(57)【要約】　　　（修正有）【課題】圧電素子およびこれに接続した電気回路にエネルギを付加する必要が無く、不安定挙動が生じることが無く、かつ受動的制振、準能動的制振より制振効果が高く、多モードの制振が可能な制振方法。【解決手段】インダクタ４と、スイッチ９と、構造物に装着された圧電素子２で構成される電気回路を用いて、電気エネルギに変換されたエネルギを圧電素子２に電荷の形態で蓄えるとともに、圧電素子２が振動を打ち消すように駆動されるよう、多モード多出力系に対して発展している能動制御理論から求められる理想制御量を参照してスイッチ９の切り替えを行うことにより圧電素子２に蓄えられる電荷の正負を制御することにより、従来技術であるＣｌａｒｋの方法やＲｉｃｈａｒｄの方法では実施できなかった多モードの制振も実施可能としている。【選択図】図１
2004132533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、互いに並列に接続される第一及び第二のダイオードと、前記第一のダイオード又は第二のダイオードのいずれかを電流が流れるように切り替えることができるスイッチとを電気的に接続して構成される電気回路を一つ又は複数有し、前記スイッチが、前記構造物の状態又は電気回路の状態に応じて制御される事を特徴とする制振装置。
【請求項２】
インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、互いに並列に接続される第一のダイオードと第二のダイオードと、前記第一のダイオード又は第二のダイオードのいずれかを電流が流れるように切り替えることができるスイッチとを電気的に接続して構成される電気回路を用い、前記スイッチを前記第一のダイオード又は第二のダイオードのいずれかに電流が流れるように制御する事を特徴とする制振方法。
【請求項３】
インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、スイッチとを電気的に接続して構成される電気回路を用いて、前記構造物の状態又は前記電気回路の状態に応じて定められる電荷又は電圧の理想制御量の正負符号と、制振装置の実際の電荷又は電圧の正負符号が一致するように前記スイッチを制御する事により、該構造物の振動を制御する準能動的制振方法。
【請求項４】
請求項３に記載の制振方法であって、前記理想制御量が、前記構造物を前記圧電素子を用いて能動的に制振しようと仮想することにより能動制御理論から得られる制御量であることを特徴とする制振方法。
【請求項５】
インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、スイッチとを電気的に接続して構成される電気回路に定電圧発生器を電気的に接続して構成され、前記スイッチが、前記構造物の状態又は電気回路の状態に応じて制御される事を特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、建築構造物、機械構造物等の振動する構造物一般の振動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械構造物あるいは建築構造物に発生する振動は、その構造物が発揮すべき機能を阻害するだけではなく、その構造物に対して損傷を発生させる原因になるので、振動の効果的な抑制は重要な技術として位置付けられている。振動を抑制するための制振技術は、大別すると能動的制振技術と受動的制振技術と準能動的制振技術の３つに分類される。
【０００３】
圧電素子は振動エネルギと電気エネルギを相互に変換する事が出来る素子であり、圧電素子に力又は歪を加えると電圧が発生（圧電効果）し、逆に圧電素子に電荷又は電圧をかけると歪が発生（逆圧電効果）する性質をもつ。
【０００４】
能動的制振技術の例としては、構造物に圧電素子からなるアクチュエータを設置し、これに外部から電圧又は電荷を与えて、振動を打ち消すようにその圧電素子を駆動する事により振動の抑制を図る技術が知られている。能動的制振では一時的には外部からエネルギを付加することとなる。
【０００５】
受動的制振技術は、一般に構造物自体あるいは構造物に取り付けた装置のエネルギ散逸機能により制振するものであり、圧電素子を用いた受動的制振法としては、構造物の振動エネルギを圧電素子により電気エネルギに変換して電気抵抗によりこれを散逸させるものである。更に、その制振効率を高めるために、共振電気回路を用いたＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法と呼ばれる制振方法が知られている。
図１０はＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法を用いた制振装置の構成原理を示す図である。受動的制振では外部からエネルギが付加されることはない。
Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法は、例えば、非特許文献１，非特許文献２，非特許文献３に紹介されている。
【０００６】
圧電素子を用いた準能動的制振技術の例としては、圧電素子と抵抗とスイッチからなる電気回路を用いて、振動の位相に応じて、スイッチを開閉する方法が、例えば、非特許文献４に紹介されている。この方法では、スイッチの開閉により、効率的に振動エネルギを電気エネルギに変換し、これを抵抗により散逸させている。図１１はＣｌａｒｋの方法により制振を行うための装置の構成を示す図である。
【０００７】
圧電素子を用いた準能動的制振技術の別の例としては、圧電素子とインダクタとスイッチからなる電気回路を用いて、振動の位相に応じて、スイッチを開閉する方法が、知られている。例えば、非特許文献５に紹介されている。図３はＲｉｃｈａｒｄの方法により制振を行うための装置の構成を示す図である。
【０００８】
【非特許文献１】Ｈａｇｏｏｄ，Ｎ．Ｗ．ａｎｄ　ｖｏｎ　Ｆｌｏｔｏｗ，Ａ．，Ｄａｍｐｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｊ．Ｓｏｕｎｄ　ａｎｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，１４６，２，２４３，１９９１．
【非特許文献２】Ｈａｇｏｏｄ，Ｎ．Ｗ．ａｎｄ　Ｃｒａｗｌｅｙ，Ｅ．Ｆ．，Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐａｓｓｉｖｅ　Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｄａｍｐｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｊ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ，Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ，１４，６，１１００，１９９１
【非特許文献３】Ｗｕ　Ｓ．，Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｈｕｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｐａｒａｌｌｅｌ　Ｒ−Ｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄａｍｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２７２０，ｐｐ．２５９−２６９，１９９６
【非特許文献４】Ｃｌａｒｋ，Ｗ．Ｗ．，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈ　Ｓｔａｔｅ−Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｊ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｖｏｌ．１１，Ａｐｒｉｌ　２０００，ｐｐ．２６３−２７１
【非特許文献５】Ｒｉｃｈａｒｄ，Ｃ．，Ｇｕｙｏｍａｒ，Ｄ．，Ａｕｄｉｇｉｅｒ　Ｄ．，Ｂａｓｓａｌｅｒ　Ｈ．，Ｅｎｈａｎｃｅｄｓｅｍｉ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｎ　ａｎｉｎｄｕｃｔｏｒ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ　Ｃｏｎｆ．Ｏｎ　Ｄａｍｐｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ＮｅｗｐｏｒｔＢｅａｃｈ，ＣＡ，Ｍａｃｈ２０００，ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．３６８９，ｐｐ．２８８−２９９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
能動的制御では、制御利得を高くすることにより優れた制振効果を期待出来るが、アクチュエータとしての圧電素子にエネルギを付加する事が必要である事から制御系の規模が大きくなること、および不安定挙動を生じる可能性があることから正確な情報に基づく精密な設計が必要であり、構造物の動特性変化等によって不安定挙動が生じる可能性があること等の難点を有する。
前記受動的制振および準能動的制振では、圧電素子とそれに繋いだ電気回路にエネルギを付加する必要がない上、付加できない構成となっているため、構造物の動特性が変化し、あるいは制御系の動作が不正となっても不安定挙動が生じることはないが、その制振効果は一般に不十分である。
【００１０】
受動的制振方法の中では制振性能の高いＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法（図１０）は、通常の構造物への適用に際しては非常に大きな、従って非常に重いインダクタを必要とすることも難点である。
