(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
防振支持手段を介して支持された防振対象物に加振手段により振動を加え振動源から伝わる振動を打ち消して振動を低減する振動制御方法において、
前記振動源の振動情報を参照信号とし前記防振対象物の振動情報を誤差信号として適応フィルタに入力し、下記の数１の演算式により適応アルゴリズムに基づきフィルタ係数を更新して前記参照信号を加工しフィードフォーワード制御信号ｙＦを形成し、
【数１】
0003798033.tif 000007
前記防振対象物の振動情報をフィードバック演算手段に入力し、下記の数２の演算式によりフィードバック制御則に基づきフィードバック制御信号ｙＢを形成し、
【数２】
0003798033.tif 000008
前記フィードフォーワード制御信号ｙＦと前記フィードバック制御信号ｙＢとを合成して前記適応フィルタによる前記防振対象物の周期的な振動の制御と前記フィードバック制御による前記防振対象物の固有振動数における振動の制御とを合成した前記加振手段の駆動信号を形成し駆動制御することを特徴とする振動制御方法。
【請求項２】
前記振動源の振動情報から周波数フィルタにより所定周波数域の振動情報のみを選択して前記参照信号として前記適応フィルタに入力することを特徴とする請求項１記載の振動制御方法。
【請求項３】
前記防振対象物の振動情報から周波数フィルタにより所定周波数域の振動情報のみを選択して前記誤差信号として前記適応フィルタに入力することを特徴とする請求項１または請求項２記載の振動制御方法。
【請求項４】
前記適応フィルタにより前記参照信号を加工した振動情報から周波数フィルタにより所定周波数域の振動情報のみを選択して前記フィードフォーワード制御信号として前記フィードバック制御信号と合成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの項記載の振動制御方法。
【請求項５】
防振支持手段を介して支持された防振対象物に加振手段により振動を加え振動源から伝わる振動を打ち消して振動を低減する振動制御装置において、
前記振動源の振動を検出する第１振動検出手段と、
前記防振対象物の振動を検出する第２振動検出手段と、
前記第１振動検出手段の検出信号を参照信号として入力し、前記第２振動検出手段の検出信号を誤差信号として入力し、下記の数３の演算式により適応アルゴリズムに基づきフィルタ係数を更新して前記参照信号を加工しフィードフォーワード信号ｙＦを形成する適応フィルタと、
【数３】
0003798033.tif 000009
前記第２振動検出手段の検出信号を入力し、下記の数４の演算式によりフィードバック制御則に基づきフィードバック信号ｙＢを形成するフィードバック演算手段と、
【数４】
0003798033.tif 000010
前記フィードフォーワード信号ｙＦと前記フィードバック信号ｙＢとを合成して前記適応フィルタによる前記防振対象物の周期的な振動の制御と前記フィードバック制御による前記防振対象物の固有振動数における振動の制御とを合成した前記加振手段の駆動信号を形成する合成手段とを備えたことを特徴とする振動制御装置。
【請求項６】
前記第１振動検出手段の検出信号から所定周波数域の信号のみを選択して前記参照信号とする周波数フィルタを備えたことを特徴とする請求項５記載の振動制御装置。
【請求項７】
前記第２振動検出手段の検出信号から所定周波数域の信号のみを選択して前記誤差信号とする周波数フィルタを備えたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の振動制御装置。
【請求項８】
前記適応フィルタにより前記参照信号を加工した信号から所定周波数域の信号のみを選択して前記フィードフォーワード信号とする周波数フィルタを備えたことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれかの項記載の振動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、振動制御の方法および装置に係り、特に振動源からの振動伝播により振動している物体に対し、伝播する振動と逆の振動を加振手段により加振して振動を低減させる振動制御の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来この種の振動制御の方法として、振動源の振動情報を参照入力とし防振対象物の振動情報を誤差入力とする適応フィルタを構成し、フィードフォーワード信号により振動を低減する方法がある。
【０００３】
図１は、この従来の振動制御装置の構成図を示したものである。
振動は６自由度を考慮する必要があるが、ここでは簡単のため一方向のみについて考察する。
【０００４】
