(57)【要約】【課題】制振対象物が移動する場合であっても、その回転振動を良好に制振することができる制振装置を提供する。【解決手段】回転振動の回転中心を挟んで制振対象物の両端に配置され、アクチュエータ２１１，２１２によって回転中心を中心とする周の接線方向に慣性負荷を駆動する構造の制振機構２０１，２０２と、それらの近傍にそれぞれ配置され、入力軸が慣性負荷の駆動方向とされた加速度計３０１，３０２と、制御部とよりなる。制御部は加速度計３０１，３０２の出力差分から得た回転振動加速度を用いてアクチュエータ２１１，２１２を駆動制御する制御信号を生成する制御計算部４０と、加速度計３０１，３０２の出力によって得られる制振対象物の移動加速度を用いて慣性負荷が制振対象物の移動に追従するようにアクチュエータ２１１，２１２を駆動制御する信号を生成して上記制御信号にフィードフォワードするフィードフォワード計算部５０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する制振対象物の回転振動を制振する制振装置であって、
上記回転振動の回転中心を挟んで上記制振対象物の両端に配置され、アクチュエータによって上記回転中心を中心とする周の接線方向に慣性負荷を駆動する構造とされた２つの制振機構と、
それら制振機構の近傍にそれぞれ位置して上記制振対象物に配置され、入力軸が上記慣性負荷の駆動方向とされた２つの加速度計と、
制御部とよりなり、
上記制御部は上記２つの加速度計の出力差分から得た回転振動加速度を用いて上記２つのアクチュエータを駆動制御する制御信号を生成する制御計算部と、
上記加速度計の出力によって得られる上記制振対象物の移動加速度を用いて上記慣性負荷が上記制振対象物の移動に追従するように上記２つのアクチュエータを駆動制御する信号を生成して上記制御信号にフィードフォワードするフィードフォワード計算部とを備えることを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１記載の制振装置において、
上記フィードフォワード計算部に、上記移動加速度をしきい値と比較する比較手段が設けられ、移動加速度がしきい値よりも小さい場合には上記フィードフォワードを行わない構成としたことを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転振動を抑制する制振装置に関し、特に制振対象物が移動する場合においても良好に回転振動を制振できる制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
慣性負荷（慣性質量）を駆動することにより生ずる反力を利用して制振対象物に制振力を与える、いわゆるアクティブ方式の制振装置は良好な制振効果が得られるものとして、各種制振対象物（構造物）に使用されている。
特許文献１にはこの種の制振装置として、防振支持手段を介して支持された制振対象物の振動を打ち消す振動制御装置が記載されており、この振動制御装置は制振対象物を予め定めた異なる方向に加振させるための複数の加振手段を有し、制振対象物の振動に対応する信号に基づいて回転方向の振動及び並進方向の振動を演算し、振動が打ち消されるように複数の加振手段を同時に制御することによって、制振対象物を制振するものとなっている。なお、加振手段としては例えば内部の質量を駆動し、その慣性力により力を発生するタイプのアクチュエータを用いることが記載されている。
【特許文献１】特開平８−２１０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、アクチュエータによって慣性負荷を駆動することにより制振力を得る方式の制振装置では、例えば制振対象物が慣性負荷の駆動方向と平行に移動するような場合には制振が不可能になるという状況が生じうる。
これはアクチュエータによって慣性負荷を駆動できる範囲（ストローク）は有限であって、一般に慣性負荷の可動範囲はストッパで制限されているのに対し、制振対象物が移動した場合に慣性負荷が慣性空間にとどまろうとするため、結果としてストッパに慣性負荷が突き当たってしまうことによる。
【０００４】
