JPH03219139A - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、可動基礎から該基礎上に防振支持された物体
へ伝搬される振動を、能動的に制御し、大幅に低減し得
る振動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

動力機械から周辺へ伝搬される振動や騒音を低減したり
、トラックや鉄道輸送において積載物への振動伝達を軽
減したり、さらには、電子顕微鏡やＩＣ製造装置などの
精密機器へ設置台を通して伝達される振動を遮断するた
めの防振支持方法として、一般に、防振ゴム、空気ばね
、金属ばね等の弾性体を介して支持するとともに、必要
に応して減衰器（ダンパー）を介在させる構造のものが
使用されている。

第２５図は従来のこの種の防振支持装置の模式的立面図
であり、第２６図は第２５図の防振支持装置を使用する
時の振動伝達率（応答倍率）の周波数特性を例示する。

従来の防振支持方法としては、第２５図に示すように、
振動を生じる加振源である可動基礎Ｉと防振支持すべき
物体である防振対象物体３との間に、ばね定数におよび
減衰係数Ｃを有する防振支持系（弾性系）２を取付けた
だけの、いわゆる、受動的（パッシブ）な防振支持方法
が採用されていた。

しかし、このような防振支持機構では、第２６図に示す
ように、ｒ０＝　Ｎ／２π）、ｒπフワ「τ決まる周波
数１０に大きな応答倍率すなわち共振点が発生し、この
近傍の周波数帯域では防振されずに逆に振動が増幅され
、防振対象物体の振動状態が悪化することになる。

そこで、最近、弾性体２のばね定数におよび粘性係数Ｃ
を可変にする方法（セミアクティブ）も実施され始めた
。

〔発明が解決しようとする技術的課題］しかし、この可
変方式でも、特にランダム振動など広い周波数帯域にわ
たる周波数成分を含んだ振動が基礎から伝達される場合
には、どこかの周波数帯域で必ず共振点が存在するため
、この共振点近傍の周波数帯域では、やはり、振動が増
幅され防振対象物体の振動状態が悪化するという問題が
あった。

したがって、従来のパッシブまたはセミアクティブな防
振方法では、防振を対象とする広い周波数帯域の全域に
おいて大きな防振効果を実現することはきわめて困難な
場合が多かった。

本発明は、このような技術的課題を解決すべくなされた
ものであり、広い周波数帯域の全域において振動を能動
的に大幅に低減させつる振動制御装置を提供することを
目的とする。

〔課題解決のための手段〕

本発明は、可動基礎に防振支持された防振対象物体の振
動制御装置において、可動基礎および防振対象物体の振
動を振動センサで検出し、その検出信号を適応型ディジ
タルフィルタに通すことにより、防振対象物体の振動と
干渉して該振動を打ち消す振動波形を生成し、その信号
波形をアクチエエータに印加することにより、防振対象
物体の振動を能動的に低減する構成により、広い周波数
帯域の全域において振動を大幅に低減させ得る振動制御
装置を提供するものである。

〔実施例〕

以下、第１図〜第２４図を参照して本発明を具体的に説
明する。

まず、本発明による振動制御装置の基本原理について説
明する。

第２図は本発明による振動制御装置の基本構成を示すブ
ロック図である。

第２図において、可動基礎１から防振支持系２を通して
防振対象物体３に振動が伝達されているが、この振動を
打ち消すための振動（逆振動）を発生させる逆振動発生
回路２０を併設し、該振動をアクチエエータ１２で防振
対象物体３に印加して干渉させることにより、防振対象
物体３の振動を大幅に低減し得るように構成されている
。

振動制御用の前記逆振動は、前記防振対象物体３に対し
て、直接的に印加できるのは勿論であるが、支持するテ
ーブルなど該防振対象物体３と一体的に振動したり、一
定の相関関係で振動する部分を介して、印加することも
可能である。

前記逆振動発生回路２０には適応型ディジタルフィルタ
８および適応アルゴリズム１７が組み込まれており、振
動発生源である可動基礎１の振動をセンサ４で検出して
これを適応型ディジタルフィルタ８へ導入するとともに
、防振対象物体３の振動をセンサ１３で検出し、この検
出信号が最小（ζ０）となるように適応アルゴリズム１
７により適応型ディジタルフィルタ８のフィルタ係数を
高速で変化させることにより、アクチュエータ１２が防
振対象物体３に対しその振動を打ち消すのに最も効果的
な逆振動を印加するように、該アクチュエータ１２をリ
アルタイムで制御するように構成されている。

このような適応型ディジタルフィルタ８を使用するので
、防振支持系２の伝達特性、あるいはアクチュエータ１
２やセンサ４．１３等の特性の変化にも追従可能となり
、安定的に防振対象物体３の振動を低減することができ
る。

こうして、本発明による振動制御装置、すなわち、可動
基礎１に防振支持２された防振対象物体３の振動制御装
置において、可動基礎ｌおよび防振対象物体３の振動を
振動センサ４および１３で検出し、その検出信号を適応
型ディジタルフィルタ８に通すことにより、防振対象物
体３の振動と干渉して該振動を打ち消す振動波形を生成
し、その信号波形をアクチュエータ■２に印加すること
により、防振対象物体３の振動を能動的に低減すること
を特徴とする振動制御装置が構成されている。

前記逆振動発生回路２０内の適応型ディジタルフィルタ
８は、例えば、ＦＩＲ型ディジタルフィルタまたはＩＩ
Ｒ型ディジタルフィルタで構成することができ、ＦＩＲ
型の構成例を第３図に模式第３図において、この適応型
ディジタルフィルタ８は、フィルタ係数Ｗ。、、Ｗ、に
、　　−Ｗ、、を適切に決定することにより、入力信号
Ｘ工を所望の出力信号ＹＫに変換するように構成されて
いる。

