JPH10299825A - Mass body movement control method for vibration damping device - Google Patents

Mass body movement control method for vibration damping device

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JPH10299825A
JPH10299825A JP10442597A JP10442597A JPH10299825A JP H10299825 A JPH10299825 A JP H10299825A JP 10442597 A JP10442597 A JP 10442597A JP 10442597 A JP10442597 A JP 10442597A JP H10299825 A JPH10299825 A JP H10299825A
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vibration
vibration damping
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance vibration damping efficiency by reciprocating a mass body with a neutral point as a reference point at all times by controlling a mass body with making a displacement as a factor while the displacement output of the mass body is made proportional to command voltage. SOLUTION: A product (block B1) of an output of a vibration sensor and a regulator gain G is converted (block B3) into a time history signal through a filter B2, and its result is multiplied by a scalar gain GO so as to allow command voltage to be determined (block B4). The command voltage V is outputted (block B5) to an AC servo motor of a damping device so as to allow a mass body to be moved. The displacement of the output and velocity of the mass body are detected (block B6) so as to be slightly fed-back to command voltage just before it is inputted to the aforesaid AC servo motor by means of a closed minor loop. When the displacement of the mass body exceeds the limit of a stroke by 80%, correction is made (block B7), in which a scalar gain GO at every moment is lowered down to a 80% stroke value. Correction that GO is increased upto a target value, is made (block B8) in the following one quarter period of time after the maximum value of one half period (TO) required by the reciprocal movement of the mass body 14 has been observed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物等の制振対
象物に取付けられて、この制振体象物に入力される振動
を検出して、これをサーボモータを駆動する指令電圧に
変換し、このサーボモータで質量体を入力振動に応じて
移動する制振装置の質量体移動制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration control device which is mounted on a vibration damping object such as a building, detects vibration input to the vibration damping object, and converts the vibration into a command voltage for driving a servomotor. The present invention relates to a mass body movement control method for a vibration damping device that converts the mass body and moves the mass body in accordance with input vibration with the servomotor.

【0002】[0002]

【従来の技術】高層建築物等では、地震とか強風等の振
動が入力された場合に、この振動を効果的に減衰して制
振するための対策が各種提案されている。例えば、質量
体を入力振動に応じて移動させることにより、制振対象
物を強制的に制振させるようにしたものがあり、これに
は入力振動によって質量体が受動的に移動するパッシブ
タイプの制振装置と、入力振動に応じて能動的に質量体
を移動するアクティブタイプの制振装置とがある。
2. Description of the Related Art In a high-rise building or the like, various measures have been proposed for effectively attenuating vibrations such as earthquakes or strong winds when the vibrations are input. For example, there is one in which a mass body is moved in response to input vibration to forcibly dampen an object to be damped, which is a passive type in which the mass body is passively moved by input vibration. There are a vibration damping device and an active type vibration damping device that actively moves a mass body according to input vibration.

【0003】後者のアクティブタイプの制振装置として
は、例えば特開平2−300478号公報(Int.Cl.E04
H 9/02)に開示されるものがあり、ステップモータによ
って質量体を強制的に移動することにより、効果的に制
振できるようになっている。この場合、制振対象物への
入力振動信号をサーボモータの指令電圧に変換して出力
し、この出力信号によりサーボモータの回転速度を制御
し、もって質量体の移動速度が決定されるようになって
いる。
The latter active type vibration damping device is disclosed in, for example, JP-A-2-300478 (Int. Cl. E04).
H 9/02), in which a mass body is forcibly moved by a stepping motor so that vibration can be effectively suppressed. In this case, the input vibration signal to the object to be damped is converted into a command voltage of the servo motor and output, and the output signal controls the rotation speed of the servo motor so that the moving speed of the mass body is determined. Has become.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の制振装置の質量体移動制御方法にあっては、図1
0中(a)に示す振動入力センサーへの入力信号Aが、
同図(b)に示すサーボモータの指令電圧Bに変換さ
れ、この指令電圧Bでサーボモータが駆動されることに
より、同図(c)に示すように質量体が移動してストロ
ーク特性Cが得られる。
However, in such a conventional mass movement control method for a vibration damping device, FIG.
The input signal A to the vibration input sensor shown in FIG.
It is converted into a command voltage B of the servo motor shown in FIG. 3B, and the servo motor is driven by the command voltage B, so that the mass moves as shown in FIG. can get.

【0005】ところが、同図(b)の指令電圧が出力さ
れた後、サーボモータが駆動されて質量体が実際に移動
される間には、ACサーボモータが速度制御型ドライバ
ーであるため半波長分の遅れが発生されてしまう。ま
た、大きな振動が急激に入力された場合には、このとき
の初期の振動入力により質量体が中立点から大きくずれ
てしまう。
However, after the command voltage shown in FIG. 1B is output, while the servomotor is driven and the mass body is actually moved, since the AC servomotor is a speed control type driver, a half wavelength A minute delay will occur. In addition, when a large vibration is suddenly input, the initial vibration input at this time causes the mass body to largely deviate from the neutral point.