【００１１】
準能動的制振法であるＣｌａｒｋの方法（図１１）は、振動の位相に従いスイッチ操作を行うので、多モードの制振を実施出来ないうえ、制振性能の面ではＲｉｃｈａｒｄの方法に劣る欠点がある。
【００１２】
準能動的制振の中では制振性能の高いＲｉｃｈａｒｄの方法（図３）も、制振性能ではＣｌａｒｋの方法に勝るものの、やはり振動の位相に従いスイッチ操作を行うので、多モードの制振を実施出来ない欠点がある。さらに、この方法では、構造物の固有振動より遙かに高い固有振動数を有する電気回路の挙動に応じて高速かつ正確にスイッチを切り替えるか、または、電気回路の固有振動周期の１／２と言う極めて短い時間の間だけスイッチを閉じる必要があることから、高速かつ精密な制御が必要となる欠点がある。
【００１３】
従って、圧電素子およびこれに接続した電気回路にエネルギを付加する必要が無く、不安定挙動が生じることが無く、かつ上記の受動的制振、準能動的制振より制振効果が高く、多モードの制振が可能なで、より低速なプロセッサで実施可能な制振方法と制振装置が求められている。
【００１４】
【問題点を解決する為の手段】
本発明は、インダクタと、スイッチと、構造物に装着された圧電素子で構成される電気回路を用いて、電気エネルギに変換されたエネルギを圧電素子に電荷の形態で蓄えるとともに、圧電素子が振動を打ち消すように駆動されるよう、多モード多出力系に対して発展している能動制御理論から求められる理想制御量を参照して前記スイッチの切り替えを行うことにより圧電素子に蓄えられる電荷の正負を制御することにより、従来技術であるＣｌａｒｋの方法やＲｉｃｈａｒｄの方法では実施できなかった多モードの制振も実施可能としている。
【００１５】
更に、上記電気回路にダイオードを追加することにより、Ｃｌａｒｋの方法やＲｉｃｈａｒｄの方法に比べスイッチ動作の頻度が約１／２となり、かつ、固有振動周期の短い電気的振動に対応した高速のスイッチ動作が不要となるので、処理速度の比較的遅いプロセッサを用いた場合にでも、容易に実施出来る事を特徴としており、従来のものが持つ前記問題点を解決するための手段としている。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例のいくつかを、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
実施例１
図２において錘７は構造５を介して固定基礎６から支えられている。構造５には圧電素子２が取り付けられていて、錘７の変位に伴い圧電素子にもひずみが発生する。圧電電極間の電圧をＶ、圧電素子に外部から流入した電荷をＱ、圧電素子２の電極間が絶縁された状態での構造５と圧電素子２の剛性をｋ、錘７の変位をｘ、構造５と圧電素子２とを合わせた系の出力係数をｂ、等歪静電容量をＣａとし、構造５と圧電素子２の質量が無視できるものとすれば、図２の系の運動方程式は
2004132533.tif 000003
となり、圧電素子の電圧は
Ｖ＝−ｂｘ＋Ｑ／Ｃα　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
となる。
【００１８】
（１）式右辺の電荷Ｑを制御量と見なせば、任意の能動制御理論から理想制御量ＱＴ
2004132533.tif 000004
ギ供給を必要としない準能動的制振を考える。準能動的制振を実現するために圧電素子に図３に示すようにインダクタとスイッチからなる回路を接続し、実際のＱの値の正負が理想制御量ＱＴの正負と同一で、Ｑの値の絶対値が出来るだけ大きくなるようにこのスイッチを操作する。ここで、ｍ＞＞ｋＬＣａであるとすれば、図３の電気回路の挙動は力学系のそれより遙かに速いので、ｘの値の変化が無視できる程度に短い間の電気回路の挙動は
2004132533.tif 000005
となる。ここに、Ｒは回路の電気抵抗である。これらのことから、前述のようなスイッチ操作は
2004132533.tif 000006
なる制御則で実現出来ることが分かる。
ここでＤＶＦＢ能動制御則を採用して
2004132533.tif 000007
とし、簡単のために振動の減衰が小さく
ｘ＝αｃｏｓ（ωｔ）
2004132533.tif 000008
チ動作は図４のようになる。ここに、α、ａは正の定数である。
【００１９】
Ｑの値が正の場合に、スイッチを閉じると、回路内の電気的な比較的高周波数の振動が始まり、Ｑの値は短時間の内に減少して負の値となり、最小値となった後に再び増加しようとするが、このときに上記制御則に従いスイッチは開とされる。また、Ｑの値が負の場合にスイッチが閉じられても正負逆の同様の挙動となる。その結果、スイッチの閉、開の動作により、Ｑの値は正負が反転し、ＱＴの値の正負と一致するよう制御される。さらに、錘７の移動に伴い圧電素子の電圧の絶対値が増加するために、振動の半周期ごとの閉、開のスイッチ動作の度にＱの絶対値が増大する。これは振動エネルギから変換された電気的エネルギをコンデンサとしての圧電素子に蓄えていることに他ならない。その結果、運動方程式右辺の制御入力の絶対値が増加し、より強力に制振効果が発揮される。