地盤１に対して精密機器等の防振対象物２がバネとダンパーで等価される等価防振支持系３を介して支持されている。
防振対象物２は加振アクチュエータ４が添設されて防振対象物２に強制的に振動を与えることができる。
地盤１には振動源から伝播する振動を検出する振動センサ５が設けられ、防振対象物２には防振対象物２の振動を検出する振動センサ６が設けられている。
【０００５】
一方加振アクチュエータ４に駆動信号を出力するフィードフォーワード制御装置10は、適応フィルタ11を使用し、Ｆiltered-Ｘ  ＬＭＳ12のＦＸアルゴリズムによってフィルタ係数を更新していく。
【０００６】
振動センサ５，６からの検出信号は、増幅器17，18で増幅されＡＤ変換器15，16によりディジタル信号に変換されてフィードフォーワード制御装置10に入力され、適応フィルタ11からは駆動信号が出力され、ＤＡ変換器19によりアナログ信号に変換され増幅器20により増幅されて加振アクチュエータ４に入力され加振アクチュエータ４を駆動する。
【０００７】
このような適応フィルタによる振動制御に必要な演算を下記の数５に示す。
【０００８】
【数５】
0003798033.tif 000002
【０００９】
ここにｗi （ｉ＝０，１，２，……，Ｎ−１）は適応フィルタのフィルタ係数、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける適応フィルタへの参照入力である振動源の振動情報のサンプル値、ｙF （ｎ）は適応フィルタによる出力値、ｐi （ｉ＝０，１，２，……，Ｍ−１）は加振アクチュエータ４の入力に対する防振対象物２上の加速度のインパルス応答を離散化し近似したものであって予め計測されたもの、(4)式におけるμは収束パラメータで通常０〜１の間の数が選ばれる。
ｅ（ｎ）は誤差信号である防振対象物２の振動情報の時刻ｎにおけるサンプル値である。
【００１０】
【解決しようとする課題】
(2) 式中のフィルタ係数の数は、実際のアクチュエータおよび防振支持系のインパルス応答の長さに依存し、例えば除振台のように固有振動数の低い振動系では、インパルス応答が長いため数多くのフィルタ係数の数Ｍが必要となり、全体の演算量が大きくなる。
【００１１】
振動低減の効果は、図２に示すようであり、伝わってくる周期的な振動成分などは比較的効果的に低減可能であるが、振動系の固有振動数においては一般には低減することが困難である。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、固有振動数が比較的に低い防振対象物に対し外部から伝播してくる振動がどのような性状のものにも適用可能で実用的な振動制御の方法および装置を供する点にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するために、本発明は、防振支持手段を介して支持された防振対象物に加振手段により振動を加え振動源から伝わる振動を打ち消して振動を低減する振動制御方法において、前記振動源の振動情報を参照信号とし前記防振対象物の振動情報を誤差信号として適応フィルタに入力し、下記の数６の演算式により適応アルゴリズムに基づきフィルタ係数を更新して前記参照信号を加工しフィードフォーワード制御信号ｙＦを形成し、
【数６】
0003798033.tif 000003
前記防振対象物の振動情報をフィードバック演算手段に入力し、下記の数７の演算式によりフィードバック制御則に基づきフィードバック制御信号ｙＢを形成し、
【数７】
0003798033.tif 000004
前記フィードフォーワード制御信号ｙＦと前記フィードバック制御信号ｙＢとを合成して前記適応フィルタによる前記防振対象物の周期的な振動の制御と前記フィードバック制御による前記防振対象物の固有振動数における振動の制御とを合成した前記加振手段の駆動信号を形成し駆動制御する振動制御方法とした。
【００１４】
適応フィルタによる主に周期的な振動の制御と、フィードバック制御による固有振動数の制御を合成することにより、演算量をそれ程増加させることなく大きな制御効果が得られる。
【００１５】
【実  施  例】
以下図３ないし図６に図示した本発明の一実施例について説明する。
振動系およびフィードフォーワード制御部は前記第１図に図示した従来のものと同様であり、よって同じ部材は同じ符号を用いる。
【００１６】
本実施例はフィードフォーワード制御部10に加えて、フィードバック制御部30を備えている。
フィードバック制御部30はフィードバック演算手段31が前記振動センサ６からの誤差信号ｅ（ｎ）を入力し、フィードバック制御則に基づく演算を行いフィードバック制御信号ｙB （ｎ）を出力する。
【００１７】