この場合、前記適応型ディジタルフィルタ８の前記フィ
ルタ係数Ｗ。Ｋ、ＷＩＫ、−・−ＷＬＫは、適応アルゴ
リズム１７（第１図）と組合せることにより、適応的に
変化していき、システムや環境の変化に追従しながら最
適なフィルタ係数値へ収束していくように構成されてい
る。

ここで、前記適応アルゴリズム１７は、例えば、ＬＭＳ
　（最小平均自乗）法、ＳＥＰ　（逐次回帰）法、ニュ
ートン法、最急降下法等で構成されるが、応用上ではＬ
ＭＳ法が最も効率的である。

ＬＭＳ法においては、利得因子（μ）により、適応型デ
ィジタルフィルタ８の収束速度と安定性をバランス良く
調整することができる。

さらに、適応型ディジタルフィルタ８のフィルタ係数Ｗ
。ｘ、Ｗ、ｘ、　−−−−ｗＬＫを固定することにより
、固定型ディジタルフィルタ方式（第４図のディジタル
フィルタ５０）による振動制御へ移行させることも可能
である。

すなわち、第２図において、適応型の逆振動発生回路２
０で振動制御を実行し、防振対象物体３の振動が低減し
た時点で、振動系の特性等に変化が無ければ、適応型デ
ィジタルフィルタ８のフィルタ係数はある一定値に収束
してくる。この状態で、フィルタ係数を固定することに
より、第４図に示すような固定型の逆振動発生回路２５
を備えた振動制御装置に相当するものへ移行させること
ができる。

第４図においては、可動基礎１からセンサ４により検出
された振動信号を、固定型の逆振動発生回路２５（固定
型ディジタルフィルタ５０）に通し、アクチュエータ１
２に逆振動を発生させてこれを印加することにより防振
対象物体３の振動を大幅に低減するように構成されてい
る。

ここで、防振支持系２、振動センサ４．１３、アクチュ
エータ１２等の特性が一定であり、変化が無ければ、第
４図の固定型フィルタ方式によっても、第２図に示した
適応型フィルタ方式と同様の振動低減効果が得られる。

また、固定型ディジタルフィルタ５０へ切り換えて使用
した方が、完全なフィードフォワード制御方式であるた
め、衝撃的な人力に対しても大きな効果が期待できると
いう特徴がある。

同様に、その逆、すなわち、固定型フィルタ方式から適
応型フィルタ方式への戻し移行も自由に行うことができ
る。

例えば、固定されたディジタルフィルタ係数による制御
を実行している際に、何らかの原因で制振効果が低減し
てきた場合には、その時点で、固定された前記適応型デ
ィジタルフィルタ８（固定型ディジタルフィルタ）を適
応型へ戻すように切換えることにより、固定型制御にお
けるフィルタ係数を初期値として適応アルゴリズム１７
が動作を開始し、最適な振動低減状態へ近づくようにフ
ィルタ係数Ｗ。、、Ｗ、に、−−−ＷＬＫを高速でｉ化
させていくことが可能になる。

このように固定型フィルタ係数を初期値として適応型制
御を開始させる切換え制御を実行すると、適応型制御を
始めからやり直すよりは、最適なフィルタ係数（防振対
象物体３の振動低減量が最大となる状態）までの収束時
間を短縮できる場合が多い。

第１図は第２図の適応型の振動制御装置の具体的構成を
示すブロック図であり、第５図〜第９図はそれぞれ第１
図中の逆振動発生回路２０の種々の構成例を示すブロッ
ク図である。

第１０図は、第２図の適応型の振動制御装置の逆振動発
生回路２０を固定型へ切り換えて構成した第４図の固定
型の振動制御装置の具体的構成を示すブロック図である
。

また、本発明による振動制御装置においては、例えば、
適応型ディジタルフィルタ８を切り換えて固定型ディジ
タルフィルタにすることにより、第４図−二示すような
固定型の逆振動発生回路２５を構成し、ディジタルフィ
ルタの係数を次のような計測、演算により求め、次に、
この求めたディジタルフィルタ係数を初期値として適応
型の逆振動発生回路２０へ移行させるように構成するこ
とも可能である。

この方法によれば、収束時間を短くするのに好都合であ
る。

そこで、第１０図を参照して、前述の固定型ディジタル
フィルタ方式におけるディジタルフィルタ係数を求める
方法を説明する。

先ず、次のような２つの伝達関数（伝達特性）を計測等
によって求め、これら２つの伝達関数よりディジタルフ
ィルタ係数Ｗ。Ｋ、　Ｗ、Ｋ、−−−−ｗ、Ｋを計算す
る。

伝達関数（Ｔ）；可動基礎１から防振支持系２を通り防
振対象物体３へ至る伝達関数。

伝達関数（Ｄ）：固定型ディジタルフィルタ５０をオー
ルバスに設定しておき、雑音等の信号をこの固定型ディ
ジタルフィルタ５０に入力し、アクチュエータ１２を作
動させた場合の入力信号と防振対象物体３に発生した振
動信号との伝達関数。

ここで、求める固定型にしたディジタルフィルタ５０の
伝達関数（インパルスレスポンス）をＨとすると、これ
はＨ＝−（Ｔ／Ｄ）により求められ、このフィルタ係数
Ｈを固定型にしたディジタルフィルタ５０へ書き込むこ
とにより、例えば、第４図および第１０図のような固定
型の振動制御装置を構成することができる。

ここで、前記伝達関数ＴおよびＤの具体的な求め方を第
１０図を参照して説明する。

伝達関数Ｔ：アクチュエータ１２をオフとし、点Ｐと点
Ｑとの間の伝達関数を周波数分析器（ＦＦＴ）等により
計測する。

伝達関数Ｄ＝適当に周波数帯域を制限し、増幅されたラ
ンダム信号を点Ｐから入力する。この時、アンプ５と点
Ｐは切り離しておき、固定型ディジタルフィルタ５０を
オールバスとしておく。点Ｐからの人力信号によりアク
チュエータ１２を作動させる。この状態で点Ｐと点Ｑの
間の伝達関数を計測する。