【0006】このため、同図(c)に示したように質量
体は中立点から片側にずれた位置からサーボモータによ
る移動制御が開始されることになる。つまり、質量体が
ずれた位置を中立点として移動制御されることになるた
め、質量体はずれ方向とは反対側に大きなスペースを残
した状態で移動し、該質量体の移動許容範囲が大幅に狭
められる。このことは前記指令電圧Bがサーボモータの
速度出力と比例することに原因し、このように質量体の
移動範囲が少なくなることにより、制振効果が著しく低
減されてしまうという課題があった。
Therefore, as shown in FIG. 1C, the movement control of the mass body by the servomotor is started from a position shifted to one side from the neutral point. In other words, since the movement of the mass body is controlled with the shifted position as a neutral point, the mass body moves with a large space left on the side opposite to the direction of the displacement, and the allowable movement range of the mass body is greatly increased. Narrowed. This is because the command voltage B is proportional to the speed output of the servomotor, and there has been a problem that the vibration suppression effect is significantly reduced by reducing the moving range of the mass body.

【0007】そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑み
て、質量体の変位出力と指令電圧とを比例させて、該質
量体を変位をファクターとして制御可能とすることによ
り、質量体を常に中立点を基準として往復移動させて、
制振効率を著しく向上できるようにした制振装置の質量
体移動制御方法を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention makes the displacement of the mass body proportional to the command voltage so that the mass body can be controlled with the displacement as a factor, so that the mass body is always neutralized. Move back and forth with respect to the point,
An object of the present invention is to provide a method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping device, which can significantly improve the vibration damping efficiency.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項1に示す本発明の制振装置の質量体移動制御
方法は、制振対象物への入力振動をサーボモータを駆動
する指令信号に変換し、この指令信号によりサーボモー
タを駆動して質量体を移動し、この質量体の移動によっ
て制振対象物を制振するようにした制振装置の質量体移
動制御方法において、該質量体の変位および速度を検知
して、該変位および速度信号を前記ACサーボモータ直
前の指令信号にクローズドマイナーループでフィードバ
ックさせることにより、該指令信号を該質量体のストロ
ーク出力に比例させたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping apparatus according to the first aspect of the present invention. In the mass body movement control method of the vibration damping device, the mass body is moved by driving the servo motor in accordance with the command signal and the mass body is moved by the movement of the mass body. By detecting the displacement and speed of the mass body and feeding back the displacement and speed signals to the command signal immediately before the AC servomotor in a closed minor loop, the command signal is made proportional to the stroke output of the mass body. It is characterized by.

【0009】また、請求項2に示す本発明の制振装置の
質量体移動制御方法は、前記質量体の変位を検出して、
この変位がストローク限界の所定割合を超える場合に、
各瞬間における前記指令電圧のゲインを所定割合のスト
ローク値に下げるゲイン低下制御を行うことを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for controlling movement of a mass body of a vibration damping device, the method comprising: detecting a displacement of the mass body;
If this displacement exceeds a certain percentage of the stroke limit,
The present invention is characterized in that gain reduction control is performed to reduce the gain of the command voltage at each moment to a stroke value of a predetermined ratio.

【0010】更に、請求項3に示す本発明の制振装置の
質量体移動制御方法は、前記質量体のストロークの1/
2周期の最大値を検出して、この最大ストロークが目標
値より小さい場合に、ゲインを目標値に上げるゲイン増
大制御を行うことを特徴とする。
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a method for controlling movement of a mass body of a vibration damping device according to the present invention.
The maximum value of two cycles is detected, and when the maximum stroke is smaller than the target value, gain increase control for increasing the gain to the target value is performed.

【0011】以上の構成でなる本発明の制振装置の質量
体移動制御方法の作用を以下述べると、請求項1では質
量体の変位および速度信号をACサーボモータに入力さ
れる直前の前記指令信号にクローズドマイナーループと
してフィードバックしたので、本来速度制御となってい
た該指令信号を質量体の出力変位に比例させることがで
き、質量体のストロークを変位をもって制御することが
可能となる。従って、指令信号によりACサーボモータ
を駆動して質量体を移動する間に作動遅れが発生し、か
つ、初期振動により質量体が中立点からずれた場合に
も、質量体の変位を各周期毎に制御することが可能とな
り、該質量体の移動中立点を当初の設定位置に修正する
ことができる。このため、質量体は予め設定した移動許
容範囲の全長に亘って移動することが可能となり、延い
ては制振効果を著しく向上することができる。
The operation of the method for controlling the movement of the mass body of the vibration damping device according to the present invention having the above configuration will be described below. In the first embodiment, the command immediately before the displacement and speed signals of the mass body are input to the AC servomotor is described. Since the signal is fed back as a closed minor loop, the command signal, which was originally speed controlled, can be made proportional to the output displacement of the mass body, and the stroke of the mass body can be controlled with the displacement. Therefore, even if an operation delay occurs during the movement of the mass body by driving the AC servomotor by the command signal, and even if the mass body deviates from the neutral point due to the initial vibration, the displacement of the mass body is changed every cycle. , And the neutral point of movement of the mass body can be corrected to the initial set position. For this reason, the mass body can move over the entire length of the movement allowable range set in advance, and thus the vibration damping effect can be significantly improved.

【0012】また、請求項2では、前記質量体の変位を
検出して、この変位がストローク限界の所定割合を越え
る場合に、各瞬間における前記指令電圧のゲインを所定
割合のストローク値に下げるゲイン低下制御を行うこと
により、制振対象物への入力振動が大きくて質量体の変
位が著しく大きくなった場合にあっても、該質量体の移
動をストローク限界の所定割合の範囲内に収めることが
できるため、質量体がストローク限界に強く押し当たっ
て装置が破損されてしまうのを防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, a displacement of the mass body is detected, and when the displacement exceeds a predetermined ratio of a stroke limit, the gain of the command voltage at each instant is reduced to a predetermined ratio of a stroke value. By performing the lowering control, even when the input vibration to the vibration damping target is large and the displacement of the mass body is significantly increased, the movement of the mass body is kept within a predetermined ratio of the stroke limit. Therefore, it is possible to prevent the device from being damaged by the mass body strongly pressing the stroke limit.

