としている。さらに、各支持アクチュエータは電磁石と支持アーマチャとの間の追加の力を生成はしない。
【００１７】
第１の制御手段は前記電磁石によって生成された力を検出するようにされたゲージ、すなわちストレーン測定用ゲージを含んでいる。この第１の制御手段はまた該力に依存した第１の制御信号を生成するようにされていて、この第１の制御信号は前記電流制御器を作動するようにされている。第１の制御手段はストレーン測定用ゲージから電流制御器への帰還経路内に置かれていてよい。ストレーン測定用ゲージは前記アーマチャと、該支持アーマチャのためのマウント用位置との間に置かれていてよい。ストレーン測定用ゲージはロードセルであってよい。
【００１８】
好ましいのは第２の制御手段があって、動作ギャップ内の変動を検出して動作ギャップ内の変動に依存して電流制御器を動作して、それにより力の変動を予期するようにされており、またこの第２の制御手段は前記電磁石内の電流を変動させ、それによって動作ギャップの変動を可能としながら前記力が実質的に一定に維持されるようにされていてよい。第２の制御手段は前記動作ギャップにおける変動を検出するようにされたギャップセンサを含んでいてよい。第２の制御手段はまた動作ギャップ内の変動に依存した第２の制御信号を生成するようにされていて、第２の制御信号はまた前記電流制御器を動作するようにされていてよい。第２の制御手段はギャップセンサから電流制御器に向うフィードフォワード経路内に置かれていてよい。電流制御器の動作は所与の力需要値と第２の制御信号と電磁石に加えられる可変電流との間の関係についての伝達関数によって決定されてよく、また電話制御器はこの伝達関数に依存して可変電流を作るようにされている。
【００１９】
電磁石によって維持されている荷重と支持アーマチャがマウントされている支持構造との間の振動力を絶縁するようにされていてよいし、これに代わって支持アーマチャにより維持されている荷重と電磁石がマウントされている支持構造との間の振動力を絶縁するようにされていてよい。
【００２０】
電磁石と支持アーマチャとを支持する構造は機械的に弾力のある相互接続がとられていてよく、例えばいくつかの機械的スプリングによる。この場合にストレーンゲージもしくはロードセルがスプリングと電磁石により生成された全体の力を測定するようにされる。これらのスプリングは荷重の何がしかを支持し、必要とされる電磁石の寸法を減らすのを助ける。
【００２１】
この発明の第２の特徴によると、複数の支持アクチュエータを有する支持装置を提供し、そこには振動する荷重がいかだにマウントされており、また該支持アクチュエータは該いかだと支持構造の間でアレイとして配置されていかだを支持するようにし、ここで各支持アクチュエータは可変電流を作るように動作する電流制御器と、該可変電流を受領しかつ該可変電流に依存して磁場を生成するように接続された電磁石と、電磁石から動作ギャップによって分離されかつ該磁場により支持された支持アーマチャと、該電磁石により生成された力を検出しこの生成された力内の変動に依存して該電流制御器を動作するようにされた第１の制御手段とを含み、該第１の制御手段は該電磁石内で可変電流を変動するようにされていてそれにより該ギャップの変動を可能としながら生成された力が所与の力需要値に実績的に等しくする。
【００２２】
好ましいのは、第２の制御手段は各支持アクチュエータと関係することができて、前記動作ギャップ内の変動を検出するようにされていて、それにより力の変動を予期して、動作ギャップ内の変動に依存する第２の制御信号を生成し、少くとも１つの加速度計がいかだにマウントされていて、各加速度計はマウント位置でのいかだの局部的な動きを示すデータ信号を生成するようにされている。全体の制御器があって、各加速度計からのデータ信号と、各ギャップセンサからの第２の制御信号を受領して前記いかだの少くとも１つの剛体モードに応答して所与の力需要値を生成するように動作するようにされているのがよい。この全体の制御器は、前記データ信号と第２の制御信号とからいかだの少くとも１つの剛体モードを識別するようにされたモーダルマトリックス分解機能と、各識別された剛体モードに依存する各個別アクチュエータに対する適切な所与の力需要値を生成するための逆モーダルマトリックス機能とを備えているのがよい。
【００２３】
ここでもまた、各支持アクチュエータを支えている構造は前記いかだと機械的にしかも弾力のある相互接続をとっているのがよく、例えばいくつかの機械的スプリングにより、荷重のある部分を受けて必要とされる電磁石の寸法を減らすことを助ける。
