(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の弾性モード振動を制御する制御装置であって、
該構造物の表面の弾性モード振動の速度を計測する第１の圧電素子と、
該表面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第２の圧電素子と、
前記第１の圧電素子によって計測された速度に応じた力を前記第２の圧電素子に発生させる第１の補償器と、
該構造物の裏面の弾性モード振動の速度を計測する第３の圧電素子と、
該裏面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第４の圧電素子と、
前記第３の圧電素子によって計測された速度に応じた力を前記第４の圧電素子に発生させる第２の補償器と、
を有し、
前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とは、該構造物の表面に、前記第２の圧電素子、前記第１の圧電素子の順に積層され、
前記第３の圧電素子と前記第４の圧電素子とは、該構造物の裏面に、前記第４の圧電素子、前記第３の圧電素子の順に積層されている、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第２の圧電素子と前記第４の圧電素子とを該構造物の弾性モード振動の腹となる部分に配したことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
該弾性モード振動は高次の弾性モード振動であることを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
該構造物の位置を計測する位置計測手段と、
該構造物に外部から力を印加する駆動手段と、
前記位置計測手段によって計測された位置に応じた力を前記駆動手段に発生させる補償器とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
構造物の弾性モード振動を制御する制御方法であって、
第１の圧電素子を用い、該構造物の表面の弾性モード振動の速度を計測する工程と、
該表面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第２の圧電素子を用い、該計測された表面の弾性モード振動の速度に基づいて該表面の弾性モード振動を制御する工程と、
第３の圧電素子を用い、該構造体の裏面の弾性モード振動の速度を計測する工程と、
該裏面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第４の圧電素子を用い、該計測された裏面の弾性モード振動の速度に基づいて該裏面の弾性モード振動を制御する工程と、
を有し、
該第１の圧電素子と該第２の圧電素子とは、該構造物の表面に、該第２の圧電素子、該第１の圧電素子の順に積層され、
該第３の圧電素子と該第４の圧電素子とは、該構造物の裏面に、該第４の圧電素子、該第３の圧電素子の順に積層されている、
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の弾性モード振動を制御する制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の弾性モード振動を制御する方法としては、制御対象である構造物の弾性モード振動の速度を計測して、その速度に応じた制御力を駆動装置に出力することにより、構造物の弾性モード振動を制御する速度フィードバック制御則が知られている。
【０００３】
例えば、特開２００１−１４８３４１号公報（以下文献１）には、図１２に示すように、フランジの両面のほぼ同じ位置に駆動手段として圧電素子３ａ，３ｂを備え、圧電素子３ａ，３ｂをそれぞれ逆相で同時に作動させることで、フランジの振動を制御することが可能であると報告されている。
【０００４】
又、圧電フィルムセンサ／アクチュエータによる梁の振動制御（日本機会学会論文集（Ｃ編）６５巻６３３号）（以下文献２）では、図１３に示すように、構造物を片持ち梁とし、片持ち梁の表面に弾性モード振動を計測するための計測手段として圧電フィルム２ａと、同じく片持ち梁の表面に弾性モード振動を制御するための駆動手段として圧電素子３ａと、圧電素子２ａが計測した歪速度に応じた制御力を圧電素子３ａに出力する制御手段４ａから成る制御方法が報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献１に示される構成では、図６に示すような構造物の伸縮方向への弾性モード振動が発生した場合、図１２に示す圧電素子３ａと３ｂを逆位相で同時に作動させると、前述の伸縮方向の振動を増加させて制御系を不安定にする。
【０００６】
又、文献２に示される構成では、図７に示すように梁の表面の弾性モード振動だけを制御し、梁の裏面の弾性モード振動を制御することができない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、構造物の表面および裏面それぞれの伸縮を制御することができる、構造物の弾性モード振動の制御装置および制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、構造物の弾性モード振動を制御する制御装置であって、