【0013】更に、請求項3では、前記質量体のストロ
ークの1/2周期の最大値を検出して、この最大ストロ
ークが目標値より小さい場合に、ゲインを目標値に上げ
るゲイン増大制御を行うことにより、制振対象物への入
力振動が小さくて質量体の変位が小さくなる場合に、ゲ
インの増大により質量体の変位量を大きくして制振効果
をより向上することができる。
Further, in claim 3, the maximum value of a half cycle of the stroke of the mass body is detected, and when the maximum stroke is smaller than the target value, gain increasing control for increasing the gain to the target value is performed. Thus, when the input vibration to the vibration damping target is small and the displacement of the mass body is small, the amount of displacement of the mass body can be increased by increasing the gain, and the vibration suppression effect can be further improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。図1から図9は本発明に
かかる制振装置の質量体移動制御方法の一実施形態を示
し、図1は制振装置の正面図、図2は制振装置の設置状
態を示す説明図、図3は制振装置の制御プログラムを実
行するためのブロック図、図4は指令信号と出力された
ストローク速度との関係を示すブロック線図、図5は出
力されるストロークの変位,速度,加速度をフィードバ
ックする関係を示すブロック線図、図6は入力振動と質
量体の変位との関係を示す特性図、図7は斬増振動と質
量体の変位とゲインとの関係を示す特性図、図8は斬減
振動と質量体の変位とゲインとの関係を示す特性図、図
9は入力振動が無い場合の質量体の移動制御状態を示す
特性図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 9 show an embodiment of a method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping device according to the present invention, FIG. 1 is a front view of the vibration damping device, FIG. 2 is an explanatory view showing an installed state of the vibration damping device, 3 is a block diagram for executing a control program of the vibration damping device, FIG. 4 is a block diagram showing a relationship between a command signal and an output stroke speed, and FIG. 5 is a displacement, speed, and acceleration of an output stroke. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between input vibration and displacement of the mass body, and FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between incremental vibration, displacement of the mass body, and gain. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the cutting vibration, the displacement of the mass body, and the gain, and FIG. 9 is a characteristic diagram showing the movement control state of the mass body when there is no input vibration.

【0015】図1に示すように制振装置10は、基台1
2上に質量体14が移動可能に取付けられることにより
概略構成され、この質量体14を入力振動に対応して往
復移動させることにより、振動エネルギーを質量体14
の移動エネルギーで相殺し、もって該制振装置10が設
置される制振対象物を振動減衰して制振するようになっ
ている。
As shown in FIG. 1, the vibration damping device 10 includes a base 1
2 is slidably attached to the mass 2 so that the vibration energy can be reduced by reciprocating the mass 14 in response to the input vibration.
The vibration energy is offset by the moving energy, and the vibration damping object on which the vibration damping device 10 is installed is damped by vibration.

【0016】前記質量体14は、基台12の上面に第
1,第2軸受16,16aを介して回転自在に取付けら
れるスクリューシャフト18に支持され、該スクリュー
シャフト18の回転により質量体14が移動される。前
記第1軸受16はアンギュラコンタクト玉軸受が用いら
れ、ラジアル方向およびスラスト方向の荷重を受けるよ
うになっており、他方の第2軸受16aは通常のボール
ベアリングまたはニードルベアリングが用いられる。ま
た、前記スクリューシャフト18が質量体14に挿通さ
れる部分にボールスクリュー20が設けられ、このボー
ルスクリュー20はスクリューシャフト18と質量体1
4側に設けたボールナットとの間に多数の鋼球が介在さ
れ、スクリューシャフト18の回転に伴って鋼球が循環
されることにより、スクリューシャフト18の回転によ
り質量体14が滑らかに移動できるようになっている。
The mass body 14 is supported by a screw shaft 18 rotatably mounted on the upper surface of the base 12 via first and second bearings 16 and 16a. The rotation of the screw shaft 18 causes the mass body 14 to rotate. Be moved. As the first bearing 16, an angular contact ball bearing is used, which receives a load in a radial direction and a thrust direction. A normal ball bearing or a needle bearing is used as the second bearing 16a. Further, a ball screw 20 is provided at a portion where the screw shaft 18 is inserted into the mass body 14, and the ball screw 20 is connected to the screw shaft 18 and the mass body 1.
A large number of steel balls are interposed between the ball nut provided on the fourth side and the steel balls are circulated with the rotation of the screw shaft 18, so that the mass body 14 can move smoothly by the rotation of the screw shaft 18. It has become.

【0017】前記スクリューシャフト18の一端部は、
ACサーボモータ22の出力回転が入力される変速機2
4の出力軸24aに継手26を介して接続され、このA
Cサーボモータ22の回転によりスクリューシャフト1
8が回転して質量体14を軸方向移動するようになって
いる。このとき、サーボモータ22の正逆回転により質
量体14が往復移動されることになる。また、前記出力
軸24aの反対側端部には電磁ブレーキ25が設けら
れ、停電時に出力軸24aが自動的に制動される。更
に、質量体14の移動方向両端と前記基台12との間に
は、それぞれ緩衝器28,28aおよびスプリング3
0,30aが設けられる。
One end of the screw shaft 18 is
Transmission 2 to which output rotation of AC servo motor 22 is input
4 is connected to the output shaft 24a through a joint 26.
Screw shaft 1 by rotation of C servo motor 22
8 rotates to move the mass body 14 in the axial direction. At this time, the mass body 14 is reciprocated by the forward / reverse rotation of the servo motor 22. An electromagnetic brake 25 is provided at the opposite end of the output shaft 24a, and the output shaft 24a is automatically braked during a power failure. Furthermore, between both ends of the mass body 14 in the moving direction and the base 12, there are provided shock absorbers 28 and 28 a and a spring 3.
0, 30a are provided.