【００２４】
この発明の第３の特徴によると電磁石に対して支持アーマチャを空間的に結合する方法が提供され、該アーマチャと電磁石との相互作用により作られる磁場によって支持される構造についての所望の剛体モードに対応する力需要値を生成し、電流を該電磁石に加えてその電流に依存する磁場を生成しかつこの磁場が支持アーマチャを、動作ギャップを両者間に作って、支持するようにし、支持アーマチャと電磁石との間の動作ギャップを電磁石により生成される力を検出し、この力に依存して電流を変動させることによって制御して、それにより動作ギャップ変動を可能としながら力需要値と実質的に等しい力を生成するようにする。
【００２５】
この発明を例をあげて、添付の図面を参照して記述して行く。
【００２６】
発明の実施の形態
図１を参照すると、支持装置は複数の可撓性のある（フレキシブルな）交差している部材１１，１２から形成されたいかだ（ラフト）１０を備えていて、このいかだ１０は荷重（図示せず）を支持するようになっている。いかだ１０はまたそこに複数の支持アクチュエータ１３をマウントしてあり、アクチュエータ１３は支持アーマチャ１４を含み、磁場（図示せず）を生成するように電磁石１５から間隔をとってあり、それによって支持アーマチャ１４を電磁石１５とは間隔をとった関係で維持して、両者間に動作ギャップ１６を定義するようにしている。
【００２７】
支持アクチュエータ１３を利用することにより、いかだ１３は振動する荷重（図示せず、たとえば機械のようなもの）を載せるために使用できる。したがって、いかだ１０はフレキシブルであってよく、荷重から伝達される何らかの共振は正しい制御がされていることを条件として支持アクチュエータ１３により完全に無視されるからである。
【００２８】
もしいかだが無限の剛性（リジッド）であったとすると、そこには何らの共振も存在せず、全体の制御（グローバルコントロール）は簡単であろう、しかし、いかだ１０はいかだ１０の共振周波数で励振されるとすると共振することが期待される。
【００２９】
発明者が現実のものとしたのは、支持アクチュエータ１３の総合的（コレクティブ）もしくは全体の制御を達成するためには、各支持アクチュエータ１３は動作ギャップ１１内で、荷重により生成された共振により生じた変動で変ることのない力を生成するように作られねばならないということである。この力は所与の力需要値にとして全体の制御器（図示せず）により命ぜられたものに依存し、また力は全体の制御器が所与の力需要値は変るべきことを命じたときにだけ変らなければならない。したがって、すべての支持アクチュエータ１３により生成された力は各支持アクチュエータ１３についての所与の力の需要を変えることにより変えることができて、それにより所与の、もとの位置もしくは所望の位置にいかだ１０を回復させるようにする。
【００３０】
さらに発明者が現実のものとしたのは、いかだ１０をその剛体モード（これはいかだ１０の平均の動きである）で支持することによって、剛体モードは総和が零の線形モーメントもしくは零の角度モーメント（ゼロネットリニアもしくはゼロネットアンギュラモーメンタム）をもつ力の分布によっては励起できないということである。いかだ１０のすべてのたわみモード（これはいかだ１０に作用する共振である）はゼロネットリニアとゼロネットアンギュラモーメンタムをもっているので、これらがいかだ１０の剛体モード制御に影響を与えず、各電磁石１５がマウントされるマウント用の位置（図示せず）上に追加の全体的な需要力を作ってはならないことである。
【００３１】
いかだ１０の励振の剛体モードはその構造上の励振モードと直交関係にあるので、全体の制御器は剛体モードをフィルタで切り落すか励振されるいずれもの構造上のモードを単に無視することが可能である。
【００３２】
実施例
図２はこの発明の動作の基本原理を示し、ここでは支持アクチュエータ２０が入力電流２２に電流制御器２３を経由して動作可能に接続された電磁石２１を備えていて、電流制御器２３により供給された可変電流２５に従った可変強度をもつ磁場２４を生成するようにしている。磁場２４の強度は制御されて、電磁石２１が荷重（図示せず）を運ぶようにされた支持アーマチャ２６から動作ギャップ２７によって分離されるのを確かなものとする。
【００３３】