以上のようにして固定型ディジタルフィルタ５０の係数
を求め、この係数を初期値として適応型ディジタルフィ
ルタ方式（第１図）へ移行することができる。

ここでの適応型の逆振動発生回路２０の構成は、第１図
中の回路２０の他に、第５図〜第９図に示す構成のいず
れかを使用することができる。ただし、固定型と適応型
とに切り換えて使用する場合は、両方式で構成を一致さ
せておくことが望ましい。

以上の説明からも明らかなごとく、本発明による振動制
御装置を実施するに際しては、第２図および第１図に示
すような適応型の逆振動発生回路２０（第５図〜第９図
のそれぞれに示す他の構成例も含む）を使用することに
よって、入力振動の性状（周期的あるいはランダム的）
の如何に係わらず、大きな振動低減効果が得られるが、
さらに、その適応型ディジタルフィルタ８のフィルタ係
数ＷＯＫ、　ｗ、に、　””””ｗＬＫを固定型にも切
換え可能にすることにより、次の１）および１１）の２
つの制御モードが可能になり、適用対象によっては、本
発明による振動制御装置をより有効に使用することがで
きる。

）適応型ディジタルフィルタ方式 １１）適応型ディジタルフィルタ方式と固定型ディジタ
ルフィルタ方式の相互切り換え方式。

なお、上記１１）の切り換え方式の場合は、両方式の構
成が対応するように合わせておくことが望ましい。

次に、第２図および第４図の振動制御装置における振動
センサ４．１３およびアクチュエータ１２について説明
する。

可動基礎１の振動を検出する振動センサ４は、適応型の
逆振動発生回路２０またはこれを切り換えて構成した固
定型の逆振動発生回路２５への入力信号を検出するもの
であり、この検出信号をデイノタルフィルタ８または５
０へ人力することにより、防振対象物体３の振動と干渉
させるための逆振動が発生する。

すなわち、この振動センサ４により検出した信号は、防
振対象物体３の振動と相関ある信号であればよく、第２
図および第４図のように可動基礎ｌの振動を用いる他、
場合によっては、防振対象物体３の振動信号を検出して
これを用いることも可能である。

また、各振動センサ４．１３は、それぞれ、振動波形を
検出できるものであれば、種々の型式のものを使用する
ことができ、例えば、変位センサ、速度センサ、加速度
センサ等を使用することができる。

アクチュエータ１２は、ディジタルフィルタ８．５０か
らの出力信号により逆振動を防振対象物体３に与えるも
のであれば、種々の型式のものを使用することができ、
例えば、電磁型または圧電型のアクチュエータ、さらに
は、超音波モータ、空気圧、油圧、形状記憶材料、電気
粘性流体（ＥＲＦ　）　、ｉｆｆ性流体等を利用したア
クチュエータなど、種々の型式のものを使用することが
できる。

第１１図は、本発明による振動制御装置においてアクチ
ュエータ１２の位置を変更した基本構成を示すブロック
図である。

また、アクチュエータ１２の加振方法は、第２図に示し
たように慣性力を利用した慣性マス型の他、第１１図に
例示するように、防振対象物体３と可動基礎１との間に
アクチュエータ１２を挿入して加振する方法を採用する
こともできる。

さらに、第１１回の構成において、動特性（ばね、減衰
力）が可変なアクチュエータ（例えば、電気粘性流体ま
たは磁性流体を利用したもの）を用い、それらの動特性
を変化させることにより防振対象物体３に逆振動を発生
させるように構成することもできる。

次に、本発明による振動制御装置の具体的構成について
説明する。

適応型の振動制御装置の具体的構造をブロック図として
示す第１図において、防振対象物体３に逆振動を印加す
るための逆振動印加装置は、可動基９１および防振対象
物体３の振動を検出するための振動センサ４．１３と、
それぞれの振動信号を増幅するためのアンプ５．１４と
、ローパスフィルタ６．１０．１５と、アナログディジ
タル変換器（Ａ／Ｄ）７．１６と、ディジタルアナログ
変換器（Ｄ／Ａ）９と、適応型ディジタルフィルタ８と
、適応アルゴリズム１７と、発振防止回路１９と、遅延
回路１日と、振動アクチュエータ１２と、その増幅用パ
ワーアンプ１１とで構成されている。

これらのうち、前記逆振動発生回路２０は、前記適応型
ディジタルフィルタ８、適応アルゴリズム１７、遅延回
路１８、発振防止回路１９、並びに、振動信号を取り入
れるためのアナログディジタル変換器７．１６と、振動
信号を出力するためのディジタルアナログ変換器９とで
構成されている。

振動制御の原理は、第２図について説明したように、可
動基礎ｌの振動を振動センサ４で検出し、この検出信号
を適応型ディジタルフィルタ８に通すことにより、可動
基礎１→防振支持系２→防振対象物体３の経路に沿って
伝達される振動波形を打ち消すような波形信号を発生さ
せ、発生させた波形信号をパワーアンプ１１を通して増
幅し、アクチュエータ１２でこの波形信号に対応した振
動（逆振動）を防振対象物体３に加え、振動低減を図る
ように構成されている。

ここで、適応型ディジタルフィルタ８のフィルタ係数は
、防振対象物体３の振動を振動センサ１３で検出し、こ
の検出信号を最小（ゼロに近い）とするように、適応ア
ルゴリズム１７を用いて高速で変化させていき、最適な
係数値へ収束していくようになっている。

また、適応アルゴリズム１７は、適応型ディジタルフィ
ルタ８の係数を決めるために下記の２つの入力信号を使
用している。

ａ）振動センサ１３により検出された防振対象物体３の
振動信号。

ｂ）適応型ディジタルフィルタ８への入力信号を遅延回
路１８に通した信号。

ここで、上記２つの人力信号ａ）、ｂ）は、同時刻にお
ける信号を適応アルゴリズム１７に入力しなければなら
ない。

そこで、適応型ディジタルフィルタ８→デイジタルアナ
ログ変換器９→ローパスフイルタ１０→パワーアンプ１
１→アクチユエータ１２→防振対象物体３→振動センサ
１３→アンプ１４→ローパスフィルタ１５→アナログデ
ィジタル変換器１６を経由する時間分だけ、適応型ディ
ジタルフィルタ８への入力信号を遅延させることにより
、両人力信号ａ）、ｂ）の同期化が図られている。