該構造物の表面の弾性モード振動の速度を計測する第１の圧電素子と、
該表面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第２の圧電素子と、
前記第１の圧電素子によって計測された速度に応じた力を前記第２の圧電素子に発生させる第１の補償器と、
該構造物の裏面の弾性モード振動の速度を計測する第３の圧電素子と、
該裏面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第４の圧電素子と、
前記第３の圧電素子によって計測された速度に応じた力を前記第４の圧電素子に発生させる第２の補償器と、
を有し、
前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とは、該構造物の表面に、前記第２の圧電素子、前記第１の圧電素子の順に積層され、
前記第３の圧電素子と前記第４の圧電素子とは、該構造物の裏面に、前記第４の圧電素子、前記第３の圧電素子の順に積層されている、
ことを特徴とする。
また、本発明は、構造物の弾性モード振動を制御する制御方法であって、
第１の圧電素子を用い、該構造物の表面の弾性モード振動の速度を計測する工程と、
該第１の圧電素子に積層され、該表面に配され、かつ該表面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第２の圧電素子を用い、該計測された表面の弾性モード振動の速度に基づいて該表面の弾性モード振動を制御する工程と、
第３の圧電素子を用い、該構造体の裏面の弾性モード振動の速度を計測する工程と、
該第３の圧電素子に積層され、該裏面に配され、かつ該裏面の弾性モード振動を制御するための力を発生する第４の圧電素子を用い、該計測された裏面の弾性モード振動の速度に基づいて該裏面の弾性モード振動を制御する工程と、
を有し、
該第１の圧電素子と該第２の圧電素子とは、該構造物の表面に、該第２の圧電素子、該第１の圧電素子の順に積層され、
該第３の圧電素子と該第４の圧電素子とは、該構造物の裏面に、該第４の圧電素子、該第３の圧電素子の順に積層されている、
ことを特徴とする。
【０００９】
このような構成を用いることにより、図６に示すような伸縮方向への弾性モード振動を制御することができ、更に、構造物の表面にだけ弾性モード振動の制御装置を有する場合に比べて、より効果的に構造物の弾性モード振動を制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１に示すように、梁を構造物１として、梁の表面に、弾性モード振動を計測するための計測手段２ａと、弾性モード振動を制御するための駆動手段３ａを備え、補償器４ａは計測手段２ａが計測した速度成分に応じた制御力を駆動手段３ａに出力する。更に、梁の裏面にも、弾性モード振動を計測するための計測手段２ｂと、弾性モード振動を制御するための駆動手段３ｂを備え、補償器４ｂは計測手段２ｂが計測した速度成分に応じた制御力を駆動手段３ｂに出力する。ここでは、補償器４ａ，４ｂとして例えばゲイン補償を用いた。
【００１２】
図１の加振点９から計測点１０への力から変位への伝達特性を図８に示す。図８の破線は、弾性モード振動を制御しなかった場合の梁の力から変位への伝達特性を示している。弾性モード振動の共振点が高いピークをもっている。
【００１３】
図８の点線は、梁の表面にだけ弾性モード振動を検出するための計測手段２ａと、弾性モード振動を制御するための駆動手段３ａと、補償器４ａを備えた、文献２で示される従来技術による弾性モード振動の制御手段を行った場合の梁の力から変位への伝達特性を示している。弾性モード振動のピークが抑えられてはいるが、未だピークが残っている。図８の実線は、実施例１を施した場合の梁の伝達特性を示している。点線の従来技術に比べて、弾性モード振動のピークが更に抑えられている。
【００１４】
＜実施の形態２＞
図２に示すように、実施の形態１に示す構成を図５に示す２次の弾性モード振動の腹となる部分に２組設けることにより、１次と２次の弾性モード振動を同時に減衰させることが可能になる。図２の加振点９から計測点１０への力から変位への伝達特性を図８に示す。
【００１５】
図９の破線は、弾性モード振動を制御しなかった場合の梁の力から変位への伝達特性を示している。図９の点線は、実施の形態１を施した場合の梁の伝達特性を示している。２次の弾性モード振動を減衰することができていない。図９の実線は、実施の形態２を施した場合の梁の伝達特性を示している。１次と２次の弾性モード振動のピークが抑えられている。
【００１６】
＜実施の形態３＞
図３は実施の形態１に示す構成に、梁の剛体振動を制御する制御系を追加したものである。梁の剛体振動は、基準位置５から剛体振動を計測する計測手段６ａ，６ｂにより、梁のＺ軸方向への位置及びＹ軸回りの回転を計測し、この計測結果に応じた制御力を補償器８が駆動手段７ａ，７ｂに発生することにより、制御される。ここでは、補償器８として例えばＰＩＤ補償器を用いた。
【００１７】