これが達成されるのは支持アーマチャ２６と支持アーマチャ２６に対するマウント用位置２９との間にロードセル２８を動作可能に接続することによっている。全体の力の需要Ｄで全体の制御器（図示せず）により供給されるものは電流制御器２３に対して供給されて、それにより支持アクチュエータ２０により作られるのに必要とされる所与の力を決めて、支持アクチュエータ２０が複数の他の支持アクチュエータ２０と一緒に動作するときには、所与の力の需要Ｄが剛体動作を制御するように作用する。複数の支持アクチュエータ２０の全体の制御器を用いての全体の制御は以下で図４を参照して説明する。
【００３４】
ロードセル２８が第１の制御信号３０を作るようにされていて、この信号はマウント用位置２９にマウントされた荷重上に作用する磁場２４により生成される力の変動を表わしており、またこの第１の制御信号３０を後方に帰還（フィードバック）制御経路３１に沿って電流制御器２３に供給することによって可変電流２５を制御する。
【００３５】
電流制御器２３の動作は高利得帰還制御経路３１によって決まり、これが第１の制御信号３０を磁場２４を生成するために電磁石２１に加えられる可変電流２５の変動によって所与の需要力Ｄに実質的に等しくするように探究する。
【００３６】
もし支持アーマチャ２６が振動している荷重（図示せず）にマウント用位置２９を介して取付けられているとすると、それが電磁石２１に関して移動することになり、またもし電磁石２１に加えられた電流２５が一定に留まっているべきであれば、そのときは電磁石２１により発揮される力は変動することになる。しかしながら、力の変動はロードセル２８によって検出され、第１の制御信号３０が力の変動の大きさに依存して生成される。第１の制御信号３０と所与の需要力Ｄとは入力電流２２を制御し、この電流が可変電流２５を生成するために使用され、この可変電流が今度は電磁石２１により生成される磁場２４の強度を変え、それにより支持アーマチャ２６上に作用する力の変動を補償する。このようにして電磁石２１により生成される力は可変電流２５を介して適切な変動により所与の需要力Ｄに実質的に等しくなり、生成された力は動作ギャップ２７の何らかの変動とは独立したものとなる。
【００３７】
帰還制御経路３１の限界にまで周波数が増すと、制御信号３０の利得はロールオフし、帰還制御経路３１の周りの関係する位相シフトは前進的に−１８０゜から−９０゜に変り、ついには０゜となる。位相シフトが変化すると、支持アクチュエータ２０により作られる負のダンピング効果は−９０゜位相位置に対応する周波数で最大となる。負のダンピング効果は−９０゜位相位置に対応する周波数の近くで共振を励起することができる。この−９０゜位置近くの共振は負ダンピングによってそこに注入されるエネルギーをもつことになる。この負のダンピングは正の自然ダンピングを越え、そこからこのモードに関係してエネルギーを抽出し、そして励起がされるという好ましくない状態となる。
【００３８】
図３は図２に示したものと同様の参照番号を使用しているものであり、図３から、電磁石２１の制御は、ギャップセンサ３２をも用いて電流制御器２３を動作させるようにしてそれにより可変電流２５を変えるようにして、さらに改善できる。
【００３９】
ギャップセンサ３２は動作ギャップ２７内の変動を測定して変動に対応する第２の制御信号３３を作るようにされている。第２の制御信号３３はフィードフォワード制御経路３４に沿って電流制御器２３に向けて前方に供給され（フィードフォワードされ）そこでは第２の制御信号３３から電磁石２１により生成された力についての変動の予測（値）を計算する。この力についての変動の予測は電流制御器２３が可変電流２５を変えるようにしてフィードバックの第１の制御信号の利得が周波数とともに減少したときに負のダンピングがロールオフ周波数範囲でも禁止されるようにする。
【００４０】
この実施例では、電流制御器２３の動作は観察された次の間の関係の伝達関数によって決められる。すなわち、所要の需要力値Ｄと、第２の制御信号３３と、磁場２４を生成するために電磁石２１に加えられる可変電流２５の間の関係であり、これによって電磁石２１がギャップ変動と独立に所与の需要力値Ｄに等しい力を与えるようにする。
【００４１】
電流制御器２３の正しい伝達関数を決めることにより、フィードフォワード制御経路３４はバイアスがかけられて、それにより電磁石２１の特性が根本的に変えられて、そこで電磁石２１は弱い正のスプリングのように振舞い、周波数の増加と関係した位相シフトをもつことになる。これが電磁石２１に正のダンパのように振舞うようにさせる。フィードフォワード制御経路３４は簡単なフィードバック制御と比較すると非常に広い帯域幅をもつことができるが、制御の精度は伝達関数を決めるために使用される測定の精度と、支持アクチュエータ２０の特性についての知識とに依存する。
【００４２】