この遅延回路１８を構成するためには、遅延素子を用い
てもよいが、前記経路、すなわち、適応型ディジタルフ
ィルタ８→デイジタルアナログ変ｔｌ’Ｍ９→ローパス
フィルタ１０→パワーアンプ１１→アクチュエータ１２
→防振対象物体３→振動センサ１３→アンプ１４→ロー
パスフィルタ１５→アナログディジタル変換器１６の経
路における伝達特性を、ディジタルフィルタにより作成
し、このディジタルフィルタを遅延素子１８と置き換え
て使用してもよい。

前記遅延が生しない場合には、この遅延回路の部分は必
要でない。

第１図において、発振防止回路１９は振動信号の発振を
防止するためのものであり、この発振防止回路１９は、
第５図〜第８図の各逆振動発生回路２０の回路図中にも
示すごとく、種々の回路構成を採用することができる。

また、第９図に示すごとく、本発明による振動制御装置
においては、発振防止回路１９を用いずに逆振動発生回
路２０を構成することもできる。

ここで、発振防止回路１９は、例えば、ディジタルアナ
ログ変換器９→ローパスフイルタ１０→パワーアンプ１
１→アクチユエータ１２→防振対象物体３→防振支持系
２→可動基礎１→振動センサ４→アンプ５→ローパスフ
ィルタ６→アナログディジタル変換器７に至る経路の伝
達特性を計測し、計測されたインパルスレスポンスをフ
ィルタ係数として書き込んだディジタルフィルタにより
構成することが可能である。

本発明による適応型の振動制御装置の構成を示す第１図
およびこれを切り換えて固定型ディジタルフィルタ方式
に移行させた第１０図の振動制御装置において、前記ロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）６．１０．１５は、場合によ
っては、バンドパスフィルタで構成することもでき、そ
のフィルタ特性は制御対象システムの特性、制御条件、
環境等によって適当に設定することができる。

第１０図は、前記第１図で説明した適応型ディジタルフ
ィルタ方式を切り換えて固定型ディジタルフィルタ方式
へ移行させた場合の振動制御装置の構成を示す。

このような切り換え式の振動制御装置によれば、適応型
の制御を第１図の構成の振動制御装置で実行し、振動低
減がなされ、ディジタルフィルタ係数がほぼ収束した時
点で、そのディジタルフィルタ係数を固定し、第１０図
のような構成の固定型の振動制御装置へ変更させること
ができる。

第１０図のような固定型の長所として、完全なフィード
フォワード方式であるため、衝撃的振動にも大きな効果
が期待され、制御対象物体３、防振支持系２、振動セン
サ４．１３、アクチュエータ１２等の特性が変化しない
環境では、第１図の適応型の場合と同様に、効果的に振
動を低減させることができる。

さらに、適応型から固定型へ移行した後に、何らかの原
因で制振効果が低下した場合には、再び固定型から適応
型へ（第１０図→第１図）切り換えて移行させることに
より、固定されていたディジタルフィルタ係数を適応ア
ルゴリズム１７により変化させていき、最適な振動低減
状態へ戻すことができる。

このように、適応型ディジタルフィルタ８を使用し、そ
のフィルタ係数を固定可能としておくことにより、適応
型の制御方式と固定型の制御方式との間で相互に切り換
えることができ、それぞれの方式の特徴を生かしてより
効果的に振動を低減することができ、適用範囲の広い振
動制御装置を構成することができる。

以上、最も基本的な１次元（水平の一方向）の振動制御
モデルを用いて本発明を説明したが、本発明によれば、
以上のような振動制御装置を複数個組み合わせることに
より、より実際的な多次元（多自由度）の振動制御装置
を構成することができる。

基本的には、振動低減を図る方向にセットした振動セン
サおよびアクチュエータを含む前述の振動制御装置を、
振動低減の必要な自由度（方向）の数だけ防振対象物体
に適用し、これらを同時に作動させることにより、１次
元から任意の多次元までの振動を同時に低減することが
できる。

第２７図は、２次元（２自由度）の振動を制御する振動
制御装置の構成を示すブロック図である。

第２７図に示すように、２系統（Ｘ方向およびＹ方向）
に前述の振動制御装置を通用することにより、水平方向
２軸（Ｘ方向およびＹ方向）の振動を同時に低減するこ
とができる。

ここで、第２７図中の振動制御回路７２は、第２８図に
示すように、Ｘ方向の振動低減およびＹ方向の振動低減
に個別に使用される２つの適応型の逆振動発生回路２０
（第２図）または固定型の逆振動発生回路２５（第４図
）で構成することができる。

ただし、これら２方向の振動の間に相関関係がある場合
は、それぞれの相関（クロストーク）成分を取り除くこ
とにより、さらに大きな振動低減効果を図ることができ
る。

このクコストーク成分は、例えば、第２７図のモデルの
場合、次の２つの成分となる。

）Ｘ方向にアクチエエータで加振した時に、該Ｘ方向加
振により発生した防振対象物体３上のＹ方向の振動成分
。

１ｉ）Ｙ方向にアクチュエータで加振した時に、該Ｙ方
向加振により発生した防振対象物体３上のＸ方向の振動
成分。

そこで、このようなりロストーク成分を除去し、より大
きな振動低減効果骨るためには、第２７図中の制御回路
７２は、例えば、第２９図に示すような構成にすること
ができる。

第２９図中のクコストーク成分除去回路７４は、例えば
、適応型または固定型の逆振動発生回路２０または２５
を用いて、第３０図中または第３１図中に示すように構
成することもできる。

