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2012 年度 実績報告書

セルフパワード・ユビキタス制振の高度実現化に向けた研究

研究課題

研究課題/領域番号 23686125
研究機関東北大学

研究代表者

槙原 幹十朗  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60392817)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード環境技術 / 航空宇宙工学 / 環境対応 / 宇宙インフラ / 知能機械
研究概要

1)前年度までに得られていた構造特性値を用いることで,系の運動方程式を圧電アクチュエータ・センサーの電荷・電圧をも含めた数式形で同定・導出した.運動方程式が丁寧に導出されたので,制御器と推定器の定式化を行った.この際に線形性の妥当性についての考察も行った.
2)エネルギ回生を行う制御器と振動モード推定を行うカルマンフィルタ推定器のパラメータ決定の為に,実験を模擬する数値計算プログラムを自作した.この自作プログラムは,制振実験だけでは得られないパラメトリックスタディや実験解析補助にも用いることが可能である.基本的にCプログラムのみで書かれていたので,研究の自由度を増すために,多言語への移植も試みた.
3)制御器と推定器の二次形式評価式の重み行列をパラメータとし,制振効果が最も高くなるという意味で最適なパラメータ値を算出した.制御器と推定器のパラメータの決め方に関して一連の流れを習得したので,これから,多様な構造物へ適用できることになった.
4)制御器とモード推定器が機能しているのみならず,エネルギ消費を低減するよう逐次プログラムの最適化を行った.既存の制御理論にオフライン演算を援用する理論改良にも成功した.プロセッサの消費電力が大幅に減少することになった.
5)外部信号の誤差や雑音に対する耐性・各素子の電力消費に関する基礎的な各種実験を行った.圧電電圧出力の誤差をも含めて模擬する電圧発生器を用いて,作成したシステムを繋いで電力を流す実験を行った.雑音や誤差が有りながらも,システムが意図した通り動作することを確認した.本システムの雑音や誤差に対する耐性の詳細なデータの本格的な取得準備に取り掛かった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度の震災による悪影響分もキャッチアップしており,ほぼ申請書で計画した通りの研究進展を見せているから.

今後の研究の推進方策

引き続き,多自由度実験系のセルフパワード制振実験の準備と実施を行う.圧電クラスターの特性値を調べ上げ,制御器とカルマンフィルタ推定器のパラメータ値を適切に調整する.現実的な実験系に於いての制振性能を確認する.更に,外部信号のエラーやノイズに対するロバスト性等も詳細に確認していく.本システムの改善・改良アイデアや実験実証を国内外に向けて公表する予定である.

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Energy-Harvesting Using an Analog Circuit under Multimodal Vibration2013

    • 著者名/発表者名
      Shimose, S., Makihara, K., and Onoda, J
    • 雑誌名

      Smart Materials Research

      巻: Vol. 2013(Article No. 736487)

    • DOI

      10.1155/2013/736487

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Innovative Digital Self-Powered Autonomous System for Multimodal Vibration Suppression2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J
    • 雑誌名

      AIAA Journal

      巻: Vol. 50, No. 9 ページ: 2004-2011

    • DOI

      10.2514/1.J051560

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supersonic Flutter Utilization for Effective Energy Harvesting Based on Piezoelectric Switching Control2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., and Shimose, S
    • 雑誌名

      Smart Materials Research

      巻: Vol. 2012(Article No. 181645)

    • DOI

      10.1155/2012/181645

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of Analog and Digital Self-Powered Systems in Multimodal Vibration Suppression2012

    • 著者名/発表者名
      Shimose, S., Makihara, K., and Onoda, J
    • 雑誌名

      Smart Materials Research

      巻: Vol. 2012(Article No. 287128)

    • DOI

      10.1155/2012/287128

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reliable and Evolvable Vibration Suppression by Self-Powered Digital Vibration Control2012

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi, S., Makihara, K., and Onoda, J.
    • 雑誌名

      Transactions of ASME, Journal of Vibration and Acoustics

      巻: 134 ページ: -

    • DOI

      10.1115/1.4005027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrically-Induced Actuation for Open-Loop Control to Cancel Self-Excitation Vibration2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., and Ecker, H.
    • 雑誌名