【００２０】
図４は説明の簡単のために、電気回路の電気抵抗が無視できる程度に小さい場合を示したが、電気回路の抵抗が過大でなければ本発明の有効性は変わらない。上記電気抵抗の値がＲのとき、Ｑの値および一周期に散逸されるエネルギは、多
2004132533.tif 000009
である。これらの値はＣｌａｒｋの方法を適用した場合の値、Ｃａｂαおよび４Ｃａｂ２α２よりそれぞれ遙かに大きいことがわかる。
【００２１】
つまり、インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、スイッチとを用い、能動制御理論から得られる電荷の理想制御量ＱＴの正負符号と、制振装置の実際の電荷Ｑの正負符号が一致するように前記スイッチを制御する事により、制振性能の高い準能動的制振が実現できることが分かる。
【００２２】
なお、電気回路内の電気抵抗は本発明の趣旨に対して積極的な意味を持たないことから、特許請求の範囲などでは電気抵抗を陽に示していないが、電気回路内の電気抵抗は不可避であり、当然全ての電気回路になにがしかの電気抵抗が含まれる事を前提としている。
【００２３】
実施例２
複数の圧電素子を取り付けた多自由度構造物を考える。それぞれの圧電素子には
2004132533.tif 000010
となり、各圧電素子の電圧は
2004132533.tif 000011
と表すことができる。ここに、
2004132533.tif 000012
でＣａｉはｉ番目の圧電素子の定歪静電容量である。（８）式を
2004132533.tif 000013
によりモード座標系に座標変換すると（８）式は
2004132533.tif 000014
となる。ここに、Φはモードマトリクスである。ＬＱＲ制御理論に従えば（１２）式で表される系の振動を能動的に制振するための制御量は
2004132533.tif 000015
で与えられる。ここに、ＦはＬＱＲ制御理論から求められる利得マトリクスであり、
2004132533.tif 000016
である。
【００２４】
以上を用いて、複数の圧電素子を取り付けた多自由度構造物の振動を効率的に減衰させるために、
「ＱＴｉＶｉ＜０の時ｉ番目の圧電素子に接続された回路のスイッチを閉じ、次に
2004132533.tif 000017
く」
なる制御則に従い制御すれば、各圧電素子とその回路が実施例１ように機能し、
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2004132533.tif 000019
推定する。
【００２５】
2004132533.tif 000020
ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｆｅｅｄｂａｃｋ制御理論、ＬＱＧ制御理論、Ｈ−ｉｎｆｉｎｉｔｙ制御理論、スライディングモード制御理論等の任意の理論を用いることが出来る。
【００２６】
実施例３
図５のようなトラス構造の部材の１本を、圧電素子を取り付けた部材とした構造物について、１次モードにのみ初期変位を与え、これを解放した後の振動を、実施例２の要領で制振する。トラスの全長は１．８６ｍ、全質量は７．７ｋｇ、第１次固有振動数は約２３．１Ｈｚである。インダクタはＬ＝８．０×１０−４Ｈ、電気回路内の全抵抗はＲ＝１．０Ωである。図６は制振の数値シミュレーション結果の一例を示す図であり、比較のためにＣｌａｒｋの方法により制振した場合のシミュレーション結果例をも併せて示している。図６は、上段から、１次モード変位ｑ１、トラス節点変位のｒｍｓ値であるδｒｍｓ、電圧Ｖ、電荷Ｑ、およびスイッチ状態を表している。
【００２７】
実線が本発明を適用した場合、点線がＣｌａｒｋの方法を適用した場合の時間履歴を表す。いずれの場合にも、１次モード変位のピーク近傍で、スイッチの閉開動作が行われている。この閉開動作により、Ｃｌａｒｋの方法ではほぼ全電気エネルギが消散してＱの値が零になるのに対し、本発明の方法ではＶの値が正負逆の値にまで変化していることから分かるように、電気エネルギを保存しつつ、Ｑの値の正負を理想制御量ＱＴの正負と同一とすることができている。その結果、Ｃｌａｒｋの方法に比べ、本発明を適用した場合の電荷Ｑの絶対値は大きくなり、運動方程式（１２）において制御量の絶対値が大きくなり、制振は迅速に収束している。なお、スイッチ動作により高次モードの振動が励振され得るが、高次モードの振動がδｒｍｓに与える影響が小さいことから、励振される高次モードの振幅は小さい事が分かる。
【００２８】
更に、制振性能を表すために
2004132533.tif 000021
