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JPH086492B2 - Control method of vibration suppression device - Google Patents
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JPH086492B2 - Control method of vibration suppression device - Google Patents

Control method of vibration suppression device

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JPH086492B2
JPH086492B2 JP62074896A JP7489687A JPH086492B2 JP H086492 B2 JPH086492 B2 JP H086492B2 JP 62074896 A JP62074896 A JP 62074896A JP 7489687 A JP7489687 A JP 7489687A JP H086492 B2 JPH086492 B2 JP H086492B2
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additional mass
vibration
control
neutral position
state
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信良 羽生田
精一 永田
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KYB Corp
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Takenaka Corp
KYB Corp
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、構造物の制振装置の制御方法に関し、更に
詳しくは、地震や風による構造物の揺れを防止し、より
高層な構造物の建設を可能とすると共に、揺れが少なく
快適な居住性を実現するために、構造物に設置する制振
装置の制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a vibration damping device for a structure, and more particularly, to prevent a structure from being shaken by an earthquake or wind and to provide a higher-rise structure. The present invention relates to a method of controlling a vibration damping device installed in a structure in order to enable the construction of the building and to realize comfortable habitability with less shaking.

(従来の技術) 建物、鉄塔等の構造物は、一般的に小さな減衰要素し
か持たないことが多く、風、地震等の動的外乱を受けて
構造物が共振し、低周波振動が起りやすくなっている。
特に中高層ビルにおいては、風や地震等による振動のた
めの居住性が問題となる。
(Prior art) Buildings, steel towers, and other structures generally have only small damping elements, and the structures resonate due to dynamic disturbances such as wind and earthquakes, and low-frequency vibrations easily occur. Has become.
Especially in middle and high-rise buildings, there is a problem of livability due to vibrations caused by winds, earthquakes and the like.

上述した構造物の振動をおさえるため、構造物に減衰
要素を付加し共振時の応答倍率を下げる方法が存在し
た。
In order to suppress the vibration of the structure described above, there has been a method of adding a damping element to the structure to reduce the response magnification at the time of resonance.

この方法には、構造物に受動的な減衰要素を取り付
け、構造物の振動エネルギーを吸収することで、振動軽
減を図る受動式振動制御装置と、構造物に制振用のコン
トロールデバイスを装着し、外部から制振エネルギーを
供給して積極的に構造物の振動低減を図る能動式振動制
御装置が存在する。
In this method, a passive damping element is attached to the structure and the vibration energy of the structure is absorbed to reduce the vibration, and the structure is equipped with a control device for vibration suppression. There is an active vibration control device that positively reduces vibration of a structure by supplying damping energy from the outside.

能動式は受動式の欠点である(1)構造物の複数の振
動モードについて、同時に制振しにくい。(2)構造物
の特性が変化したときに制振効果が低減する。(3)大
きな振動低減効果が得にくい。ことを改善する点で注目
を集めている。
The active type is a disadvantage of the passive type. (1) It is difficult to simultaneously suppress the vibration modes of a plurality of structures. (2) The damping effect is reduced when the characteristics of the structure change. (3) It is difficult to obtain a large vibration reduction effect. It is attracting attention in terms of improving things.

従来存在した能動式振動制御装置を第7図に示す。 A conventional active vibration control device is shown in FIG.

構造物1の上部に直線的に移動可能な付加マス2を設
置し、該付加マス2は構造物1に固定したアクチュエー
タ3によって運動する。
An additional mass 2 that can move linearly is installed on the upper part of the structure 1, and the additional mass 2 is moved by an actuator 3 fixed to the structure 1.

構造物1に外力が加わると、構造物1に設置した振動
センサ5により構造物加速度を検出し制御器zに入力す
る。制御器zには、センサによって検出した付加マス速
度も入力される。制御器zでは、構造物加速度から積分
器1/sによって構造物速度を求め、これと前記付加マス
速度の偏差をとり、この信号を電力増幅器aにより増幅
し、アクチュエータ電流として出力させ、付加マス2を
運動させる。すなわち、外力を受けて共振している構造
物1の振動量に応じてアクチュエータ3が付加マス2を
動かし、このときの付加マス2の運動反力が構造物1の
外力を打消して振動を抑制する。
When an external force is applied to the structure 1, the vibration sensor 5 installed in the structure 1 detects the structure acceleration and inputs it to the controller z. The additional mass velocity detected by the sensor is also input to the controller z. In the controller z, the speed of the structure is determined by the integrator 1 / s from the acceleration of the structure, the deviation of the speed of the additional mass and the speed of the additional mass is obtained, this signal is amplified by the power amplifier a, and output as the actuator current, Exercise 2 That is, the actuator 3 moves the additional mass 2 in accordance with the amount of vibration of the structure 1 which is resonated by receiving an external force, and the reaction force of the additional mass 2 at this time cancels the external force of the structure 1 to cause vibration. Suppress.