【0018】かかる構成でなる前記制振装置10は、図
2に示すように制振対象物としてのビル32の屋上32
aに基台12部分がボルト結合されるなどして設置され
る一方、該制振装置10が設置されたビル32には振動
検知センサー34,34…が取付けられる。前記振動検
知センサー34,34…で検知した振動信号はA/D変
換器36に入力されてデジタル信号に変換され、このデ
ジタル信号およびサーボモータ22の回転検出信号およ
び質量体14の変位信号が演算装置38に出力されるよ
うになっている。該演算装置38はサーボモータ22を
駆動する電圧、つまり質量体14の移動速度,変位量等
を決定するプログラムが入力されており、該演算装置3
8に接続されたサーボコントローラ40からサーボモー
タ22に指令電圧Vが出力されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the vibration damping device 10 having the above-described structure is used for the roof 32 of a building 32 as a vibration damping object.
are installed on the base 12 by bolting or the like, and vibration detection sensors 34, 34,... are mounted on the building 32 in which the vibration damping device 10 is installed. The vibration signals detected by the vibration detection sensors 34, 34... Are input to an A / D converter 36 and converted into digital signals. The digital signals, the rotation detection signals of the servomotor 22 and the displacement signals of the mass body 14 are calculated. The data is output to the device 38. The arithmetic unit 38 receives a voltage for driving the servomotor 22, that is, a program for determining the moving speed and displacement of the mass body 14, and the like.
A command voltage V is output from the servo controller 40 connected to the servo motor 8 to the servo motor 22.

【0019】前記制振装置10の質量体14の移動制御
は、図3に示すブロック図に基づいて実行されるように
なっている。即ち、同図ではブロックB1によって振動
のセンサー出力とレギュレータゲインGとの積をフィル
ターB2を介してブロックB3で時刻歴信号に変換し、
これをブロックB4に出力してスカラーゲインG0 を乗
じて指令電圧Vを決定する。指令電圧VはブロックB5
の制振装置10に出力してサーボモータ22を駆動し、
質量体14を移動する。そして、この質量体14の移動
により制振対象物であるビル32の振動が抑制され、こ
の抑制された状態の振動が上記振動センサ34,34…
で検知される。つまり、ビル全体を1つの系としてフィ
ーバック要素を加味した状態で質量体14の移動制御が
行われるようになっている。なお、以上は従来から行わ
れている基本的なアクティブ制振制御である。
The movement control of the mass body 14 of the vibration damping device 10 is executed based on the block diagram shown in FIG. That is, in the figure, the product of the vibration sensor output and the regulator gain G is converted into a time history signal by a block B3 via a filter B2 by a block B1,
This is output to the block B4, and the command voltage V is determined by multiplying by the scalar gain G0. The command voltage V is in block B5
To the vibration damping device 10 to drive the servo motor 22,
The mass body 14 is moved. Then, the movement of the mass body 14 suppresses the vibration of the building 32 which is the vibration damping object, and the vibration in the suppressed state is generated by the vibration sensors 34, 34,.
It is detected by. That is, the movement control of the mass body 14 is performed in a state where the feedback of the feedback element is added to the whole building as one system. The above is the basic active vibration suppression control performed conventionally.

【0020】ところで、本実施形態例の制振制御では、
上記移動体14の基本的な移動制御に加えて、更に動力
部としてのACサーボモータ22にクローズドマイナー
ループで軽いフィードバックが掛けられるようになって
いる。即ち、上記質量体14の出力の変位および速度
(更に加速度)は位置センサ15(図1参照)を用いて
ブロックB6にて検知され、これら変位,速度,加速度
(尚、加速度は必ずしも必要でない)の要素がクローズ
ドマイナーループによってサーボモータ22に入力され
る直前の前記指令電圧Vに軽くフィードバックされるよ
うになっている。
By the way, in the vibration suppression control of this embodiment,
In addition to the basic movement control of the moving body 14, light feedback is applied to the AC servomotor 22 as a power unit in a closed minor loop. That is, the displacement and speed (and acceleration) of the output of the mass body 14 are detected by the block B6 using the position sensor 15 (see FIG. 1), and these displacement, speed, and acceleration (acceleration is not necessarily required). Are lightly fed back to the command voltage V immediately before being input to the servo motor 22 by the closed minor loop.

【0021】また、上記ブロックB6で検出された質量
体14の変位はブロックB7およびブロックB8に入力
されて、所定の処理がなされた後、ブロックB4のスカ
ラーゲインに反映されるようになっている。
The displacement of the mass body 14 detected in the block B6 is input to the blocks B7 and B8, and after being subjected to predetermined processing, is reflected on the scalar gain of the block B4. .

【0022】即ち、ブロックB7ではブロックB6から
の変位信号と前記ブロックB3からの時刻歴信号とを取
り込んで、質量体14の変位がその目標とする最大値
(本実施形態ではストローク限界の8割に設定してい
る)を超える場合には、各瞬間のスカラーゲインG0 を
8割ストローク値に下げる修正(これは信号最大時刻ま
で行われる)を行う。そして、該ブロックB7で修正し
たスカラーゲインG0 を前記ブロックB4のゲインとし
て決定する。
That is, the block B7 fetches the displacement signal from the block B6 and the time history signal from the block B3, and sets the displacement of the mass body 14 to its target maximum value (80% of the stroke limit in this embodiment). ), The scalar gain G0 at each instant is corrected to the 80% stroke value (this is performed until the signal maximum time). Then, the scalar gain G0 corrected in the block B7 is determined as the gain of the block B4.

