JP4056019B2

JP4056019B2 - Active vibration control method

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Publication number: JP4056019B2
Application number: JP14756595A
Authority: JP
Inventors: 一郎長島; 正三西山; 堅治萩尾
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JPH08338473A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地震や風等の外乱によって揺れる建物及び土木構築物等の構造物や機械等をアクティブに制振するアクティブ制振方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
構造物１をアクティブに制振するシステムでは、例えば、図１に示すように、構造物１や該構造物１に設置された制振装置３の外乱や制振の結果に対する各応答量Ｘ₁〜Ｘ₄がセンサ２で検出され、その検出値がＡ／Ｄ変換器４でデジタル化されてコントローラ５に供給される。該コントローラ５は、数値演算プロセッサや加算・乗算回路等から構成され、上記供給された上記検出値に基づいて駆動指令電圧を求め、その求めた駆動指令電圧をＤ／Ａ変換器６を介して駆動装置制御回路７に供給する。駆動装置制御回路７では、上記入力した駆動指令電圧に基づいて制振装置３を駆動して、制御対象である構造物１に制御力を入力する。これを繰り返すことによって、当該構造物１に発生している揺れを抑える。
【０００３】
ここで、上記センサ２によって検出される応答量Ｘ₁〜Ｘ₄は、外乱や制振された結果による上記構造物１や制振装置３の変位、速度、加速度、電圧値等である。また、上記コントローラ５における駆動指令電圧を求める演算は、下記式のように、供給された各応答量Ｘ₁〜Ｘ₄に所定の各制御ゲインＧ_iをそれぞれ掛けることによって求めている。
【０００４】
Ｕ＝Ｇ₁・Ｘ₁＋Ｇ₂・Ｘ₂・・・＋Ｇ₄・Ｘ₄
このとき、定数制御ゲインを用いるコントローラ５では、上記制御ゲインＧ_iとして最適制御理論等により予め計算した一定の値である定数制御ゲインＧ_iを使用して上記駆動指令電圧Ｕを求めている。また、可変制御ゲインを用いるコントローラ５では、予め、想定した数種類の外乱レベルに応じて、対応する数種類の定数制御ゲインＧ_iを求めて記憶しておき、構造物１（制御対象）の変位、速度、加速度等の応答量Ｘ₁ _、Ｘ₂ _、Ｘ₄、制振装置３の応答量Ｘ₃（例えば、制振装置３のアクティブマスダンパーのストローク等）に応じて上記定数制御ゲインＧ_iを適宜，切り換えながら上記駆動指令電圧Ｕを求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記定数制御ゲインを用いるコントローラ５では、地震や風による外乱の強度レベルの変化に対応して制御ゲインＧ_iが更新されることがないので、外乱の強度レベルの増大、つまり構造物１等の応答量Ｘ₁〜Ｘ₄の増大に比例して制御力等の制振装置３への要求性能も増加する。即ち、予め想定した外乱レベルよりも大きな外乱レベルに対しては、図８に示すように、それに比例して要求される制御力が大きくなって制振装置３で許容される制御力Ｕｃを越えてしまう恐れがある。そして、上記のように制振装置３で許容される制御力Ｕｃを越えてしまうと、アクティブ制御を続けることは出来ず、場合によってはシステムを停止させる必要が生じるという問題がある。
【０００６】
逆に、予め想定した外乱レベルよりも小さな外乱レベルに対しては、図９に示すように、対応する構造物１等の応答量Ｘ₁〜Ｘ₄も小さく、それに比例して出力可能な制御力も小さい値に抑えられるために、制振装置３の性能を十分に発揮させることができない。また、上記可変制御ゲインを用いるコントローラ５では、定数制御ゲインＧ_iの切換えにどの応答量Ｘ₁〜Ｘ₄を用いるかという応答量の選定や、切換えのための基準値の設定に合理的な方法がなく、場合に応じて試行錯誤的に決定する必要があった。また、ある定数制御ゲインＧ_iから別の定数制御ゲインＧ_iに切り換わる際に、制御に不連続が生じることによって図１に示すように制御力にスパイクノイズが発生したり、また、切換えが頻繁に起こることによって、図１１に示すように、制動力にチャタリングが生じることがある。さらに、きめ細かく切換えのための基準値を設定することは、制御演算時間の関係から制約がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、外乱のレベルに対応して、制振をその能力制約内で有効に発揮可能なアクティブ制御を実現可能とすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアクティブ制振方法は、外乱や制振に対する制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部又は一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、
上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、上記変数αを制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量とその応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載された構成に対し、上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には上記変数αを設定した上限値を限度に増加させ、また、上記制振装置による応答量が上記所定基準値より上回っている場合には上記変数αを設定した下限値を限度に減少させることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
請求項１に記載した発明においては、制振装置の応答量が所定基準値を越えている場合には、その応答量が小さくなるように、つまり制振装置の制御量が小さくなる方向に制御ゲインが変化する。また、制振装置の応答量が所定基準値より小さい場合には、その応答量が大きくなるように、つまり制振装置の制御量が大きくなる方向に制御ゲインが変化する。
【００１１】
このとき、一般に、応答量はほぼ外乱のレベルに比例しているので、適当な応答量を選択することによって、応答量が所定以上に小さい状態、つまり外乱レベルが想定以上に低い状態でも、制御量として所定以上の値が確保され、且つ、応答量が所定以上に大きい状態、つまり外乱レベルが想定以上に大きい状態でも、制御量が所定以下の値に抑えることが可能となる。
また、制振装置の制御力等の応答量に基づいて上記制御ゲインを変化させることで、外乱の大きさに関わらず、制御量を所定の基準値に収束させるように制御ゲインが変化する。
【００１２】
また、上記制御ゲインは、時々刻々、連続的に変化するので、その制御ゲインを使用した制御量も連続的に小刻みに変化して、従来のように制御量に不連続が生じたりその不連続が頻繁に生じることが抑えられる。ここで、上記制御ゲインを変化させるための応答量は、必ずしも制御量を直接演算する際に使用する応答量でなくてもよい。
【００１３】
また、請求項２に記載した発明においては、制振装置の所定基準値からの応答量の偏差が最小となる方向に、設定した上限値と下限値の範囲内において常に変数αを変化させることで、制御ゲインを変化させるものである。
即ち、制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている状態では変数αを設定した上限値を限度に増加することで制御ゲインが変化し、外乱のレベルが小さくても所定以上の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに上限値を設定することで、変数α及び制御量が大きく成りすぎることは防止される。
【００１４】
また、制振装置の応答量が所定基準値を上回っている状態では、変数αが所定下限値を限度に減少することで制御ゲインが変化し、外乱レベルが大きくても、所定以下の大きさの制御量で制振が可能となる。このとき、変数αに下限値を設定することで、変数α及び制御量が小さくなり過ぎることは防止される。