第３１図の振動制御回路７２においては、振動波形出力
系のアクチュエータＩ２、パワーアンプ１１およびＬＰ
Ｆ　１０が、各方向にそれぞれ２個づつ、合計４個使用
されることになる。

第３２図は、３次元（３自由度）の振動を制御する振動
制御装置の構成を示すブロック図である。

３次元の振動制御の場合も、上記２次元の場合の延長上
で実施することができ、基本的には、第３２図に示すよ
うに、３系統の振動制御装置を組み合わせることにより
３次元（例えば、水平方向２軸および垂直軸の３方向）
の振動を同時に低減することができる。

ここで、第３２図中の振動制御回路７３は、第３３図に
示すように、Ｘ方向の振動低減、Ｙ方向の振動低減およ
びＸ方向の振動低減に個別に使用される３つの適応型の
逆振動発生回路２０（第２図）または固定型の逆振動発
生回路２５（第４図）で構成することができる。

ただし、これら３方向の振動の間に相関関係がある場合
は、それぞれの相関（クロストーク）成分を取り除くこ
とにより、さらに大きな振動低減効果を図ることができ
る。

第３４図は、前記クロストーク成分を除去するのに好適
な第３２図中の制御回路７３の構成を例示するブロック
図である。

ここで、第３４図中のクロストーク成分除去回路７５は
、例えば、適応型または固定型の逆振動発生回路２０ま
たは２５を用いて、第３０図の場合に倣って、第３５図
のように構成することもできる。

以上、第２７図〜第３５図の２次元および３次元の振動
制御装置を例示して説明したように、多次元（多自由度
）の振動制御に対しては、基本的には、第１図〜第１１
図を用いて説明した振動制御装置を複数個（制御したい
自由度の数）組み合わせて構成することにより、多自由
度振動の同時制御が可能である。

ただし、多自由度の場合には、各自由度間の振動のクロ
ストーク成分を除去することがより好ましく、適切なり
ロストーク成分除去回路を併用することにより、より大
きな振動低減効果を達成することができる。

また、理論的には、本発明による振動制御装置を適用す
る場合の自由度の数に制限は無いが、実際の振動制御に
おいては、２〜６程度の自由度の振動制御により、防振
対象物体３の振動をほぼ最大限低減し得るものと考えら
れる。

なお、通用する振動制御装置の組み合わせ数およびそれ
らの制御方向については、必ずしも個々に制御する自由
度の数および方向に一致させる必要は無く、防振対象物
体の振動を効果的に低減できるように構成できる数およ
び方向のものであれば良い。

ただし、−船釣には、実際に制御する自由度数および方
向を含め、同数またはそれ以上の自由度に構成しておき
、必要に応して選択できるようにしておくことが好まし
い。

以上各種の実施例に基づいて説明したごとく、本発明に
よる振動制御装置は、制御された起振力を発生するアク
チュエータ１２かａ防振対象物体３に印加される振動（
逆振動）により、可動基礎ｌから防振支持系（ばね系）
２を通して該防振対象物体３に伝搬してくる振動を、能
動的に打ち消すものであり、しかも、前記逆振動を、前
記防振対象物体３の振動またはこれに相関する振動の検
出信号シこ基いて逐次修正していき、振動低減効果を常
に最大に維持するように構成されている。

すなわち、以上説明した振動制御装置は、防振対象物体
３の振動を、能動的（アクティブ）でしかも適応型（ア
ダプティブ）の制御動作で、低減するものである。

第１２図のグラフは、第１図の構成を存する本発明の振
動制御装置において、動作をオフにし制御を実行しない
状態（Ａ）と、動作をオンとし適応型ティジタルフィル
タ８のフィルタ係数が一定値に収束した状Ｂ（Ｂ）での
、可動基礎１に対する防振対象物体３の振動応答倍率ｌ
　ｘ　１／　ｘ　。

を示すグラフであり、第１３図のグラフは同しく第１２
図の各状態（Ａ）、（Ｂ）での防振対象物体３の振動加
速度レヘル戊、の測定結果を示す。

第１２図および第１３図は、可動基礎１への入力振動が
ランダム振動の場合の測定結果を示し、周期振動および
周期変動振動入力のいずれに対しても同様の振動低減効
果が得られた。

これらの試験結果によれば、制御対象周波数範囲Ｏ〜１
０Ｈｚにおいて、第１２図からは、本発明を通用するこ
とにより応答倍率が１．０以下の共振点の無い（無共振
）防振支持装置を実現させ得ることがわかり、第１３図
からは、本発明を適用することにより、防振対象物体３
の振動加速度１χ自体の値も大幅に減少させ得ることが
でき（例えば、周波数５七で約２０ｄＢＫ少）、大きな
振動低減効果を実現できることがわかる。

第１４図のグラフは、第１図の構成を有する本発明の振
動制御装置において、動作をオンとし、適応型ディジタ
ルフィルタ８のフィルタ係数が一定価に収束した時（Ｂ
）と、動作をオフとした時（Ａ）の、防振対象物体３の
振動加速度振幅の測定結果を示す。

第１４図のグラフからも、本発明を通用することにより
、振動加速度振幅を非常に小さくノイズ的なものに減少
させることができ、防振対象物体３の振幅を大幅に低減
させうろことがわかる。

さらに、第１４図の動作オンの状態（Ｂ）を５分間保っ
た後、当該振動制御装置（第１図）の適応型ディジタル
フィルタ８のフィルタ係数を固定して第１０図の固定型
ディジタルフィルタの回路２５に切換えた場合でも、前
述の第１２図〜第１４図の各グラフの動作オンの状態（
Ｂ）とほとんど同じ振動低減効果が得られた。

このことから、防振対象物体３、防振支持系２、アクチ
ュエータ１２および振動センサ４．１３等の特性が変化
しなければ、適応型フィルタ８が収束した後であれば、
固定型ディジタルフィルタ方式へ移行させてもほぼ同程
度の振動低減効果が得られることが確認された。

