2016 Fiscal Year Research-status Report
神経振動子を組み込んだアクティブ動吸振器群による分散型制振ネットワークシステム
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15K05864
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
射場 大輔 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (10402984)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 制振 / 動吸振器 / 神経振動子 / 位置制御器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物の歩行運動に関連した神経振動子をアクティブ動吸振器の制御方法に組み込むことで，生物の移動様式を模擬して動吸振器の可動範囲を考慮でき，かつ，構造物のパラメータ変化に対してロバストな制振装置ユニットを開発すること，さらに，開発した複数の制振ユニットの制御器を無線通信で結合し，分散型制振ネットワークシステムを構築することで耐故障性に優れた次世代のアクティブ制振システムを提案し，その基礎的な設計方法や有効性の検証及び発展的な応用を行うことを目的としている．これまでの研究により次の結果を得た．
平成２８年度は，提案した神経振動子と位置制御器を利用した補助質量の制御アルゴリズムを組み込んだアクティブ動吸振器による高層ビルの振動制御において，複数モードの制振とロバスト性能の向上を目指して神経系から出力される補助質量の目標変位の生成方法の改善に取り組んだ．従来のシステムにおいて生成された動吸振器補助質量の目標値は矩形波状であり，その目標値が切り替わった際にアクチュエータから発生する制御力にスパイク状の力が含まれることから，その影響で構造物の加速度応答にも鋭い波形が現れていた．１自由度系の制振対象では問題にならなかったが，この波形の影響を受けて他自由度系では構造物の高次モードが刺激され，スピルオーバーが発生する恐れがあったため，目標変位を正弦波状に発生できるように改善した．また，この目標値生成の修正に対して，これまでの位置制御ゲインの設計が利用できなくなったため，補助質量が構造物と適切な位相関係で動作することを考慮に入れた新しいゲイン設計法の提案も行った．また，構造物側の損傷等によって変化する固有振動数に神経振動子の固有振動数を追従させるため，適応型振動子と振動子ネットワークに関する基礎的な研究を行った．さらに小型制振ユニットの開発に向けてレーザー焼結型の回路印刷機の開発も行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究では制振対象となる構造物は１自由度の振動系であると仮定して神経振動子を組み込んだシステムの構築を目指してきた．そのシステムの改善を図るために，今年度は当初の研究計画に盛り込んでいた多自由度構造物の振動制御において，複数の振動モードを同時に制振する，もしくは高次のモードを刺激せずにスピルオーバが発生しないシステムの開発を研究目的としていた．この目的に対して，まずは構造物の応答を入力とした神経系によって出力された動吸振器の目標値が矩形波状であったものを，正弦波をつなぎ合わせて行くことで目標値が生成できるようにしたことで，補助質量がより滑らかに動作することが可能となった．その結果としてこれまでのシステムと比較して，構造物にスパイク状の加速度が発生しなくなったことに加え，制振性能が改善されることになった．これらの結果に踏まえ，さらに現在は２自由度の構造物モデルを対象に，開発したシステムによる制振性能を確認しており，当初の予定通りに研究が進んでいると言える．
また，昨年度の研究結果から，動吸振器の目標変位を定めるために利用することを予定していた振幅位相マップを必要としないシステムに変更したため，今年度に予定していた振幅位相マップの数学的考察を行う必要がなくなった．そこで計画変更に伴って，当初は次年度に行う予定であった構造物の損傷によるパラメータ変動に対するロバスト性を発揮するための神経振動子ネットワークに関する研究をスタートさせている．この研究では固有振動数や入力ゲインの異なる神経振動子群が入力に対してどのような反応を示すか明らかにし，入力に対して同期を起こしているグループの抽出方法を提案した．さらに同じシステムのロバスト性能を向上させる目的として構造物の変化に合わせて自身の固有振動数を変化させる適応型振動子も提案し，次年度につながる研究が行えた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度の研究推進方策として，１．単一制振ユニットによるマルチ振動モード制御法，２．複数の制振ユニットからなる分散型制振ネットワークシステムの基礎的検討が挙げられる．これらは当初の研究計画に盛り込まれていたものであるが，一部の課題はすでに平成２８年度に先行して始めている．
１の課題については，単一制振ユニットで同時に複数の構造物の振動モードを制振できるようにするために，現状の神経振動子と位置制御器からなる動吸振器制御システムの構成を変更する．具体的には，これまで単一の神経振動子モデルを制御器内に用意していたが，固有振動数が異なる（制振対象の構造物の固有振動数に合わせた）神経振動子を複数用意し，構造物の応答をその神経系に入力し周波数分解した上で１次モード用，２次モード用といった複数の目標変位を準備する．そして生成された複数の目標変位を合成した上で動吸振器の補助質量を位置制御器によって駆動することでマルチ振動モード制御を実現する．また，２の課題については前年度に行ったロバスト性能を向上させる目的で行った研究を発展させながら進めていく．その研究では固有振動数や入力ゲインの異なる複数の神経振動子群を用意し，それらの出力から構造物の応答に対して同期しているグループを抽出する方法を検討してきたが，ここではまず，固有振動数の異なる同じ入力ゲインを有するグループと入力ゲインが異なり固有振動数が同じグループに分けておき，それらのグループ内の相関を調べ関連性の高い振動子の抽出するためのネットワークを構成する．こうして構造物のパラメータ変化や制御系自身の故障などによって情報の損失が発生した状況に対しても情報の補完及び失った情報の推定が行える対故障性に優れたシステム構成についてシミュレーションベースで考察する計画である．
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