を求めた結果を図７に回路の電気抵抗Ｒの関数として示す。ここに、δｒｍｓはトラス節点変位のｒｍｓであるので、Ｉｒｍｓの値が小さいほど振動の迅速な減衰を示す。インダクタンスＬの値は０．８ｍＨ固定である。図７には比較のためにＣｌａｒｋの方法による場合と、Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法による場合のＩｒｍｓの値をも示す。同図から本発明により高い制振性能が得られることが分かる。また、ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法により高い制振性能を得るには２．７５Ｈもの大きなインダクタが必要となり、通常の技術では制振される構造物の重量よりも遙かに重い非現実的に大きなインダクタとなるが、本発明によれば軽量なインダクタで高い性能が得られる。
【００２９】
実施例４
2004132533.tif 000022
示した制御則は
「ＱＴＶ＜０の時、π／ωｃの期間だけスイッチを閉じ、それ以外は開とする。」
なる制御則で置き換えることが出来る。この場合Ｖの値を測定する必要がなく、制御系の簡素化が図れる。
【００３０】
実施例５
同様に、実施例２おいて、ｉ番目の圧電素子に結合された電気回路の固有角振動数をωｃｉとするとき、実施例２示した制御則は
「ＱＴｉＶｉ＜０の時、ｉ番目の圧電素子に接続された回路のスイッチをπ／ωｃｉの期間だけ閉じ、それ以外は開とする。」
なる制御則で置き換えることが出来る。この場合もＶｉの値を測定する必要がなく、制御系の簡素化が図れる。
【００３１】
実施例６
（２）式を用いて（１）式は
2004132533.tif 000023
と書き直すことが出来る。実施例１同様に、（１６）式の右辺のＶを制御量と見なせ
2004132533.tif 000024
できる。
2004132533.tif 000025
ており、ｔ＝０でのＱの値がＱ０であったとすると、この時のＶの値は（２）式から
Ｖ０＝−ｂｘ＋Ｑ０／Ｃα
となる。ｔ＝０でスイッチを閉じるとその後の電気回路の挙動は、（３）式から導かれる方程式
2004132533.tif 000026
で表される。
【００３２】
ｍ＞＞ｋＬＣａの場合には電気回路の挙動は力学系のそれより遙かに速いので、電気回路の振動の半周期程度の短時間の間はｘの値は定数であると近似し、ζｃ＜＜１を仮定すると、上記の方程式及び初期値から、Ｑの値は振動的に変化し、ｔ＝π／ωには
2004132533.tif 000027
となり、電圧Ｖは（２）式から
2004132533.tif 000028
となることが分かる。即ち、図３の回路に於いてスイッチを閉じることにより　Ｖの値をスイッチを閉じる直前の値と正負逆の値とすることができ、特にζｃ＝０の場合にはその絶対値も一致することとなる。
【００３３】
従って、制振のために、ＶＴとＶの正負を同一とし、かつＶの絶対値をできるだけ大きくするスイッチ操作は
2004132533.tif 000029
なる制御則により実現出来る。本制御則は実施例２ように複数の圧電素子を含む多自由度系の多モード制御にも、実施例２と同様に適用できる。
【００３４】
実施例７
2004132533.tif 000030
に示した制御則は
「ＶＴＶ＜０の時、π／ωｃの期間だけスイッチを閉じ、それ以外は開とする。」
なる制御則で置き換えることが出来る。この場合Ｖの値を測定する必要がなく、制御系の簡素化が図れる。本制御則は実施例２の様に複数の圧電素子を含む多自由度系の多モード制御にも、実施例２同様に適用できる。
【００３５】
実施例８
インダクタと、構造物に装着される圧電素子と、スイッチと、ダイオードとを電気的に接続した回路の実施例を示す。スイッチは、ポイント１とポイント２に切り替えられ、電流が第一のダイオードを流れる状態と、第二のダイオードを流れる状態とを切り替えることが出来る。ダイオードを用いているために、例えば実
2004132533.tif 000031
必要となる。本回路を用いれば実施例の制御則は
「ＱＴ＜０　の時、スイッチをポイント１に切り替え、
ＱＴ＞０　の時、スイッチをポイント２に切り替える。」
と簡略化出来る。本制御則の採用によりＶやＱの測定が不要となり、実施例１に比べ制御系の簡素化が図れるほか、スイッチ操作の回数が減少する。
同様に本回路を用いれば実施例２の制御則は
「ＱＴｉｉ＜０の時ｉ番目の圧電素子に接続された回路のスイッチをポイント１に切り替え、ＱＴｉｉ＞０の時にポイント２に切り替える」
に簡略化できる。
【００３６】
本方法を図５に示した実施例２のトラスの制振に適用した制振実験結果の一例を図８示す。比較のために、図１２に、Ｒｉｃｈａｒｄの方法を用いた同様の実験結果例を示す。文献によると、Ｒｉｃｈａｒｄの方法では、振動の位相のみに応じてスイッチ操作を行っており、理想制御量に相当するものを用いていないが、公平な比較の為に、理想制御量を用いた制御に改良している。本実験では、インダクタはＬ＝６．８１×１０−４Ｈ、圧電素子以外の全抵抗は０．７６Ωであり、圧電素子を取り付けた部材は市販のＴＯＫＩＮ　ＡＳＢ１７１Ｃ８０１ＮＰ０である。実験では、加振器により　１次モードを励振し、その自由振動を制振した。図８、図１２は、上段から、トラス先端変位、圧電電極間の電圧Ｖ、スイッチ状態を表している。
