(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の応答を感知するセンサーと、センサーからの信号に基づいて制御対象の振動特性に応じた制御量を演算するコントローラと、コントローラが演算した制御量に基づいて制御対象に制御力を入力するアクチュエータと、を備えたフィードバック制御方式のアクティブ制振装置による制振方法であって、
前記制御対象の振動特性として、
実際の制御対象の固有振動数を採用せず、
制御対象の固有振動数とは一致しない機械振動や交通振動などの特定振動数の外乱による振動の振動数帯域中の卓越振動数での揺れを有効に制振できる制御ゲインを設計し、
設計した制御ゲインを前記コントローラに設定して、該コントローラに前記センサーからの信号に基づいて前記制御ゲインに応じた制御量を演算させて前記実際の制御対象の制振制御を行い、制御対象の固有振動数とは一致しない機械振動や交通振動などの特定振動数の外乱により発生する制御対象の揺れ、並びに制御対象の固有振動数成分の揺れを制振することを特徴とする制振方法。
【請求項２】
前記特定振動数の外乱による振動の振動数帯域中に近接した複数の振動数成分が励起される場合、制御対象の固有振動数に近い側の振動数、または、前記複数の振動数成分の中間の振動数での揺れを有効に制振できる制御ゲインを前記コントローラに設定することを特徴とする請求項１に記載された制振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
制御対象の固有振動数とは必ずしも一致しない機械振動や交通振動などの特定振動数の外乱による振動が問題となる床や梁等の制御対象の制振方法に係り、特に、環境振動や半導体工場等における微振動の制振に好適なアクティブ制振装置を使用した制振方法に関する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
従来のアクティブ制振装置、例えば、ＨＭＤ（ハイブリッドマスダンパー）などでは、制御対象の固有振動数で当該制御対象が揺れやすいことに鑑み、制御対象の固有振動数近傍での揺れの増幅を効果的に抑えるために当該制御対象の固有振動数にアクティブ制振装置の周期を同調させて制御ゲインを設計する。
【０００３】
したがって、制御対象の固有振動数及びその近傍の揺れに対してアクティブ制振装置のアクチュエータの加振部が大きく動き、当該制御対象の固有振動数の揺れを低減するのに有効な減衰力が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、制御対象の固有振動数以外の振動数を有する外乱による揺れに対しては、装置のアクチュエータの加振部があまり動かないため、制御対象に有効な減衰力を与えることができないおそれがある。このように、従来の設計によるアクティブ制振装置による制振では、制御対象の固有振動数と異なる振動数の外乱による揺れに対してはあまり制振効果が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、制御対象の固有振動数と異なる振動数の外乱により励起された揺れを有効に減衰可能な制振方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御対象の固有振動数と異なる振動数の外乱により励起された揺れを有効に低減するために、その外乱の振動数帯域の揺れに対してアクティブ制振装置のアクチュエータの加振部が大きく動いて、上記外乱の振動数帯域の揺れに対して有効な減衰力を発生できる制御ゲインを求めて制振するものである。
【０００７】
すなわち、上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明は、制御対象の応答を感知するセンサーと、センサーからの信号に基づいて制御対象の振動特性に応じた制御量を演算するコントローラと、コントローラが演算した制御量に基づいて制御対象に制御力を入力するアクチュエータと、を備えたフィードバック制御方式のアクティブ制振装置による制振方法であって、前記制御対象の振動特性として、実際の制御対象の固有振動数を採用せず、制御対象の固有振動数とは一致しない機械振動や交通振動などの特定振動数の外乱による振動の振動数帯域中の卓越振動数での揺れを有効に制振できる制御ゲインを設計し、設計した制御ゲインを前記コントローラに設定して、該コントローラに前記センサーからの信号に基づいて前記制御ゲインに応じた制御量を演算させて前記実際の制御対象の制振制御を行い、制御対象の固有振動数とは一致しない機械振動や交通振動などの特定振動数の外乱により発生する制御対象の揺れ、並びに制御対象の固有振動数成分の揺れを制振することを特徴とする制振方法である。
