(57)【要約】【課題】建築構造物や機械構造物等の制振に用いられるＡＭＤ等のアクティブ制振システムにおいて、専門家でなくても簡易に制御系の設計(選択)が行えるアクティブ制振システムの設計方法を提供する。【解決手段】ＡＭＤ等のアクティブ制振装置に対して、建築構造物や機械構造物等の制振対象物の振動数範囲において複数の振動数ωｎを選択して、それぞれの振動数毎の制御系を予め振動の専門家が事前設計しておき、その中から制振対象物の固有振動数に一番近い周波数で設計された制御系を選択してコントローラに組み込む。設計時の制振対象周波数と実際の制振対象周波数のずれが問題となる場合には、必要に応じて周波数シフトによる制御系の補正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象物をアクティブ制振装置により制振するアクティブ制振システムの設計方法であり、
使用するアクティブ制振装置に対して、考えられる制振対象振動数範囲において複数の振動数を選択して、それぞれの振動数毎の制御系を予め事前に設計しておき、この中から制振対象物の固有振動数に一番近い振動数で設計された制御系を選択し、選択した制御系をアクティブ制振装置のコントローラに組み込むことを特徴とするアクティブ制振システムの設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブ制振システムの設計方法において、選択した制御系の振動数と制振対象物の固有振動数とのずれを周波数シフトにより補正することを特徴とするアクティブ制振システムの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物または機械構造物などの制振に適用されるアクティブ制振システムの設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築構造物や機械構造物のアクティブ制振装置として、アクティブ動吸振器（ＡＭＤ）などが用いられている。これらアクティブ制振装置の制御系は、制振対象とする構造物の振動特性に合わせて設計される。制御系設計手法に関しては、最適レギュレータ（例えば、非特許文献１参照）、Ｈ∞制御（例えば、非特許文献２参照）などが一般的に使用されている。その他にも様々な手法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の発明は、地震波、風力等の不規則入力外乱を受ける多自由度の建物などの振動を抑制するために単一のアクティブ動吸振器を用いる最適な動吸振制御システムに関するものである。
【０００３】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献２、特許文献３がある。特許文献２の発明は、橋梁主塔などの構築に用いられるアクティブ型制振装置の自動化および迅速化を図る設計方法に関するものである。特許文献３の発明は、自動車、鉄道等の輸送機器の客室の能動制振制御器の設計に要する時間を大幅に削減する設計装置に関するものである。
【非特許文献１】増淵正美著「システム制御」コロナ社、１９８７年１１月初版、ｐ．１８７−１８９
【非特許文献２】システム制御情報学会編「制御系設計−Ｈ∞制御とその応用−」朝倉書店、１９９４年６月初版、ｐ．１１−１２
【特許文献１】特許第２７３２６８１号公報
【特許文献２】特開平０９−４９５４４号公報
【特許文献３】特開平０６−１０６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のアクティブ制振装置の制御系設計には、いずれの制御手法においても専門的知識と経験が必要であり、大きな労力（コスト・時間）を要していた。この設計に関する労力(コスト・時間)は、高層ビルの制振など対象が大きな場合にはあまり問題にならないが、対象が小さい場合には、設計にかかるコスト・時間の影響が大きくなるため、制振装置の適用時の障害となっていた。
【０００５】
本発明は、前述のような問題を解決すべくなされたものであり、建築構造物や機械構造物などの制振に用いられるアクティブ制振システムにおいて、専門家でなくても簡易に制御系の設計(選択)が行えるアクティブ制振システムの設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る発明は、制振対象物をアクティブ制振装置により制振するアクティブ制振システムの設計方法であり、使用するアクティブ制振装置に対して、考えられる制振対象振動数範囲において複数の振動数を選択して、それぞれの振動数毎の制御系を予め事前に設計しておき、この中から制振対象物の固有振動数に一番近い振動数で設計された制御系を選択し、選択した制御系をアクティブ制振装置のコントローラに組み込むことを特徴とするアクティブ制振システムの設計方法である。アクティブ制振システムは、建物構造物や機械構造物等の振動を検出する振動センサと、この振動センサが入力されるコントローラと、このコントローラにより制御される動吸振器などのアクティブ制振装置などから構成される。制御系はコントローラに組み込まれるソフトウェア等である。
【０００７】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアクティブ制振システムの設計方法において、選択した制御系の振動数と制振対象物の固有振動数とのずれを周波数シフトにより補正することを特徴とするアクティブ制振システムの設計方法である。なお、振動数と周波数は同じであり、適宜使い分けている。
【０００８】
本発明は、アクティブ動吸振器(ＡＭＤ)などのアクティブ制振装置に対して、建築構造物や機械構造物等の制振対象物の振動数範囲において複数の振動数ωｎを選択して、それぞれの振動数毎の制御系を予め振動の専門家が設計しておく。このときの設計手法は、いずれの既存の設計手法でも構わないので、対象に合わせた設計手法を用いればよい。
【０００９】