【0023】一方、ブロックB8では質量体14が往復
移動する1/2周期(T0 )の変位の最大値を見て、そ
の最大値がストローク限界の8割に満たない場合には、
次の1/4周期時間で逆に上記目標値にスカラーゲイン
G0 を上げる修正を行う。なお、この周期時間は必ずし
も1/4である必要はなく、過度なショックが入らない
程度の時間幅を有する任意値で良い。そして、このブロ
ックB8で修正したスカラーゲインG0 を前記ブロック
B4のゲインとして決定する。
On the other hand, in block B8, the maximum value of the displacement of a half cycle (T0) in which the mass body 14 reciprocates is checked, and if the maximum value is less than 80% of the stroke limit,
Conversely, a correction is made to increase the scalar gain G0 to the target value in the next 1/4 cycle time. The cycle time does not necessarily have to be 1/4, but may be an arbitrary value having a time width that does not cause an excessive shock. Then, the scalar gain G0 corrected in the block B8 is determined as the gain of the block B4.

【0024】即ち、かかる制御を行うにあたってサーボ
モータ22の指令電圧Vは次の式1によってストローク
速度が定義され、これをブロック線図で示すと図4に示
すようになる。
That is, in performing such control, the stroke speed of the command voltage V of the servo motor 22 is defined by the following equation 1, which is shown in a block diagram in FIG.

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】そして、前記図3のブロック線図に出力ス
トロークの変位,速度,加速度信号を図5に示すように
クローズドマイナーループによってブロックB5のサー
ボモータに入力される直前の指令信号にフィードバック
する。つまり、このフィードバック制御が本発明の特徴
となる。そして、フィードバックされた後の特性は次の
式2で示される。
Then, the displacement, velocity and acceleration signals of the output stroke are fed back to the command signal immediately before being input to the servomotor of the block B5 by a closed minor loop as shown in FIG. 5 in the block diagram of FIG. That is, this feedback control is a feature of the present invention. The characteristic after the feedback is expressed by the following equation (2).

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】ここで、加速度フィードバックを用いずに
c=0とした構造制約の基での指令電圧Vに対する変位
(ストローク)Zの伝達特性は、次の式3で表される。
Here, the transfer characteristic of the displacement (stroke) Z with respect to the command voltage V under the structural constraint that c = 0 without using the acceleration feedback is expressed by the following equation (3).

【数3】 前記式3の特性は次の式4になる。(Equation 3) The characteristic of Equation 3 is Equation 4 below.

【数4】 そして、前記式4を展開すると次の式5となる。(Equation 4) Then, when Expression 4 is expanded, Expression 5 is obtained.

【数5】 ここで、式3と式5の恒等式が成立するためには次の式
6,式7,式8に示す条件が導かれる。
(Equation 5) Here, the conditions shown in the following Expressions 6, 6, and 8 are derived in order to establish the identity of Expressions 3 and 5.

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【0029】ここで、フィードバックによって設定した
特性を、バタワース型ローパス・フィルターに設定する
場合、次の式9および式10に示す条件が与えられる。
Here, when the characteristics set by the feedback are set in the Butterworth type low-pass filter, the following equations 9 and 10 are given.

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【0030】すると、式8より設定可能な固有振動数
(ローパスカットオフ振動数)は次の式11となる。
Then, the natural frequency (low-pass cutoff frequency) that can be set from equation (8) is given by equation (11).

【0031】[0031]

【数11】 [Equation 11]

【0032】そして、式11として求まる固有振動数を
用い、変位,速度に対する最適フィードバックゲイン
a,bを求めると、次の式12,式13となる。
When the optimum feedback gains a and b with respect to the displacement and the velocity are obtained by using the natural frequency obtained as Expression 11, the following Expressions 12 and 13 are obtained.

【数12】 (Equation 12)

【数13】 この時のカットオフ点(ω1 )は、式11から速度比例
型の場合より小さくなることが解る。
(Equation 13) From equation (11), it can be seen that the cutoff point (ω1) at this time is smaller than in the case of the speed proportional type.

【0033】従って、本実施形態の制振装置の質量体移
動制御方法にあっては、地震等の振動外力がビル32に
入力された場合に、これを振動検知センサー34,34
…で検知して指令電圧Vを演算し、制振装置10のサー
ボモータ22に出力する。そして、指令電圧Vによって
サーボモータ22を回転させることによりスクリューシ
ャフト18が回転し、これにボールスクリュー20を介
して螺合された質量体14を軸方向移動させるようにな
っている。そして、この際には、質量体14の変位,速
度が位置センサ15によって検出されて、その変位,速
度に基づき上記式12,式13で与えられる最適フィー
ドバックゲインa,bがクローズドマイナーループによ
って上記ACサーボモータ22への入力直前の上記指令
信号に印可されて指令電圧Vが補正され、実際にはこの
補正後の指令電圧V´によってACサーボモータ22が
移動制御される。即ち、ACサーボモータ22は図6
(a)に示す入力振動の周期に伴って正逆回転され、こ
れによって前記質量体14は同図(b)に示すように所
定の周期をもって往復移動される。尚、同図(b)のス
トロークは同図(a)の振動入力特性に対して半波長分
の遅れが生じている。
Therefore, in the method of controlling the movement of the mass body of the vibration damping device according to the present embodiment, when an external force such as an earthquake is input to the building 32, the external force is detected by the vibration detection sensors 34, 34.
, And calculates a command voltage V, which is output to the servo motor 22 of the vibration damping device 10. When the servomotor 22 is rotated by the command voltage V, the screw shaft 18 is rotated, and the mass body 14 screwed to the screw shaft 18 via the ball screw 20 is moved in the axial direction. In this case, the displacement and speed of the mass body 14 are detected by the position sensor 15, and the optimum feedback gains a and b given by the above equations (12) and (13) are calculated based on the displacement and speed by the closed minor loop. The command voltage V is corrected by being applied to the command signal immediately before input to the AC servomotor 22, and the movement of the AC servomotor 22 is actually controlled by the corrected command voltage V '. That is, the AC servomotor 22 is
The mass body 14 is reciprocated with a predetermined cycle as shown in FIG. 2B by rotating forward and backward with the cycle of the input vibration shown in FIG. It should be noted that the stroke shown in FIG. 6B has a half wavelength delay from the vibration input characteristic shown in FIG.