また、請求項２に係る本発明は、請求項１に記載された制振方法において、前記特定振動数の外乱による振動の振動数帯域中に近接した複数の振動数成分が励起される場合、制御対象の固有振動数に近い側の振動数、または、前記複数の振動数成分の中間の振動数での揺れを有効に制振できる制御ゲインを前記コントローラに設定することを特徴とする制振方法である。
【０００８】
なお、上記制御ゲインの設計にはどのような手法を用いても良く、例えば最適制御理論などを用いて設計を行う。
本発明によれば、外乱の振動数帯域に固有振動数を持つ仮想制御対象モデルに基づいて制御ゲインを設計することで、この制御ゲインを適用したアクティブ制振装置では、この設定した振動数帯域の揺れに対してアクチュエータの加振部が大きく動き、減衰力を発生する。その結果、アクティブ制振装置は、制御対象の固有振動数とは異なる振動数を持つ外乱による揺れも有効に低減可能となる。
【０００９】
ここで、アクティブ制振装置は、制御対象振動数近傍の揺れに対してもアクチュエータの加振部がある程度大きく動く特徴がある（例えば図３参照）。
従って、外乱の振動数帯域の一つの振動数を仮想制御対象モデルの固有振動数として使用しても外乱の他の振動数成分での揺れ低減にも有効に作用する。
またこのことは、外乱により、近接した複数の卓越振動数成分が励起される場合においても、仮想制御対象モデルの固有振動数として、例えば複数の卓越振動数成分の中央の振動数に設定する等、外乱の振動数帯域内の適当な振動数を固有振動数として設定することで、外乱で励起される複数の振動数の揺れを同時に低減する装置を提供することも可能となる。
【００１０】
なお、仮想制御対象モデルの固有振動数としては、外乱の振動数帯域中の卓越振動数を使用することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図を参照しつつ説明する。図１は、アクティブ制振装置の構成例を説明する図であって、構造物等の制御対象１での制御された結果の応答がセンサー２で感知され、そのセンサー２からのセンサ信号に基づいてコントローラ３が制御量を演算する。そして、アクチュエータ４が、コントローラ３からの制御信号（制御量）に基づきアクチュエータの加振部を動かし、上記制御対象１に制御力を入力する。これによって、制御対象に減衰力を付与して制御対象１の揺れを低減する。このように本発明は、アクティブ制振装置としてフィードバック制御方式のものを使用している。
【００１２】
本実施形態では、制御対象１の振動特性として実際の制御対象１の固有振動数ｆａを採用せず、上記外乱の振動数帯域を特定し、その振動数帯域中の卓越振動数ｆｂを固有振動数として持つ仮想制御対象モデルを仮定し、その仮想制御対象モデルでの揺れを有効に制振するための制御ゲイン、つまり上記卓越振動数ｆｂでの揺れを一番有効に制振できる制御ゲインを求める。その求めた制御ゲインを上記コントローラ３に設定して、上記アクティブ制振装置による制御対象１の制振を行う。
【００１３】
次に、本実施形態の作用・効果などについて説明する。
上記のような卓越振動数ｆｂを持った外乱が制御対象１に入力すると、図２に示すような分布で制御対象１が揺れて、外乱の卓越振動数ｆｂで揺れが大きく励起される。
しかし、本実施形態では、上記のようにして求めた制御ゲインを適用することで、図３に示すように、制御対象１に対しアクティブ制振装置のアクチュエータの加振部は、外乱の卓越振動数ｆｂをピーク値とし、当該外乱の振動数ｆｂ及びその近傍の揺れに対して大きく動くように設定されている。
【００１４】
このため、外乱の入力によって、上記図２に示すような分布で制御対象１が揺れて外乱の卓越振動数ｆｂで揺れが大きく励起されても、図４に示すように、本実施形態の制御では、制御対象１の固有振動数ｆａの揺れに対する制振効果は若干低下するものの、従来では効果が発揮されなかった外乱の卓越振動数ｆｂに対する揺れが大幅に低減され、外乱により励起された揺れの抑制効果が大きくなる。
【００１５】
ちなみに、従来のように現実の制御対象１の振動特性に基づき、つまり制御対象１の固有振動数ｆａに装置の周期を同調させて制御ゲインを設計すると、図５に示すように、制御対象１に対してアクティブ制振装置のアクチュエータの加振部は、制御対象１の固有振動数ｆａをピーク値として大きく動くように設定される。このため外乱によって、上記図２のような制御対象１の揺れ分布が発生した場合には、図６に示すように、制御対象１の固有振動数ｆａの揺れは大幅に低減するが、外乱の卓越振動数ｆｂで励起された大きな揺れはさほど低減しない。