【００１５】
なお、上記変数αと制御ゲインとの関係は、例えば、従来のように各外乱レベル対応に決定した複数の定数ゲインを結ぶ、変数αの多項式に近似させて関連付ける。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず構成について説明すると、図１に示すように、制御対象である構造物１の地上階、最上階、及び中間の階等にそれぞれセンサ２が配設されている。また、上層の階にはアクティブマスダンパーやアクティブテンドン等からなる制振装置３が配設されている。
【００１７】
上記センサ２は、それぞれ設置位置での変位量、速度、加速度等の外乱や制振の結果による応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nを検出する変位計や加速度計等のセンサ２であって、検出した応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに応じた応答量信号をそれぞれＡ／Ｄ変換器４に供給可能となっている。各Ａ／Ｄ変換器４は、入力した応答量信号をデジタル化してコントローラ５に供給可能となっている。
【００１８】
上記コントローラ５は、従来と同様に、供給された各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nにそれぞれ対応する制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを掛けることで制御量である駆動指令電圧Ｕ（α）を求め、その求めた駆動指令電圧Ｕ（α）をＤ／Ａ変換器６に供給可能となっている。
Ｄ／Ａ変換器６は、入力した駆動指令電圧Ｕ（α）をアナログ化して駆動装置制御回路７に供給可能となっている。該駆動装置制御回路７は、供給された駆動指令電圧Ｕ（α）に応じた制御信号（制御電流）を制振装置３に供給可能となっている。制振装置３は、駆動装置制御回路７からの制御信号に応じた制御力を上記構造物１に入力可能となっている。
【００１９】
ここで、上記コントローラ５における上記駆動指令電圧Ｕ（α）の演算は、下記（１）式のように、各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに対応する各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを掛け合わせることで算出される。
Ｕ（α）＝Ａ₁（α）・Ｇ₁・Ｘ₁＋Ａ₂（α）・Ｇ₂・Ｘ₂＋・・・＋Ａ_N（α）・Ｇ_N・Ｘ_N・・・（１）
このとき、上記各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに応じた各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iは、所定の各定数制御ゲインＧ_iに、変数αで表される各ゲイン関数Ａｉ（α）を重み付けされて設定される可変ゲインである。また、上記ゲイン関数Ａｉ（α）は、αの多項式等によって現される関数であって、Ａｉ（α）とαとは、対応する応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに応じて、例えば、図２に示されるような関係となっている。なお、一般には、αの増加に比例してＡｉ（α）は増加するが、所定の応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに対するＡｉ（α）は、例えば図２中、破線で示すような曲線を描く。そして、上記αを制御中に変化させることでゲイン関数Ａｉ（α）、さらには制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iが変化するようになっている。
【００２０】
次に、制御実行時における上記制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iの決定等の処理概要について、図３に従って説明する。ここで、本実施例では、制振装置３の応答量の一つである制御力に対応した制御電流値Ｙに応じて制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを連続的に変化させる場合について説明する。また、本実施例の基準値は、その応答量Ｙの能力限界値よりやや低い値である許容目標値Ｙ_MAXとする。例えば、上記許容目標値Ｙ_MAXを、能力限界値の８０％等の値に設定する。なお、上記制御電流値Ｙは、上記応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nの一つ又は所定の応答量Ｘ ₁ 〜Ｘ _N から導き出せる値である。
【００２１】
まず、制御開始時に、適当な初期値α_initをαに設定しておく（ステップ１）。次に、センサ２からそれぞれ、制御対象と制振装置の応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nと、該応答量の一つである制振装置の制御電流値Ｙを入力する（ステップ２）。そして、上記制振装置３の現在の制御電流値Ｙと許容目標値（所定基準値）Ｙ_MAXとを比較して余裕変数βを算出する（ステップ３）。この余裕変数βは、例えば、下記（２）式によって算出される。
【００２２】
β＝１．０ − （｜Ｙ｜／Ｙ_MAX）・・・（２）
この（２）式から分かるように、制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXを越えている場合には、余裕変数βは負の値となり、また、制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXを下回っていると余裕変数βは正の値を取るようになっている。つまり、余裕変数βは、所定基準値からみた制御電流値Ｙの余裕状態（制御量の余裕状態）を示していて、制御電流値Ｙに余裕がある場合には、余裕に応じた正値を取り、制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXを越えている場合には、そのオーバー分に応じた負値を取るようになっている。
【００２３】
なお、上記余裕変数βの算出は、上記（２）式に限定されるものではなく、下記（３）式のような式でもよい。要は、上記説明したように、所定基準値からみた制御電流値Ｙの余裕状態を示すような式となっていればよい。
β＝１．０ − （｜Ｙ_i｜／Ｙ_MAX）^N・・・（３）
ここで、Ｎは定数である。
【００２４】
次に、上記求めた余裕変数βを下記（４）式に代入してαを更新する（ステップ４）。ここで、下記式におけるΔαは、αの増分量である。
α＝α ＋ Δα・β ・・・（４）
この（４）式によって、αは、制御電流値Ｙに余裕があれば、増加方向に変化し、許容目標値Ｙ_MAXを越えていれば減少方向に変化する。つまりＹがＹ_MAXに近づくようにαが小刻みにつまり滑らかに増減する。ただしこのαは、式の性質上正負とも無限大になり得る。
【００２５】
そこで、上記αと所定下限値α_MINとを比較して（ステップ５）、αがα_MINよりも小さければα_MINをαの値とする（ステップ６）。また、上記αと所定上限値α_MAXとを比較して（ステップ７）、上記αが所定上限値α_MAXよりも大きければ、α_MAXをαの値とする（ステップ８）。
次に、上記決定されたαに基づいて、各ゲイン関数Ａｉ（α）の値をそれぞれ求め、この各ゲイン関数Ａｉ（α）を各制御定数ゲインＧ_iに掛けることで、各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを更新し、上記（１）式のように、その制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに掛けて駆動指令電圧Ｕ（α）値を算出する（ステップ９）。
【００２６】
ここで、上記変数αは、増分Δαを基準に小刻みに、つまり連続的に変化し、その変数αによるゲイン関数Ａ_i（α）、さらには、各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iも小刻みに、つまり連続的に変化するようになる。