図１０の点線は、梁の表面にだけ弾性モード振動を検出するための計測手段２ａと、弾性モード振動を制御するための駆動手段３ａと補償器４ａを備えた、文献２で示される従来技術による弾性モード振動の制御手段を行った場合のＹ軸回りの回転の伝達特性を示している。１次の弾性モード振動のピークが残っているため、剛体振動を制御する制御系のサーボ帯域を６００［Ｈｚ］までしか上げることができない。
【００１８】
図１０の実線は、実施の形態３におけるＹ軸回りの回転の伝達特性を示している。従来技術に比べて１次の弾性モードのピークが抑えられ、剛体振動を制御する制御系のサーボ帯域を１１００［Ｈｚ］まで上げることが可能になっている。
【００１９】
＜実施の形態４＞
図４は実施の形態２に示す構成に、梁の剛体振動を制御する制御系を追加したものである。梁の剛体振動は，基準位置５から剛体振動を計測する計測手段６ａ，６ｂにより、梁のＺ軸方向への位置及びＹ軸回りの回転を計測し、この計測結果に応じた制御力を補償器８が駆動手段７ａ，７ｂに発生することにより、制御される。
【００２０】
図１１の点線は、梁の表面にだけ弾性モード振動を検出するための計測手段２ａと、弾性モード振動を制御するための駆動手段３ａと、補償器４ａを備えた、文献２で示される従来技術による弾性モード振動の制御手段を行った場合のＹ軸回りの回転の伝達特性を示している。１次の弾性モード振動のピークが残っているため、剛体振動を制御する制御系のサーボ帯域を２５０［Ｈｚ］までしか上げることができない。
【００２１】
図１１の実線は、実施の形態４におけるＹ軸回りの回転の伝達特性を示している。従来技術に比べて１次の弾性モードのピークが抑えられ、剛体振動を制御する制御系のサーボ帯域を５００［Ｈｚ］まで上げることが可能になっている。
【００２２】
＜実施の形態５＞
実施の形態１の計測手段２ａ，２ｂ及び駆動手段３ａ，３ｂに圧電素子を用いることができる。
【００２３】
＜実施の形態６＞
実施の形態２の計測手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ及び駆動手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに圧電素子を用いることができる。
【００２４】
＜実施の形態７＞
実施の形態３の計測手段２ａ，２ｂ及び駆動手段３ａ，３ｂに圧電素子を用いることができる。
【００２５】
＜実施の形態８＞
実施の形態４の計測手段２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ及び駆動手段３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに圧電素子を用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、構造物の表面および裏面それぞれの伸縮を制御することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】梁の弾性モード振動を制御する場合の構成を示す図である。
【図２】梁の複数の弾性モード振動を制御する場合の構成を示す図である。
【図３】梁の弾性モード振動と剛体振動とを制御する場合の構成を示す図である。
【図４】梁の複数の弾性モード振動と剛体振動とを制御する場合の構成を示す図である。
【図５】梁の弾性モード振動を示す図である。
【図６】梁の伸縮方向への弾性モード振動を示す図である。
【図７】梁の伸縮方向への弾性モード振動を示す図である。
【図８】梁の弾性モード振動を制御した場合の力から変位への伝達特性を示す図である。
【図９】梁の複数の弾性モード振動を制御した場合の力から変位への伝達特性を示す図である。
【図１０】梁の弾性モード振動と剛体振動を制御した場合のＹ軸回りの回転の伝達特性を示す図である。
【図１１】梁の複数の弾性モード振動と剛体振動を制御した場合のＹ軸回りの回転の伝達特性を示す図である。
【図１２】特開２００１−１４８３４１号公報に示された実施例を示す図である。
【図１３】圧電フィルムセンサ／アクチュエータによる梁の振動制御に示された実施例を示す図である。
【符号の説明】
１      構造物
２ａ〜２ｄ  弾性モード振動を計測する計測手段
３ａ〜３ｄ  弾性モード振動を制御する駆動手段
４ａ〜４ｄ  弾性モード振動を制御する制御手段
５      基準位置
６ａ，６ｂ  剛体振動を計測する計測手段
７ａ，７ｂ  剛体振動を制御する駆動手段
８      剛体振動を制御する制御手段
９      加振点
１０      計測点
１１      フランジ
【図１】
0003977091.tif 000002
【図２】
0003977091.tif 000003
【図３】
0003977091.tif 000004
【図４】
0003977091.tif 000005
【図５】
0003977091.tif 000006
【図６】
0003977091.tif 000007
【図７】
0003977091.tif 000008
【図８】
0003977091.tif 000009
【図９】
0003977091.tif 000010
【図１０】
0003977091.tif 000011
【図１１】
0003977091.tif 000012
【図１２】
0003977091.tif 000013
【図１３】
0003977091.tif 000014