前述の、特許文献１に記載されている制振装置では固定された制振対象物の振動を抑制することができるものの、このように制振対象物が移動する場合には制振ができなくなるといった問題を有している。
この発明の目的はこの問題に鑑み、回転振動を抑制する制振装置であって、制振対象物が移動する場合であっても、良好に制振することができるようにした制振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によれば、移動する制振対象物の回転振動を制振する制振装置は、回転振動の回転中心を挟んで制振対象物の両端に配置され、アクチュエータによって上記回転中心を中心とする周の接線方向に慣性負荷を駆動する構造とされた２つの制振機構と、それら制振機構の近傍にそれぞれ位置して制振対象物に配置され、入力軸が慣性負荷の駆動方向とされた２つの加速度計と、制御部とよりなり、制御部は２つの加速度計の出力差分から得た回転振動加速度を用いて２つのアクチュエータを駆動制御する制御信号を生成する制御計算部と、加速度計の出力によって得られる制振対象物の移動加速度を用いて慣性負荷が制振対象物の移動に追従するように２つのアクチュエータを駆動制御する信号を生成して上記制御信号にフィードフォワードするフィードフォワード計算部とを備えるものとされる。
【０００６】
請求項２の発明では請求項１の発明において、フィードフォワード計算部に、上記移動加速度をしきい値と比較する比較手段が設けられ、移動加速度がしきい値よりも小さい場合には上記フィードフォワードを行わない構成とされる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、制振機構の慣性負荷が制振対象物の移動に追従するため、慣性負荷が慣性空間にとどまろうとして例えばストッパに突き当たり、制振が不可能になるといった従来の問題を回避することができ、よって制振対象物が移動している場合においても制振対象物の回転振動を良好に制振することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による制振装置の一実施例の配置構成の概要を示したものであり、図１中、１０は制振対象物を示す。図１は制振対象物１０を鉛直方向上から見た図であり、制振対象物１０はこの例では水平面内で回転振動を起こすものとなっている。図１中、Ｃは制振すべき回転振動の回転中心を示す。
制振対象物１０の水平面上には２つの制振機構２０１，２０２と２つの加速度計３０１，３０２が配置される。制振機構２０１，２０２は回転中心Ｃを挟んで制振対象物１０の両端に配置され、それら制振機構２０１，２０２の近傍にそれぞれ加速度計３０１，３０２が配置される。
【０００９】
制振機構２０１，２０２はこの例では図２に示したような構成を有するものとされ、アクチュエータ２１によって慣性負荷２２を駆動するものとされる。図２中、矢印ａは慣性負荷２２の駆動方向を示す。慣性負荷２２はその両端がガイド２３，２４に拘束されて、駆動されるものとなっており、ガイド２３，２４は慣性負荷２２の駆動方向ａに対して極力摩擦抵抗が小さくなるように、例えばエアベアリングによって慣性負荷２２を案内支持する構造とされる。アクチュエータ２１には例えばリニアモータが用いられる。なお、図２中、２５はアクチュエータ２１と慣性負荷２２を連結する連結部を示す。
【００１０】
ガイド２３，２４にはストッパ２６ａ，２６ｂ及び２７ａ，２７ｂがそれぞれ設けられており、これらストッパ２６ａ，２６ｂ及び２７ａ，２７ｂによって慣性負荷２２の可動範囲（ストローク）が規定されている（制限されている）。
フレーム２８はガイド２３，２４の一端側を連結固定するもので、このフレーム２８にアクチュエータ２１が設置されており、さらに変位センサ２９が設置されている。変位センサ２９は慣性負荷２２の位置を検出するもので、例えばレーザ光を使用して測距するものとされる。なお、以下において制振機構２０１，２０２のアクチュエータ２１、慣性負荷２２及び変位センサ２９を区別して指す場合には符号を２１１，２１２、２２１，２２２及び２９１，２９２とする。
【００１１】
上記のような構成とされた制振機構２０１，２０２はその慣性負荷２２の駆動方向ａが図１に示したように回転中心Ｃを中心とする周の接線方向とされて制振対象物１０に配置され、加速度計３０１，３０２はその入力軸が慣性負荷２２の駆動方向ａとされる。
