流体-構造連成振動系における流力外乱同定と非線形振動特性に関する研究

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19560222
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小林 幸徳 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 教授 (10186778)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 星野 洋平 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (90374579)
• Keywords: 流体-構造連成振動 / 流力外乱同定 / システム同定 / 非線形振動 / ロックイン / アクティブ制御

Research Abstract

本研究では,一様流中に置かれた弾性支持構造物に作用する流力外乱特性を実測データより同定する方法を研究し,流力外乱の力学的構造ならびに周波数伝達特性を調べた.システム同定手法である予測誤差法の各モデル(ARX, ARMAX, BJ, PEM)には,適用できるサンプリング周波数に制限がある.本研究では,それぞれのモデルに最適なデータ長や同定入力レベルを設定して構造振動系,流体励振系の開ループシステム同定を実施した.その結果,本研究においてはBJモデルが最も良い出力適合率を与えた.次に間接法による流体力モデルの同定を試みたが,十分な精度の解は得られなかった.そこで,自由パラメータを持つ構造化状態空間モデル同定法の適用を試み,「構造系状態変数全てにノイズが作用し,流体系状態変数にはノイズが作用しないモデル」が最も適することが明らかとなった.流体力モデルの次数を3次とし,構造系に作用するノイズを測定出力と推定出力の差とすることで,100%に近い適合率を得ることができた.また,本システムの流体力発生機構には,円柱変位と速度信号のフィードバックを考慮する場合が最も適していることが分かった.連続時間系で同定される構造化状態空間モデルにおいては,そのシステムに適した離散化のサンプリング周波数が存在すると考えられる.しかし,その具体的な選定指針がなく,試行錯誤によって選定しなければならない.さらに,この系に適した離散化・制御入力のサンプリング周波数の存在の有無を実証するためには,より高速な離散化,入力が可能な機器構成による実験を行う必要がある.また,同定された構造化状態空間モデルを用いた制御実験では,推定できなかった乱れの影響で,微小振動が残留した.