図８と図１２を比較すると、両者の制振性能は同等であるが、図８ではスイッチ動作の頻度が図１２の約１／２となり、かつ、固有振動周期の短い電気的振動に対応した高速のスイッチ動作が不要となるので、処理速度の比較的遅いプロセッサを用いた場合にでも、実施が容易となっていることが分かる。
【００３５】
実施例９
図１の回路を用いることにより実施例６の制御則は
ＶＴ＜０の時、スイッチをポイント１に切り替える。
ＶＴ＞０の時、スイッチをポイント２に切り替える。
と簡略化できる。本回路の適用により、ＶやＱの測定が不要となり、制御系の簡素化が実現できる。本制御則は複数の圧電素子を含む多自由度構造物の多モード制御にも同様に適用できる。
なお、実施例８及び９のダイオードの導入とスイッチ切り替え法は、インダクタンスを含まないＣｌａｒｋの方法にも同様に適用でき、その適用により多モードの制振が可能となるとともに、速いスイッチ操作を避けることができる。
【００３７】
実施例１０
図９は、電気回路に定電圧発生器を電気的に接続した場合の実施例を示す。定電圧発生器は、例えば、電池、バッテリーなどがある。通常、圧電素子に過度の逆電圧をかけると、分極状態が破壊される。図９のように電気回路に本定電圧発生器を接続することにより、実施例８については何らの追加変更無しに、それ以外の実施例に付いては制御則中のＶをＶ−Ｖ０、ＶｉをＶｉ−Ｖ０ｉでそれぞれ置き換えることにより、実施例における制振性能に影響を与えることなく、圧電素子への過度の逆電圧の印加を避けることが出来、圧電素子を保護することが出来る。ここにＶ０は定電圧発生器の発生する電圧、Ｖ０ｉはｉ番目の圧電素子に結合した回路に挿入した定電圧発生器の発生する電圧である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、従来の圧電素子を用いた準能動的制振法では対応できなかった複数の圧電素子を持つ多自由度構造系の多モードの準能動的制振が可能となる。更に、従来の圧電素子を用いた準能動的制振法に比べてスイッチ動作の頻度が約１／２となり、かつ、固有振動周期の短い電気的振動に対応した高速のスイッチ動作が不要となるので、処理速度の比較的遅いプロセッサを用いた場合にでも、実施が容易となる。これにより、別途エネルギを付加する必要でない事から、規模が小さく簡素な低コストの制振装置を用いて実施可能で、構造物に別途エネルギを付加し得ないので、スピルオーバー等によって不安定挙動が生じる心配がなく、Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓｈｕｎｔ　Ｄａｍｐｉｎｇ法のように大きなインダクタを必要とせず、多モード系にも適用でき、比較的遅いプロセッサを用いた実施が容易なかつ制振性能が高い制振が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、この発明の第８の実施例を示す構成図
【図２】は、この発明の第１の実施例を示す構成図
【図３】は、この発明の第１乃至第７の実施例を示す構成図
【図４】は、この発明の第１の実施例によるシミュレーション図
【図５】は、この発明の第３の実施例を示す構成図
【図６】は、この発明の第３の実施例によるシミュレーション図
【図７】は、この発明の第３の実施例と他の方法の制振性能の比較図
【図８】は、この発明の第８の実施例による制振実験の時間履歴図
【図９】は、この発明の第１０の実施例を示す構成図
【図１０】は、従来技術の圧電素子を用いた受動的制御の構成図
【図１１】は、従来技術の圧電素子を用いたＣｌａｒｋの方法の構成図
【図１２】は、従来技術の圧電素子を用いたＲｉｃｈａｒｄの方法による制振実験の時間履歴図
【符号の説明】
１　　　　　　制振装置
２　　　　　　圧電素子
３　　　　　　スイッチ
４　　　　　　インダクタ
５　　　　　　構造物
６　　　　　　固定基礎
７　　　　　　錘
９　　　　　　スイッチ
１０，１１　　ダイオード
１２　　　　　ポイント１
１３　　　　　ポイント２
２１　　　　　制振装置
２２　　　　　圧電素子
２３　　　　　インダクタ
２４　　　　　抵抗
２５　　　　　スイッチ
２６　　　　　電圧発生器
【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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【図１１】
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【図１２】
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