また、上記変数αは、制御の強さを表す指標となっていて、応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nが一定であれば、αが大きくなる程、駆動指令電圧Ｕ（α）が大きくなるように、また、αが小さくなる程、駆動指令電圧Ｕ（α）が小さくなるように上記各Ａ_i（α）は設定されている。即ち、例えば、変数αが大きくなっても、それに比例して各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iの変化を決定するゲイン関数Ａ_i（α）は、上記のように大きくなるとは限らないが、上記制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXよりも小さければ、αが増加して駆動指令電圧Ｕ（α）が大きくなるように、つまり、制御電流値Ｙと許容目標値Ｙ_MAX（所定基準値）との差が小さくなる方向に、各制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iが変化するように設定される。
【００２７】
次に、上記算出した駆動指令電圧Ｕ（α）とその許容値Ｕ_limitとを比較して（ステップ１０）、上記Ｕ（α）が許容値Ｕ_limitよりも大きければ、Ｕ_limitをＵ（α）の値とする（ステップ１１）。このように、許容値Ｕ_limitを設けることで、駆動指令電圧Ｕ（α）が過大化することを防止している。そして、その算出した駆動指令電圧Ｕ（α）を駆動装置制御回路７に供給する（ステップ１２）。上記のような処理を、コントローラ５は、所定サンプル時間毎に繰り返すようになっている。
【００２８】
次に、上記アクティブ制振システムによる構造物１の制振等について説明する。
地震や風等による外乱が構造物１に入力され当該構造物１が揺れると、上記外乱に対する構造物１の各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nがセンサ２によって検出され、検出された応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nが、順次、Ａ／Ｄ変換器４を介してコントローラ５に供給される。すると、コントローラ５は、上記のように、供給された応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに基づいて駆動指令電圧Ｕ（α）を求め、求めた駆動指令電圧Ｕ（α）をＤ／Ａ変換器６を介して駆動装置制御回路７に供給する。駆動装置制御回路７では、供給された駆動指令電圧Ｕ（α）に基づいて制振装置３を駆動し、上記駆動指令電圧Ｕ（α）に応じた制御力を構造物１に入力して当該構造物１を制振する。
【００２９】
このとき、地震や風等の外乱のレベルが小さい場合には、コントローラ５に入力される制御電流値Ｙも小さいので、駆動指令電圧Ｕ（α）は小さくなるが、許容目標値Ｙ_MAXと比較した制振装置３の制御電流値Ｙが小さいために、上記変数αは大きくなる方向に変化し、外乱のレベルが小さい状態でも所定以上の制御力を構造物１に入力可能となる。この結果、外乱のレベルが想定したレベルよりも低くても、制振装置３の性能が有効に発揮されて、有効に制振可能となる。
このとき、請求項２に記載された発明においては、上記変数αには所定の上限値と下限値が設定されているから、上記αと所定上限値α _MAX とを比較して（ステップ７）、上記 αが所定上限値α _MAX よりも大きければ、α _MAX をαの値とする（ステップ８）ことにより、変数α及び制御量が大きく成りすぎることは防止される。
【００３０】
また、地震や風等の外乱のレベルが大きい場合には、コントローラ５に入力される応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nが大きくなって、駆動指令電圧Ｕ（α）も大きくなるが、制振装置３の制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXを越えると、上記変数αは、小さくなる方向に変化して、駆動指令電圧Ｕ（α）を小さくなる方向に変化させる。これによって、外乱のレベルが想定したレベルよりも大きくなっても、制振装置３の許容性能を越えることが回避されて、従来のように制振装置３を停止させることなく、制振性能の許容目標値Ｙ_MAX近傍の制御力で制振することが可能となる。
請求項２に記載された発明においては、上記αと所定下限値α _MIN とを比較して（ステップ５）、αがα _MIN よりも小さければα _MIN をαの値とする（ステップ６）ようにしたから、変数α及び制御量が小さく成りすぎることは防止される。
【００３１】
また、上記制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iを変化させる変数αは、式（４）によって現在の変数αに所定増分量Δαに余裕係数βを乗じた値が増減されて更新され、小刻みに即ち滑らかに変化するので、当該制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iも連続的に変化して、従来のような制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iの切換えの際に制御指令値電圧にスパイクノイズやチャタリングが発生することが回避されて、安定且つきめ細かく制振が可能となる。
【００３２】
上記制御の一例を模式的に表すと、図４に示すようになる。つまり、外乱のレベルが想定したレベルより小さい状態では、対応する制御電流値Ｙも小さいために、上記αが増加して上限値α_MAX近傍を維持し、それに応じた制御力を出力する。そして、制御電流値Ｙが許容目標値Ｙ_MAXを越えるほど、つまり、外乱のレベルが想定したレベルより大きくなると、それに追従してαが減少するように変化して、制御力の増分を抑える。このように、外乱レベルに応じて変数α、更には制振力が変化し、制振装置３は、外乱レベルに応じて制約された機能の範囲内で所定の制御力を発揮する。
【００３３】
さらに、具体的に説明する。
まず、制振対象である構造物モデルとして、各質点質量が１００ton の１０質点剪断ばねモデルを考え、構造物モデルの頂部に、制振装置としてアクティブマスダンパーを設置すると共に、構造物１の５階並びに１０階の速度・変位、及びアクティブマスダンパーの速度・変位を応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nとする場合を想定する。また、一次固有周期を１．２秒、以下２〜５時の固有周期を、それぞれ０．４７秒、０．２２秒、０．１７秒として、各次モード減衰定数は１％に設定する。
【００３４】
また、αと各ゲイン関数Ａ_i（α）との関係を図５に示すように設定する。これは、αを、０．２〜２．０まで０，２毎に増加させて各応答量Ｘ₁〜Ｘ_Nに対応する各制御ゲインのサンプル値を求め、そのサンプル値に基づいて、ゲイン関数Ａ_i（α）・Ｇ_iをαの多項式に近似したものである。ここで、図５中、Ｇ５Ｄは、構造物５階の変位に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ１０Ｄは、構造物１０階の変位に掛けるゲイン関数の値を、ＧＭＤは、アクティブマスダンパーの変位に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ５Ｖは、構造物５階の速度に掛けるゲイン関数の値を、Ｇ１０Ｖは、構造物１０階の速度に掛けるゲイン関数の値を、ＧＭＶは、アクティブマスダンパーの速度に掛けるゲイン関数の値を、それぞれ表している。
【００３５】
また、αは、下限値α _MINを０．２、上限値α _MAXを２．０とし、初期値α_initを１．０とすると共に、増分Δαを０．０５に設定する。
また、αを変化させる応答量として制振装置３の制御力を使用し、制御力の限界値を１．３１tonf、所定基準値をその６０％の０．８５tonfに設定した。
【００３６】
上記のように設定したモデルに対して、外乱として、時系列的な強度レベルの変化が大きいＥ１−Ｃｅｎｔｒｏ１９４０Ｎを用い、最大入力加速度を４０Ｇａｌ、及び１００Ｇａｌとして、上記αと制御力の時刻歴波形を求めて見たところ、図６及び図７となった。図６が、最大入力加速度を４０Ｇａｌの場合を示し、図７が、最大入力加速度を１００Ｇａｌの場合を示している。
【００３７】
この図から分かるように、本実施例のアクティブ制振方法を採用することで、外乱である入力加速度に追従して変数α、即ち制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iが時々刻々更新されて、制御力を基準とする制御力に時々刻々近づけながら、制振が行われていることが分かる。
