JPH0157206B2 - - Google Patents
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- JPH0157206B2 JPH0157206B2 JP13751184A JP13751184A JPH0157206B2 JP H0157206 B2 JPH0157206 B2 JP H0157206B2 JP 13751184 A JP13751184 A JP 13751184A JP 13751184 A JP13751184 A JP 13751184A JP H0157206 B2 JPH0157206 B2 JP H0157206B2
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- vibration
- pier
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- control
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- Bridges Or Land Bridges (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、高架道路等の低周波振動を制御す
る振動制御装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a vibration control device for controlling low frequency vibrations of elevated roads and the like.
一般に高架道路は、地中深く埋設された基礎上
に橋脚が固定されており、その上に橋梁を架持し
ている構造である。このような構造の高架道路に
おいて、自動車等が上記橋梁上を走行すると、橋
梁及び橋脚に共振に伴い振動が発生していた。こ
の振動は地盤を経由して周辺の建物を振動させる
いわゆる低周波振動公害として大きな社会問題と
なつている。 Generally, an elevated road has a structure in which piers are fixed to foundations buried deep underground, and a bridge is mounted on top of the piers. In an elevated road having such a structure, when a car or the like runs on the bridge, vibrations occur due to resonance in the bridge and the piers. This vibration has become a major social problem as so-called low-frequency vibration pollution that vibrates surrounding buildings via the ground.
この対策として、従来、振動源である高架道路
特に地盤と接続されている橋脚の振動を低減する
方法がいろいろ実施されてきた。
As a countermeasure to this problem, various methods have been used to reduce the vibration of elevated roads, which are sources of vibration, especially bridge piers connected to the ground.
第1図は、高架道路の橋脚に装着した振動制御
装置の従来例を示す。この図は、高架道路の橋脚
断面を示したものである。図中、1は橋脚の支
柱、2は橋脚の主梁、3は橋梁、4は橋脚の基
礎、5は建物、6は橋脚支柱1の振動を検出する
加速度計、7は加速度計6の加速度信号を速度信
号に変換する積分器、8は電力増幅器、9はモー
タ等で代表されるアクチユエータ、10は上記ア
クチユエータ9の力を橋脚ブレース方向に伝達す
る連接ロツド、11は上記連接ロツド10を橋脚
に連結するガセツトである。以上の構成の振動制
御装置において、自動車等の走行荷重が外力とし
て橋脚に加わると、橋脚に点線で示すような振動
が生じ、支柱1に取付けられた加速度計6により
支柱1の振動加速度が検出される。 FIG. 1 shows a conventional example of a vibration control device installed on a bridge pier of an elevated road. This figure shows a cross section of an elevated road pier. In the figure, 1 is the support of the pier, 2 is the main beam of the pier, 3 is the bridge, 4 is the foundation of the pier, 5 is the building, 6 is an accelerometer that detects the vibration of the pier support 1, and 7 is the acceleration of the accelerometer 6. An integrator that converts a signal into a speed signal, 8 a power amplifier, 9 an actuator such as a motor, 10 a connecting rod that transmits the force of the actuator 9 toward the pier brace, 11 connects the connecting rod 10 to the pier brace. This is a gusset that connects to the In the vibration control device with the above configuration, when a running load such as a car is applied to the pier as an external force, vibrations as shown by the dotted line occur on the pier, and the vibration acceleration of the pillar 1 is detected by the accelerometer 6 attached to the pillar 1. be done.
この加速度信号は、積分器7により速度に変換
されたのち、電力増幅器8を経由してアクチユエ
ータ9に送られる。 This acceleration signal is converted into a velocity by an integrator 7 and then sent to an actuator 9 via a power amplifier 8.
このアクチユエータ9では、上記振動速度に比
例した制御力を連接ロツド10に与え、橋脚のブ
レース方向に外力を打消す方向で作用させること
で橋脚支柱1の振動を抑制している。図中の点線
は、橋脚の代表的な振動モードの一例を示したも
ので、実際の橋脚は、複雑な構造のため近接する
振動周波数で複数の振動モードをもつている。 This actuator 9 suppresses the vibration of the pier support 1 by applying a control force proportional to the vibration speed to the connecting rod 10 and acting in the direction of the pier brace in a direction that cancels out the external force. The dotted line in the figure shows an example of a typical vibration mode of a bridge pier; an actual bridge pier has a plurality of vibration modes at close vibration frequencies due to its complex structure.