【0034】このようにACサーボモータ22の回転に
より質量体14が移動する際に、本実施形態ではこの質
量体14の出力、つまり変位と速度とをフィードバック
して指令電圧Vを制御するようにしたので、本来速度制
御となっていた指令電圧Vを質量体14の出力変位に比
例させることができ、つまりは質量体14のストローク
を変位をもって制御することが可能となる。
In this embodiment, when the mass body 14 moves by the rotation of the AC servomotor 22, the output of the mass body 14, that is, the displacement and the speed are fed back to control the command voltage V. Therefore, the command voltage V, which was originally speed controlled, can be made proportional to the output displacement of the mass body 14, that is, the stroke of the mass body 14 can be controlled with the displacement.

【0035】従って、指令電圧VによりACサーボモー
タ22を駆動して質量体14を移動する間に作動遅れが
発生し、かつ、初期振動により質量体14がスクリュー
シャフト18の中立点からずれた場合にも、質量体14
の変位を各周期毎に制御することが可能となる。このた
め、図6(b)に示したように振動初期において中立点
(0点)からずれた質量体14の変位特性を徐々に修正
し、質量体14の移動中立点を当初の設定位置に修正す
ることができる。従って、質量体14は予め設定したス
クリューシャフト18の中立点を中心として左右に等し
い距離を移動できるようになり、移動許容範囲の全長に
亘って移動することが可能となる。このように質量体1
4のストロークが変位制御されることにより、質量体1
4の移動範囲を増大し、延いては制振装置10が備えた
機能を充分に発揮して、制振効果を著しく向上すること
ができる。
Therefore, an operation delay occurs during the movement of the mass body 14 by driving the AC servomotor 22 with the command voltage V, and the mass body 14 is displaced from the neutral point of the screw shaft 18 due to the initial vibration. Also, mass 14
Can be controlled for each cycle. For this reason, as shown in FIG. 6B, the displacement characteristic of the mass body 14 deviated from the neutral point (point 0) in the initial stage of the vibration is gradually corrected, and the movement neutral point of the mass body 14 is set to the initial set position. Can be modified. Accordingly, the mass body 14 can move the same distance to the left and right about the preset neutral point of the screw shaft 18, and can move over the entire length of the movement allowable range. Thus, the mass 1
By controlling the displacement of the stroke of the mass 4, the mass 1
The movement range of the vibration damper 4 can be increased, and the function of the vibration damping device 10 can be sufficiently exhibited, so that the vibration damping effect can be significantly improved.

【0036】また、本実施形態の質量体移動制御装置に
あっては、図3に示した制御のブロックB7において質
量体14の振幅が大きい場合、つまり予め設定した8割
ストロークより振幅が大きくなる場合に、スカラーゲイ
ンG0 を8割ストローク値に下げる修正を実行するよう
にしたので、図7(a)に示すようにビル32に入力さ
れる振動(尚、この波形は一次振動と二次振動とが合体
されたものとなっている。)が斬増した場合に、同図
(c)に示すようにスカラーゲインG0 を徐々に減少さ
せる。そして、減少したスカラーゲインG0 によってサ
ーボモータ22の指令電圧Vが制御されるため、質量体
14のストロークは同図(b)に示すように、入力振動
が過剰に増大された場合にもフルストローク(1〜−
1)に対して8割ストローク(0.8〜−0.8)の範
囲に収めることができる。
Further, in the mass body movement control device of the present embodiment, when the amplitude of the mass body 14 is large in the control block B7 shown in FIG. 3, that is, the amplitude is larger than the preset 80% stroke. In this case, since the correction to reduce the scalar gain G0 to the 80% stroke value is executed, the vibration input to the building 32 as shown in FIG. Are merged.), The scalar gain G0 is gradually reduced as shown in FIG. Since the command voltage V of the servo motor 22 is controlled by the reduced scalar gain G0, the stroke of the mass body 14 is full stroke even when the input vibration is excessively increased, as shown in FIG. (1-
The stroke can be set within the range of 80% stroke (0.8 to -0.8) with respect to 1).

【0037】従って、質量体14はストローク限界に達
するのを防止できるため、質量体14がこじれてロック
されたりして制振装置10が破損されるのを避けること
ができる。このため、いかなる大地震が発生される場合
でも制振装置10を正常に作動させて制振機能を発揮さ
せることができ、延いてはビル32の倒壊を阻止するこ
とができる。
Accordingly, since the mass body 14 can be prevented from reaching the stroke limit, it is possible to prevent the mass body 14 from being twisted and locked and the damping device 10 from being damaged. Therefore, even if any major earthquake occurs, the vibration damping device 10 can be normally operated to exert the vibration damping function, and the collapse of the building 32 can be prevented.

