(57)【要約】【課題】検出対象の振動数が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮する。【解決手段】制振対象の構造体の振動を検出する振動センサから入力される振動検出データをＴ0周期で取得し(206)、除振対象の振動数域の振動成分を抽出(208)した後に、抽出した振動成分Ａの積分値Ｂを演算し(210)、振動成分Ａの実効値Ａeを演算し(212)、積分値Ｂの実効値Ｂeを演算し(214)、実効値Ａeを実効値Ｂeで除すことで除振対象の振動数の角振動数ωを演算し(216)、角振動数ωにＮ回のローパスフィルタ処理を行ってノイズ成分を除去することで、除振対象の振動の中心振動数ω0を演算する(218)。これにより、除振対象の振動の振動数が変化した場合にも、変化した後の振動数を短時間で検出することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を繰り返し演算する第１演算手段と、
前記入力信号の実効値及び前記第１演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値を繰り返し演算する第２演算手段と、
前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値と、前記第２演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返す第３演算手段と、
を含む振動数検出装置。
【請求項２】
前記第１演算手段は前記入力信号の積分値を演算し、前記第２演算手段は前記積分値の実効値を演算し、前記第３演算手段は、前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値を、前記第２演算手段によって演算された前記積分値の実効値及び２πで各々除した値を前記振動数として演算する請求項１記載の振動数検出装置。
【請求項３】
前記第１演算手段は前記入力信号の微分値を演算し、前記第２演算手段は前記微分値の実効値を演算し、前記第３演算手段は、前記第２演算手段によって演算された前記微分値の実効値を、前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値及び２πで各々除した値を前記振動数として演算する請求項１記載の振動数検出装置。
【請求項４】
前記第２演算手段は、実効値の演算対象の入力信号又は前記積分値又は前記微分値に対し、２乗値を演算し、所定の振動数以上の振動数範囲の信号成分を除去するローパスフィルタ処理を行い、１／２乗値を演算することで、前記実効値の演算対象の入力信号又は前記積分値又は前記微分値の実効値を演算する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の振動数検出装置。
【請求項５】
前記第１演算手段は、前記入力信号に対して前記積分値又は前記微分値の演算を行う前に、検出対象の振動数を含む所定の振動数範囲から外れている信号成分を前記入力信号から除去するバンドパスフィルタ処理を行う請求項１〜請求項４の何れか１項記載の振動数検出装置。
【請求項６】
前記第３演算手段は、前記振動数の演算結果から、検出対象の振動数よりも高い所定の振動数以上の振動数範囲の信号成分を除去するローパスフィルタ処理をＮ回(Ｎ≧１)行う請求項１〜請求項５の何れか１項記載の振動数検出装置。
【請求項７】
基準物体との間にばね及びダンパが介在された制振対象物体の振動を検出する検出手段と、
前記検出手段から出力される振動検出信号を前記入力信号とし、制振対象物体の振動の振動数を検出する請求項１〜請求項６の何れか１項記載の振動数検出装置と、
前記制振対象物体の振動を抑制する加振力を前記制振対象物体に加えることが可能な制振用アクチュエータと、
前記振動数検出装置によって検出された前記制振対象物体の振動の振動数に基づいて、前記制振用アクチュエータが前記制振対象物体に加える加振力を制御する制御手段と、
を含む制振装置。
【請求項８】
正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を演算し、
前記入力信号の実効値、及び、前記入力信号の前記積分値又は前記微分値の実効値を演算し、
前記入力信号の実効値と、前記入力信号の前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返す振動数検出方法。
【請求項９】
コンピュータを、
正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を繰り返し演算する第１演算手段、
前記入力信号の実効値及び前記第１演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値を繰り返し演算する第２演算手段、
及び、前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値と、前記第２演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返す第３演算手段
として機能させる振動数検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動数検出装置、方法、プログラム及び制振装置に係り、特に、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の振動数を検出する振動数検出装置、該振動数検出装置を備えた制振装置、前記振動数検出装置に適用可能な振動数検出方法、及び、コンピュータを前記振動数検出装置として機能させるための振動数検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制振対象物体の振動を検出し、制振用アクチュエータによって制振対象物体に加える加振力を、制振対象物体の振動の検出結果に応じて制御することで、制振対象物体の振動を抑制する制振装置が知られている(例えば特許文献１,２等を参照)。この種の制振装置における振動数の検出にはゼロクロッシング法が用いられている。ゼロクロッシング法は、周期変化を示す検出対象信号がゼロ線を複数回交差(クロス)した点の時間間隔を測定し、測定した時間間隔を２倍して周期Ｔを求めることで、検出対象信号の周期変化の振動数(周波数)ｆ(＝１／Ｔ)を検出するものである。ゼロクロッシング法は、物体の振動の振動数を求める場合のみならず、様々な分野での振動数の検出に多用されている。
【特許文献１】特開平５−２４８４８９号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ゼロクロッシング法による振動数の検出では、実用上は、ある時間長さにゼロ線をクロスした回数からゼロ線をクロスするタイミングの平均的な時間間隔を求める場合が多い。このとき、検出対象の振動数がΔＦだけ変化した場合、理論上、変化後の振動数の検出に最短でも１／Δｆ秒の時間を要し、検出対象の振動数が低振動数域になるに従って上記時間が長時間化するという問題がある。例えば検出対象の振動数が3.0Ｈzから3.1Ｈzへ0.1Ｈzだけ変化した場合、変化後の振動数の検出には最短でも10秒(＝1／|3.0−3.1|)もの長い時間を要することになる。また、振動数の検出に用いる信号にノイズ成分が混入している場合には、混入しているノイズ成分を除去するためのフィルタ処理も必要となるので、検出対象の振動数が変化した場合の変化後の振動数の検出に要する時間は上記の理論値よりも更に長時間化する。
【０００４】