次に、本発明による振動制？Ｉｎ装置のその他の実施例
について説明する。

第１５図は、防振対象物体３が前述のような１自由度で
なく多自由度系で構成されている場合の振動制御装置を
示し、第１６図は第１５図の応答倍率の周波数特性を示
すグラフであり、以下、このような多自由度系に本発明
を通用する場合を説明する。

第１５図に示すように防振対象物体３の重量が大きく、
重心の位置が高い場合には、第１６図に示すように応答
倍率に複数のピークが生しる場合があり、これらに対応
する複数の周波数（ｒ＋、ｆｚ）が存在することになる
。

このような防振対象物体３は、下半部３Ａおよび上半部
３Ｂの複数部位から成る多自由度系と見なすことができ
る。

なお、回示の例では、前記部位３Ａ、３Ｂからなる防振
対象物体３は、その底面に固定されたテブル２６を介し
て、防振支持系２で支持されている。

第１５凹に示すようなモデルにおいて防振対象物体３の
振動低減を図る場合も、基本的には、第１回に示す本発
明の振動制御装置を用いることにより、大幅な振動低減
を図ることができる。

その場合、第１図中のローパスフィルタ１５．１０．６
は、第１６図におけるピーク周波数ｆ１、ｒ２が含まれ
るように設定しておくことが望ましい また、前述の実施例と同様、逆振動発生回路２０として
第５図〜第９図に示すような構成のものを使用すること
ができる。

ところで、第１５図のようなモデルの場合、１つの逆振
動印加装置（逆振動発生回路２０）だけでは、以下に示
すような２つの点で振動低減量が制限される場合がある
。

ア）防振対象物体３において、その形状や重量分布等に
よって、振動低減を図りたい点が複数（２箇所以上）あ
る場合、すなわち、防振対象物体３上の一点だけを制御
したのでは全体の振動低減が難しい場合。

イ）防振対象物体３より検出される振動の成分が周波数
帯域によって、可動基礎ｌの異なる方向（例えば、Ｘ方
向に対してＸ方向など）の振動成分と相関間係を有する
場合。

第１７図は本発明の振動制御装置により振動部位が多自
由度の防振対象物体の振動制御を行う場合の構成例を示
すブロック図であり、第１８１１には振動方向が多自由
度である多次元方向振動制御装置において本発明を実施
する場合の装置構成を示すブロック図である。

また、第１９図、第２０ノおよび第２１図は、それぞれ
、第１７図および第１８図の本発明の振動制御装置にお
ける振動の応答倍率の周波数特性、振動加速度レベルの
周波数特性、並びに加速度振幅の時間波形を示す各種の
グラフである。

以下、第１７図〜第２１図を参照して前述のア）および
イ）の場合を具体的に説明する。

第１７図は前記ア）の具体例を示すブロック図であり、
図示の防振対象物体３は大きく３つの部分３Ａ、３Ｂ、
３Ｃに分けることができる。

全体の振動を低減させるためには、まず、それぞれの部
分を代表する所定位置に振動センサ３９．４０．４９を
設置し、それらが検出した振動信号をアンプ４工、４２
．４７で増幅し、必要に応じてフィルタ４３．４４．４
８を通して信号ミキサ４５で加算する。

このように信号ミキサ４５加算した信号を、本発明によ
る振動制御装置の適応型ディジタルフィルタ８（第１８
図）の入力信号とすることにより、第１７図に示すよう
な防振対象物体３の振動を全体的に低減することができ
る。

ここで、振動センサ３９．４０．４９、アンプ４１．４
２．４７、バンドパルスフィルタ４３．４４．４８等の
数は、実用上では、防振対象物体３を全体的に振動低減
できる最小の数にすることが好ましい。

また、第１７図中のハンドパルスフィルタ（ＢＰＦ）４
３．４４．４８は、必要に応して、ローパスフィルタま
たはバイパルスフィルタで構成することもでき、不要な
場合には、アンプ４１．４２．４７の出力を直接信号ミ
キサ４５へ入力してもよい。

第１８図は前記イ）の具体例を示すブロフク図である。

第１８図において、防振対象物体３は例えば鉄製の角柱
体で作られ、その寸法は例えば０．５Ｘ０゜５Ｘ１．２
’ｈ＋ｂで重量が約４８０ｋｇの中空体であった。

この防振対象物体３は４個の防振ゴム２８で支持した防
振テーブル２６の上に固定されている。

この状態で防振対象物体３の振動を測定すると、４セ付
近と９セ付近の２箇所に共振ピークが生しることがわか
った。

ここでは、振動の制御方向は水平の一軸方向（Ｘ方向）
すなわち第１８図の左右方向である。

このことより、第１８図の振動制御装置の目標は、これ
らの４七の振動ピークおよび９七の振動ピークを同時に
低減することである。

そこで、可動基礎１の振動（Ｘ、Ｙ、Ｘ方向）と防振対
象物体３の振動（Ｘ方向）との相関関数（コヒーレンス
）を計測Ｌ　タ。

その結果、防振対象物体３のＸ方向の振動成分において
、４　Ｈｚ付近のピークは可動基礎１のＸ方向振動と相
関関係が大きく、また、９セ付近のピークは可動基礎１
のＸ方向振動と相関関係が大きく、それらの相関関数が
ほとんど１であることがわかった。

ところで、−船釣には、第１５図および第１６図等で説
明したように複数の振動ピーク（ｆ、、ｆ２で、第１８
図の場合は４）（Ｚおよび９Ｈｚ）を有する防振対象物
体３の振動制御を行うためには、ピーク数に対応する複
数セットの振動制御装置（逆振動印加装置）が必要とな
る。

しかし、前述の第１８図の場合のように、２つの振動ピ
ークがそれぞれ異なる方向（Ｘ方向およびＸ方向）の振
動と相関関係を有する場合には、次のような方法によっ
て１セツトの振動制御装置により同時に２つの振動ピー
ク付近の振動を効果的に低減することができる。