なお、上記実施例では、制御ゲインＡ_i（α）・Ｇ_iの変数αを、制振装置３の駆動電流や制御力に基づいて変化させているが、これに限定されるものではなく、例えば、制振装置の消費電力、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであればマスのストローク量等の応答量に基づいて変化させるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施例では、一つの応答量Ｙに基づいてα、つまりゲイン関数Ａ_i（α）を更新するようにしているが、複数の応答量に基づいてαを変化させるようにしてもよいし、また、上記対象とする制御ゲイン毎に対応するαを複数個用意して各制御ゲインを更新するようにしてもよい。
また、上記αを変化させるための応答量は、上記（１）式の演算のために使用される応答量である必要はない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のアクティブ制振方法では、制振装置の制御力、消費電力、制振装置がアクティブマスダンパーを使用したものであればマスのストローク量等の制振装置の応答量に基づいて上記制御を変化させるので、外乱のレベルの大小に関係なく、確実に制御量を制振装置の能力限界値に近い値等、所定基準値近傍に常時近づけるように制御可能になるので、制振装置の制約内で確実に制振装置の能力を有効に発揮させて制振を行うことができるという効果がある。
また、外乱が小さくても所定以上の制御量が確保可能であり、さらに、外乱が想定したレベルよりも大きくても、所定の制御量近傍の値で制振可能となって、制振装置の能力制約内で且つきめ細かい制御が可能となると共に制振装置の作動効率を大幅に向上させることが可能になるという効果がある。
【００４０】
さらにまた、上記制御ゲインを連続的に変化させることで、外乱の変化等に影響しないで、安定した制御力を発揮可能となる。
上記制御ゲインの変化は、例えば、請求項２に記載された方法を採用することで実現される。この場合には、変数αは所定の上限値と下限値との間で増減するので、対応する各制御ゲインも所定の上限と下限との間で変化して、制御量を所定の範囲に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例のアクティブ制振システムを示す概要構成図である。
【図２】本発明に係る実施例の変数αとゲイン関数Ａ_i（α）との関係の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例のコントローラの処理の流れを示す図である。
【図４】本発明に係る実施例の制御による模式的な状態を示す図であり、（ａ）は、外乱の時刻歴を、（ｂ）は外乱に対応するαの時刻歴を、（ｃ）は、外乱に対応する制御力の時刻歴を示している。
【図５】本発明に係る実施例の変数αとゲイン関数Ａ_i（α）との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る実施例における外乱としての最大入力加速度が４０Ｇａｌでのα及び制御力の状態を示す図であり、（ａ）は、αの時刻歴を、（ｂ）は制御力に時刻歴を示している。
【図７】本発明に係る実施例における外乱としての最大入力加速度が１００Ｇａｌでのα及び制御力の状態を示す図であり、（ａ）は、αの時刻歴を、（ｂ）は制御力に時刻歴を示している。
【図８】従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に大きくなった場合の状態を示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示している。
【図９】従来の定数制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱が想定以上に小さい場合の状態を示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示している。
【図１０】従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における外乱の変化によるゲインの切り換わりを示す図であり、（ａ）は外乱の時刻歴を、（ｂ）は制御力の時刻歴を示している。
【図１１】従来の可変制御ゲインを使用したアクティブ制振方法における制御力の時刻歴を示す図である。
【符号の説明】
１構造物
２センサ
３制振装置
５コントローラ
７駆動装置制御回路
α 変数
Ａ_i（α）ゲイン関数
Ｘ₁〜Ｘ_N応答量
Ｙ変数αを変化させるための応答量
Ｙ_MAX基準値
Ｕ（α）駆動指令電圧[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to earthquakes and windEtc.OutsideIn disorderTherefore, the present invention relates to an active damping method for actively damping structures such as swaying buildings and civil engineering structures, machines, and the like.
[0002]
[Prior art]
  In the system for actively damping the structure 1, for example, as shown in FIG. 1, each response amount X to the disturbance of the structure 1 or the damping device 3 installed in the structure 1 and the result of damping.₁~ X_FourIs detected by the sensor 2, and the detected value is digitized by the A / D converter 4 and supplied to the controller 5. The controller 5 is constituted by a numerical arithmetic processor, an addition / multiplication circuit, and the like, obtains a drive command voltage based on the supplied detection value, and sends the obtained drive command voltage via the D / A converter 6. This is supplied to the drive device control circuit 7. The drive device control circuit 7 drives the vibration damping device 3 based on the input drive command voltage and inputs a control force to the structure 1 to be controlled. By repeating this, shaking generated in the structure 1 is suppressed.
[0003]
  Here, the response amount X detected by the sensor 2₁~ X_FourIs the displacement, speed, acceleration, voltage value, etc. of the structure 1 or the vibration damping device 3 due to disturbance or vibration damping results. Further, the calculation for obtaining the drive command voltage in the controller 5 is as follows.₁~ X_FourEach predetermined control gain G_iEach is multiplied by.
