振動絶縁機能の付加による柔軟構造物のアクティブ協調制御

• Project/Area Number: 05750211
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 西村 秀和 千葉大学, 工学部, 助手 (70228229)
• Project Period (FY): 1993 – 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 振動制御 / 柔軟構造物 / アクティブ制御 / 動吸振器 / 振動絶縁 / 周波数整形 / 極配置 / 協調制御

Research Abstract

本研究では、ストロークを大きく取ることのできるアクチュエータを採用し、絶対速度を抑えることを目的とすることにより、アクティブ動吸振器に従来にない振動絶縁機能を付加した制御系設計を行った。さらにアクティブ振動絶縁装置とアクティブ動吸振器の両者を併用することにより、地震波動や交通振動を想定した基礎部からの外乱に対して振動絶縁機能を有するばかりでなく、風荷重を想定した構造物への外乱に対しても振動仰制機能を有する協調制御を実現することを目的とした。そして、安定度を指定したH^∞制御を適用し、従来のH^∞制御による周波数整形に加え閉ループの極を指定することにより振動制御系設計の見通しを良くするための設計法を確立した。柔軟構造物を制振対象として数値計算および実験を行なうことにより、当該アクティブ協調制御系が従来の制振装置に比べ格段に優れた振動絶縁性能および振動仰制性能を有することを示した。
制振対象としては超高層建築物を想定し、柔軟構造物を扱った。はじめに、コンピュータにより有限要素法を用いて柔軟構造物を有限自由度に低次元化しモデリングを行ない、同じく数値計算により、アクティブ振動絶縁装置とアクティブ動吸振器の協調制御系を安定度を指定したH^∞制御を適用して設計したその際、構造物の絶対速度を抑えることを目的とし、制御力を周波数領域で最適に分散させることにより、基礎部からの外乱に対する振動絶縁機能と構造物への外乱に対する振動仰制機能の両立を図り、各制振装置を単独に用いる場合との制振性能の比較を行った。
次に、当該制御系の実現性を確認するため上記数値計算に対応した実験を行った。アクティブ動吸振器のアクチュエータにはストロークを十分に取れるように長ストロークのボイスコイルリニアモータを用い、構造物の最上層の加速度を加速度計により検出し、これを積分器に通し、絶対速度を検出している。加振器より構造物の基礎部へ定常白色雑音、地震波を印加し、構造物の絶対変位を検出することにより振動絶縁性能を、インパルスハンマにより構造物へ過渡的な外乱を印加し、その応答を検出することにより振動仰制性能をそれぞれ検証し、これらの結果から、振動仰制機能ばかりでなく振動絶縁機能をも有する当該制御系の有効性を実証した。
当該研究の一部は平成6年3月29日〜31日に開催される日本機会学会第71期通常総会に講演発表する予定である。