すなわち、第１８図に示すように、可動基礎１から２つ
の検出信号、つまり、Ｘ方向（４セピーク制ｊＢ用）と
Ｘ方向（９セビーク制御用）の２つ振動信号を検出し、
ハンドパルスフィルタ３７．３８（またはローパルスフ
ィルタあるいはバイパルスフィルタ）を用いて必要な周
波数帯域にカットし、信号ミキサ２９によって合成した
振動信号を、適応型ディジタルフィルタ８の入力信号と
するように構成することにより、防振対象物体３の４Ｈ
ｚおよび９）（ｚ付近の複数の振動ピークを、１セツト
の振動制御装置で同時に大幅に低減することが可能にな
る。

第１８図のモデルにおいて、前述の例では振動方向がＸ
方向およびＸ方向であったが、もしＸ方向の振動が必要
な場合は、同様に、可動基礎１のＸ方向の振動をセンサ
３２で検出し、アンプ３３およびフィルタ３６を通して
その信号を信号ミキサ２９により合成すればよい。

この場合、可動基ｖ１１の検出振動信号のうち、防振対
象物体３の振動と相関関係を有する振動成分の信号のみ
を合成するように構成することが好ましい。

第１９図および第２０図は、第１８図の本発明による振
動制御装置を動作オンとし、適応型ディジタルフィルタ
８のフィルタ係数が一定値にほぼ収束した時点（Ｂ）と
、該装置を動作オフとした場合（Ａ）の、防振対象物体
３の可動基礎１に対する応答倍率１に１／λ。および該
防振対象物体３の振動加速度レベルの測定結果を、それ
ぞれ示す図である。

第１９図においては、可動基礎１の振動としてＸ方向と
Ｘ方向の振動を信号ミキサ２９により加算した後の振動
信号が使用されている。

これらの試験結果から、本発明を通用することにより、
制御対象周波数範囲０〜１２七において、第１９図に示
すように２つの主な共振ピーク（４七および９セ付近）
が同時に大きく低減し、応答倍率１以下の無共振状態と
なっていることがわかる。

一方、第２０図からは、本発明を適用することにより、
防振対象物体３の振動加速度ｌＸ１１の値も大幅に減少
させることができ、大きな振動低減効果を達成し得るこ
とがわかる。

第２１図は、本発明による振動制御装置を動作オンとし
、適応型ディジタルフィルタ８がほぼ収束した時点（Ｂ
）と、該装置を動作オフとした場合（Ａ）の防振対象物
体３の振動加速度振幅の測定結果を示す。

第２１図の結果からも、本発明を通用することにより、
防振対象物体３の振動振幅を非常に小さなノイズ的なも
のにすることができ、該物体３の振動を大幅にさせ得る
ことがわかる。

また、第１８図において、信号ミキサ２９を用いずに、
適応型ディジタルフィルタ８への入力を可動基礎１の一
方向成分の振動としたところ、Ｘ方向のみを入力した場
合には、第１９図および第２０図における４）（Ｚのピ
ークは同様に大きく低減したが、９）（Ｚ付近のピーク
は振動制御を動作オフとした時の値とほぼ同しであった
。

一方、Ｘ方向振動のみを人力した場合は、第１９圀およ
び第２０図における４七付近のピークが振動制御の動作
オフとした時とほとんど同しであり、Ｑ　Ｈｚ付近のピ
ークのみが大幅に低減するという結果が得られた。

以上、第１８回のモデルのように、防振対象物体３の振
動が複数の共振ピークを有し、かつ、それらの各ピーク
が可動基礎１の異なった方向の振動成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
と相関性を存する場合には、第１８図に示すように、可
動基礎１の相関を有する振動成分を信号ミキサ２９によ
り合成し、この合成信号を適応型ディジタルフィルタ８
の入力として用いることにより、防振対象物体３におけ
る複数の共振ピークすなわち広帯域振動を同時にかつ大
幅に低減させることが可能である。

これまでの実施例では、防振対象物体３の一軸方向の振
動制御について説明したが、実際の応用において、多次
元の振動を同時に低減させたい場合には、本発明による
振動制御装置を複数セント使用することにより、多次元
の振動を同時にかつ大幅に低減させることができる。

例えば、第１図あるいは第１８図に示すような構成の振
動制御装置において、防振対象物体３の振動を３次元的
（Ｘ、Ｙ、Ｘ方向）に低減したい場合には、本発明によ
る振動制御装置を少なくとも２個以上使用することによ
り、防振対象物体３の振動の３方向成分を同時かつ大幅
に低減することが可能である。

また、防振対象物体３が複雑な構造をしている場合、例
えば、第１７図に例示するように主たる３つの部位から
成っているような場合には、振動低減を図るための振動
信号として、各部位から検出した振動信号を第１７図中
に示すような信号ミキサ４５によって加算合成した信号
を用いることにより、防振対象物体３の振動を全体的に
低減させることもできる。

以上の各実施例で説明した本発明の振動制御装置は、可
動基礎１から防振支持系２を通して防振対象物体３へ伝
達される振動を低減させる各構成要素をブロック化して
示す抽象的なものであったが、次に、本発明を実用化す
る場合の応用例について説明する。

第２２図は、本発明を自動車、航空機、船舶などの乗物
における座席ソートの振動制御に適用する場合の構成を
示す模式図である。

第２２図において、本体フレーム５４からシートサスペ
ンション５５を通してシート５２に伝達される振動を、
アクチュエータ５３によって印加する逆振動で低減する
ように構成されている。

第２２図中の５１はソート５２に着座した搭乗者を示し
、防振対象物体３に相当する前記シート５２には振動セ
ンサ５６が取付けられている。

第２３図は本発明を自動車等のサスペンションにおける
ばね上の振動制御に適用する場合の構成を示す模式図で
ある。

第２３図において、路面６０からタイヤ５９およびサス
ペンション５８を介して、ばね上質量６１に伝達される
振動を、アクチュエータ６２から印加される逆振動によ
って低減するように構成されている。