[0004]
  U = G₁・ X₁+ G₂・ X₂... + G_Four・ X_Four
  At this time, in the controller 5 using the constant control gain, the control gain G_iConstant control gain G, which is a constant value calculated in advance by optimal control theory, etc._iIs used to obtain the drive command voltage U. Further, in the controller 5 using the variable control gain, several corresponding constant control gains G according to several types of assumed disturbance levels in advance._iThe response amount X such as displacement, speed, acceleration, etc. of the structure 1 (control target) is obtained and stored.₁ _,X₂ _,X_Four, Response amount X of vibration control device 3_ThreeThe constant control gain G according to (for example, the stroke of the active mass damper of the vibration damping device 3)_iThe drive command voltage U is obtained while appropriately switching.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the controller 5 using the constant control gain, the control gain G corresponds to the change in the intensity level of the disturbance due to earthquake or wind._iIs not updated, the intensity level of the disturbance is increased, that is, the response amount X of the structure 1 etc.₁~ X_FourThe required performance of the vibration damping device 3 such as the control force increases in proportion to the increase of. That is, for a disturbance level larger than a previously assumed disturbance level, as shown in FIG. 8, the control force required in proportion to the disturbance level increases and exceeds the control force Uc allowed by the vibration damping device 3. There is a risk that. If the control force Uc allowed by the vibration damping device 3 is exceeded as described above, there is a problem that the active control cannot be continued and the system needs to be stopped in some cases.
[0006]
  Conversely, for a disturbance level smaller than a previously assumed disturbance level, the response amount X of the corresponding structure 1 etc., as shown in FIG.₁~ X_FourTherefore, the control force that can be output in proportion thereto is suppressed to a small value, so that the performance of the vibration damping device 3 cannot be sufficiently exhibited. In the controller 5 using the variable control gain, the constant control gain G_iResponse amount X for switching₁~ X_FourThere is no rational method for selecting the amount of response to use or setting the reference value for switching, and it has been necessary to make a trial and error decision depending on the case. Also, a certain constant control gain G_iTo another constant control gain G_iAs shown in FIG. 1, spike noise is generated in the control force as shown in FIG. 1 due to the discontinuity in the control, and the switching force is frequently changed as shown in FIG. Chattering may occur. Further, setting a reference value for fine switching is restricted due to the control calculation time.
[0007]
  The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to realize active control capable of effectively exhibiting vibration suppression within the capacity constraints corresponding to the level of disturbance. It is said.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the active vibration suppression method of the present invention applies a predetermined control gain to all or a part of the response amount of the controlled object or the response amount of the vibration control device for disturbance or vibration control, and sets the control amount. In an active vibration damping method for obtaining and inputting a control force corresponding to the control amount to the control object via the vibration damping device,
  The control gain is a function of a variable α that is set to an initial value at the start of control. The function is set so that the response amount of the vibration damping device increases as the variable α increases, and the variable α decreases as the variable α decreases. The response amount of the damping device is set to be small, the response amount of the control target and the response amount of the damping device are input, and the response amount of the input damping device and the response amount of the damping device are Capacity limitLowIs compared with a predetermined reference value set to a large value, and a margin variable β indicating a margin state of the response amount of the input damping device viewed from the predetermined reference value is calculated, and the variable αControlExcess response state of vibration deviceThe magnitude and positive / negative of the margin variable βThe response amount of the above vibration control deviceAnd the difference between the response amount and the predetermined reference valueIt is characterized by being continuously changed.
[0009]
  MaIn addition, the invention described in claim 2 is different from the structure described in claim 1 in the above.Set upper and lower limits for variable α,The response amount of the damping device isthe aboveIf the value is below the predetermined reference value,SetThe upper limit is increased to the limit, and the response amount by the above vibration control device isthe aboveIf it exceeds the predetermined reference value,SetReduced to the lower limit.
[0010]
[Action]
  In the invention described in claim 1,Damping deviceIf the response amount exceeds the predetermined reference value,ThatSo that the response amount is small, that is,Damping deviceThe control gain changes in the direction in which the control amount decreases. Also,Damping deviceIf the response amount is smaller than the predetermined reference value,ThatSo that the response amount is large, that is,Damping deviceControl gain in the direction of increasing control amountButChange.
0011]
  At this time, since the response amount is generally proportional to the level of disturbance, by selecting an appropriate response amount, control can be performed even when the response amount is smaller than a predetermined value, that is, when the disturbance level is lower than expected. Even in a state where a predetermined amount or more is secured as the amount and the response amount is larger than the predetermined amount, that is, the disturbance level is larger than expected, the control amount can be suppressed to a predetermined value or less.
  Further, by changing the control gain based on the response amount such as the control force of the vibration damping device, the control gain changes so that the control amount converges to a predetermined reference value regardless of the magnitude of the disturbance.
0012]
  In addition, since the control gain changes continuously from moment to moment, the control amount using the control gain also changes continuously in small increments. Is prevented from occurring frequently. Here, the response amount for changing the control gain is not necessarily the response amount used when the control amount is directly calculated.
0013]
  In the invention described in claim 2,Damping deviceIn a direction that minimizes the deviation of the response amount from the predetermined reference valueWithin the set upper and lower limitsThe control gain is changed by constantly changing the variable α.
  That is,Damping deviceResponse amountthe abovePlaceStandardBelow the thresholdRuVariable αSetIncreasing the upper limit to the limit will change the control gain, even if the level of disturbance is small.BelowVibration control is possible with the control amount of the upper size. At this time,Variable αSetting the upper limit prevents the variable α and the control amount from becoming too large.
0014]
  Also,Damping deviceResponse amountStandardAbove the thresholdRuIn this state, even if the disturbance level is large even if the control gain changes due to the variable α decreasing to the predetermined lower limit,BelowVibration control is possible with the control amount of the lower size. At this time,Variable αSetting the lower limit value prevents the variable α and the controlled variable from becoming too small.
0015]
The relationship between the variable α and the control gain is, for example, related by approximating a polynomial of the variable α that connects a plurality of constant gains determined for each disturbance level as in the conventional case.The
0016]
【Example】
  Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  First, the configuration will be described. As shown in FIG. 1, sensors 2 are arranged on the ground floor, top floor, intermediate floor, and the like of the structure 1 to be controlled. Further, a vibration damping device 3 made of an active mass damper, active tendon, or the like is disposed on the upper floor.