また、制振の制御を実行していないとき(構造物1の
揺れが所定のレベル以下にあるとき)に、アクチュエー
タのゼロ調整のずれから付加マスが中立位置からはずれ
てしまうことがある。付加マス2の中立位置からのずれ
は、構造物1が揺れはじめて付加マス2を動かすとき
に、構造物の揺れ方向によっては、即座に付加マス2の
動作許容範囲のストロークエンドに達してしまい、十分
な制振効果を発揮できない。従って、付加マス2とアク
チュエータ3の間に支持バネ4を介在させ、付加マス2
が中立位置を保つようにしていた。
Further, when vibration control is not being executed (when the vibration of the structure 1 is below a predetermined level), the additional mass may deviate from the neutral position due to the zero adjustment deviation of the actuator. The deviation from the neutral position of the additional mass 2 may reach the stroke end of the operation allowable range of the additional mass 2 immediately depending on the swing direction of the structure when the structure 1 starts to swing and moves the additional mass 2. Not able to exert sufficient vibration damping effect. Therefore, the support spring 4 is interposed between the additional mass 2 and the actuator 3, and the additional mass 2
Was trying to maintain a neutral position.

或いは付加マス2の変位を検出し、中立位置からずれ
ていた場合にはアクチュエータで制御する方法がなされ
ていた。
Alternatively, the displacement of the additional mass 2 is detected, and when the displacement is deviated from the neutral position, the actuator is controlled.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来例によれば付加マスが中立位置か
ら大きくずれたとき、位置制御で付加マスを中立位置に
復帰させると、付加マスが動くときの反力により構造物
を加振してしまうという問題点があった。
(Problems to be solved by the invention) However, according to the conventional example, when the additional mass is largely deviated from the neutral position, the additional mass is returned to the neutral position by the position control, and the reaction force when the additional mass moves There was a problem that the structure was vibrated.

また一方、バネを設けると構造が複雑化する上にバネ
力分だけアクチュエータの操作力を大きくする必要があ
る。
On the other hand, if a spring is provided, the structure becomes complicated and it is necessary to increase the operating force of the actuator by the spring force.

本発明は上記従来例の問題点に鑑みなされたもので、
構造物に振動を与えずに付加マスを中立位置に移動させ
る制振装置の制御方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the conventional example,
An object of the present invention is to provide a control method for a vibration damping device that moves an additional mass to a neutral position without applying vibration to a structure.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、構造物の振動方向
に運動可能な付加マスと、該付加マスを運動させる手段
とを有し、前記付加マスの運動の制御することにより前
記構造物の振動を抑制する制振装置の制御方法におい
て、 前記制振装置が付加マスを運動させる必要のない制御
停止状態あり、前記付加マスが動作範囲の中立位置から
ずれたとき、付加マスを中立位置に復帰させるよう油圧
シリンダを制御するものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has an additional mass movable in a vibration direction of a structure and a means for moving the additional mass, and the movement of the additional mass In the control method of the vibration damping device for suppressing the vibration of the structure by controlling the above, there is a control stop state in which the vibration damping device does not need to move the additional mass, and the additional mass deviates from the neutral position of the operating range. At this time, the hydraulic cylinder is controlled so that the additional mass is returned to the neutral position.

その際、付加マスの速度,中立位置からの変位,その
他の構造物の振動に関係する変数を求めて各種の状態変
数を設定して多変数制御における系の状態を示す状態変
数ベクトルとし、予め設定された最適フィードバックベ
クトルと前記状態変数ベクトルとの内積から成る演算式
により前記油圧シリンダへの供給流量を制御する制御入
力信号を演算する。
At that time, the variables related to the velocity of the additional mass, the displacement from the neutral position, and other vibrations of the structure are obtained, and various state variables are set to be the state variable vector indicating the state of the system in the multivariable control. A control input signal for controlling the supply flow rate to the hydraulic cylinder is calculated by an arithmetic expression composed of an inner product of the set optimum feedback vector and the state variable vector.