フィードバック制御信号３０がフィードフォワード制御信号３３と一緒にフィードバック制御信号３０の利得がロールオフするときに使用される場合には、負のダンピングが禁止され、したがって共振は周波数でのロールオフによって励起されない。フィードバック制御信号３０を、フィードフォワード制御信号３３と組合せはフィードフォワード制御信号３３が周波数の増とともにフィードバック制御信号３０から次第にとって代ることを意味している。
【００４３】
各支持アクチュエータ２０の制御であって、ロードセル２８からのフィードバック信号３０もしくはギャップセンサ３２からのフィードフォワード信号３０のいずれかを伴い、ロードセル２８からのフィードバック信号３０と組合せた制御については、爾後、ローカル（局部もしくは局所）制御と呼ぶことにする。
【００４４】
振動している荷重が支持アーマチャ２６の代りに電磁石に取付けることができ、ロードセル２８は電磁石２１とマウント用位置２９との間に接続できて、それにより荷重（図示せず）が支持アーマチャではなく電磁力２１に接続されている。
【００４５】
支持アクチュエータ２０のアレイで、各々が上述した局部制御を有しているものが、３次元構造を支持するために使用されるとすると、追加の全体の制御が各支持アクチュエータ２０に供給される力需要値Ｄを変更するために必要となり、それによって必要とされている構造の平均位置と配向とを所定値で達成する。
【００４６】
したがって、もう一度図１を参照すると、いかだ１０はその上に多数の加速度計１７をマウントしていて、これがデータ信号（図示せず）で各加速度計が固定されているいかだ１０の動きに対応するものを与えている。これに代るものとして、若干もしくは全部の加速度計１７がセンサと置換えることができて、このセンサはそれがマウントされる構造（物）（ここではいかだ１０）の動きもしくは近接度のいずれかを検出できて、マウントされた構造の動きもしくは近接度もしくはそれらの変化に対応しているデータ信号を作る。さらに、ギャップセンサ（図示せず）からの出力信号で局部制御に使用される各支持アクチュエータ１３と関係しているものからの出力信号もまた全体の制御器に向けた第２の制御信号を用意するために使用できる。局部制御で使用されるものと独立したギャップセンサが局部と全体の制御の独立性を保つために使用できることは理解できると思う。
【００４７】
図４を見ると、ここでは図１に示したのと同様の参照番号が使用されており、全体の制御器４０は各加速度計１７とギャップセンサ４２と各支持アクチュエータ１３との間に置かれている。すなわち、全体の制御器４０は各加速度計１７とギャップセンサ４２とから全体の制御器４０を通って支持アクチュエータ１３に戻るフィードバック経路の中にある。
【００４８】
この場合に、４つの加速度計１７のアレイはいかだ１０の周りに分布されていていかだ１０の三つの異なる剛体モードを計算して４つの支持アクチュエータ１３を制御するようにしており、支持アクチュエータもまたいかだ１０の周りに分布されていて、そこで４つのギャップセンサ４２と各支持アクチュエータ１３について１つずつ関係している。各加速度計１７はデータ信号４１を作り、また各ギャップセンサ４２は第２の制御信号を作り、この信号が剛体モードの（モーダル）変換マトリックス４４により受領され、そこでは剛体モードの振幅を計算する。すなわち、動作ギャップ１６の測定と加速度計１７からの測定はいかだ１０の各部の動きについての詳細な解析を与えている。剛体モードの振幅はいかだ１０の瞬間的な位置と配向との必要とされている平均値からの偏位を与える。
【００４９】
モーダル変換マトリックス４４は制御されることになる各剛体モードに対する励起出力４５を作るようにされている。実際に、モーダル変換マトリックス４４はいかだ１０の特定の剛体モードに対して空間的なフィルタをかける。これは各励起出力４５に対応していて、いかだ１０の性質のモデルを含んでいる。各励起出力４５は制御アルゴリズム４６を供給するために使用され、制御されるべき各剛体モード（この場合は３つの剛体モード）に対して１つが供給される。各制御アルゴリズム４６はモーダル制御需要力４７を生成するようにされていて、この力はいかだ１０を必要とされている平均位置と配向にまで所与のやり方で戻すことになる。これはいかだ１０のダンピングを含むことができて、いかだは終局的に休止する。
【００５０】