0017]
  The sensor 2 has a response amount X depending on the result of disturbances such as displacement, speed, acceleration, and vibration suppression at the installation position.₁~ X_NA sensor 2 such as a displacement meter or an accelerometer for detecting the detected response amount X₁~ X_NIt is possible to supply response amount signals corresponding to each to the A / D converter 4. Each A / D converter 4 can digitize the input response amount signal and supply it to the controller 5.
0018]
  The controller 5 receives each response amount X supplied as in the conventional case.₁~ X_NControl gain A corresponding to each_i(Α) ・ G_iIs applied to obtain a drive command voltage U (α) which is a control amount, and the obtained drive command voltage U (α) can be supplied to the D / A converter 6.
  The D / A converter 6 can convert the input drive command voltage U (α) into an analog signal and supply it to the drive device control circuit 7. The drive device control circuit 7 can supply a control signal (control current) corresponding to the supplied drive command voltage U (α) to the vibration control device 3. The vibration damping device 3 can input a control force according to a control signal from the drive device control circuit 7 to the structure 1.
0019]
  Here, the calculation of the drive command voltage U (α) in the controller 5 is as follows.₁~ X_NEach control gain A corresponding to_i(Α) ・ G_iIt is calculated by multiplying.
  U (α) = A₁(Α) ・ G₁・ X₁+ A₂(Α) ・ G₂・ X₂+ ... + A_N(Α) ・ G_N・ X_N... (1)
  At this time, each of the response amounts X₁~ X_NEach control gain A according to_i(Α) ・ G_iIs a predetermined constant control gain G_iIs set by weighting each gain function Ai (α) represented by the variable α.PossibleVariable gain. The gain function Ai (α) is a function expressed by a polynomial of α or the like, and Ai (α) and α are corresponding response amounts X₁~ X_NFor example, the relationship shown in FIG. 2 is established. In general, Ai (α) increases in proportion to an increase in α, but a predetermined response amount X₁~ X_NAi (α) with respect to, for example, draws a curve as shown by a broken line in FIG. Then, by changing the α during the control, the gain function Ai (α), and further the control gain A_i(Α) ・ G_iIs changing.
[0020]
  Next, the control gain A at the time of control execution_i(Α) ・ G_iAn outline of processing such as determination will be described with reference to FIG. Here, in the present embodiment, the control gain A according to the control current value Y corresponding to the control force that is one of the response amounts of the vibration damping device 3._i(Α) ・ G_iA case where the value is continuously changed will be described. In addition, the reference value of the present embodiment is an allowable target value Y that is slightly lower than the capability limit value of the response amount Y._MAXAnd For example, the allowable target value Y_MAXIs set to a value such as 80% of the capacity limit value. The control current value Y is the response amount X₁~ X_None ofOr a predetermined response amount X ₁ ~ X _N Can be derived fromValue.
[0021]
  First, at the start of control, an appropriate initial value α_initIs set to α (step 1). Next, the response amount X of the control object and the vibration control device from the sensor 2 respectively.₁~ X_NAnd one of the response quantitiesShakeEquipmentControl current valueY is input (step 2). And the present control current value Y and the allowable target value (predetermined reference value) Y of the vibration damping device 3_MAXTo calculate a margin variable β (step 3). This margin variable β is calculated by the following equation (2), for example.
0022]
  β = 1.0 − (| Y | / Y_MAX(2)
  As can be seen from the equation (2), the control current value Y is the allowable target value Y._MAXWhen the value exceeds the marginal variable β, the control variable value Y is a negative value, and the control current value Y is the allowable target value Y._MAXIf the value is less than, the margin variable β takes a positive value. That meansThe margin variable β isWhen the control current value Y has a margin (control amount margin) from the predetermined reference value and the control current Y has a margin, a positive value corresponding to the margin is taken and the control current Y is Allowable target value Y_MAXWhen the value exceeds the negative value, a negative value corresponding to the overvalue is taken.
0023]
  The calculation of the margin variable β is not limited to the above equation (2), and may be an equation such as the following equation (3). In short, as described above, it is sufficient that the equation indicates a marginal state of the control current value Y viewed from the predetermined reference value.
  β = 1.0 − (| Y_i| / Y_MAX)^N... (3)
    Here, N is a constant.
0024]
  Next, the obtained margin variable β is substituted into the following equation (4) to update α (step 4). Here, Δα in the following equation is an increment amount of α.
  α = α + Δα · β (4)
  According to this equation (4), if the control current value Y has a margin, α changes in an increasing direction, and the allowable target value Y_MAXIf it exceeds, it will change in the decreasing direction. That is, Y is Y_MAXAs the value approaches, α increases or decreases smoothly in small increments.However, this α can be infinite both positive and negative due to the nature of the equation.
0025]
  Therefore, Α and a predetermined lower limit α_MIN(Step 5), α is α_MINIf less than α_MINIs the value of α (step 6). In addition, α and a predetermined upper limit value α_MAX(Step 7), α is a predetermined upper limit value α._MAXGreater thanKikeΑ_MAXIs the value of α (step 8).
  Next, the value of each gain function Ai (α) is obtained based on the determined α, and each gain function Ai (α) is obtained as each control constant gain G._iEach control gain A_i(Α) ・ G_iAnd the control gain A as shown in the above equation (1)_i(Α) ・ G_iEach response amount X₁~ X_NTo calculate a drive command voltage U (α) value (step 9).
0026]
  Here, the variable α changes in small increments, that is, continuously with reference to the increment Δα, and the gain function A based on the variable α is obtained._i(Α) and each control gain A_i(Α) ・ G_iAlso changes in small increments, that is, continuously.
  The variable α is an index representing the strength of control, and the response amount X₁~ X_NIs constant, the drive command voltage U (α) increases as α increases, and the drive command voltage U (α) decreases as α decreases._i(Α) is set. That is, for example, even when the variable α increases, each control gain A_i(Α) ・ G_iGain function A that determines the change in_i(Α) does not necessarily increase as described above, but the control current value Y is an allowable target value Y._MAXIf it is smaller than that, α increases so that drive command voltage U (α) increases, that is, control current value Y and allowable target value Y._MAXEach control gain A in a direction in which the difference from the (predetermined reference value) decreases._i(Α) ・ G_iIs set to change.