一般的に、複数の振動モードをもつ振動系は、
各々の振動モードの重ね合わせと考えられる。
今、橋脚の振動モードの次数をn次まで考えた場
合の上記振動制御系の運動方程式は、次式のよう
になる。 Generally, a vibration system with multiple vibration modes is
It can be thought of as a superposition of each vibration mode.
Now, when considering the order of the vibration mode of the pier up to the nth order, the equation of motion of the vibration control system is as follows.
q1+2δ1ω1q′1+ω2 1q1=(1/m1)・F−(△φ1
/m1)U
〓
qi+2δiωiqi+ω2 iqi=(i/mi)・F−(△φi/m
i)U
〓
qo+2δoωoq′o+ω2 oqo=(o/mo)・F−(△φo
/mo)U
…(1)
ここに、
qi;一般化座標で表わした1次モードの振動変位
qi;qiの一次の時間微分値
qi;qiの二次の時間微分値
δi;i次モードの減衰比
ωi;i次モードの固有周波数
mi;i次モードのモード質量i
;外力印加点のi次モードの固有モードの大き
さ
△φi;制御力作用点のi次モードの固有モードの
大きさの差
F;外力
U;制御力
振動加速度の検出点、すなわち加速度計6の設
置位置の橋脚のi次の固有モードの大きさをiと
すると、加速度計6の検出加速度x1は次式で与え
られる。q 1 +2δ 1 ω 1 q′ 1 +ω 2 1 q 1 = ( 1 / m 1 )・F− (△φ 1
/m 1 ) U 〓 q i +2δ i ω i q i +ω 2 i q i = ( i /m i )・F−(△φ i /m
i ) U 〓 q o +2δ o ω o q′ o +ω 2 o q o = ( o /m o )・F−(△φ o
/m o ) U...(1) Here, q i ; Vibration displacement of the first mode expressed in generalized coordinates q i ; First time differential value of q i q i ; Second time differential value of q i δ i ; Damping ratio of the i-th mode ω i ; Natural frequency m i of the i-th mode; Mode mass i of the i-th mode; Size of the eigenmode of the i-th mode at the point of external force application △φ i ; Control force application point Difference in the magnitude of the eigenmode of the i -th mode of The detected acceleration x 1 of 6 is given by the following equation.
x¨1=o 〓i=1 (i・q¨i) …(2) 又、橋脚に作用する制御力は次のようになる。 x¨ 1 = o 〓 i=1 ( i・q¨ i ) …(2) Also, the control force acting on the pier is as follows.
U=CM・x〓1 …(3)
ここに、CM;ゲイン定数、x〓1;速度
振動制御装置の制御系を考える場合は、アクチ
ユエータ9の制御力Uから橋脚の振動加速度検出
点の加速度x¨1までの周波数特性及び、振動加速度
x¨1から制御力Uまでの周波数特性が制御の安定
性、振動制御効果について重要な要素となる。こ
こで制御力Uから振動加速度x¨1の周波数特性は、
橋脚の特性を示すもので、振動加速度x¨1から制御
力Uの周波数特性は、振動制御装置の特性を示
す。 U=C M・x〓 1 …(3) where, C M : gain constant, x〓 1 : speed When considering the control system of the vibration control device, the vibration acceleration detection point of the pier is determined from the control force U of the actuator 9. Frequency characteristics and vibration acceleration up to acceleration x ¨1
The frequency characteristics from x¨1 to control force U are important factors for control stability and vibration control effectiveness. Here, the frequency characteristics of the vibration acceleration x¨1 from the control force U are:
It shows the characteristics of the pier, and the frequency characteristics of the vibration acceleration x¨1 to the control force U show the characteristics of the vibration control device.
第(1)、(2)式から、制御力Uから振動加速度x¨1ま
での伝達関数Zs(S)は次式で与えられる。 From equations (1) and (2), the transfer function Z s (S) from the control force U to the vibration acceleration x 1 is given by the following equation.
Zs(S)=x¨1(S)/U(S)=o
〓
〓i=1
(△i/mi)・i・S2/(S2+2δiωiS+ω2/i
)
…(4)
ここに、S;ラプラス演算子
U(S);制御力Uをラプラス変換した
関数
x1(S);振動加速度x¨1をラプラス変換
した関数
又、振動加速度x¨1から制御力Uまでの伝達関数
Zc(S)は、第(3)式より
Zc(S)=U(S)/X1(S)=CM/S …(5)
で表わされる。Z s (S)=x¨ 1 (S)/U(S)= o 〓 〓 i=1 (△ i /m i )・i・S 2 /(S 2 +2δ i ω i S+ω 2 / i
) ...(4) Here, S: Laplace operator U (S): Function obtained by Laplace transform of control force U x 1 (S); Function obtained by Laplace transform of vibration acceleration x 1 Also, from vibration acceleration x 1 Transfer function to control force U
Z c (S) is expressed as Z c (S)=U(S)/X 1 (S)=C M /S (5) from equation (3).