前記適応フィルタ11の出力であるフィードフォーワード制御信号ｙF （ｎ）と上記フィードバック制御信号ｙB （ｎ）とは合成手段32によって加え合わされて最終的な駆動信号とされ、ＤＡ変換器19、増幅器20を経て加振アクチュエータ４に入力され、加振アクチュエータ４を駆動する。
【００１８】
フィードバック演算手段31は、予め設計された定係数の演算を行うもので、適切にモデリングされた振動系の伝達関数に基づき適切に設計されたフィードバック制御の演算を行う。
下記の数８にその演算式を示す。
【００１９】
【数８】
0003798033.tif 000005
【００２０】
この定係数のフィードバック係数は制御理論における線形２次形式レギュレータ設計法を用いたＬＱ制御器、ＬＱＧ制御器やＨ∞制御器設計法を用いて設計される。
【００２１】
このように設計されたフィードバック制御則にのっとり、数８における(5)式および(6) 式にしたがい中間的な状態変数ｚ（ｎ）を介してコントローラ（フィードバック演算手段）出力信号のうちの片方の成分ｙB （ｎ）が演算される。
ここでＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、コントローラ（フィードバック演算手段）の状態空間表現の行列である。
【００２２】
これらの式では制御器を状態空間領域で表わしたが、適切に伝達関数領域に変換することにより下記の数９の(12)式に示すような演算の形態をとることが可能である。
【００２３】
【数９】
0003798033.tif 000006
【００２４】
ここで（αl ＝０，１，……，Ｌ−１），（βl ＝０，１，……，Ｌ−１）は(5) 〜（11) 式の制御器を伝達関数領域に移した係数である。
【００２５】
このような制御器を設計することにより周波数領域における振動系の伝達関数は図４に示すごとく、固有振動数における振動伝達率において改善される。
このときこの振動系における加振アクチュエータ４の伝達特性のインパルス応答は図５の破線の応答から図５の実線の応答のように変化し、時間的に応答が短くなることとなる。
【００２６】
このようなフィードバック制御を行っておいた上で、適応フィルタの計算時に必要な係数である前記(2) 式中のｐi を求めると、フィードバック制御を加えない状態に比較したインパルス応答が時間的に短くなっており、その結果インパルス応答を離散化したものであるｐの係数の数Ｍを小さくとることができるので、(2) 式の計算を軽減することが可能となる。
【００２７】
このように少なくされたフィルタ係数ｐを用いて演算されるため、全体としての演算量を軽減し、または殆ど増加させることなく適応フィルタの演算と、定係数のフィードバック則に基づく演算とを実行することができる。
最終的には前記ｙB （ｎ）とｙF （ｎ）とを加え合わせて出力する。
【００２８】
適応フィルタ11は、Ｆiltered-Ｘ  ＬＭＳと呼ばれる係数更新式にしたがい係数が常に適応してゆく。
これにより防振対象物２に地盤１から伝わる主に周期的な振動成分は効果的に抑制される。
【００２９】
図６に本発明による振動制御装置を用いた場合の制御効果の例を示す。
フィードバック制御による振動系の固有振動数における振動の低減と、適応フィルタによる床から伝わる周期的な振動の低減がともに得られていることが分る。
【００３０】
次にフィードフォーワード制御部10に入力される振動系からの検出信号をアナログ周波数フィルタを用い加工する実施例を図７に示し説明する。
制御系の基本的構成は前記図３に示したものと同じであり、同じ部材は同じ符号を用いる。
【００３１】
地盤１の振動を検出する振動センサ５からのアナログ検出信号は、増幅器17により増幅された後、アナログ周波数フィルタ50を経て決められた周波数域の信号のみが通され、この信号がＡＤ変換器15によりディジタル信号に変換されてフィードフォーワード制御部10に入力される。
アナログ周波数フィルタ50としてはバンドパス、ローパス、ハイパス等のいずれかのアナログフィルタを用い所定の周波数域の信号のみを通すようにする。
【００３２】
このアナログ周波数フィルタ50を介装することにより振動センサ５が検出した地盤１の振動成分のうち所望の帯域の伝搬振動のみを制御する適応フィルタを形成することができる。
【００３３】
次にフィードフォーワード制御部10に入力される振動系からの検出信号およびフィードフォーワード制御部10から出力される制御信号をディジタル周波数フィルタ等を用い加工する実施例を図８に示し説明する。
【００３４】
やはり制御系の基本的構成は同じであり、前記実施例のアナログ周波数フィルタ50の代わりにディジタル周波数フィルタ60をＡＤ変換器15の下流側に介装し、地盤１の振動を検出する振動センサ５からの検出信号は、増幅器17により増幅されＡＤ変換器15によりディジタル信号に変換された後、ディジタル周波数フィルタ60を経て決められた周波数域の信号のみが通され、この信号をフィードフォーワード制御部10に入力する。