ゼロクロッシング法による振動数の検出において、検出対象の振動数が変化した場合に変化後の振動数の検出に実際にどの程度の時間を要するのかを確認するため、本願発明者等は、フィルタ処理によって入力信号のノイズ成分を除去すると共に、ゼロクロッシング法で振動数を検出する構成の既存の振動数検出装置に対し、振動数が30Ｈzの入力信号を入力している状態から入力信号の振動数を40Ｈzに切替えたときに、振動数の変化が検出される迄の所要時間を計測する実験を行った。その結果、入力信号の振動数を40Ｈzに切替えてから、振動数の検出結果が40Ｈzになる迄に４秒程度の時間が掛ることが明らかとなった。この結果から、より低い振動数域の振動数の検出で検出対象の振動数が変化した場合、例えば検出対象の振動数が3.0Ｈzから4.0Ｈzへ変化した場合には、１／Δｆの値が上記実験の10倍となることから、変化した後の振動数の検出に４０秒程度もの非常に長い時間が掛る可能性が高いものと推定できる。
【０００５】
従って、ゼロクロッシング法による振動数の検出を、例えば比較的低い振動数で振動する制振対象物の制振に適用した場合、制振対象物の振動の振動数の変化に対し、制振用アクチュエータの制御に非常に長い時間遅れが生ずることで、制振対象物の振動を精度良く抑制することが困難という問題があった。なお、振動数の検出方法としては、上述したゼロクロッシング法以外に、検出対象の振動と基準振動との波の干渉によるビートの数をカウントする方法（ヘテロダイン法）も知られているが、このヘテロダイン法についても、両者の振動数が接近するに従ってビートの時間間隔が増大するので、ゼロクロッシング法と同様に、振動数が変化した場合の変化後の振動数の検出に時間が掛るという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、検出対象の振動数が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮できる振動数検出装置、振動数検出方法及び振動数検出プログラムを得ることが目的である。
【０００７】
また本発明は、制振対象物体の振動の振動数が変化した場合にも制振対象物体の振動を精度良く抑制できる制振装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
或る周期関数ｆ(ｔ)＝Ａsin(ωｔ＋θ)（但しω＝２πｆでｆは周期関数ｆ(ｔ)の振動数、Ａは振幅、θは位相）を時間ｔで積分すると、周期関数Ｆ(ｔ)＝−(Ａ／ω)cos(ωｔ＋θ)が得られる。このように、周期関数ｆ(ｔ)を時間ｔで積分することで得られる周期関数Ｆ(ｔ)は、振幅が元の周期関数ｆ(ｔ)の１／ω倍となる。また、周期関数ｆ(ｔ)の実効値ｆe(ｔ)、周期関数Ｆ(ｔ)の実効値Ｆe(ｔ)は次の(１)式で表される。
ｆe(ｔ)＝Ａ／√２    Ｆe(ｔ)＝Ａ／(√２・ω)  …(１)
このように、周期関数Ｆ(ｔ)の実効値Ｆe(ｔ)も周期関数ｆ(ｔ)の実効値ｆe(ｔ)の１／ω倍となるので、次の(２)式に示すように、実効値ｆe(ｔ)と実効値Ｆe(ｔ)との比（実効値ｆe(ｔ)を実効値Ｆe(ｔ)で除した値）を２πで除することで、周期関数ｆ(ｔ)の振動数ｆが求まることになる。
ｆe(ｔ)／(Ｆe(ｔ)・２π)＝ω／２π＝２πｆ／２π＝ｆ  …（２）
また、周期関数ｆ(ｔ)＝Ａsin(ωｔ＋θ)を時間ｔで微分すると、周期関数Ｆ'(ｔ)＝Ａωcos(ωｔ＋θ)が得られる。このように、周期関数ｆ(ｔ)を時間ｔで微分することで得られる周期関数Ｆ'(ｔ)は、振幅が元の周期関数ｆ(ｔ)のω倍となる。また、周期関数ｆ(ｔ)の実効値ｆe(ｔ)、周期関数Ｆ'(ｔ)の実効値Ｆ'e(ｔ)は次の(３)式で表される。
ｆe(ｔ)＝Ａ／√２    Ｆe(ｔ)＝(Ａ・ω)／√２  …(３)
このように、周期関数Ｆ'(ｔ)の実効値Ｆ'e(ｔ)も周期関数ｆ(ｔ)の実効値ｆe(ｔ)のω倍となるので、次の(４)式に示すように、実効値ｆe(ｔ)と実効値Ｆe(ｔ)との比（実効値Ｆ'e(ｔ)を実効値ｆe(ｔ)で除した値）を２πで除することで、周期関数ｆ(ｔ)の振動数ｆが求まることになる。
Ｆ'e(ｔ)／(ｆe(ｔ)・２π)＝ω／２π＝２πｆ／２π＝ｆ  …（４）
本願発明者等は、上記(２),(４)式から明らかなように、入力信号の実効値と、入力信号の積分値又は微分値の実効値と、の比が入力信号の周期変化の振動数ｆに比例することに基づき、これを利用して振動数ｆを演算するようにすれば、ゼロクロッシング法等を用いる場合と比較して、検出対象の振動数が変化した場合も変化後の振動数を短時間で検出できることに想到し、本発明を成すに至った。
【０００９】
上記に基づき請求項１記載の発明に係る振動数検出装置は、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を繰り返し演算する第１演算手段と、前記入力信号の実効値及び前記第１演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値を繰り返し演算する第２演算手段と、前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値と、前記第２演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返す第３演算手段と、を含んで構成されている。
【００１０】
請求項１記載の発明では、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値が第１演算手段によって繰り返し演算され、入力信号の実効値、及び、第１演算手段によって演算された入力信号の積分値又は微分値の実効値が第２演算手段によって繰り返し演算される。そして第３演算手段は、第２演算手段によって演算された入力信号の実効値と、第２演算手段によって演算された入力信号の積分値又は微分値の実効値と、の比を用いて入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返す。
【００１１】
ゼロクロッシング法等のように入力信号の周期を計測して振動数を検出する場合、振動数の検出結果が更新される周期は検出対象の振動数の周期に依存し、振動数の検出を検出対象の振動数の周期よりも非常に短い周期で行ったとしても、振動数の検出結果が更新される周期は、理論上、最短でも検出対象の振動数の周期の１／２以上となる。これに対して請求項１記載の発明は、入力信号の実効値と、入力信号の積分値又は微分値の実効値と、の比を用いて振動数を演算(検出)することを繰り返すものであり、入力信号の実効値、及び、入力信号の積分値又は微分値の実効値は、入力信号の周期変化の振動数が変化すると、この振動数の変化に応じて即座に値が変化する。従って、第１演算手段〜第３演算手段の繰り返し演算の演算周期を検出対象の振動数の周期に比して十分に小さくすることで、ゼロクロッシング法等のように入力信号の周期を計測して振動数を検出する場合と比較して、検出対象の振動数（入力信号の周期変化の振動数）が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮することができる。
【００１２】
なお、請求項１記載の発明において、第１演算手段が入力信号の積分値を演算する場合には、例えば請求項２に記載したように、第２演算手段は入力信号の積分値の実効値を演算し、第３演算手段は、第２演算手段によって演算された入力信号の実効値を、第２演算手段によって演算された入力信号の積分値の実効値及び２πで各々除した値を振動数として演算するように構成することができる。上記演算により、先の(２)式からも明らかなように、入力信号の周期変化の振動数ｆを演算(検出)することができる。
【００１３】
また、請求項１記載の発明において、第１演算手段が入力信号の微分値を演算する場合には、例えば請求項３に記載したように、第２演算手段は入力信号の微分値の実効値を演算し、第３演算手段は、第２演算手段によって演算された入力信号の微分値の実効値を、第２演算手段によって演算された入力信号の実効値及び２πで各々除した値を振動数として演算するように構成することができる。上記演算により、先の(４)式からも明らかなように、入力信号の周期変化の振動数ｆを演算(検出)することができる。
【００１４】
