Active vibration control without sensors and power sources

• Project/Area Number: 18760169
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: NAKANO Kimihiko The University of Tokyo, 生産技術研究所, 准教授 (90325241)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,740,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2008: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 振動制御 / 機械力学・制御 / 制御工学 / 振動工学 / 振重工学

Research Abstract

本研究では、構造物を単純支持梁と仮定し、その曲げ振動を電源とセンサを用いることなく圧電トランスデューサによってその振動の能動制御を行うことを提案し、エネルギ収支と制振性能の面から、その実現可能性の検討を行うことを目的としている。梁の曲げ振動制御を行う時の状態方程式を導出し、圧電トランスデューサに加えられる電圧や流れる電流から梁のたわみなどの機械的状態量を推定するオブザーバ(カルマンフィルタ)と、最適レギュレータを設計した。数値計算を通じて、カルマンフィルタにより制御を行うことが可能であることを確認し、その制振性能も、制御を行う前に比べて良好であることを示した。同時に、その際に圧電素子に供給すべき電力を見積り、消費電力が負になることを示した。負の消費電力は、圧電素子に接続する電源を回生可能なものにすれば、回生電力が消費電力を上回ることを意味し、発電電力のみで能動制御を行うことができることを示唆している。また、解析対象としてきた単純支持梁と類似した1mの長さのアルミ合金製の梁を用いて実験を行った。梁の中央部に圧電トランスデューサを貼り、三次モードに着目した能動制御を行った。回生電力が消費電力を上回る条件の下、制御なしの場合と比べて、振動を抑えることができることを示した。

Research Products

• [Presentation] Self-powered active vibration control of a structure using a piezoelectric transducer (2008)
  • Author(s): Kimihiko Nakano
  • Organizer: 15th International Conference on Sound and Vibration
  • Place of Presentation: 韓国大田
  • Year and Date: 2008-07-10
• [Presentation] Self-powered active vibration control of a structure using a piezoelectric transducer (Proc. Of 15th International Congress on Sound and Vibration, 340-347) (2008)
  • Author(s): Kimihiko Nakano
  • Organizer: 15th International Congress on Sound and Vibration
  • Place of Presentation: Daejeon Korea
• [Presentation] 圧電素子による単純支持梁のエネルギ回生と制振 (日本機械学会中国四国支部講演会講演論文集, No.075-1, 307-308) (2007)
  • Author(s): 有永剛, 中野公彦
  • Organizer: 日本機械学会中国四国支部講演会
• [Presentation] Vibration Suppression Performances of Power Harvesting Systems Using Pie-zoelectric Transducers (Proc. Of 14th International Conference on Sound and Vibration, Cairns Australia(CD-ROM), 326) (2007)
  • Author(s): Kimihiko Nakano, Tsuyoshi Arinaga
  • Organizer: 14th International Conference on Sound and Vibration
  • Place of Presentation: Cairns Australia
• [Presentation] 圧電素子を用いた構造物のセンサレス・セルフパワードアクティブ制御(日本機械学会Dynamics and Design Conference 2007 CD-ROM論文集, No.07-8, 644) (2007)
  • Author(s): 中野公彦
  • Organizer: 日本機械学会Dynamics and Design Conference 2007
• [Presentation] Vibration Suppression Performances of Power Harvesting Systems Using Piezoelectric Transducers (2007)
  • Author(s): Kimihiko Nakano
  • Organizer: 14th International Conference on Sound and Vibration
  • Place of Presentation: オストラリアケアンズ
• [Presentation] A vibro-generator estimating the acceleration of the ambient vibration with disturbance accommodation control (2007)
  • Author(s): Kimihiko Nakano
  • Organizer: 12th Asia Pacific Vibration Conference
  • Place of Presentation: 札幌
• [Presentation] 圧電素子を用いた構造物のセンサレス・セルフパワードアクティブ制御 (2007)
  • Author(s): 中野公彦
  • Organizer: 日本機械学会Dynamics and Design Conference 2007
  • Place of Presentation: 東広島
• [Presentation] A vibro-generator estimating the acceleration of the ambient vibration with disturbance accommodation control
  • Author(s): Kimihiko Nakano