(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の撓み増大時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向に、定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませることにより、前記撓みを制御することを特徴とする構造体の制振方法。
【請求項２】
構造体の撓み減少時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることにより、前記撓みを制御することを特徴とする構造体の制振方法。
【請求項３】
構造体の撓み増大時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向に、定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませ、当該構造体の撓み減少時に、前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることにより、当該構造体の撓みを制御することを特徴とする構造体の制振方法。
【請求項４】
前記構造体先端部の撓みと前記構造体先端部の撓み速度の積が正またはゼロであって構造体の撓みが増大する場合に、前記軸線方向に定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力し、
前記撓みと前記撓み速度の積が負であって構造体の撓みが減少する場合に、前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力することを特徴とする請求項３に記載の構造体の制振方法。
【請求項５】
前記加振力および前記遠心力の前記構造体への入力に先立ち、入力値のゼロ補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の構造体の制振方法。
【請求項６】
前記加振力および／または前記遠心力の入力は、正弦波による定周期振動入力とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の構造体の制振方法。
【請求項７】
静止状態における構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませることができるとともに、前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることができるアクチュエータを当該構造体の基端部に備え、
当該構造体の先端部には当該構造体の撓みを検知するためのセンサーを備えることを特徴とする構造体の制振システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の制振方法および制振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、構造体の振動を抑制するための制振手法については、様々な手法が提案されている。例えば、特許文献１では、塔状構造物の基部近傍に設置したアクチュエータに、当該塔状構造物に発生する歪を拘束する向きの力を発生させることにより、当該塔状構造物の振動を制御する制振装置が開示されている。また、特許文献２では、衛星構体パネルの表面に圧電センサと圧電アクチュエータとからなる制振装置を貼着し、当該衛星構体パネルに生じる振動を相殺する振動を前記圧電アクチュエータに発生させる制振方法および制振装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２１８０７号公報  （第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−３２１７００号公報  （第２−４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、構造体を制振する場合、特許文献１や特許文献２に記載された従来の制振装置や制振方法では、構造体の振動方向とアクチュエータの加振方向にズレがある場合、大きな制振効果を得ることができない問題がある。加えて、制御システムの設計も複雑になることが多く、信頼性も高いとは言えない。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、制振効果が大きいうえに、信頼性が高く、制御系の構成も容易な構造体の制振方法および制振システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係る構造体の制振方法では、構造体の撓み増大時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向に、定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませることにより、前記撓みを制御することを特徴とする。
ここで、構造体は、機器から構造物まで含む対象物の総称である。また、定振幅とは、最大振幅が一定ということであり、定周期とは、周期が一定ということである。
構造体に加振力を入力した場合、当該構造体は当該加振力の入力方向若しくはそれに近い方向に振動する。換言すると、構造体は加振方向に近づくように振動して撓みは加振方向に近づくという特性を有している。本発明はこの原理（以下、第一原理と呼ぶ。）を利用したものである。
したがって、図１に示すような基端部を固定支持された片持ち梁の先端部の撓みが増大しつつある場合において、当該片持ち梁の基端部に、Ｘ軸方向（静止状態における構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向）に定振幅且つ定周期の加振力を入力することにより、上記の第一原理より、片持ち梁は当該加振力の入力方向若しくはそれに近い方向、即ち、Ｘ軸方向（構造体の軸線方法）に近づくように振動するため、片持ち梁先端部の撓みの増大を抑制する（撓みを減少させる）ように制御可能である。