【0038】更に、本実施形態の質量体移動制御方法に
あっては、図3に示した制御のブロックB8において図
8(a)に示すように入力振動が斬減して質量体14の
振幅が小さくなる場合、つまり本実施形態では質量体1
4の振幅が8割ストローク未満となる場合に、スカラー
ゲインG0 は同図(c)に示すように入力振動の1/2
周期(T0 )の最大値から1/4周期時間で、質量体1
4の振幅を目標値(本実施形態では8割ストローク)に
上げる修正を実行するようにしたので、この質量体14
は入力振動が減少されるにもかかわらず同図(b)に示
すように8割ストロークをフルに活用して移動されるこ
とになる。このため、本来備えている制振装置10の機
能を超えて制振機能を発揮できることになり、比較的小
さい振動にあってもビル32の制振効果を充分に得るこ
とができる。
Further, in the mass movement control method of the present embodiment, as shown in FIG. 8A, the input vibration is reduced and the amplitude of the mass 14 is reduced in the control block B8 shown in FIG. Is smaller, that is, in this embodiment, the mass 1
4 is less than 80% stroke, the scalar gain G0 is は of the input vibration as shown in FIG.
1/4 period time from the maximum value of the period (T0), the mass 1
4 is increased to the target value (80% stroke in this embodiment), so that the mass 14
Is moved with full use of the 80% stroke as shown in FIG. For this reason, the vibration damping function can be exhibited beyond the function of the vibration damping device 10 originally provided, and the vibration damping effect of the building 32 can be sufficiently obtained even with relatively small vibration.

【0039】ところで、前記ACサーボモータ22は常
時微弱電流を通電してスタンバイ状態に設定しておくこ
とにより、振動入力による指令電圧Vの出力によって該
サーボモータ22の駆動遅れを最小限に止めるようにな
っている。また、本実施形態ではこのように微弱電流を
通電することにより、図9(a)に示すように地震によ
る入力振動が無い場合でも、強風等の何らかの原因によ
り質量体14が移動した場合にも、同図(b)に示すよ
うに該質量体14を中立位置に復帰させるようになって
いる。
By setting the AC servo motor 22 to a standby state by supplying a weak current at all times, the drive delay of the servo motor 22 is minimized by the output of the command voltage V by the vibration input. It has become. Further, in the present embodiment, by applying a weak current in this manner, even when there is no input vibration due to an earthquake as shown in FIG. The mass body 14 is returned to the neutral position as shown in FIG.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
示す制振装置の質量体移動制御方法にあっては、制振対
象物への入力振動を変換した指令信号によりACサーボ
モータを駆動し、このACサーボモータの駆動により移
動する質量体の変位および速度をクローズドマイナール
ープでそのACサーボモータに入力される直前の前記指
令信号にフィードバックするようにしたので、前記指令
信号を質量体の出力変位に比例させることができるよう
になり、質量体のストロークを変位をもって制御するこ
とが可能となる。従って、質量体の移動遅れが発生し、
かつ、初期振動により質量体が中立点からずれた場合に
も、質量体の変位を各周期毎に制御することが可能とな
り、当該質量体の移動中立点を当初の設定位置に修正す
ることができる。このように質量体の変位制御が可能と
なることにより、質量体は予め設定した移動許容範囲の
全長に亘って移動することが可能となり、制振装置が発
揮できる制振効果を著しく向上することができる。
As described above, in the method for controlling the movement of the mass body of the vibration damping device according to the first aspect of the present invention, the AC servomotor is controlled by the command signal obtained by converting the input vibration to the vibration damping object. When the AC servomotor is driven, the displacement and speed of the mass moved by the driving of the AC servomotor are fed back to the command signal immediately before being input to the AC servomotor in a closed minor loop. And the stroke of the mass body can be controlled by the displacement. Therefore, the movement delay of the mass body occurs,
Also, even when the mass body deviates from the neutral point due to the initial vibration, it is possible to control the displacement of the mass body at each cycle, and it is possible to correct the moving neutral point of the mass body to the initial set position. it can. As described above, the displacement control of the mass body can be performed, so that the mass body can move over the entire length of a predetermined allowable movement range, and the vibration damping effect that the vibration damping device can exert is significantly improved. Can be.

【0041】また、本発明の請求項2に示す制振装置の
質量体移動制御方法では、前記質量体の変位を検出し
て、この変位がストローク限界の所定割合を超える場合
に、各瞬間における前記指令電圧のゲインを所定割合の
ストローク値に下げるゲイン低下制御を行うようにした
ので、制振対象物への入力振動が大きくて質量体の変位
が著しく大きくなった場合に、当該質量体の移動をスト
ローク限界の所定割合の範囲内に収めることができる。
従って、質量体がストローク限界に強く押し当たって装
置が破損されてしまうのを防止できるため、過大な振動
入力時にあっても制振装置を作動させて制振機能を充分
に発揮することができる。
Further, in the mass body movement control method for a vibration damping device according to a second aspect of the present invention, the displacement of the mass body is detected, and when this displacement exceeds a predetermined ratio of the stroke limit, the momentary movement at each moment is detected. Since the gain reduction control for reducing the gain of the command voltage to a stroke value at a predetermined ratio is performed, when the input vibration to the vibration suppression target is large and the displacement of the mass body is significantly increased, The movement can be kept within a predetermined ratio range of the stroke limit.
Therefore, it is possible to prevent the mass body from being strongly pressed against the stroke limit and the device from being damaged, so that even when an excessive vibration is input, the vibration damping device can be operated to sufficiently exhibit the vibration damping function. .