      International Journal of Smart Structures and Systems

      巻: 9 ページ: 189-206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超高速翼フラッタを用いた圧電スッチングによる環境発電機構2012

    • 著者名/発表者名
      槙原幹十朗,下瀬滋,小野田淳次郎
    • 雑誌名

      日本風工学会論文集

      巻: 37 ページ: 35-42

    • DOI

      10.5359/jwe.37.35

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Portable Power Scavenging from Structural Vibrations using Autonomous Self-Powered Device2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J.
    • 雑誌名

      Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan

      巻: 10 ページ: 13-18

    • DOI

      10.2322/tastj.10.Pc_13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 完全セルフパワード・デジタル振動制御システムの開発2012

    • 著者名/発表者名
      槙原幹十朗, 竹内伸介, 下瀬滋, 小野田淳次郎
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集C編

      巻: 78 ページ: 1440-1450

    • DOI

      10.1299/kikaic.78.1440

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy-Efficiency Enhancement and Displacement-Offset Elimination for Hybrid Vibration Control2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K.
    • 雑誌名

      International Journal of Smart Structures and Systems

      巻: 10 ページ: 193-207

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Self-Powered Digital System for Vibration Control (Translated paper)2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., Takeuchi, S., Shimose, S., and Onoda, J.
    • 雑誌名

      Journal of System Design and Dynamics

      巻: 6 ページ: 583-596

    • DOI

      10.1299/jsdd.6.583

    • 査読あり
  • [学会発表] 圧電素子を用いた振動体における自律型エネルギハーベスタの開発2013

    • 著者名/発表者名
      山本雄大, 重田大輔, 鈴木孝宜, 槙原幹十朗
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第48期総会講演会
    • 発表場所
      宮城
    • 年月日
      20130315-20130315
  • [学会発表] 自家発電型オブザーバによる振動制御2012

    • 著者名/発表者名
      鈴木孝宜, 山本雄大, 槙原幹十朗
    • 学会等名
      55回自動制御連合講演会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20121118-20121118
  • [学会発表] An Optimization Methodology for Semi-Active Control Systems of Large Space Truss Structures2012

    • 著者名/発表者名
      Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M.
    • 学会等名
      2nd International Conference on Computational Design in Engineering
    • 発表場所
      チェジュ, 韓国
    • 年月日
      20121115-20121115
  • [学会発表] Fuzzy-Based Adaptive Multi-modal Vibration Control with Imperfect Structural Data2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K., Kuroishi, C., and Fukunaga, H.
    • 学会等名
      63rd International Aeronautical Congress
    • 発表場所
      ナポリ, イタリア
    • 年月日
      20121003-20121003
  • [学会発表] Enhancement of Energy-Harvesting from Random Vibration by Switched Shunt Circuit2012

    • 著者名/発表者名
      Shimose, S., Onoda, J., and Makihara, K.
    • 学会等名
      63rd International Aeronautical Congress
    • 発表場所
      ナポリ, イタリア
    • 年月日
      20121003-20121003
  • [学会発表] 非定常調和励振に於ける位相シフトを考慮した能動受動統合制御2012

    • 著者名/発表者名
      槙原幹十朗
    • 学会等名
      Dynamics and Design Conference 2012
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] Eco-Generation of Energy from Flutter Based on Energy-Recycling Mechanism2012

    • 著者名/発表者名
      Makihara, K.
    • 学会等名
      7th International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications
    • 発表場所
      上海, 中国
    • 年月日
      20120905-20120905
  • [学会発表] セルフパワード型デジタル制振ユニットに関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      槙原幹十朗, 鈴木孝宜, 山本雄大, 下瀬滋, 小野田淳次郎
    • 学会等名
      第54回構造強度に関する講演会
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      20120803-20120803
  • [学会発表] Layout Optimization of Piezoelectric Actuator for Energy-Recycling Semi-Active Vibration Control System2012

    • 著者名/発表者名
      Takezawa, A., Makihara, K., Kogiso, N., and Kitamura, M.
    • 学会等名
      7th China-Japan-Korea Joint Symposium on Optimization of Structural and Mechanical Systems
    • 発表場所
      黄山,中国
    • 年月日
      20120620-20120620

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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