0027]
  Next, the calculated drive command voltage U (α) and its allowable value U_limit(Step 10), U (α) is an allowable value U_limitIf greater than U_limitIs the value of U (α) (step 11). Thus, the allowable value U_limitIs provided to prevent the drive command voltage U (α) from becoming excessive. Then, the calculated drive command voltage U (α) is supplied to the drive device control circuit 7 (step 12). The controller 5 repeats the above processing every predetermined sample time.
0028]
  Next, vibration suppression of the structure 1 by the active vibration suppression system will be described.
  When a disturbance due to an earthquake or wind is input to the structure 1 and the structure 1 is shaken, each response amount X of the structure 1 with respect to the disturbance₁~ X_NIs detected by the sensor 2, and the detected response amount X₁~ X_NAre sequentially supplied to the controller 5 via the A / D converter 4. Then, the controller 5 sends the supplied response amount X as described above.₁~ X_NThe drive command voltage U (α) is obtained based on the above, and the obtained drive command voltage U (α) is supplied to the drive device control circuit 7 via the D / A converter 6. The drive device control circuit 7 drives the vibration damping device 3 based on the supplied drive command voltage U (α), and inputs a control force according to the drive command voltage U (α) to the structure 1 to The structure 1 is damped.
0029]
  At this time, when the level of disturbance such as earthquake or wind is small, the control current value Y input to the controller 5 is also small, so the drive command voltage U (α) is small, but the allowable target value Y_MAXSince the control current value Y of the vibration damping device 3 compared with the above is small, the variable α changes in the direction of increasing, and even in a state where the level of disturbance is small.BelowThe above control force can be input to the structure 1. As a result, even if the level of disturbance is lower than the assumed level, the performance of the vibration damping device 3 is effectively exhibited and vibration damping can be effectively performed.
  At this time, in the invention described in claim 2, since the variable α is set with a predetermined upper limit value and a lower limit value, the α and the predetermined upper limit value α are set. _MAX (Step 7) α is the predetermined upper limit α _MAX Is greater than α _MAX Is set to the value of α (step 8), the variable α and the controlled variable are prevented from becoming too large..
0030]
  When the level of disturbance such as earthquake or wind is large, the response amount X input to the controller 5₁~ X_NAnd the drive command voltage U (α) also increases, but the control current value Y of the vibration damping device 3 is the allowable target value Y._MAXWhen the value exceeds, the variable α changes in a decreasing direction, and the drive command voltage U (α) changes in a decreasing direction. As a result, even if the level of the disturbance becomes larger than the assumed level, it is avoided that the allowable performance of the vibration damping device 3 is exceeded, and the vibration damping performance can be reduced without stopping the vibration damping device 3 as in the prior art. Allowable target value Y_MAXDamping with nearby control forceWhenIs possible.
  In the invention described in claim 2, the α and the predetermined lower limit α _MIN (Step 5), α is α _MIN If less than α _MIN Is set to the value of α (step 6), the variable α and the controlled variable are prevented from becoming too small..
0031]
  In addition, the control gain A_i(Α) ・ G_iVariables that changeαIsThe value obtained by multiplying the current variable α by the predetermined increment Δα by the margin coefficient β is increased / decreased and updated by the equation (4),Since it changes in small steps, that is, smoothly, the control gain A_i(Α) ・ G_iChanges continuously, and the control gain A as in the prior art_i(Α) ・ G_iThe occurrence of spike noise and chattering in the control command value voltage at the time of switching is avoided, and stable and fine vibration control becomes possible.
0032]
  An example of the above control is schematically shown in FIG. That is, in a state where the level of disturbance is smaller than the assumed level, the corresponding control current value Y is also small, so that α increases and the upper limit α_MAXMaintain proximity and output control force accordingly. Then, the control current value Y is an allowable target value Y_MAXAs the level of disturbance increases, that is, when the level of disturbance becomes greater than the assumed level, α changes so as to decrease and suppress the increase in control force. In this way, the variable α and further the damping force change according to the disturbance level, and the damping device 3 exhibits a predetermined control force within the range of functions restricted according to the disturbance level.
0033]
  Furthermore, it demonstrates concretely.
  First, as a structure model to be controlled, a 10-mass shear spring model having a mass of 100 tons is considered. At the top of the structure model, an active mass damper is installed as a vibration control device. Response quantity X is the speed / displacement of the 10th floor and the speed / displacement of the active mass damper.₁~ X_NAssume that In addition, the primary natural period is 1.2 seconds, and the natural periods at 2 to 5 o'clock are 0.47 seconds, 0.22 seconds, and 0.17 seconds, respectively, and each mode attenuation constant is set to 1%.
0034]
  Α and each gain function A_iThe relationship with (α) is set as shown in FIG. This is because each response amount X is increased by increasing α every 0.2 from 2.0 to 2.0.₁~ X_N, And obtain a gain function A based on the sample value of each control gain._i(Α) ・ G_iIs approximated to a polynomial of α. In FIG. 5, G5D represents the gain function value multiplied by the displacement of the fifth floor of the structure, G10D represents the gain function value multiplied by the displacement of the tenth floor of the structure, and GMD represents the displacement of the active mass damper. G5V is the gain function value multiplied by the speed of the 5th floor of the structure, G10V is the gain function value multiplied by the speed of the 10th floor of the structure, and GMV is the speed of the active mass damper. Each value of the gain function to be multiplied is represented.
[0035]
  Α is the lower limit α_MIN0.2, upper limit α_MAXIs 2.0, and the initial value α_initIs set to 1.0, and the increment Δα is set to 0.05.
  In addition, the amount of response to change α is controlled.ShakeUsing the control force of the device 3, the limit value of the control force was set to 1.31 tonf, and the predetermined reference value was set to 60%, 0.85 tonf.
[0036]
  For the model set as described above, E1-Centro1940N having a large time-series intensity level change is used as the disturbance, the maximum input acceleration is 40 Gal and 100 Gal, and the time history waveform of the α and the control force is As a result, it became FIG. 6 and FIG. FIG. 6 shows the case where the maximum input acceleration is 40 Gal, and FIG. 7 shows the case where the maximum input acceleration is 100 Gal.
[0037]
  As can be seen from this figure, by adopting the active vibration suppression method of this embodiment, the variable α, that is, the control gain A, follows the input acceleration which is a disturbance._i(Α) ・ G_iIs updated from time to time, and it can be seen that vibration suppression is performed while gradually approaching the control force based on the control force.
