| 研究課題/領域番号 |
19K14925
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| 研究機関 | 成蹊大学 |
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研究代表者 |
久野 翔太郎 成蹊大学, 理工学部, 助教 (00825945)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 集中系モデル / 有限要素法 / 連成解析 / アクティブ制御 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，構造物と連成した閉空間を質量－ばね－減衰からなる集中系モデルで定式化しモデルベースの能動制御を行うことで，閉空間全体の騒音を低減することを目的としている．これを実現するために，(1)制御対象の連成系の効率的な解析モデルの構築，(2)モデルに基づいた効果的な制御系の構築，を検討している．
本年度は，(1)について主に検討を行った．本研究で開発を行っている集中系モデルは，長方形要素を用いた2次元音響空間―膜連成系の構築が既に行われている．しかし，連成対象の構造物の一般化，要素形状の一般化，次元の拡張に課題があったため，これらについて検討を行った．また，(2)に関しても基礎的な検討を行った．
(1)制御対象の連成系の効率的な解析モデルの構築に関して：まず，有限要素法の定式化方法を参考にして集中系モデル構築の見直しを行い，一般的な構造物との連成を考慮することができた．この結果は，音響空間―平板連成系を対象とした数値計算を行い，妥当性を確認した．次に，要素形状の一般化を行うために本手法の三角形要素への拡張を検討した．しかしながら，本手法は要素の辺上に節点を配置しているため一般的に用いられる質量対角化法が適用できず，集中質量系の構築に成功していない．この問題への対策は検討中である．最後に，実験との比較のためにモデルの次元の拡張を行い，3次元の連成解析モデルの作成に成功した．
(2)モデルに基づいた効果的な制御系の構築に関して：基本的な数値的検討を行った．制御系の検討を容易にするために，1次元に低次元化した連成系を対象とした制御系を構築し，現代制御理論に基づいた制御を行った．その結果，閉空間全体の騒音を低減することができることを確認した．また，より効果的な制御系の実現のために適応制御の導入を検討し，振動制御へ適用するための基礎的なプログラムを構築した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の予定では，(1)制御対象の連成系の効率的な解析モデルの構築：（連成対象の構造物の一般化，要素形状の一般化，次元の拡張），(2)モデルに基づいた効果的な制御系の構築：（1次元連成系を対象とした制御系の構築，制御効果向上のための数値的な検討）を行う予定であった．
(1)では，連成対象の構造物の一般化，次元の拡張に成功したが，要素形状の一般化が実現できていない．また，妥当性の確認実験を予定していたが，実験装置は制御効果の検証にも使用するため，制御系の数値計算を優先することにした．(2)では，1次元系を対象として現代制御理論に基づく制御系の構築を行った．(1)の要素形状の一般化が想定以上に困難だったため，効果的な制御手法に関する検討が予定より遅れている．
以上により，一定の成果は得られているものの当初の予定よりは「やや遅れている」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)制御対象の連成系の効率的な解析モデルの構築，(2)モデルに基づいた効果的な制御系の構築，に関してそれぞれ次の課題に対応する．
(1)：前述のように要素形状の一般化が実現できていない．一方で，要素形状が長方形の場合にも理論解では対応が困難な境界条件を有する系の解析が可能であるため，手法の利点は確保できると判断している．そのため，この問題の検討は続けるが，別の課題を優先する．また，要素形状以外の拡張には成功したため，従来の有限要素法と固有値計算速度を比較することで，提案手法の有効性を示す．
(2)：1次元系連成系に対して検討した基礎的な制御手法を拡張していく．制御手法としては，制御対象のモードグループの選定とセンサ・音源の配置に着目しており，これらを適切に設定することで効果的な制御を行う方法を検討する．また，適応制御手法の導入と制御理論の2・3次元連成系への適用を行い，作成する実験装置で再現実験を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：本年度に行う予定であった解析モデルの妥当性検証のための実験を次年度に行うことにしたため，次年度使用額が生じた．実験装置は制御系の検証にも使用するため，次年度の制御系の数値計算結果を参考にして設計を行うべきであると判断した．そのため，本年度は必要最低限のセンサの購入を行った．
使用計画：制御系の数値計算結果を検証した後，必要に応じてマイク・加速度センサ・DSPを適切な個数だけ補充するのに使用する．
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