【００３５】
したがって地盤１の振動成分のうち所望の帯域の伝搬振動のみを制御する適応フィルタを形成することができる。
ディジタル周波数フィルタ60としてはバンドパス、ローパス、ハイパスのいずれかのディジタルフィルタを用い所望の周波数域の信号のみを通すようにする。
【００３６】
また防振対象物２の振動を検出する振動センサ６からのアナログ検出信号は、増幅器18により増幅されＡＤ変換器16によりディジタル信号に変換された後、フィードフォーワード制御部10に入力されるルートに介装されたディジタル周波数フィルタ61を経て所望の周波数帯域の信号のみが通されてフィードフォーワード制御部10に入力される。
【００３７】
ディジタル周波数フィルタ61としてはバンドパス、ローパス、ハイパスのいずれかのフィルタを用い、このディジタル周波数フィルタ61を介装することにより振動センサ６が検出した防振対象物２の振動成分のうち所望の周波数域の振動を積極的に小さくするような適応フィルタが形成される。
【００３８】
このディジタル周波数フィルタ61の代わりに２階積分器62を用いる方法もある。
振動センサ６は防振対象物２の振動加速度を検出しているので、この振動加速度信号を増幅して２階積分器62に通すと、加速度信号は変位信号に変換される。
【００３９】
したがって防振対象物２の振動変位を小さくするような適応フィルタが形成されることになる。
振動変位は、ゆっくり大きく動くものについて顕著に現われるので、防振対象物２が主にこのような振動をするような場合に効果的である。
【００４０】
さらにフィードフォーワード制御部10の適応フィルタ11からのフィードフォーワード制御信号ｙF (n) は、ディジタル周波数フィルタ63を経て所定の周波数域の信号のみが通され、合成手段32によりフィードバッグ制御部30からのフィードバック制御信号ｙB (n) と合成されてＤＡ変換器19によりアナログ信号に変換され増幅器20により増幅されて加振アクチュエータ４に入力され、加振アクチュエータ４を駆動するようにする。
ディジタル周波数フィルタ63としてはバンドパス、ローパス、ハイパスのいずれかのフィルタを用い所望の周波数域の信号のみを通す。
【００４１】
このディジタル周波数フィルタ63を介装することによりフィードフォーワード制御信号ｙF (n) のうちディジタル周波数フィルタ63によって決められた周波数域の信号のみがフィードバック制御信号ｙB (n) と合成されて加振アクチュエータ４を駆動制御する制御信号とするので、加振アクチュエータ４や振動系の周波数特性を整形し制御をし易くすることが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、適応フィルタによる振動制御とフィードバック制御とを合成することで、周期的な振動の制御および固有振動数の制御を演算量を殆ど増加させることなく実現し、比較的固有振動数が低くその振動伝達率が高い場合においても実用性が高く、広い範囲の振動の低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の振動制御装置の構成図である。
【図２】  同装置における周波数に対する振動加速度スペクトル密度を示す図である。
【図３】  本発明に係る一実施例の振動制御装置の構成図である。
【図４】  同装置における周波数に対する振動伝達率を示す図である。
【図５】  同装置における応答振幅の変化を示す図である。
【図６】  同装置における周波数に対する振動加速度スペクトル密度を示す図である。
【図７】  別実施例の振動制御装置の構成図である。
【図８】  さらに別の実施例の振動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１…地盤、２…防振対象物、３…防振支持系、４…加振アクチュエータ、５，６…振動センサ、
10…フィードフォーワード制御部、11…適応フィルタ、12…Ｆiltered-Ｘ  ＬＭＳ、
15，16…ＡＤ変換器、17，18…増幅器、19…ＤＡ変換器、20…増幅器、
30…フィードバック制御部、31…フィードバック演算手段、32…合成手段、
50…アナログ周波数フィルタ、
60、61…ディジタル周波数フィルタ、62…ディジタル２階積分器、63…ディジタル周波数フィルタ。
【図１】
0003798033.tif 000011
【図２】
0003798033.tif 000012
【図３】
0003798033.tif 000013
【図４】
0003798033.tif 000014
【図５】
0003798033.tif 000015
【図６】
0003798033.tif 000016
【図７】
0003798033.tif 000017
【図８】
0003798033.tif 000018