第2図は、振動制御装置の制御ブロツク線図を
示す。第2図から、制御ループの一巡伝達関数Z0
(S)は、次式で与えられる。 FIG. 2 shows a control block diagram of the vibration control device. From Fig. 2, the control loop open-loop transfer function Z 0
(S) is given by the following equation.
Z0(S)=ZS(S)・ZC(S)={o
〓
〓i=1
(△i/mi)・φi・S2/(S2+2δiωiS+ω2/i
)}・CM/S…(6)
第(6)式において、定数△φi・iの極性が全ての
振動モードについて同じであれば、Z0(S)の位
相は、+90゜から−90゜までの間を推移するため、
ゲイン定数CMを大きくしても、制御系は安定で
あり、効果的に振動制御できることは、自動制御
埋論から周知である。 Z 0 (S)=Z S (S)・Z C (S)={ o 〓 〓 i=1 (△ i /m i )・φ i・S 2 / (S 2 +2δ i ω i S+ω 2 / i
)}・C M /S…(6) In equation (6), if the polarity of the constant △φ i・i is the same for all vibration modes, the phase of Z 0 (S) changes from +90° to − Because it changes between up to 90°,
It is well known from automatic control theory that even if the gain constant C M is increased, the control system remains stable and vibration can be controlled effectively.
しかしながら、複雑な振動モードをもつ橋脚等
構造物においては、定数△φi・iの極性が全ての
振動モードについて同一とは限らない場合があ
る。このことは、モードにより振動が低減される
振動モードと反対に振動が励起される振動モード
が混在し振動制御効果が悪化するともに制御系が
不安定になる要素となる。 However, in structures such as bridge piers that have complex vibration modes, the polarity of the constant Δφ i · i may not be the same for all vibration modes. This causes a mixture of vibration modes in which vibrations are reduced and vibration modes in which vibrations are excited, which deteriorates the vibration control effect and makes the control system unstable.
第1図の従来例における第(6)式の周波数特性の
測定例を第3図に示す。第3図は、位相特性を示
すもので、周波数f1より高い周波数領域について
は、位相は、−90゜より遅れている。このため、f1
より低い周波数領域の振動モードでは、振動は低
減され、f1より高い周波数領域では反対に振動は
増大することとなり制御性能は著じるしく低下す
る。 FIG. 3 shows an example of measuring the frequency characteristics of equation (6) in the conventional example shown in FIG. FIG. 3 shows the phase characteristics, and in the frequency region higher than frequency f1 , the phase lags behind −90°. For this reason, f 1
In a vibration mode in a lower frequency range, vibration is reduced, and in a frequency range higher than f 1 , on the contrary, vibration increases, resulting in a significant decrease in control performance.
この発明は、以上のような従来の欠点を改善す
るもので、制御しようとする振動加速度検出点の
振動加速度に他の検出点の振動加速度を加算、ま
たは減算することにより、不安定な位相を改善
し、制御可能な振動周波数範囲を拡げた振動制御
装置を提供するものである。
This invention improves the above-mentioned conventional drawbacks by adding or subtracting the vibration acceleration of the vibration acceleration detection point to be controlled by the vibration acceleration of other detection points, thereby eliminating the unstable phase. An object of the present invention is to provide a vibration control device that is improved and has a wider controllable vibration frequency range.
以下図面に従つてこの発明の振動制御装置の一
実施例を詳述する。第4図は、この発明の振動制
御装置で、図中1から11までは、従来例と同一
である。6aは、振動を制御しようとする箇所に
設置した加速度計、6bは、他の箇所に設置した
加速度計である。12は、加速度計6aと6bの
信号を加算または減算する加算器である。
An embodiment of the vibration control device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 4 shows a vibration control device of the present invention, in which 1 to 11 are the same as the conventional example. 6a is an accelerometer installed at a location where vibration is to be controlled, and 6b is an accelerometer installed at another location. 12 is an adder that adds or subtracts the signals of the accelerometers 6a and 6b.