各モーダル制御需要力４７は逆モーダル変換マトリックス４８によって所与の力需要値Ｄに変換され、それが使用されて各支持アクチュエータ１３を制御するために使用される。４つの加速度計１７とギャップセンサ４２とが使われてそれぞれデータ信号４１と第２の制御信号４２とを用意して４つの支持アクチュエータ１３を制御するために使用され、加速度計１７もしくは支持アクチュエータ１３及びしたがって関係するギャップセンサ４２の数は応用によって変ってもよいこと、またこのことが今度はモーダル変換マトリックス４３と逆モーダル変換マトリックス４８との大きさに影響することが理解されよう。さらに、必要とされる制御アルゴリズム４６の数は検出されかつ制御されることになる剛体モードの数に依存して変り、無論剛体モードの最大数は６である。通常は６つの剛体モードを制御することになる。
【００５１】
実際には、全体の制御器４０はいかだ１０の瞬間的な位置と配向とをデータ信号４１と第２の制御信号４３とを用いて測定する。モーダル変換マトリックス４４と、アルゴリズム４６と、逆変換マトリックス４８との組合せが各支持アクチュエータ１３についての所与の需要力値Ｄの計算を与え、それによっていかだ１０をその所定平均位置と配向とに所定のレートで戻す。
【００５２】
いかだの平均的な動きはその剛体の動きである。もしいかだ１０がその共振周波数の１つで励起されなければならないときは、いかだ１０についての全く大きな振動の局部的変位が生成できる。このような変位が各支持アクチュエータ１３により生成された力を変えることがない間は、力が局部制御により所与の力需要値Ｄに維持されているときに、このような変位はいかだ１０の瞬間的な平均位置と配向とを変更することが期待できるかもしれない。
【００５３】
この発明の利点は共振によっていかだ１０内で生成される動きがいかだ１０の剛体の動きに対して直交していることである。この結果は、いかだ１０の何らかの共鳴が、各動作ギャップ１６を変えることがあるけれども、いかだ１０の剛体モードを変えずそれによって全体の制御器４０はどんな共振も単に無視して、追加の力がいかだ１０の共振の励起に応答して生成されることがない。すなわち、いかだ１０のすべての低周波数共振で局部制御の同じ帯域幅内にあるものが無視される。
【００５４】
モーダル変換マトリックス４４と、アルゴリズム４６と、逆モーダル変換マトリックス４８とそれらの係数との構築は応用に依存するものであり、解析もしくは経験方法から加速度計１７と支持アクチュエータ１３とのマウントに先だって、あるいは加速度計１７と支持アクチュエータ１３とがいかだ１０に一旦マウントされて決められる。
【００５５】
最低６つの支持アクチュエータ１３がいかだ１０が３次元で動作するようにするために必要とされており、その理由は６つの剛体モードが制御されることになるからであることは理解されよう。
【００５６】
図５は図２と３とに示した支持アクチュエータ２０の代りの形式を示し、ここでは同様の参照番号が使用されている。この実施形態では、電磁石２１を支持している構造と、支持アーマチャ２６を支持している構造とがそれぞれスプリング支持ラグ（突起、耳）５１，５２を備えている。１対の平行機械スプリング５０がラグ５１と５２との間に延びている。スプリング５０は支持された荷重（図示せず）の一部を負担するように支援して、その結果、電磁石２１は図２と３とに示した実施形態で使用されているものと比較して形を小さく設計できる。
【００５７】
図６は図２，３もしくは５に示した支持アクチュエータの実施形態の１つにある電流制御器２３に向けて、供給されることになる外部グローバルフィードフォワードデマンド（需要）信号Ｄについての全体の力需要信号Ｄを生成するシステムを示す。ここに示したシステムは船舶応用で使用する者であり、船舶機械と船腹（ハル）との両方の剛体モードが抽出されることになる場合である。加速度計５２と５３とは信号５２′と５３′とをそれぞれハルと機械の加速度と変位とに依存してハル剛体モードと機械剛体モードとの信号発生器５４，５５に向けて用意する。ハル信号発生器５４の出力は回路５６内で適切な質量によって乗算されて、オペアンプ５８の一方の入力に加えられ、また機械信号発生器５５の出力は周波数依存スティフネル関数回路５７を経由してオペアンプ５８の第２の入力に供給される。オペアンプ５８の組合せ出力は逆モーダル変換回路５９に供給されて、全体のモーダル力需要信号Ｄを生成して、これにより機械がハルの動きを追跡するようにする。需要信号Ｄが図２，３，５のいずれかに示した支持アクチュエータの１つの電流制御器のフィードフォワード入力に供給される場合には、支持アクチュエータは一定の位置決め能力を与えられ、電流制御器２３に向けたフィードバック回路により制御される振動絶縁性能からこの要件を分離する。
【００５８】