制振装置は上述した２つの制振機構２０１，２０２と２つの加速度計３０１，３０２と制御部（図１では図示を省略している）とによって構成され、制御部によって制振機構２０１，２０２のアクチュエータ２１１，２１２が駆動制御される。なお、制御部は制振対象物１０の適宜の位置に設置される。
【００１２】
図３は制振装置の構成をブロック図で示したものであり、制御部は制御計算部４０とフィードフォワード計算部５０とを備えた構成となっている。
制御計算部４０は回転振動を制振すべく、２つのアクチュエータ２１１，２１２を逆位相で駆動制御する制御信号を生成するもので、その詳細を図４に示す。一方、フィードフォワード計算部５０は慣性負荷２２を制振対象物１０の移動に追従させるべく、アクチュエータ２１１，２１２を駆動制御する信号を生成して制御計算部４０からの制御信号にフィードフォワードするもので、その詳細を図５に示す。
【００１３】
以下、制御部の構成と共に制振装置の動作を説明する。
２つの加速度計３０１，３０２の出力は図３に示したように減算手段６１に入力されて減算され、加速度計３０１，３０２の出力差分が制御計算部４０に入力される。図６は制振対象物１０に回転振動が発生しており、かつ制振対象物１０が移動している場合の加速度計３０１，３０２の出力波形例及びそれらが減算された結果を示したものであり、２つの加速度計３０１，３０２の出力を減算することで、制振対象物１０の移動方向成分の加速度が除去され、回転振動成分のみの加速度を得ることができる。
【００１４】
制御計算部４０に入力された回転振動加速度は図４に示したように積分手段４１に入力されて積分される。積分手段４１の出力は乗算手段４２，４３にそれぞれ入力され、乗算手段４２，４３でダンピングゲインＧ１，Ｇ２が乗算されて加算手段４４，４５に入力される。
一方、制御計算部４０には変位センサ２９１，２９２の検出出力が慣性負荷変位１（慣性負荷２２１の変位）及び慣性負荷変位２（慣性負荷２２２の変位）として入力され、これら慣性負荷変位１，２は図４に示したようにそれぞれ位置制御手段４６，４７に入力される。
【００１５】
位置制御手段４６，４７はそれぞれ慣性負荷２２１，２２２が可動範囲の中央に位置して制振駆動されるように制御信号を生成するもので、これら位置制御手段４６，４７の制御信号は加算手段４４，４５に入力されて、乗算手段４２，４３から出力された制御信号とそれぞれ加算され、アクチュエータ２１１を駆動制御するためのアクチュエータ電流１及びアクチュエータ２１２を駆動制御するためのアクチュエータ電流２とされる。
制振機構２０１，２０２はお互いの慣性負荷２２１，２２２を逆位相で駆動することで、その反力が制振対象物１０に伝わり、これにより制振対象物１０の回転振動が抑制される。なお、この時の２つの制振機構２０１，２０２が発生する回転方向の制振力（トルク）Ｎはそれぞれの制振機構２０１，２０２が発生している力をＦとし、回転中心Ｃから制振機構２０１，２０２までの距離を図１に示したようにｒとすると、
Ｎ＝２Ｆ×ｒ
となる。従って、距離ｒを大きくすることにより、大きな制振力を得ることができ、言い換えればその分Ｆを小さくすることができ、つまり距離ｒを大きくすることにより、制振機構２０１，２０２の小型軽量化及び低消費電力化を図ることができる。
【００１６】
次に、慣性負荷２２を制振対象物１０の移動に追従させるためのフィードフォワードについて説明する。
加速度計３０１，３０２の出力は加算手段６２に入力される。制振対象物１０に回転振動が発生しており、かつ制振対象物１０が移動している場合の加速度計３０１，３０２の出力は前述の、例えば図６に示したような波形となり、２つの加速度計３０１，３０２の出力を加算することで、回転振動成分が除去され、移動方向成分の加速度を得ることができる。
【００１７】
加算手段６２で得られた移動加速度はフィードフォワード計算部５０に入力される。フィードフォワード計算部５０に入力された移動加速度は図５に示したように乗算手段５１に入力され、乗算手段５１はアクチュエータ２１の推力定数（Ｋｔ）の逆数と慣性負荷２２の質量（ｍ）を移動加速度に乗じてアクチュエータ２１を駆動制御するための電流（信号）とし、つまりフィードフォワード電流とする。このフィードフォワード電流は加算手段６３，６４により、それぞれ制御計算部４０から出力されるアクチュエータ電流１及び２に加算され、これらフィードフォワード電流が加算されたアクチュエータ電流１，２がそれぞれアクチュエータ２１１，２１２に入力されてアクチュエータ２１１，２１２が駆動制御される。