以上の構成より成るこの発明は、加速度計6b
に於ける一巡伝達関数の測定値は第5図に示す位
相特性を持つており、振動制御周波数範囲0〜f0
において、位相は+90゜〜−90゜の範囲内にあるた
め、加速度計6aの加速度信号に、この加速度信
号を加算器12で加算すると、合成された伝達関
数の位相は第6図のようになる。すなわち制御し
ようとする箇所における信号の位相は、周波数f1
より高い周波数領域で位相が−90゜より遅れてい
たものが、合成により振動制御周波数領域のf0に
おいても−90゜以内であり、しかも全体位相が0゜
付近に平坦化しているため、安定した制御が可能
となる。 This invention having the above configuration has an accelerometer 6b
The measured value of the open-loop transfer function at
Since the phase is within the range of +90° to -90°, when this acceleration signal is added to the acceleration signal of the accelerometer 6a by the adder 12, the phase of the synthesized transfer function is as shown in Fig. 6. Become. In other words, the phase of the signal at the point to be controlled is the frequency f 1
Although the phase was delayed by more than -90° in the higher frequency range, it is now within -90° even at f 0 in the vibration control frequency range due to synthesis, and the overall phase is flattened to around 0°, so it is stable. control is possible.
なお、上記では、制御しようとする箇所の加速
度信号に他の一ケ所の加速度信号を加え合せた
が、加え合せる信号が複数個であつても、また他
の信号を減算しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。 Note that in the above example, the acceleration signal of one other location is added to the acceleration signal of the location to be controlled, but the same effect can be obtained even if multiple signals are added or other signals are subtracted. Needless to say, you can obtain
以上説明したとおり、この発明は、制御しよう
とする箇所の加速度信号に他の箇所の加速度信号
を加算または減算することにより、広い振動制御
周波数範囲に亘り位相を平坦化することができ、
安定した振動制御効果を得ることができる。
As explained above, the present invention can flatten the phase over a wide vibration control frequency range by adding or subtracting the acceleration signal of another location to the acceleration signal of the location to be controlled.
A stable vibration control effect can be obtained.
第1図は従来の実施例を示す図、第2図は従来
の制御系のブロツク線図、第3図は従来の制御系
の位相特性例を示す図、第4図は、この発明の一
実施例を示す図、第5図は、この発明の他の加速
度検出点における位相特性例を示す図、第6図
は、加算した信号での位相特性例を示す図であ
り、1は橋脚支柱、2は橋脚主梁、3は橋梁、6
a,6bは加速度計、7は積分器、8は電力属幅
器、9はアクチユエータ、10は連接ロツド、1
1はガセツト、12は加算器である。なお、図
中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Fig. 1 is a diagram showing a conventional embodiment, Fig. 2 is a block diagram of a conventional control system, Fig. 3 is a diagram showing an example of phase characteristics of a conventional control system, and Fig. 4 is a diagram showing an example of a conventional control system. FIG. 5 is a diagram showing an example of the phase characteristic at another acceleration detection point of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an example of the phase characteristic of the added signal. , 2 is the main beam of the pier, 3 is the bridge, 6
a, 6b are accelerometers, 7 is an integrator, 8 is a power amplifier, 9 is an actuator, 10 is a connecting rod, 1
1 is a gusset, and 12 is an adder. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
複数箇所の振動を検出する手段と、上記複数箇所
の検出信号を加算または減算する加算器と、加算
または減算した信号を積分する積分器と、積分し
た信号に比例した電流を流す電力増幅器と、この
電流を受け制御力を上記振動体に作用させるアク
チユエータとを備えたことを特徴とする振動制御
装置。1. A means for detecting vibrations at multiple locations of a vibrating body that vibrates under external force from an elevated road, etc., an adder for adding or subtracting detection signals from the multiple locations, and an integrator for integrating the added or subtracted signals. A vibration control device comprising: a power amplifier that flows a current proportional to an integrated signal; and an actuator that receives this current and applies a control force to the vibrating body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13751184A JPS6117606A (en) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | Vibration controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13751184A JPS6117606A (en) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | Vibration controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117606A JPS6117606A (en) | 1986-01-25 |
| JPH0157206B2 true JPH0157206B2 (en) | 1989-12-05 |
Family
ID=15200374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13751184A Granted JPS6117606A (en) | 1984-07-03 | 1984-07-03 | Vibration controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6117606A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2585551B2 (en) * | 1986-10-23 | 1997-02-26 | 三井造船株式会社 | Control method of active vibration isolation support device |
-
1984
- 1984-07-03 JP JP13751184A patent/JPS6117606A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6117606A (en) | 1986-01-25 |
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