図４に示したような実施形態では、加重がかかっているいかだ上で作用する複数の支持アクチュエータがあって、各支持アクチュエータについての個別の全体の力需要は逆変換回路５９によって計算される。
【００５９】
図６に示したシステムの主要な特徴は船舶機械における機械的共振が観察システム（加速度計もしくは近接度センサ）の外部にフィルタがけされて、支持アクチュエータによって表されるような局部的な零スティフネススプリングによって無視されることである。ハルに伝達される唯一の力は機械の剛体モードの変位に応答する全体のスプリング作用から生じている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の装置の概要を示す図。
【図２】 この発明による支持アクチュエータを示す図。
【図３】 図２に示したものの代りとかる支持アクチュエータを示す図。
【図４】 この発明による複数の支持アクチュエータの全体的な制御を模式的に示す図。
【図５】 図２及び図３に示したものの代りとなる支持アクチュエータを模式的に示す図。
【図６】 船舶支持アクチュエータシステム用の全体的な制御力需要生成用システムを模式的に示す図。

Claims (7)

1. 電磁石吸引力によってマウントを支持するために、アレイ状に配設され荷重のマウントに結合されている複数の電磁石支持アクチュエータであって、各電磁石支持アクチュエータは、可変電流を生成するよう動作可能な電流制御器と、可変電流を受け取り、この可変電流にしたがって磁場を発生させるように接続された電磁石と、動作ギャップだけ電磁石から離され、磁場によって支持される支持アーマチャと、電磁石によって発生した力を検出し、この発生した力の変動にしたがって電流制御器を動作させるよう構成された第１の制御手段とを有し、第１の制御手段は、動作ギャップを変化可能としつつ、発生した力を所与の力需要値とほぼ等しくするように、電磁石の可変電流を変化させるよう構成されている複数の電磁石支持アクチュエータと、
   選択された場所でマウントに取付けられ、前記マウントの動きを示す信号を発生させるように構成された複数のセンサ手段と、複数のセンサ手段からのデータ信号を利用して、各電磁石支持アクチュエータに対する、マウントの振動の剛体モードに関するモーダル制御需要信号を発生させ、かつモーダル制御需要信号から力需要値を表す信号を発生させるよう構成された全体の需要制御器とを有する、各電磁石支持アクチュエータに対する力需要値を発生する手段とを具備する支持装置。
2. 全体の需要制御器は、データ信号に応答して励起信号を生成するモーダル変換マトリックスと、制御されるべき振動の各剛体モードに対して１つの、励起信号に応答してモーダル制御需要信号を生成する複数の制御アルゴリズムユニットと、モーダル制御需要信号を各電磁石支持アクチュエータ用の力需要値に変換する逆モーダル変換マトリックスとを具備する請求項１記載の支持装置。
3. 各電磁石支持アクチュエータと関連する第２の制御手段をさらに具備し、第２の制御手段は、動作ギャップの変動を検出し、これにより力の変動を予測し、かつ動作ギャップの変動にしたがって第２の制御信号を発生するよう構成され、
   全体の需要制御器は、各センサ手段からのデータ信号と、各電磁石支持アクチュエータの各電磁石とアーマチャとの間のギャップを示す、第２の制御手段からの第２の制御信号とを受け取り、これらの信号によりマウントの少なくとも１つの剛体モードに応答する所与の力需要値を発生させるよう動作可能に構成されている請求項２記載の支持装置。
4. 全体の需要制御器は、データ信号および第２の制御信号からマウントの少なくとも１つの剛体モードを識別するよう構成されたモーダルマトリックス解析機能と、各識別された剛体モードにしたがって、各個別電磁石支持アクチュエータに対して適切な所与の力需要値を発生する逆モーダルマトリックス機能とをさらに有する請求項３記載の支持装置。
5. センサ手段は複数の加速度計を有し、各加速度計は取付けられた場所でマウントの局部的な動きを示すデータ信号を発生するよう構成されている請求項１記載の支持装置。
6. 電磁石と支持アーマチャとを支持する構造間に機械的な弾性を持つ接続をさらに有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の支持装置。
7. 機械的な弾性を持つ接続は、少なくとも１つの機械的スプリングを有する請求項６記載の支持装置。

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