また、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、第２演算手段による、入力信号の実効値、又は、入力信号の積分値の実効値、又は、入力信号の微分値の実効値の演算は、例えば請求項４に記載したように、実効値の演算対象の入力信号又は入力信号の積分値又は入力信号の微分値に対し、２乗値を演算し、所定の振動数以上の振動数範囲の信号成分を除去するローパスフィルタ処理を行い、１／２乗値を演算することで行うことができる。
【００１５】
また、請求項１〜請求項４の何れかに記載の発明において、第１演算手段は、例えば請求項５に記載したように、入力信号に対して入力信号の積分値又は入力信号の微分値の演算を行う前に、検出対象の振動数を含む所定の振動数範囲から外れている信号成分を入力信号から除去するバンドパスフィルタ処理を行うように構成することが好ましい。これにより、周期変化を示しかつ当該周期変化の振動数が所定の振動数範囲外のノイズ成分が入力信号に混入している場合にも、この混入ノイズ成分がバンドパスフィルタ処理によって除去されることで、上記の混入ノイズ成分が振動数の検出に及ぼす影響を低減することができ、振動数の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
また、本願発明者が実施した実験の結果、本発明を適用して入力信号の周期変化の振動数を検出した場合、振動数の検出結果に比較的高振動数域のノイズ成分が重畳され、この重畳ノイズ成分の影響で、検出した振動数の値が比較的短い周期で変動することが確認された（詳細は後述）。これを考慮すると、請求項１〜請求項５の何れかに記載の発明において、第３演算手段は、例えば請求項６に記載したように、振動数の演算結果から、検出対象の振動数よりも高い所定の振動数以上の振動数範囲の信号成分を除去するローパスフィルタ処理をＮ回(Ｎ≧１)行うように構成することが好ましい。これにより、振動数の演算結果から比較的高振動数域の重畳ノイズ成分を除去することができ、振動数の検出精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項７記載の発明に係る制振装置は、基準物体との間にばね及びダンパが介在された制振対象物体の振動を検出する検出手段と、前記検出手段から出力される振動検出信号を前記入力信号とし、制振対象物体の振動の振動数を検出する請求項１〜請求項６の何れか１項記載の振動数検出装置と、前記制振対象物体の振動を抑制する加振力を前記制振対象物体に加えることが可能な制振用アクチュエータと、前記振動数検出装置によって検出された前記制振対象物体の振動の振動数に基づいて、前記制振用アクチュエータが前記制振対象物体に加える加振力を制御する制御手段と、を含んで構成されている。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の振動数検出装置を備えており、基準物体との間にばね及びダンパが介在された制振対象物体の振動が検出手段によって検出され、前述の振動数検出装置は、検出手段から出力される振動検出信号を入力信号とし、制振対象物体の振動の振動数を検出する。これにより、制振対象物体の振動の振動数が変化した場合にも、変化した後の振動数が振動数検出装置によって短時間で検出される。そして制御手段は、振動数検出装置によって検出された制振対象物体の振動における振動数に基づいて、制振用アクチュエータが制振対象物体に加える加振力を制御するので、制振対象物体の振動の振動数が変化した場合の制御遅れを最小限に抑制することができ、制振対象物体の振動の振動数が変化した場合にも制振対象物体の振動を精度良く抑制できる。
【００１９】
請求項８記載の発明に係る振動数検出方法は、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を演算し、前記入力信号の実効値、及び、前記入力信号の前記積分値又は前記微分値の実効値を演算し、前記入力信号の実効値と、前記入力信号の前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算することを繰り返すので、請求項１記載の発明と同様に、検出対象の振動数が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮することができる。
【００２０】
請求項９記載の発明に係る振動数検出プログラムは、コンピュータを、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号の積分値又は微分値を演算する第１演算手段、前記入力信号の実効値及び前記第１演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値を演算する第２演算手段、及び、前記第２演算手段によって演算された前記入力信号の実効値と、前記第２演算手段によって演算された前記積分値又は前記微分値の実効値と、の比を用いて前記入力信号の周期変化の振動数を演算する第３演算手段として機能させる。
【００２１】
請求項９記載の発明に係る振動数検出プログラムは、コンピュータを、上記の第１演算手段、第２演算手段及び第３演算手段として機能させるためのプログラムであるので、コンピュータが請求項９記載の発明に係る振動数検出プログラムを実行することで、コンピュータが請求項１に記載の振動数検出装置として機能することになり、請求項１記載の発明と同様に、検出対象の振動数が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明は、入力信号の積分値又は微分値を演算し、入力信号の実効値、及び、入力信号の積分値又は微分値の実効値を演算し、入力信号の実効値と、入力信号の積分値又は微分値の実効値と、の比を用いて入力信号の周期変化の振動数を演算するので、検出対象の振動数が変化した場合に、変化後の振動数の検出に要する時間を短縮できる、という優れた効果を有する。
【００２３】
また本発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の振動数検出装置によって制振対象物体の振動の振動数を検出し、検出した振動数に基づいて、制振用アクチュエータが制振対象物体に加える加振力を制御するので、制振対象物体の振動の振動数が変化した場合にも制振対象物体の振動を精度良く抑制できる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１には本実施形態に係る構造物（建物）１０が示されている。構造物１０は、地盤２２に対して鉛直方向にコンクリート等から成る杭１２が形成され、杭１２上にＨ鋼から成る複数の柱１４と複数の梁１６が組み上げられ固定されることで地面２０上に構築されている。また構造物１０には、大人数を収容可能なホール２４が最上階に設けられている。ホール２４には、ホール２４の床部１８で発生した、ホール２４を含む上部構造体の振動（の振幅及び振動数）を検出する振動センサ２６が設けられている。
【００２５】
一方、ホール２４直下の複数の柱１４Ａの中央部１４Ｂには、ホール２４の床部１８で発生した上部構造体の振動（図１の矢印Ａ参照）を打ち消す振動（図１の矢印Ｂ参照）を発生可能な制振装置１００が取付けられている。ホール２４の下の階には、振動センサ２６によって検出された振動の振幅及び振動数に基づいて、制振装置１００で発生させる振動を制御する制御装置３０が設置されている。制御装置３０と振動センサ２６はケーブル２８で接続されており、より詳しくは、図４に示すように、制御装置３０の増幅器８４及びＡ／Ｄ変換器８６を介してコンピュータ８８に接続されている。従って、振動センサ２６から出力された振動検出信号は、増幅器８４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器８６でデジタルの振動検出データへ変換された後にコンピュータ８８へ入力される。また制御装置３０と制振装置１００はケーブル３２で接続されている。制御装置３０は図示しない電源を内蔵しており、制振装置１００を作動させるための電力は制御装置３０からケーブル３２を介して制振装置１００へ供給される。