第２３図中、６３は防振対象物体３に相当するばね上質
量６１に取付けられた振動センサを示し、６４は車軸等
のばね上質量を示し、７１は該ばね上質量６４の振動を
検出する振動センサを示す。

第２４図は、本発明を自動車、航空機、船舶等のエンジ
ンにより発生する振動の制御装置に適用する場合の構成
を示す模式図である。

第２４図において、振動発生＃（可動基礎１に対応）で
あるエンジン６５が車体フレーム６６上に防振支持系６
７を介して防振支持されている場合、このエンジン６５
から防振支持系６７を通して車体フレーム６６へ伝達さ
れる振動を、アクチュエータ６８が発生する逆振動によ
り、低減させるように構成されている。

第２４図中、６９は防振対象物体３に相当する車体フレ
ーム６６に取付けられた振動センサを示し、７０は可動
基礎１に相当するエンジン６５に取付けられた振動セン
サを示す。

以上の各実施例および各応用例から明らかなように、本
発明による振動制御装置は、防振対象物体３がどのよう
な形状、構造を有し、どのような防振支持条件を有し、
さらにどのような使用環境であっても、振動センサ４．
１３およびアクチュエータ１２の取付は位置を適宜選定
することにより、車両、航空機、船舶、機械、プラント
、精密機器などで自由に実施することができ、適用範囲
の広いものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、可動
基礎に防振支持された防振対象物体の振動制御装置にお
いて、可動基礎および防振対象物体の振動を振動センサ
で検出し、その検出信号を適応型ディジタルフィルタに
通すことにより、防振対象物体の振動と干渉して該振動
を打ち消す振動波形を生成し、その信号波形をアクチュ
エータに印加することにより、防振対象物体の振動を能
動的に低減するように構成したので、可動基礎から防振
対象物体に伝搬される振動が周期的あるいはランダム的
な場合でも、また、その振動が広い周波数帯域にわたる
振動成分を有する場合でも、当該振動の伝搬を確実にか
つ大幅に低減させうる振動制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動制御装置の具体的構成を例示
するブロック図、第２図は本発明による振動制御装置の
基本構成を示すブロック図、第３図は第２回中の適応型
ディジタルフィルタの構成を示す模式図、第４図は第２
図中のディジタルフィルタの係数を固定した場合の基本
構成を示すプロ、り図、第５図〜第９図はそれぞれ本発
明の振動制御装置の逆振動発生回路の種々の構成例を示
すブロック図、第１０図は第４回の固定化された振動制
御装置の具体的構成を示すブロック図、第１１図は本発
明による振動制御装置の他の基本構成を示すブロック図
、第１２図、第１３図および第１４図はそれぞれ本発明
の振動制御装置における振動の応答倍率の周波数特性、
振動加速度レベルの周波数特性および加速度振幅の時間
波形を示すグラフ、第１５図は重くて高い防振対象物体
を防振テーブルを介して防振支持した構成を示す模式図
、第１６図は第１５図の振動の応答倍率の周波数特性を
示すグラフ、第１７図は防振対象物体の構造が複雑で振
動部位が多自由度である場合の本発明による振動制御装
置の構成の要部を示すブロック図、第１８図は振動方向
が多自由度である場合の本発明による振動制御装置の構
成を示すブロック図、第１９回、第２０図および第２１
図はそれぞれ第１７図および第１８図の振動制御装置に
おける振動の応答倍率の周波数特性、振動加速度レベル
の周波数特性および加速度振幅の時間波形を示すグラフ
、第２２図、第２３図および第２４回はそれぞれ本発明
を自動車等のシートの振動、自動車等のサスペンション
の振動伝搬および自動車等のエンジン振動の振動制御に
適用する応用例を示す模式図、第２５図は従来の防振支
持装置を示す模式図、第２６図は第２５図の振動の応答
倍率の周波数特性を示すグラフ、第２７図は本発明によ
る振動制御装置の２次元振動低減用制御系の基本構成を
示すブロック図、第２８図は第２７図中の振動制御回路
の構成を示すブロック図、第２９図〜第３１図はそれぞ
れ第２８図の振動制御回路にクロストーク成分除去回路
を組み込む場合の回路構成の実施例を示すブロック図、
第３２図は本発明１＋よる振動制御装置の３次元振動低
減用制御系の基本構成を示すブロック図、第３３図は第
３２図中の振動制御回路の構成を示すブロック図、第３
４図および第３５図はそれぞれ第３３図の振動制御装置
番こクロストーク成分除去回路を組み込む場合の回路構
成の実施例を示すブロック図である。 １−　可動基礎、２−−−−−防振支持系、３−−一防
振対象物体、４−　振動センサ、８−−−−適応型ディ
ジタルフィルタ、１２−　アクチエエータ、１３−−−
−−振動センサ、Ｌ　Ｌ−−−適応アルゴリズム、２０
−−−−−−−適応型の逆振動発生回路、２５−−固定
化した逆振動発生回路、５０−−−−−固定化したディ
ジタルフィルタ、７２−−−−−−逆振動発生回路、７
３逆振動発生回路、７４−−−−−クロストーク成分除
去回路、７５−−一−クロストーク成分除去回路。 図 第２ 第３ 図 第６ 図 」ユ皮１丈 Ｈｚ ・ｐ 第２８図 第３０図 ７２ 第３３図 第３５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動基礎に防振支持された防振対象物体の振動制
   御装置において、可動基礎および防振対象物体の振動を
   振動センサで検出し、その検出信号を適応型ディジタル
   フィルタに通すことにより、防振対象物体の振動と干渉
   して該振動を打ち消す振動波形を生成し、その信号波形
   をアクチュエータに印加することにより、防振対象物体
   の振動を能動的に低減することを特徴とする振動制御装
   置。