【００１８】
このように、この例では制振対象物１０の移動加速度をフィードフォワードしてアクチュエータ２１１，２１２を駆動制御するものとなっており、これにより慣性負荷２２を制振対象物１０の移動に追従させることができるものとなっている。従って、制振対象物１０が図１中に矢印ｂで示したように、慣性負荷２２の駆動方向ａと平行に移動し、その移動加速度が制振機構２０１，２０２に加わったとしても、慣性負荷２２１，２２２がストッパ２６ａ，２７ａあるいは２６ｂ，２７ｂに突き当たって制振不能になるといった状況の発生を回避することができる。
【００１９】
なお、この例では図５に示したようにフィードフォワード計算部５０は比較手段５２とスイッチ５３とを具備するものとなっており、これにより制振機構２０１，２０２が不要な力を発生するのを防止するものとなっている。以下、この点について説明する。
今、例えば図７に示したような加速度で制振対象物１０が移動したとする。この場合、加速期間及び減速期間で上述したフィードフォワードが働き、アクチュエータ２１は慣性負荷２２が慣性空間にとどまることなく、制振対象物１０に追従して動くように慣性負荷２２を駆動制御する。一方、定速期間及び停止期間では移動加速度は０であってフィードフォワード量は０となり、制振機構２０１，２０２は制振力のみを発生する。
【００２０】
しかしながら、例えば定速期間であっても制振対象物１０が移動しているため、実際には何らかの振動を加速度計３０１，３０２が受け、例えば図８に領域Ａで示したように定速期間であっても加速度計３０１，３０２は加速度を出力する。このような加速度がフィードフォワードされると、不要な力を制振機構２０１，２０２が発生することになり、制振対象物１０に不要な力を与えてしまうことになる。
従って、比較手段５２はフィードフォワード計算部５０に入力された移動加速度を所定のしきい値と比較し、加速度がしきい値よりも小さい場合にはスイッチ５３をＯＦＦとしてフィードフォワードを行わないようにする。図８中、点線Ｂはしきい値を示したものであり、加速度がこの点線Ｂよりも小さい場合はフィードフォワード量は０となる。
【００２１】
このように比較手段５２及びスイッチ５３を設けることにより、加減速の移動加速度をフィードフォワードし、それ以外の不要な加速度はフィードフォワードしなくすることで、制振機構２０１，２０２が不要な力を発生するのを防止することができ、より良好に制振動作するものとなる。
図９はこの発明の他の実施例を示したものであり、この例では図３に示した例のように加速度計３０１，３０２の出力を加算することなく、一方の加速度計３０１の出力が移動加速度としてフィードフォワード計算部５０に入力されるものとなっている。制振対象物１０の移動加速度（加減速加速度）が回転振動成分の加速度に比較して非常に大きい場合、加減速中の回転振動成分の加速度は無視できるため、このような構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明による制振装置の一実施例の配置を説明するための平面図。
【図２】図１における制振機構の構成を示す平面図。
【図３】この発明による制振装置の一実施例の構成及び動作を説明するためのブロック図。
【図４】図３における制御計算部の詳細を示すブロック図。
【図５】図３におけるフィードフォワード計算部の詳細を示すブロック図。
【図６】２つの加速度計の出力波形の一例及びそれらが減算された波形を示す図。
【図７】制振対象物の移動加速度の一例を示す図。
【図８】定速期間における加速度出力及びしきい値を説明するための図。
【図９】この発明による制振装置の他の実施例の構成及び動作を説明するためのブロック図。
【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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