【００２６】
なお、本実施形態に係る構造物１０のうち、制振装置１００が取付けられている部分よりも下方の部分（下部構造体）と、制振装置１００が取付けられている部分よりも上方の部分（ホール２４を含む上部構造体）との間には、制振装置１００以外にも柱や梁等の支持部材が設けられているが、これらの支持部材を下部構造体と上部構造体との間の振動の伝達に関してモデル化した場合、上記の支持部材はばねとダンパで表すことができる。従って、本実施形態に係る構造物１０のうち、下部構造体は請求項７に記載の基準物体に、上部構造体は請求項７に記載の制振対象物体に、上記の支持部材は請求項７に記載の「基準物体と制振対象物体の間に介在されたばね及びダンパ」に各々対応している。また、制振装置１００は請求項７に記載の制振用アクチュエータに、振動センサ２６は請求項７に記載の検出手段に各々対応している。
【００２７】
図２(Ａ)に示すように、制振装置１００は、鋼板から成り柱１４Ａの中央部１４Ｂのフランジの間に水平に配置され、中央部１４Ｂのフランジに溶接された天井壁１０４及び底壁１０６を備え、中央部１４Ｂのウェブの両側には、天井壁１０４と底壁１０６で囲まれた収納部１０７Ａ，１０７Ｂが各々形成されており、収納部１０７Ａ，１０７Ｂには各々制振装置１００が収容されている。なお、収納部１０７Ａ，１０７Ｂに収容されている制振装置１００は同一構成のため、以下では収納部１０７Ａに収容されている制振装置１００について説明する。
【００２８】
図２(Ａ),(Ｂ)に示すように、制振装置１００は、振動を発生させる加振部１０８と、加振部１０８で発生された振動数を増幅して天井壁１０４及び底壁１０６へ伝達する振動増幅部１１０に大別される。
【００２９】
加振部１０８は、コ字状の断面の各々の開口部が隙間部１２１を形成しつつ対向するように一対のチャンネル型鋼１４０が底板１１８上に立設されて成る支柱１２０と、支柱１２０の両側に立設された２本の補助支柱１２６と、中空筒状で支柱１２０を取り囲むように設けられた可動部１２２と、支柱１２０及び補助支柱１２６で支持される天板１１６とを備えている。可動部１２２の外面には、鋼板から成るウェイト１２４が図示しないボルト及びナット等の固定手段で交換可能に固定されている。可動部１２２全体の重量は、可動部１２２の外面に固定するウェイト１２４の重量を変えることで変更可能されている。
【００３０】
支柱１２０を構成するチャンネル型鋼１４０の内側（ウェブ）には、複数の永久磁石１４２が鉛直方向に沿って配列されている。また支柱１２０内（一対のチャンネル型鋼１４０の開口部によって形成される中空部内）には、図示しない芯金に巻き掛けられた電磁コイル１３０が配置されており、この電磁コイル１３０は、隙間部１２１を通って延びる支持部材１２８を介して可動部１２２と連結されている。従って、電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４は、一体となって支柱１２０に沿って鉛直方向に移動可能とされている。また電磁コイル１３０は、鉛直方向の位置に拘わらず永久磁石１４２との間隔がおよそ一定に維持される。なお、電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４は請求項３に記載の補助質量部に対応しており、これらを必要に応じて「補助質量部」と称する。
【００３１】
電磁コイル１３０はケーブル１３２を介して制御装置３０に各々接続されており、詳しくは図４に示すように、制御装置３０の電磁コイル駆動回路９０を介してコンピュータ８８に接続されている。電磁コイル駆動回路９０は電磁コイル１３０に駆動電流を供給し、コンピュータ８８は、電磁コイル１３０及び複数の永久磁石１４２が電磁アクチュエータとして機能し、電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４から成る補助質量部が、振動センサ２６によって検出された振動のうち除振対象の振動数域の振動成分に応じた周期・振幅で上下方向（図２(Ｂ)の矢印Ｆの方向）に移動するように、電磁コイル駆動回路９０によって電磁コイル１３０に供給される駆動電流の向き及び大きさを制御する。この電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４から成る補助質量部の上下方向の移動（変位）により、加振部１０８で加振力（除振対象の振動成分を打ち消すための振動を発生させる加振力）が発生する。
【００３２】
一方、振動増幅部１１０は、所定のばね定数（固有の剛性）のコイルばね１１２と、外部からばね定数（剛性）を変更可能な可変剛性ばね４０を備えている。コイルばね１１２及び可変剛性ばね４０は、天井壁１０４と天板１１６の間及び底壁１０６と底板１１８の間に各々設けられており、個々のコイルばね１１２及び可変剛性ばね４０は、一端が天井壁１０４又は底壁１０６に固定され、他端が天板１１６又は底板１１８に固定されている。以下では、天井壁１０４と天板１１６の間に設けられた可変剛性ばね４０を例にその構成を説明するが、底壁１０６と底板１１８の間に設けられた可変剛性ばね４０も同一の構成である。
【００３３】
図３(Ａ)に示すように、可変剛性ばね４０は、変位ロック機能を備えた３個の可変ばねユニット４２、４４、４６が、鉛直方向に沿って直列に連結されて構成されている。可変ばねユニット４２は、略平板状の下取付部材５４と、下取付部材５４の上方に間隔を空けて配置された略平板状の上取付部材５２を備えている。下取付部材５４と上取付部材５２の間には金属製のコイルばね５０が配置されており、コイルばね５０は上端が上取付部材５２に、下端が下取付部材５４に、接着等によって各々固定されている。従って、可変ばねユニット４２は、コイルばね５０によって上取付部材５２と下取付部材５４との間隔が空いている状態が維持されると共に、可変ばねユニット４２を上下方向に変位させる（上取付部材と下取付部材との間隔を変化させる）外力が加わると、コイルばね５０が伸縮することでコイルばね５０のばね定数に反比例する変位（前記間隔が変化する変位）が生ずる。
【００３４】
また同様に、可変ばねユニット４４は下取付部材６６、上取付部材６４及び金属製のコイルばね６２を備え、可変ばねユニット４４を上下方向に変位させる外力が加わると、コイルばね６２が伸縮することでコイルばね６２のばね定数に反比例する変位（上取付部材と下取付部材との間隔が変化する変位）が生じるように構成されており、可変ばねユニット４６は下取付部材７６、上取付部材７４及び金属製のコイルばね７２を備え、可変ばねユニット４６を上下方向に変位させる外力が加わると、コイルばね７２が伸縮することでコイルばね７２のばね定数に反比例する変位（上取付部材と下取付部材との間隔が変化する変位）が生じるように構成されている。なお、可変ばねユニット４２、４４、４６のコイルばね５０、６２、７２はばね定数が互いに同一であってもよいが、ばね定数が互いに相違していることが望ましい。
【００３５】
また、可変ばねユニット４２の下取付部材５４には、下面略中央から下方へ突出する突出部５４Ａが形成されており、可変ばねユニット４４の上取付部材６４には、上面略中央に突出部５４Ａの外径と略等しい内径を有する孔６４Ａが形成されている。突出部５４Ａは孔６４Ａに嵌合しており、これにより可変ばねユニット４２、４４の左右方向への相対移動が阻止される。同様に、可変ばねユニット４４の下取付部材６６には、下面略中央から下方へ突出する突出部６６Ａが形成されており、可変ばねユニット４６の上取付部材７４には、上面略中央に突出部６６Ａの外径と略等しい内径を有する孔７４Ａが形成されている。突出部６６Ａは孔７４Ａに嵌合しており、これにより可変ばねユニット４４、４６の左右方向への相対移動が阻止される。また、可変ばねユニット４２の上取付部材５２は、接着又はボルト、ナット等の締結による固定手段によって天井壁１０４に取付けられており、可変ばねユニット４２の下取付部材５４と可変ばねユニット４４の上取付部材６４、可変ばねユニット４４の下取付部材６６と可変ばねユニット４６の上取付部材７４、及び、可変ばねユニット４４の下取付部材７６と天板１１６、についても、同様の固定手段によって固定されている。
