振動制御学習装置に関する研究

• 研究課題/領域番号: 08680213
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 科学教育
• 研究機関: 金沢工業高等専門学校
• 研究代表者: 山田 弘文 金沢工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (20280381)
• 研究分担者: 直江 伸幸 金沢工業高等専門学校, 電気工学科, 講師 (00249781)
• 研究期間 (年度): 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 1996年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: アクティブ振動制御 / 単振動 / 制振 / 1自由度 / 2自由度

研究概要

本研究では、工科系大学低学年生及び工業高等専門学校高学年生に対し、「振動とは何か」と言う実体と、これを抑制・制御する方法を基礎的な理論を踏まえて、視覚や体験を通じて学習させるための教材を開発した。
基礎的な理論としては2種類の単振動、線型1次及び2次の方程式で表わすことができる振動及び単純な強制振動を取り扱っている。
試作した教材は、モデル振動装置、振動検出部、信号処理部及び振動制御台で構成されている。
モデル振動装置は、学生が一見して区別できる代表的な単振子(振り子に液体を入れたものを含む)、バネと力学台車の組み合わせ、改良メトロノ-ム型振子及び2自由度バネ振り子とした。単振子の制御は、最も単純な重力による振れを制御することを目的とし、支点の上下運動及び本体の水平運動を加えることによって、アクティブに振動を制御する。バネと力学台車の組み合わせ振動は、滑動体の運動を制御し振動を抑えるもので、振動制御台を水平方向に動かして振動を制御する。2自由度のバネ振子式のものは、より複雑な振動を制御する理論を教育するための初歩的な装置として作成した。2つの重錘を2つのコイルバネで連結し、重錘の振動を検出し、この信号をフィードバックさせ打ち消す様な信号を加えることによって重錘の振動を止める仕組となっている。
各教材はバラックセット(要素を簡単に組み合わせたもの)であるが、ほぼ計画通りの性能を示しており、研究目的を概ね達成している。