【0042】更に、本発明の請求項3に示す制振装置の
質量体移動制御方法にあっては、前記質量体のストロー
クの1周期の最大値を検出して、この最大ストロークが
目標値より小さい場合に、ゲインを目標値に上げるゲイ
ン増大制御を行うようにしたので、制振対象物への入力
振動が小さくて質量体の変位が小さくなる場合に、ゲイ
ンの増大により質量体の変位量を大きくすることがで
き、制振装置における制振機能を向上することができる
という各種優れた効果を奏する。
Further, in the method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping device according to a third aspect of the present invention, the maximum value of one cycle of the stroke of the mass body is detected, and the maximum stroke is set to be smaller than a target value. When the gain is increased, the gain increase control is performed to increase the gain to the target value.When the input vibration to the object to be damped is small and the displacement of the mass body is small, the displacement of the mass body is increased by increasing the gain. Can be increased, and various excellent effects such that the vibration damping function of the vibration damping device can be improved can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用される制振装置の一実施形態を示
す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a vibration damping device to which the present invention is applied.

【図2】本発明が適用される制振装置を制振対象物に設
置した状態を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which a vibration damping device to which the present invention is applied is installed on a vibration damping target object.

【図3】本発明が適用される制振装置の制御プログラム
を実行するための一処理例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of processing for executing a control program of a vibration damping device to which the present invention is applied.

【図4】本発明が適用される制振装置を駆動するための
指令信号と出力されたストローク速度との関係を示すブ
ロック線図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a relationship between a command signal for driving a vibration damping device to which the present invention is applied and an output stroke speed.

【図5】本発明が適用される制振装置を駆動するための
質量体のストロークの変位,速度,加速度をフィードバ
ックする関係を示すブロック線図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a relationship for feeding back displacement, speed, and acceleration of a stroke of a mass body for driving a vibration damping device to which the present invention is applied.

【図6】本発明の制御方法で入力振動と質量体の変位と
の関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between input vibration and displacement of a mass body in the control method of the present invention.

【図7】本発明の制御方法で入力される斬増振動と質量
体の変位とゲインとの関係を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between incremental vibration, displacement of a mass body, and gain input by the control method of the present invention.

【図8】本発明の制御方法で入力される斬減振動と質量
体の変位とゲインとの関係を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a cutting vibration, a displacement of a mass body, and a gain input by the control method of the present invention.

【図9】本発明の制御方法で入力振動が無い場合の質量
体の移動制御状態を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a movement control state of the mass body when there is no input vibration in the control method of the present invention.

【図10】従来の制御方法の入力振動と指令電圧と質量
体の変位との関係を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between input vibration, command voltage, and displacement of a mass body in a conventional control method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 制振装置 14 質量体 15 位置センサ 22 サーボモータ 34 振動検知センサー 36 A/D変換器 38 演算装置 40 サーボコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration suppression device 14 Mass body 15 Position sensor 22 Servo motor 34 Vibration detection sensor 36 A / D converter 38 Arithmetic unit 40 Servo controller

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制振対象物の振動をACサーボモータを
駆動する指令信号に変換し、該指令信号により該ACサ
ーボモータを駆動して質量体を移動し、該質量体の移動
によって制振対象物を制振するようにした制振装置の質
量体移動制御方法において、 該質量体の変位および速度を検知して、該変位および速
度信号を前記ACサーボモータ直前の指令信号にクロー
ズドマイナーループでフィードバックさせることによ
り、該指令信号を該質量体のストローク出力に比例させ
たことを特徴とする制振装置の質量体移動制御方法。
1. The vibration of an object to be damped is converted into a command signal for driving an AC servomotor, the AC servomotor is driven by the command signal to move a mass, and the mass is moved by the movement of the mass. A method for controlling the movement of a mass body of a vibration damping device for damping an object, comprising detecting a displacement and a velocity of the mass body and converting the displacement and velocity signals into a command signal immediately before the AC servomotor. Wherein the command signal is made proportional to the stroke output of the mass body by feeding back the mass body.
【請求項2】 前記質量体の変位を検出して、該変位が
ストローク限界の所定割合を越える場合に、各瞬間にお
ける前記指令電圧のゲインを所定割合のストローク値に
下げるゲイン低下制御を行うことを特徴とする請求項1
に記載の制振装置の質量体移動制御方法。
2. A gain reduction control for detecting a displacement of the mass body and reducing a gain of the command voltage at each instant to a stroke value of a predetermined ratio when the displacement exceeds a predetermined ratio of a stroke limit. Claim 1 characterized by the following:
3. The mass body movement control method for a vibration damping device according to claim 1.
【請求項3】 前記質量体のストロークの1/2周期の
最大値を検出して、該最大ストロークが目標値より小さ
い場合に、ゲインを目標値に上げるゲイン増大制御を行
うことを特徴とする請求項1または2に記載の制振装置
の質量体移動制御方法。
3. A gain increasing control for detecting a maximum value of a half cycle of the stroke of the mass body and increasing a gain to a target value when the maximum stroke is smaller than a target value. The mass body movement control method for a vibration damping device according to claim 1 or 2.
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JP2009275828A (en) * 2008-05-14 2009-11-26 Sinfonia Technology Co Ltd Vibration damping device and manufacturing method of excitation command table

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