【００３６】
可変ばねユニット４２の下取付部材５４の上面には、上部に開口部が形成された略円筒状の収容ケース５８が取付けられており、収容ケース５８内には、粒状磁性体Ｇが分散混入されたシリコンオイルから成るＭＲ(Magneto-Rheological)流体５６が収容されている。また、可変ばねユニット４２の上取付部材５２の下面側でコイルばね５０の内側には、収容ケース５８の開口部に挿入され、ＭＲ流体５６へ浸漬される凸部６０が設けられている。同様に、可変ばねユニット４４の下取付部材６６の上面にはＭＲ流体５６を収容する収容ケース６８が取付けられており、可変ばねユニット４４の上取付部材６４の下面側でコイルばね６２の内側には、収容ケース６８の開口部に挿入されＭＲ流体５６へ浸漬される凸部７０が設けられている。更に、可変ばねユニット４６の下取付部材７６の上面にはＭＲ流体５６を収容する収容ケース７８が取付けられており、可変ばねユニット４６の上取付部材７４の下面側でコイルばね７２の内側には、収容ケース７８の開口部に挿入されＭＲ流体５６へ浸漬される凸部８０が設けられている。
【００３７】
個々の可変ばねユニット４２、４４、４６の収容ケース５８、６８、７８に各々収容されているＭＲ流体５６は、磁界(磁場)が作用していないときには粒状磁性体Ｇが流体中に分散している（図３(Ａ)に示す状態）ことで、流動性を有する液体状となっているが、図３(Ｂ)に示すように磁界Ｍが作用すると、粒状磁性体Ｇが流体中で集合し磁力線に沿って並ぶことでクラスタを形成し、降伏応力をもつ固体状になる。なお、図３(Ｂ)では、可変ばねユニット４６のＭＲ流体５６に磁界Ｍが作用した状態を示しているが、他の可変ばねユニット４２、４４についても同様である。そして、個々のバネユニットは、ＭＲ流体５６に磁界Ｍが作用し、ＭＲ流体５６中の粒状磁性体Ｇがクラスタを形成すると、当該可変ばねユニットを上下方向に変位させる（上取付部材と下取付部材との間隔を変化させる）外力が加わってもこの外力に抗して上記の変位が阻止（ロック）された状態となる。
【００３８】
なお、コイルばね５０のばね定数をＫ１、コイルばね６２のばね定数をＫ２、コイルばね７２のばね定数をＫ３、可変剛性ばね４０のばね定数をＫとした場合、ばね定数Ｋは、変位がロックされている可変ばねユニットの数が０個であれば、
Ｋ＝１／(１／Ｋ１＋１／Ｋ２＋１／Ｋ３)
となり、コイルばね５０を備えた可変ばねユニット４２の変位がロックされた場合は、
Ｋ＝１／(１／Ｋ２＋１／Ｋ３)
となり、コイルばね６２を備えた可変ばねユニット４４の変位がロックされた場合は、
Ｋ＝１／(１／Ｋ１＋１／Ｋ３)
となり、コイルばね７２を備えた可変ばねユニット４６の変位がロックされた場合は、
Ｋ＝１／(１／Ｋ１＋１／Ｋ２)
となり、可変ばねユニット４２、４４の変位がロックされた場合はＫ＝Ｋ３、可変ばねユニット４２、４６の変位がロックされた場合はＫ＝Ｋ２、可変ばねユニット４４、４６の変位がロックされた場合はＫ＝Ｋ１、全ての可変ばねユニットの変位がロックされた場合はＫ＝∞となる。そして、制振装置１００全体の共振振動数ωＭは可変剛性ばね４０のばね定数Ｋに応じて変化する。
【００３９】
図３(Ａ)に示すように、個々の可変ばねユニット４２、４４、４６のコイルばね５０、６２、７２は、ケーブル８２を介し、上側端部及び下側端部が、制御装置３０の一部を構成する選択駆動回路９２に各々接続されており、図４に示すように、選択駆動回路９２はコンピュータ８８に接続されている。選択駆動回路９２は、コイルばね５０、６２、７２に対して各々独立に駆動電流を供給可能とされており、コンピュータ８８によって電流供給対象のコイルばねが指示されると、指示されたコイルばねに駆動電流を供給する。コイルばねに駆動電流が供給された可変ばねユニットでは、コイルばねに駆動電流が流れることで磁界Ｍが発生し、ＭＲ流体５６中の粒状磁性体Ｇがクラスタを形成することで、上記のように変位がロックされた状態となる。詳細は後述するが、コンピュータ８８は、振動センサ２６によって検出された振動に基づき、制振装置１００全体の共振振動数ωＭが、検出された振動のうち除振対象の振動成分の中心振動数（すなわち加振部１０８で発生される加振力の振動数）になるべく近くなるように、コイルばねに駆動電流を供給させて変位をロックさせる可変ばねユニットを０〜３個選択する。これにより、制振装置１００全体の共振振動数ωＭが加振部１０８で発生される加振力の振動数に同調するように制御され、加振部１０８で発生された加振力が振動増幅部１１０を含む制振装置１００全体によって増幅される。
【００４０】
また図４に示すように、制御装置３０のコンピュータ８８はＣＰＵ８８Ａ、ＲＡＭ等から成るメモリ８８Ｂ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等から成る不揮発性の記憶部８８Ｃを備えており、記憶部８８Ｃには、ＣＰＵ８８Ａによって後述する制振制御処理を行うための制振制御プログラムがインストールされている。この制振制御プログラムは本発明に係る振動数検出プログラムを含んで構成されており、ＣＰＵ８８Ａが制振制御プログラムを実行することで、コンピュータ８８が本発明に係る第１〜第３演算手段として機能すると共に、請求項７に記載の制御手段としても機能し、コンピュータ８８が本発明に係る振動数検出装置として機能すると共に、制御装置３０及び制振装置１００が請求項７に記載の制振装置として機能することになる。また記憶部８８Ｃには、電磁コイル１３０を含む電磁アクチュエータによって加振部１０８で発生させるべき加振力を振動検出データから演算するためのアクチュエータ制御演算式が記憶されている。
【００４１】
また本実施形態のように、可変剛性ばね４０が３個の可変ばねユニット４２、４４、４６が直列に連結された構成であり、個々の可変ばねユニット４２、４４、４６のコイルばね５０、６２、７２のばね定数が互いに相違している場合、個々の可変ばねユニット４２、４４、４６を単位として変位のロックの有無を切り替えることで、先にも説明したように、可変剛性ばね４０のばね定数Ｋは２３＝８通りに変化し、これに伴い制振装置１００全体の共振振動数ωＭも８通りに変化する。本実施形態では、個々の可変ばねユニット４２、４４、４６の変位のロックの有無を切り替えて可変剛性ばね４０のばね定数Ｋを８通りに変化させたときの制振装置１００全体の共振振動数ωＭが、演算又は測定によって予め求められており、この８通りの共振振動数ωＭと、共振振動数ωＭが各値になるときの個々の可変ばねユニット４２、４４、４６の変位のロックの有無を表す情報を対応付けたロックユニット−共振周波数テーブルも記憶部８８Ｃに記憶されている。
【００４２】
次に本実施形態の作用を説明する。本実施形態に係る構造物１０のホール２４でコンサート等が行われ、演奏されている曲のリズムに合わせて聴衆が集団で跳躍した場合、ホール２４の床部１８が上下方向に振動し、これに伴ってホール２４を含む上部構造体全体が上下方向に振動する。この上部構造体の振動は、通常の構造物であれば、柱等を経由して構造物の下部へ一旦伝播した後に、基礎や地盤を経由して周辺の建物に伝播し、周辺の建物において、不快と感じられる可能性の高い上下の振動が誘発されることになる。本実施形態に係る制振装置１００は、上記のように聴衆が集団で跳躍した等の事象を原因としてホール２４の床部１８で発生する上部構造体の振動を抑制し、構造物１０のうちの下部構造体や周辺の建物に伝播する振動を抑制する目的で設けられており、本実施形態に係る制御装置３０のコンピュータ８８は、制御装置３０の電源が投入されると、ＣＰＵ８８Ａが記憶部８８Ｃから制振制御プログラムを読み出して実行することで、制御装置３０が稼働している間、制振制御処理を常時実行している。以下、図５を参照して制振制御処理について説明する。