【０００５】
また、本発明に係る構造体の制振方法では、構造体の撓み減少時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることにより、前記撓みを制御することを特徴とする。
ここで、遠心力の入力は、正負反転入力でもよいし、一方向のみの回転入力でもよい。また、定回転角度（最大回転角度が一定）且つ定周期入力でもよいし、定回転角度または定周期入力でなくてもよい。
構造体に遠心力を入力した場合、当該構造体は当該遠心力の回転中心から離れる方向に移動しようとする。本発明はこの原理（以下、第二原理と呼ぶ。）を利用したものである。したがって、図２に示すような基端部を固定支持された片持ち梁の先端部の撓みが減少しつつある場合において、当該片持ち梁の基端部にＸ軸回りの遠心力を入力することにより、第二原理より、片持ち梁の先端部は当該遠心力の回転中心、即ち、Ｘ軸から離れようとするため、片持ち梁先端部の撓みの減少に対して制動を与えるように制御可能である。
【０００６】
また、本発明に係る構造体の制振方法では、構造体の撓み増大時に、静止状態における当該構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向に、定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませ、当該構造体の撓み減少時に、前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることにより、当該構造体の撓みを制御することを特徴とする。
本発明は、第一原理および第二原理を利用したものであり、構造体の撓み増大時に軸線方向に定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力し、当該構造体の撓み減少時に軸線回りの遠心力を当該構造体に入力することにより、より大きな制振効果を得ることができる。
【０００７】
また、本発明に係る構造体の制振方法では、撓みが増大する場合には前記構造体先端部の撓みと前記構造体先端部の撓み速度の積が正またはゼロとなるから、その場合に前記軸線方向に定振幅且つ定周期の加振力を当該構造体に入力し、また、撓みが減少する場合には前記撓みと前記撓み速度の積が負となるから、その場合に前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力してもよい。
図３に示す基端部を固定支持された片持ち梁を用いて説明する。図中、片持ち梁先端部のＹ軸方向（Ｘ軸に直交する方向）の撓みをＰｙとし、Ｙ軸方向の撓み速度をＶｙとする。
Ｐｙが正の場合、片持ち梁の先端部はＹ軸の正側にある。このとき、Ｖｙが正ならば、片持ち梁の先端部はＸ軸から遠ざろうとしている（撓みは増大する）ことになる（図３（ａ）参照）。逆に、Ｐｙが負の場合、片持ち梁の先端部はＹ軸の負側にある。このとき、Ｖｙが負ならば、片持ち梁の先端部はＸ軸から遠ざろうとしている（撓みは増大する）ことになる。即ち、ＰｙＶｙ≧０の場合、片持ち梁の先端部の撓みは増大することを意味する。従って、この場合にＸ軸方向に定振幅且つ定周期の加振力を片持ち梁に入力すれば、片持ち梁先端部の撓みの増大は抑制される。
また、Ｐｙが正（片持ち梁の先端部はＹ軸の正側にある）場合、Ｖｙが負ならば、片持ち梁の先端部はＸ軸に近づこうとしている（撓みは減少する）ことになる（図３（ｂ）参照）。逆に、Ｐｙが負（片持ち梁の先端部はＹ軸の負側にある）場合、Ｖｙが正ならば、片持ち梁の先端部はＸ軸に近づこうとしている（撓みは減少する）ことになる。即ち、ＰｙＶｙ＜０の場合、片持ち梁の先端部の撓みは減少することを意味する。従って、この場合にはＸ軸回りの遠心力を片持ち梁に入力すれば、片持ち梁先端部の撓みの減少は抑制される。
【０００８】
また、本発明に係る構造体の制振方法では、前記加振力および前記遠心力の前記構造体への入力に先立ち、入力値のゼロ補正を行うことが好ましい。
構造体の撓み状態により加振力と遠心力の切換を行う制御では、加振力あるいは遠心力を発生するアクチュエータの並進位置や回転角度は初期値がゼロであることを想定している。しかし、通常、加振力と遠心力の切換時に、アクチュエータの初期値がゼロであることはまずない。その結果、アクチュエータの原点の偏差が蓄積されていくことになる。そこで、本発明では、加振力および遠心力の構造体への入力に先立ち、入力値のゼロ補正を行うものである。
【０００９】
また、本発明に係る構造体の制振方法では、前記加振力および／または前記遠心力の入力は、正弦波による定周期振動入力とすることが好ましい。
定周期振動は、周期が一定であることのみを規定するため、如何なる形状の波形であっても、一定周期でその波形が繰り返されれば定周期振動である。しかし、波形の形状によっては構造体にスパイク現象を励起するなど、制御系にとって好ましくない場合がある。そこで、本発明では、定周期振動入力として正弦波を好適とする。
【００１０】
また、本発明に係る構造体の制振システムでは、静止状態における構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向の加振力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線に近づく方向に撓ませることができるとともに、前記軸線回りの遠心力を当該構造体に入力して当該構造体を前記軸線から離れる方向に撓ませることができるアクチュエータを当該構造体の基端部に備え、当該構造体の先端部には当該構造体の撓みを検知するためのセンサーを備えることを特徴とする。
本発明では、加振力と遠心力を構造体に入力することができるアクチュエータを構造体の基端部に備えるとともに、当該構造体の先端部に当該構造体の撓みを検知するセンサーを備えることにより、構造体の撓みに応じて加振力と遠心力の切換を行う制振システムを実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、静止状態における構造体の重心から当該構造体の基端面に向けて垂直におろした軸線方向の加振力を、あるいは、当該軸線回りの遠心力を構造体に入力する。故に、制振効果が構造体の振動方向に依存することはなく、構造体の振動との干渉を考慮する必要もない。その結果、構造体の振動方向によって制振性能が大きく変化することもなく、高い制振性能を得ることができる。