  In the above embodiment, the control gain A_i(Α) ・ G_iVariable αShakeAlthough it is changed based on the drive current and control force of the device 3, it is not limited to this. For example, if the vibration control device uses an active mass damper, the mass is limited. You may make it change based on response amounts, such as stroke amount.
[0038]
  Further, in the above embodiment, α, that is, the gain function A based on one response amount Y._i(Α) is updated, α may be changed based on a plurality of response amounts, or a plurality of α corresponding to each target control gain may be prepared and The control gain may be updated.
  Further, the response amount for changing the α does not need to be the response amount used for the calculation of the equation (1).
0039]
【The invention's effect】
  As described above, in the active vibration suppression method of the present invention,If the control power of the vibration control device, power consumption, and the vibration control device uses an active mass damper, the control is changed based on the response amount of the vibration control device such as the stroke amount of the mass. Regardless of the size, it is possible to control the controlled variable so that it is always close to a predetermined reference value such as a value close to the capacity limit value of the damping device. There is an effect that the ability can be effectively demonstrated and vibration can be controlled.
  Also,Even if the disturbance is small, it is possible to secure a control amount that exceeds a predetermined level.furtherEven if the disturbance is larger than the expected level, the vibration can be controlled at a value near the predetermined control amount, and fine control can be performed within the capacity restriction of the vibration control device and the operation efficiency of the vibration control device can be improved. There is an effect that it is possible to greatly improve.
0040]
  furtherIn addition, by continuously changing the control gain, it is possible to exhibit a stable control force without affecting a change in disturbance or the like.
  The change in the control gain is realized, for example, by adopting the method described in claim 2. In this case, the variable α is predetermined.ofSince it increases or decreases between the upper limit value and the lower limit value, the corresponding control gain isLimitunderLimitChange betweendo itThe control amount can be suppressed within a predetermined range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an active vibration suppression system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a variable α and a gain function A according to an embodiment of the present invention._iIt is a figure which shows an example of a relationship with ((alpha)).
FIG. 3 is a diagram illustrating a processing flow of the controller according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a schematic state by control of an embodiment according to the present invention, where FIG. 4A shows a time history of disturbance, FIG. 4B shows a time history of α corresponding to the disturbance, and FIG. ) Shows the time history of the control force corresponding to the disturbance.
FIG. 5 shows a variable α and a gain function A according to the embodiment of the present invention._iIt is a figure which shows the relationship with ((alpha)).
FIG. 6 is a diagram showing the state of α and control force when the maximum input acceleration as a disturbance is 40 Gal in the embodiment according to the present invention, (a) is a time history of α, and (b) is control force. Shows the time history.
7 is a diagram showing the state of α and control force when the maximum input acceleration as a disturbance is 100 Gal in the embodiment according to the present invention, (a) is a time history of α, and (b) is control force. Shows the time history.
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a state in the case where the disturbance in the active vibration suppression method using the conventional constant control gain becomes larger than expected, where FIG. 8A shows the time history of the disturbance, and FIG. 8B shows the control force. The time history is shown.
FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating a state in which a disturbance is smaller than expected in an active vibration suppression method using a conventional constant control gain. FIG. 9A is a time history of the disturbance, and FIG. A history is shown.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing gain switching due to a change in disturbance in an active vibration suppression method using a conventional variable control gain, in which FIG. 10A is a time history of disturbance, and FIG. 10B is a time history of control force; Is shown.
FIG. 11 is a diagram illustrating a time history of control force in an active vibration suppression method using a conventional variable control gain.
[Explanation of symbols]
1 structure
2 sensors
3 Vibration control device
5 Controller
7 Drive device control circuit
α variable
A_i(Α) Gain function
X₁~ X_NResponse amount
Response amount to change Y variable α
Y_MAXStandard value
U (α) Drive command voltage

Claims

外乱や制振に対する制御対象の応答量や制振装置の応答量の全部又は一部に所定の制御ゲインを掛けて制御量を求め、その制御量に応じた制御力を上記制振装置を介して上記制御対象に入力するアクティブ制振方法において、
上記制御ゲインを、制御開始時に初期値を設定した変数αの関数とし、その関数を、上記変数αが大きくなるほど上記制振装置の応答量が大きくなるように、また上記変数αが小さくなるほど上記制振装置の応答量が小さくなるように設定し、上記制御対象の応答量と上記制振装置の応答量とを入力し、該入力した制振装置の応答量と制振装置の応答量の能力限界値より低い値に設定した所定基準値とを比較して、上記所定基準値からみた上記入力した制振装置の応答量の余裕状態を示す余裕変数βを算出し、上記変数αを制振装置の応答量の余裕状態を示す上記余裕変数βの大きさと正負に応じて増減させて、上記制振装置の応答量とその応答量の所定基準値との差が小さくなる方向へ連続的に変化させることを特徴とするアクティブ制振方法。A control amount is obtained by multiplying all or part of the response amount of the controlled object or the response amount of the damping device against disturbance or damping by a predetermined control gain, and the control force corresponding to the controlled amount is obtained via the damping device. In the active vibration suppression method to input to the control object,
The control gain is a function of a variable α that is set to an initial value at the start of control. The function is set so that the response amount of the vibration damping device increases as the variable α increases, and as the variable α decreases. The response amount of the damping device is set to be small, the response amount of the control target and the response amount of the damping device are input, and the response amount of the input damping device and the response amount of the damping device are by comparing the predetermined reference value set to the low it has value Ri by capacity limit value, and calculates the margin variable β indicating the response of margin state of the vibration damping device described above input as seen from the predetermined reference value, the variable α in response to increase or decrease the size and sign of the margin variable β indicating the response of margin state of the vibration control device, the direction in which the difference becomes smaller responses of the vibration damping device and the predetermined reference value for the amount of response Active vibration control method characterized by continuously changing

上記変数αに上限値と下限値を設定し、上記制振装置の応答量が上記所定基準値を下回っている場合には上記変数αを設定した上限値を限度に増加させ、また、上記制振装置による応答量が上記所定基準値より上回っている場合には上記変数αを設定した下限値を限度に減少させることを特徴とする請求項１に記載されたアクティブ制振方法。 An upper limit value and a lower limit value are set for the variable α, and when the response amount of the vibration damping device is below the predetermined reference value, the upper limit value set for the variable α is increased to the limit, and the control 2. The active vibration damping method according to claim 1, wherein when the response amount by the vibration device exceeds the predetermined reference value, the variable α is decreased to a lower limit value set.