【００４３】
制振制御処理では、まずステップ２００で中心振動数ω0の初期値として予め定められた所定値を設定する。次のステップ２０２では、振動センサ２６によって上部構造体の振動が検出された結果を取り込むタイミング（サンプリング周期Ｔ0）が到来したか否か判定し、判定が肯定される迄ステップ２０２を繰り返す。なお、サンプリング周期Ｔ0は、除振対象の振動数の１／２周期よりも十分に小さい周期とされている。ステップ２０２の判定が肯定されるとステップ２０６へ移行し、振動センサ２６から増幅器８４、Ａ／Ｄ変換器８６を経由して入力される振動検出データを取得し、取得した振動検出データをメモリ８８Ｂに記憶させる。
【００４４】
次のステップ２０８〜ステップ２１８では除振対象の振動の中心振動数ω0を検出する処理を行う。すなわち、まずステップ２０８では、取得した振動検出データに対してバンドパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行うことで、振動検出データから除振対象(検出対象)の振動数域の振動成分を抽出する。本実施形態では聴衆が集団で跳躍した等の事象を原因として発生するホール２４を含む上部構造体の振動を除振対象としているので、除振対象の振動は一定の振動数域内に収まっている。一方、ホール２４を含む上部構造体に低振動数の地震動Ｘ0が入力されたり、前記上部構造体に直接作用する風等に起因する低振動数の外力Ｆｗが前記上部構造体に入力された場合、振動センサ２６によって検出される上部構造体の振動は、除振対象の振動(成分)に地震動Ｘ0や外力Ｆｗによる低振動数の振動成分が重畳された振動となる。上記のように、ステップ２０８ではバンドパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行うことで、振動検出データが表す上部構造体の振動に除振対象の振動数域外の低振動数域の振動成分や高振動数域の振動成分（ノイズ成分）が混入していたとしても、これらのノイズ成分をおおよそ除去することができる。なお、ステップ２０８の処理は請求項５に記載の第１演算手段に対応している。
【００４５】
次のステップ２１０では、ステップ２０８の処理を経て振動検出データから抽出した除振対象の振動数域の振動成分Ａの積分値Ｂを演算する。なお、積分値Ｂの算出は、例えば振動成分Ａに対し、積分を行うことと等価な積分フィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行うことで実現できる。また、積分値Ｂの算出は、積分フィルタを用いることに代えて、振動成分Ａにラプラス変換領域で１／ｓを乗ずる(但しｓは複素数ｉω)演算を行うことによっても実現できる。ステップ２１０の演算は本発明に係る第１演算手段（より詳しくは請求項２に記載の第１演算手段）に対応している。
【００４６】
また、次のステップ２１２では、除振対象の振動数域の振動成分Ａの実効値Ａｅを演算する。実効値Ａｅの演算は、図６にも示すように、まず振動成分Ａの２乗値(図６に示す「入力波形の２乗値」を参照)を演算し、演算した振動成分Ａの２乗値に対してローパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行い(図６に示す「ローパスフィルタ通過後の入力波形の２乗値」を参照)、更に、上記のデジタル演算を経たデータの１／２乗値を演算する(図６に示す「ローパスフィルタ通過後の入力波形の２乗値の平方根」を参照)ことによって成される。上述した一連の演算のうち、ローパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算では、高振動数域の成分が除去されることで振動成分Ａの振幅の変化が平均化されるので、当該デジタル演算の前後で２乗値の演算及び１／２乗値（平方根）の演算を行うことで、振動成分Ａの実効値が算出されることになる。
【００４７】
また、ローパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算は、図５の制振制御処理を開始した時点(時刻ｔ＝０)からのデータを各々用いて行われるが、本実施形態では、サンプリングを行った時点からの経過時間が長くなるに従って重みが小さくなるように設定した重み係数を個々のデータに乗じて上記のデジタル演算を行っている。これにより、デジタル演算に用いられる個々のデータが実効値Ａｅに与える影響は、サンプリングを行った時点からの経過時間が長くなるに従って小さくされることになる。
【００４８】
次のステップ２１４では、先のステップ２１０で演算した積分値Ｂの実効値Ｂeを演算する。この実効値Ｂeの演算についても、ステップ２１２における実効値Ａeの演算と同様に、まず積分値Ｂの２乗値を演算し、演算した積分値Ｂの２乗値に対してローパスフィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行い、このデジタル演算を経たデータの１／２乗値を演算することによって成される。なお、ステップ２１２,２１４の演算は本発明に係る第２演算手段（より詳しくは請求項４に記載の第２演算手段）に対応している。
【００４９】
次のステップ２１６では、ステップ２１２で演算した実効値Ａeをステップ２１４で演した実効値Ｂeで除すことで、除振対象の振動の振動数(詳しくは角振動数)ωを演算する(次の(５)式も参照)。
ω＝Ａe／Ｂe  …(５) 
なお、ステップ２１６では後述する演算に用いることを前提にして角振動数ωを演算しているが、(５)式により求まる角振動数ωを更に２πで除すことで、振動数ｆを演算するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００５０】
ゼロックロシング法では、振動成分の振幅がゼロ線を交差(クロス)する迄の間、中心振動数ωが更新されないので、除振対象の振動の振動数が変化しても、この振動数の変化が角振動数ωの演算結果に表れるまでに時間が掛るが、本実施形態に係る制振制御処理における角振動数ωの検出では、除振対象の振動数の１／２周期よりも十分に小さいサンプリング周期Ｔ0毎に角振動数ωが演算されると共に、除振対象の振動の振動数が変化すると、この変化が実効値Ａe,Ｂeの変化として表れることで、角振動数ωの演算結果に直ちに表れ、除振対象の振動の振動数の変化を直ちに検出することができる。従って、角振動数ωの演算結果を用いて行われる電磁アクチュエータの制御（後述）において、例えばホール２４で演奏されている曲のリズムが変わった等の理由で除振対象の振動の振動数が変化した場合にも、除振対象の振動の振動数の変化に対して大幅な制御遅れが生ずることを防止することができる。
【００５１】
また、次のステップ２１８では、ステップ２１６で算出された角振動数ωに対し、ローパスフィルタをＮ回掛けることに相当するデジタル演算を行う。なお、Ｎとしては、例えば４以上の値が好適であるが、３以下の値であってもよい。後述する実験結果からも明らかなように、ステップ２１６で算出される角振動数ωには比較的高振動数域のノイズ成分が重畳されているが、上記のデジタル演算によりノイズ成分を除去することができるので、電磁アクチュエータの制御（後述）において、電磁アクチュエータに対する制御量が振動する等の不都合が生ずることを防止することができる。
【００５２】
次のステップ２２０〜ステップ２２８では、振動センサ２６によって検出されたホール２４を含む上部構造体の振動のうち、除振対象の振動成分を打ち消すための振動(加振力)が加振部１０８で発生するように制御する処理を行う。すなわち、まずステップ２２０では、予め記憶部８８Ｃに記憶されているアクチュエータ制御演算式を読み出す。本実施形態では、アクチュエータ制御演算式として次の(６)式の伝達関数Ｈ1(ｓ)の演算式を用いている。