制御系の設計に必要な制振対象のパラメータとしては、振動数の他に、減衰比と有効質量があるが、減衰比は対象のカテゴリ（例えば床など）が決まれば、ばらつきは少なく、一般的な値（例えば0.03など）を選択しておけば良い。また、有効質量も適当な値を選択して設計しておけば、適用時にゲイン調整をすることで対応することができる。
【００１０】
実際にアクティブ制振装置を適用する際には、その制振対象物の固有振動数に一番近い周波数で設計された制御系を選択する。設計時の制振対象周波数と実際の制振対象周波数のずれが問題となる場合には、必要に応じて周波数シフトによる制御系の補正を行う。周波数シフトは、線形システムの場合、連続系の伝達関数表示で以下の通りとなる。
【００１１】
【数１】
2007120711.tif 000003
ただし、ここでω0  は事前設計した制御系の制振対象振動数、ω1  は実際に適用する制振対象振動数である。周波数シフトは簡単な計算により一意に決定できるので、プログラム等で自動化することも可能である。制振装置が使用周波数範囲でフラットな特性であれば、制御系は１つだけで周波数シフトのみで対応することも可能である。
【００１２】
以上のような本発明によれば、制振対象周波数が決定すれば、一意にコントローラが決定できるので、後は現地でゲイン調整を行う程度で良く、専門家でなくてもコントローラの設計が可能となる。なお、本発明は個別に制振装置のハードウェアを設計するような場合にはメリットが少なく、量産型の制振装置を様々な対象に適用する場合に効果がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
【００１４】
(1) 予め振動の専門家が設計した制御系を制振対象振動数に応じて選択するだけなので、専門知識がない人間でも簡単に制御系の設計が行え、設計にかかる時間やコストを削減することができる。制御系自体も元々専門家が設計したものを使用するので、信頼度も高い。
【００１５】
(2) また、一般に制振性能の高い高次のコントローラは、設計振動数と実際の振動数の差に敏感で、微妙なずれに対しても性能劣化や不安定を引き起こす可能性があるが、本発明では周波数シフトを用いることができ、振動数のずれを解消することにより、安定した性能を確保することが可能である。
【００１６】
(3) 本発明は、制振対象ごとに個別にハードウェアの設計を行う制振装置にはそのメリットは少ないが、例えば量産型の制振装置を様々な対象に適用する場合には大きな効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、床のアクティブ動吸振器（ＡＭＤ）による制振に適用した例である。図１は、本発明のアクティブ制振システムの設計方法の一例を示す図である。図２は、本発明で用いるＡＭＤによるアクティブ制振システムの一例を示す概略図である。
【００１８】
図２において、ＡＭＤによるアクティブ制振システムは、アクティブ制振装置としての加振機１と、振動センサ２と、コントローラ３から構成されている。床４に設置された振動センサ２からの信号に基づいて、コントローラ３においてその振動を打ち消すような信号を計算し、加振機１に送ることで、加振機１による制振動作を行うものである。振動センサ２からの振動信号は、Ａ／Ｄ変換器を介してコントローラ３に入力され、コントローラ３からＤ／Ａ変換器を介して制御信号が加振機１に入力される。
【００１９】
通常、コントローラ３でどのような計算をするかは、制御系設計者が床４の振動特性と加振機１の特性を考慮して様々な設計手法を用いて決定する。本手法では、図１に示すように、専門家により予め制振対象の固有振動数ごとに複数の制御系を作成しておく。床を対象とした場合には、想定される対象振動数は5〜20Hz程度なので、例えば5〜10Hzは1Hz刻み、10〜20Hzは2Hz刻みで、計11個の制御系を設計しておく。
【００２０】
実際に装置を設置する場合には、例えば床の固有振動数が6.8Hzであった場合には、7Hzで設計した制御系を選択して、それを6.8Hzに周波数シフトして用いる。最終的には、現地に設置した状態でフィードバックゲインを調整してセッティングが完了する。
【００２１】
周波数シフトは、線形システムの場合、連続系の伝達関数表示の前述の式を用いることができる。この周波数シフトは簡単な計算により一意に決定することができる。
【００２２】
また、制振装置を使って対象の振動特性を計測することができれば、制振装置を設置するだけで自動的に制御系を設計することも可能となる。例えば、床のＡＭＤによる制振の場合は、ＡＭＤを加振装置として利用し、制御用のセンサを計測用のセンサとすることで、床の振動特性（固有振動数、減衰比、有効質量）を自動計測することができる。その結果を元に本発明による制御系の設計を行えば、振動特性の計測から制御系設計まで自動的に行えるため、制振装置を設置するだけで自動的に制振装置のセッティング（制御系設計）まで行うことができる。
【００２３】
さらに、床の振動特性と制御系を含めた制振装置の特性が分かるので、自動的に制振装置の制振効果を算出することも可能である。制振効果の表現には、いろいろあるが、例えば「振動モードのピークを何％低減できる」といった情報を、制振装置を設置したその場で自動表示することも可能である。
【００２４】
なお、アクティブ制振装置はＡＭＤの場合を例示したが、これに限らず、可変剛性・減衰型システム、その他のアクティブ制振装置にも本発明の設計方法を適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のアクティブ制振システムの設計方法の一例を示す図である。
【図２】本発明で用いるＡＭＤによるアクティブ制振システムの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１……加振機（アクティブ制振装置）
２……振動センサ
３……コントローラ
４……床
【図１】
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【図２】
2007120711.tif 000005