また、本発明によれば、構造体の撓み増大時に軸線方向の加振力を、当該構造体の撓み減少時に軸線回りの遠心力を当該構造体に入力することにより、より大きな制振効果を得ることができる。
さらに、本発明では、制御入力は一定振幅且つ一定周期の加振力または遠心力でよいため、制御システムの構成がシンプルになる。その結果、制振システムの信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る構造体の制振方法および制振システムの実施形態について、図面に基いて説明する。
図４は、本発明に係る構造体の制振システムの実施形態の一例を示す概略図である。
図４に示すように、本実施形態による構造体の制振システム１では、棒状の構造体２の基端部に並進アクチュエータ３と回転アクチュエータ４が備え付けられている。一方、棒状の構造体２の先端部にはセンサー５が取付けられている。
以下、便宜上、静止状態における構造体２の重心から構造体２の基端面に向けて垂直におろした軸線方向をＸ軸方向、Ｘ軸に直交する方向をＹ軸方向とする。
【００１３】
並進アクチュエータ３は、その先端部をＸ軸方向に伸縮させることにより、構造体２にＸ軸方向の加振力を入力することができる。また、回転アクチュエータ４は、Ｘ軸回りに回転することにより、構造体２にＸ軸回りの遠心力を入力することができる。
センサー５は、構造体２先端部のＹ軸方向の撓みＰｙとＹ軸方向の撓み速度Ｖｙを計測する。通常、センサー５で検出された構造体２の加速度を積分することにより、撓みと撓み速度を得る。
【００１４】
次に、本実施形態による構造体の制振システム１を用いて構造体２を制振する方法について説明する。
図５は、本発明に係る構造体の制振方法の制御フローを示す図である。
本発明に係る構造体の制振方法および制振システムでは、構造体２先端部の撓みＰｙを撓み目標値ｅＰ以下、且つ、構造体２先端部の撓み速度Ｖｙを撓み速度目標値ｅＶ以下にする制御を行う（Ｓ１）。
先ず、構造体２先端部のＹ軸方向の撓みＰｙが撓み目標値ｅＰ以下であるかどうか、および、撓み速度Ｖｙが撓み速度目標値ｅＶ以下であるかどうかのチェックを行う（Ｓ２）。撓みＰｙが撓み目標値ｅＰ以下、且つ、撓み速度Ｖｙが撓み速度目標値ｅＶ以下の場合はそこで制御を終了するが、撓みＰｙが撓み目標値ｅＰを超えている場合、若しくは、撓み速度Ｖｙが撓み速度目標値ｅＶを超えている場合はステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、撓みＰｙと撓み速度Ｖｙとの積がゼロ以上であるかどうかのチェックを行う。撓みＰｙと撓み速度Ｖｙとの積がゼロ以上の場合は、構造体２の撓みが増大している状態であり、並進アクチュエータ３により定振幅且つ定周期の加振力を構造体２に入力する（Ｓ４）。それと同時に、回転アクチュエータ４の入力値のゼロ補正を行っておく（Ｓ５）。
一方、撓みＰｙと撓み速度Ｖｙとの積が負の場合は、構造体２の撓みが減少している状態であり、回転アクチュエータ３により定回転角度且つ定周期の遠心力を構造体２に入力する（Ｓ６）。それと同時に、並進アクチュエータ３の入力値のゼロ補正を行っておく（Ｓ７）。
センサー５により、構造体２先端部の撓みＰｙと撓み速度Ｖｙを計測する（Ｓ８）。以後、撓みＰｙおよび撓み速度Ｖｙが目標値ｅＰ、ｅＶ以下になるまで上記の制御を繰り返すのである。
【００１５】
本実施形態による構造体の制振方法および制振システムでは、Ｘ軸方向の加振力あるいはＸ軸回りの遠心力を構造体２に入力するため、制振効果が構造体２の振動方向に依存することはなく、構造体２の振動との干渉を考慮する必要もない。その結果、構造体２の振動方向によって制振性能が大きく変化することもなく、高い制振性能を得ることができる。
また、本実施形態による構造体の制振方法および制振システムでは、構造体２の撓み増大時にＸ軸方向に定振幅且つ定周期の加振力を、構造体２の撓み減少時にＸ軸回りの遠心力を構造体２に入力することにより、より大きな制振効果を得ることができる。
さらに、本実施形態による構造体の制振方法および制振システムでは、制御入力は一定振幅且つ一定周期の加振力または遠心力でよいため、制御システムの構成がシンプルになる。その結果、制振システムの信頼性が向上する。
【００１６】
以上、本発明に係る構造体の制振方法および制振システムの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明を棒状の構造体に適用しているが、本発明の適用範囲は、棒状の構造体に限定されるものではなく、三角錐や円錐状の構造体などにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】構造体の撓み増大時に当該構造体の撓みを制御する方法を示す概念図である。
【図２】構造体の撓み減少時に当該構造体の撓みを制御する方法を示す概念図である。
【図３】構造体の撓みを制御する方法を示す概念図であり、（ａ）は構造体の撓み増大時、（ｂ）は構造体の撓み減少時にそれぞれ対応する。
【図４】本発明に係る構造体の制振システムの実施形態の一例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る構造体の制振方法の制御のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  構造体の制振システム
２  構造体
３  並進アクチュエータ
４  回転アクチュエータ
５  センサー
【図１】
0004640668.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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