【００５３】
【数１】
2010085373.tif 000003
【００５４】
次のステップ２２２では、ステップ２２０で読み出したアクチュエータ制御演算式のうちの固有振動数ω0として、先のステップ２１８で演算・設定した除振対象の振動成分の中心振動数ω0を設定する。なお、アクチュエータ制御演算式((６)式)のうちの他の定数（減衰定数ｈやＫg／Ｋ2）については、演算式に予め設定された状態で記憶部８８Ｃに記憶されているので設定する必要はない。また、減衰定数ｈとしては例えばｈ＝0.05程度の値が用いられ、Ｋg／Ｋ2＝としては0＜Ｋg／Ｋ2＜1.0、例えばＫg／Ｋ2＝0.9程度の値が用いられる。
【００５５】
ステップ２２４では、先のステップ２０６でメモリ８８Ｂに記憶された振動検出データを読み出す。次のステップ２２６では、ステップ２２４で読み出した振動検出データに基づいて、まずホール２４を含む上部構造体の変位を演算し、次に演算した変位からホール２４を含む上部構造体の速度及び加速度を演算し、演算した上部構造体の速度を制振対象物体の速度Ｖ1、上部構造体の加速度を制振対象物体の加速度Ａ1として用いると共に、先のステップ２２０で読み出して先のステップ２２２で除振対象の振動成分の中心振動数ω0を設定したアクチュエータ制御演算式を用いることで、電磁コイル１３０を含む電磁アクチュエータに対する制御量を演算する。
【００５６】
そしてステップ２２８では、電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４から成る補助質量部が、ステップ２２６で算出されたアクチュエータ制御量（仮想質量の変位Ｘ2）に応じて、上部構造体の変位と逆位相に変位するように、電磁コイル駆動回路９０によって電磁コイル１３０へ供給される駆動電流の向き及び大きさを制御する。
【００５７】
次のステップ２３０、２３２では、制振装置１００全体の共振振動数ωＭが除振対象の振動成分の中心振動数ω0に近づくように制御する処理を行う。すなわち、ステップ２３０では記憶部８８Ｃに記憶されているロックユニット−共振振動数テーブルを参照し、当該テーブルに記憶されている制振装置１００全体の共振振動数ωＭの複数の値のうち、先のステップ２１８で演算・設定した除振対象の振動成分の中心振動数ω0に最も近い値を認識し、認識した共振振動数ωＭの値と対応付けて記憶されている可変ばねユニットのロックの組み合わせを読み出すことで、制振装置１００全体の共振振動数ωＭが、除振対象の振動成分の中心振動数ω0に最も近い値となる可変ばねユニットのロックの組み合わせを認識する。
【００５８】
そしてステップ２３２では、可変剛性ばね４０のうち、認識したロックの組み合わせに対応する個々の可変ばねユニットのコイルばねへ各々駆動電流が供給されるように選択駆動回路９２を制御する。これにより、認識したロックの組み合わせに対応する個々の可変ばねユニットにおいて、コイルばねを流れる駆動電流によって磁界が発生し、発生した磁界が作用したＭＲ流体５６中の粒状磁性体Ｇがクラスタを形成することで、変位がロックされた状態となる。これにより、制振装置１００全体の共振振動数ωＭが、除振対象の振動成分の中心振動数ω0に最も近い値となる。ステップ２３２の処理を完了するとステップ２０２に戻り、ステップ２０２の判定が肯定される毎（サンプリング周期Ｔ0が到来する毎）にステップ２０６〜ステップ２３２が繰り返される。
【００５９】
制御装置３０が稼働している間、コンピュータ８８によって上述した制振制御処理が常時実行されることで、電磁コイル１３０、可動部１２２及びウェイト１２４から成る補助質量部は、ホール２４を含む上部構造体の振動のうち除振対象の振動成分を打ち消すための振動(加振力)が発生するように上下方向に振動される。ここで、本実施形態では、振動センサ２６によって検出されたホール２４を含む上部構造体の振動に基づき、アクチュエータ制御演算式（伝達関数Ｈ1(ｓ)の演算式：(６)式)に従って電磁コイル１３０を含む電磁アクチュエータの駆動を制御することで、制振装置１００がホール２４を含む上部構造体に加える加振力を制御しているので、ホール２４を含む上部構造体は、(８)式で表される挙動、すなわち(７)式で表される挙動を示す仮想の動吸収器が付加されたことに相当する挙動を示すことになる。
【００６０】
(７)式は、仮想の動吸収器が、除振対象の振動成分の中心振動数ω０よりも低い振動数領域の振動に反応しない挙動を示すように定めたものであり、(６)式に従って電磁アクチュエータの駆動を制御した場合、その制御特性は、除振対象の振動成分の中心振動数ω０付近の振動数領域の入力に対する感度が低下することなく、他の振動数領域の入力に対する感度が大幅に低下する特性となる。従って、振動センサ２６によって検出された上部構造体の振動に、地震動Ｘ0や外力Ｆｗによる低振動数域の振動成分が重畳されている場合にも、この低振動数域の振動成分に応答してアクチュエータを駆動させることで、無駄な加振力を発生させてしまうことはなく、除振対象の振動成分のみに応答してアクチュエータが駆動されることで、除振対象の振動成分のみを精度良く抑制することができる。アクチュエータの最大変位量(＝ストローク)を抑制することができ、除振対象の振動成分を除振する性能の向上と、制振装置１００の小型化及び構成の簡略化を両立することができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る制振制御処理では、除振対象の振動成分の中心振動数ω0を常時検出し、検出した中心振動数ω0を代入したアクチュエータ制御演算式を用いて電磁アクチュエータの駆動を制御しているので、例えばホール２４で演奏されている曲のリズムが変わった等の理由で除振対象の振動成分の中心振動数ω0が変化した場合にも、中心振動数ω0の変化に追従するようにアクチュエータ制御量が演算されることになり、除振対象の振動成分の中心振動数ω0の変化に拘わらず除振対象の振動成分を精度良く除振（制振）することができる。
【００６２】
また本実施形態では、電磁アクチュエータを駆動して補助質量部を振動させると同時に、除振対象の振動成分の中心振動数ω0に対する制振装置１００全体の共振振動数ωＭの偏差が最小となるように、可変剛性ばね４０の０個〜３個の可変ばねユニットの変位をロックしているので、制振装置１００全体が補助質量部の変位に共振して変位することで、補助質量部の変位によって加振部１０８で発生した加振力が、制振装置１００全体によって高倍率（例えば10〜20倍）で増幅された後にホール２４を含む上部構造体に加えられることになる。これにより、上部構造体の振動に含まれる除振対象の振動成分の大きさに比して、アクチュエータが変位させる物体（補助質量部）の質量を小さくすることができ、制振装置１００の一層の小型化、構成の簡略化、アクチュエータの消費電力の節減を実現することができる。また、制振装置１００全体の共振振動数ωＭについても除振対象の振動成分の中心振動数ω0の変化に追従させて変化させるので、除振対象の振動成分の中心振動数ω0の変化に拘わらず、加振部１０８で発生した加振力を高倍率で増幅した後にホール２４を含む上部構造体に加える状態を維持することができる。
【００６３】
なお、上記では可変ばねユニットのコイルばねに駆動電流を流すことで、ＭＲ流体５６に作用させる磁界を発生させる構成を説明したが、これに限定されるものではなく、コイルばねと別に設けた電磁コイル等によって磁界を発生させるようにしてもよい。また、可変剛性ばねについても、ＭＲ流体を利用して剛性（ばね定数）を変化させる構成に限られるものではなく、例えば空気圧を利用して剛性（ばね定数）を変化させる構成等、公知の他の構成の可変剛性ばねを用いてもよい。
【００６４】
また、上記では本発明に係る制振装置１００を構造物の柱の途中に設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、制振対象物体が構造物のうちの下層側に存在している等の場合には、本発明に係る制振装置を構造物の杭等に設けてもよい。
