アクティブ動吸振器による自励振動の安定化制御

• 研究課題/領域番号: 63550194
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械力学・制御工学
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 下郷 太郎 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (30051147)
• 研究分担者: 吉田 和夫 慶応義塾大学, 理工学部, 助教授 (80101997)
• 研究期間 (年度): 1988
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1988年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 回転体力学 / 流体関連振動 / 自励振動 / 安定性 / 最適制御 / 動吸振器

研究概要

部分的に液体を内蔵するロータは、自由表面に生じる遠心力波による圧力変動とロータのふれまわり運動との相互作用によって、ある回転速度領域において不安定振動を発生することが知られている。
本研究は、この不安定振動の発生機構を解明すると共に、これを安定化するための制御手法を開発することを目的としたものである。
まず、不安定振動の発生機構を説明するために、きわめて単純化された一つの力学モデルを提案した。これは遠心力波の特性を、回転速度の関数として変化する剛性、内部液体に等価な質量、および等価な減衰によって構成される1自由度モデルで表現したものであり、これをロータと結合して一つの係数励振形の2自由度モデルに組立てた。
つぎに、このモデルに対する最適制御理論から得られる制御則を適用するに際しては、ロータ変位のフィードバックゲインを、ロータ回転数の2倍の周波数を有する正弦関数で変化させる時変フィードバックゲイン制御系を考案した。
制御機構は、構造上の制約からロータを支持する二つの軸受箱(これらは基礎に強性支持されている)に能動形の動吸振器を装着して実現した。吸振器質量の駆動にはリニアモータを用い、軸受部および吸振器の変位、速度、リニアモータの電流等をフィードバックして、動吸振器を作動させるディジタル制御回路を作成した。
この制御手法の有効性は計算機シミュレーションによって確認すると共に、実験を通してつぎのことを明らかにすることができた。すなわち液体を内蔵するロータの不安定振動の発生機構は係数励振形の2自由度モデルによって説明されることと、時変フィードバックゲインの制御手法が安定化手法として有効であることを明らかにした。