【００１６】
以上のように、本実施形態の制振方法を採用すると、制御対象１の固有振動数ｆａとは異なる振動数ｆｂを有する外乱により発生した揺れを有効に制振することが可能となる。
ここで、外乱により、図７に示すように、近接した複数の振動数成分ｆｂ、ｆｃが励起される場合には、例えば、図８に示すように制御対象１の固有振動数ｆａに近い側の振動数ｆｃを固有振動数として持つ仮想制御対象モデルを仮定し、その仮想制御対象モデルを有効に制振するための制御ゲインを求めて上記アクティブ制御装置に設定すればよい。
【００１７】
この場合には、図９に示すように、制御対象１の固有振動ｆａでの揺れも有る程度制振しながら、外乱の振動数ｆｂ、ｆｃに対応する揺れが有効に制振される。
なお、上記仮想制御対象モデルの固有振動数は、必ずしも複数の外乱による振動数成分の一方とする必要はなく、両振動数成分の揺れによる悪影響が同程度ならば、その複数の外乱の振動数成分の中間の振動数を使用して、各振動数成分の揺れを均等に制振させるようにしてもよい。
【００１８】
また、外乱による卓越振動数が一つの場合でも、その卓越振動数から若干ずれた外乱の振動数帯域の振動数を仮想制御対象モデルの固有振動数として使用しても、有効に卓越振動数での揺れを低減することができる。
【００１９】
【実施例】
上記のような制振方法を適用したシミュレーション結果を示す。
このシミュレーションでは、制御対象１の固有振動数ｆａを４．５Ｈｚとし、外乱の卓越振動数ｆｂを５．５Ｈｚとして、本発明に基づき仮想制御対象モデルの固有振動数を５．５Ｈｚとして制御ゲインを求めてアクティブ制振装置での制御のシミュレーションを行ったところ、図１０に示す結果を得た。
【００２０】
従来法との比較のために、仮想制御対象モデルの固有振動数を制御対象１の固有振動数と同じ４．５Ｈｚとして制御ゲインを求めシミュレーションを行ったところ、図１１に示す結果を得た。
この図１０及び図１１から分かるように、本発明に基づく制振制御を行った方が、（外乱の卓越振動数付近における）制御対象１の揺れの最大値が小さくなることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、制御対象の固有振動数成分の揺ればかりか、当該制御対象の固有振動とは異なる振動数を持つ外乱による揺れも有効に低減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るアクティブ制振装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る制御対象の揺れの分布を示す図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る制振における装置の揺れの分布を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る制振における制振効果を説明する図である。
【図５】従来の制振における装置の揺れの分布を示す図である。
【図６】従来の制振における制振効果を説明する図である。
【図７】制御対象の揺れの分布の別の例を示す図である。
【図８】本発明に基づく実施形態に係る制振における装置の揺れの分布の別の例を示す図である。
【図９】本発明に基づく実施形態に係る制振における制振効果を説明する図である。
【図１０】本発明に基づく実施形態によるシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は装置を動きを、（ｂ）及び（ｃ）は制御対象の揺れを示す図である。
【図１１】比較例のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は装置を動きを、（ｂ）及び（ｃ）は制御対象の揺れを示す図である。
【符号の説明】
１    制御対象
２    センサー
３    コントローラ
４    アクチュエータ
【図１】
0004197371.tif 000002
【図２】
0004197371.tif 000003
【図３】
0004197371.tif 000004
【図４】
0004197371.tif 000005
【図５】
0004197371.tif 000006
【図６】
0004197371.tif 000007
【図７】
0004197371.tif 000008
【図８】
0004197371.tif 000009
【図９】
0004197371.tif 000010
【図１０】
0004197371.tif 000011
【図１１】
0004197371.tif 000012