【００６５】
また、上記では制振対象物体における除振対象の振動が上下方向（鉛直方向）の振動である場合を説明したが、これに限定されるものではなく、除振対象の振動は左右方向（水平方向）の振動であってもよいし、振動の方向が不定であってもよい。振動の方向が不定である場合にも、上下方向の振動を抑制する制振装置と左右方向の振動を抑制する制振装置を各々設け、除振対象の振動を上下方向と左右方向に分解して検出し、検出した各方向の振動に基づいて抑制する振動の方向が異なる制振装置の作動を各々制御するようにすればよい。
【００６６】
更に、上記では除振対象の振動の振動数の演算(検出)に際し、振動検出データからバンドパスフィルタに相当するデジタル演算を経て抽出された除振対象の振動数域の振動成分Ａに対し、積分値Ｂを演算し、振動成分Ａの実効値Ａe、積分値Ｂの実効値Ｂeを演算し、角振動数ωとして実効値Ａeと実効値Ｂeの比(Ａe／Ｂe)を演算する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、除振対象の振動数域の振動成分Ａに対し、微分フィルタを掛けることに相当するデジタル演算を行うことで微分値Ｃを演算し、振動成分Ａの実効値Ａe、微分値Ｃの実効値Ｃeを演算し、角振動数ωとして実効値Ａeと実効値Ｃeの比(Ｃe／Ａe)を演算するようにしてもよい。この態様は請求項３記載の発明に対応している。
【００６７】
但し、積分値Ｂの演算は振動成分Ａにラプラス変換領域で１／ｓを乗ずる(但しｓは複素数ｉω)ことと等価であり、微分値Ｃの演算は振動成分Ａにラプラス変換領域でｓを乗ずることと等価である。ここで、振動数領域での１／ｓ及びｓの絶対値の変化を図７に示すが、図７より明らかなように、１／ｓの絶対値は振動数が高くなるに従って減少しているので、振動成分Ａにラプラス変換領域で１／ｓを乗じた場合、高振動数域にノイズ成分が存在している場合にその振幅が減衰される一方で、低振動数域にノイズ成分が存在している場合はその振幅が増幅されることになる。また、ｓの絶対値は振動数が高くなるに従って増大しているので、振動成分Ａにラプラス変換領域でｓを乗じた場合、低振動数域にノイズ成分が存在している場合にその振幅が減衰される一方で、高振動数域にノイズ成分が存在している場合はその振幅が増幅されることになる。本実施形態に係る制振装置１００では、制御対象の振動数が５〜10Ｈz程度の低振動数域に存在し、振動成分Ａに重畳される代表的なノイズ成分は、電源ノイズや設備振動等のより高振動数域（例えば数10Ｈz程度）の振動成分であるため、本実施形態で説明したように積分値Ｂを用いて振動数を演算することが好ましい。
【００６８】
また、上記では制振対象物体が構造物（建物）の一部分である場合を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばモータを備えた電気・電子機器において、モータで発生される振動が周囲へ伝播することを抑制したい等の場合に本発明を適用することも可能である。
【００６９】
また、本発明に係る振動数の検出は、上記のように制振制御と組み合わせて用いることに限られるものではなく、単独で用いることも可能であることは言うまでもない。また本発明に係る振動数の検出は、振動を検出することで得られる信号を入力信号とすることに限られるものではなく、正弦波又は正弦波に近似した周期変化を示す入力信号であれば適用可能であり、入力信号が振動以外の物理量を表す信号であってもよいし、特定の物理量を表す信号でなくてもよい（
また、上記では本発明に係る振動数検出プログラムを含む制振制御プログラムがコンピュータ８８の記憶部８８Ｃに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、本発明に係る振動数検出プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。
【実施例】
【００７０】
次に本願発明者等が実施した実験の結果について説明する。本願発明者等が、本発明を適用して入力信号の振動数を実際に検出してみたところ、振動数の検出結果に比較的高振動数域のノイズ成分が重畳され、検出した振動数の値が比較的短い周期で変動することが明らかとなった。
【００７１】
このため、本願発明者等は、振動数の検出結果に重畳される高振動数域のノイズ成分の除去を目的として、振動数の検出結果に対してローパスフィルタをＮ回掛けることに相当するデジタル演算を行うことを、Ｎの値（ローパスフィルタ処理の回数）を変化させながら繰り返し、結果を比較する実験を行った。この実験の結果を図８に示す。なお、図７に示すように、この実験では入力信号の振動数を6.5Ｈz前後の値とした。図８より明らかなように、Ｎ＝２の場合は高振動数域のノイズ成分がかなり残存しているものの、Ｎ＝３になると高振動数域のノイズ成分の振幅がかなり抑制され、Ｎ＝４では高振動数域のノイズ成分が殆ど除去されていることが確認できる。
【００７２】
続いて本願発明者等は、本発明の効果を確認するために、例として図９に示すように、４秒間隔で振動数が切替わる入力信号を用い、本発明を適用して前記入力信号の振動数を検出し、振動数の検出結果を確認する実験を行った。なお、この実験では時刻ｔ＝0〜4秒の間の振動数を3.0Ｈz、ｔ＝4〜8秒の間の振動数を4.0Ｈz、ｔ＝8秒以降の振動数を3.1Ｈzとした。また、ローパスフィルタ処理の回数Ｎ＝４とした。この実験の結果を図１０に示す。
【００７３】
図１０に示すように、入力信号の振動数が3.0Ｈzから4.0Ｈzへ変化した場合、及び、入力信号の振動数が4.0Ｈzから3.1Ｈzへ変化した場合の何れにおいても、振動数の検出結果(図１０では「推定振動数」と表記)は、入力信号の振動数が変化してから1.5秒程度の間に、変化した後の振動数に一致する値へ変化している。先に説明したように、検出対象の振動数が3.0Ｈzから4.0Ｈzへ変化した場合、ゼロクロッシング法では変化した後の振動数の検出に４０秒程度もの非常に長い時間が掛る可能性が高く、本発明によれば、特に検出対象の振動数が低振動数域という条件において、検出対象の振動数が変化した場合に変化後の振動数の検出に要する時間を、ゼロクロッシング法と比較して大幅に短縮できることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態に係る制振装置が取付けられた構造物の全体図である。
【図２】(Ａ)は制振装置の斜視図、(Ｂ)は(Ａ)のＤ−Ｄ'断面に沿った制振装置の断面図である。
【図３】(Ａ)は可変剛性ばねの概略構成図、(Ｂ)は変位ロック機能を備えた可変ばねユニットにおける磁界発生状態を示す説明図である。
【図４】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】制御装置のコンピュータで行われる制振制御処理の内容を示すフローチャートである。
【図６】実効値の演算を説明するためのイメージ図である。
【図７】振動数領域での１／ｓ及びｓの絶対値の変化を示す線図である。
【図８】本願発明者等が実施した実験の結果を示す線図である。
【図９】本願発明者等が実施した実験の結果を示す線図である。
【図１０】本願発明者等が実施した実験の結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 構造物
２４ ホール
２６ 振動センサ
３０ 制御装置
５６ ＭＲ流体
８８ コンピュータ
９０ 電磁コイル駆動回路
９２ 選択駆動回路
１００  制振装置
１０８  加振部
１１０  振動増幅部
１２２  可動部
１２４  ウェイト
１２８  支持部材
１３０  電磁コイル
１４２  永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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