そして、前記最適フィードバックベクトルは、系の動
的な特性を記述する状態方程式及び出力方程式により、
系の状態変数の中から注目する出力変数を選び、この出
力変数を基に定義された積分型の評価関数が最適制御理
論により最小となるよう設定されている。
Then, the optimal feedback vector is expressed by the state equation and the output equation that describe the dynamic characteristics of the system,
The output variable of interest is selected from the state variables of the system, and the integral type evaluation function defined based on this output variable is set to be the minimum by the optimal control theory.

したがって、前記演算式の制御入力信号を最適入力と
することにより、前記制御入力信号に対する油圧シリン
ダへの供給流量が線形近似の特性を有して、付加マスを
中立位置に復帰させるよう油圧シリンダを制御するよう
になっている。
Therefore, by making the control input signal of the arithmetic expression the optimum input, the hydraulic cylinder has a characteristic that the supply flow rate to the hydraulic cylinder with respect to the control input signal has a linear approximation characteristic, and the hydraulic cylinder is returned so as to return the additional mass to the neutral position. It is designed to be controlled.

すなわち、状態変数ベクトルを 、最適フィードバックベクトルを とした場合、演算部における演算式は、制御入力信号を
uとすると、 で与えられる。また、最適フィードバックベクトル は、定義された積分型の評価関数を最小にするように設
定され、 の一般式で与えられる。
That is, the state variable vector , The optimal feedback vector In this case, if the control input signal is u, Given in. Also, the optimal feedback vector Is set to minimize the defined integral type evaluation function, Is given by the general formula of.

ここで のリカッティの行列方程式を満足するものである。here Satisfy the Riccati matrix equation of

は制御入力uの重み行列であり、入力のパワーが無限大
となるような実現不可能な解に到達するのを防止する。
Is a weight matrix for the control input u, which prevents reaching an unrealizable solution such that the power of the input becomes infinite.

は状態変数に対する重み行列で、精度よく制御したい状
態変数に対応する重みを大きくとることにより、制振効
果の異なる最適フィードベクトルを設計することができ
る。
Is a weighting matrix for the state variables, and by increasing the weight corresponding to the state variable to be controlled with high precision, it is possible to design optimal feed vectors with different damping effects.

は構造物および、付加マスの質量、ばね定数、減衰定数
等の特性から求められる行列である。
Is a matrix obtained from the characteristics of the structure and the mass of the additional mass, the spring constant, the damping constant, and the like.

(作用) 付加マスを運動させる必要のない制御停止状態で、付
加マスが動作範囲の中立位置からずれたとき、付加マス
の変位等を検出し、付加マスを中立位置に復帰させる。
このとき、構造物および付加マスに設置した状態変数検
出手段から信号が検出され、最適レギュレータ理論によ
り評価関数を最小にするような制御入力を求め、この制
御入力信号により、付加マスの動作に伴なう構造物の揺
れを防止しながら付加マスを中立位置に移動させる。
(Operation) When the additional mass deviates from the neutral position of the operating range in a control stop state in which it is not necessary to move the additional mass, the displacement of the additional mass is detected and the additional mass is returned to the neutral position.
At this time, a signal is detected from the state variable detection means installed in the structure and the additional mass, and a control input that minimizes the evaluation function is obtained by the optimal regulator theory. The additional mass is moved to the neutral position while preventing the swaying of the structure.

(実施例) 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。
(Example) An example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第5図に構造物の上部に設置された制振装置の側面図
を示し、第6図にその平面図を示す。
FIG. 5 shows a side view of the vibration damping device installed above the structure, and FIG. 6 shows a plan view thereof.

構造物1の最上部に直方体の付加マス2を設置する。
付加マス2の周面にそれぞれシリンダ6を装着し、この
シリンダ6のロッド軸7の一端を、付加マス2を囲むよ
うに構造物1に立設した壁8に連結する。付加マス2の
中央にはシリンダ6に油を供給する油圧ユニット9が設
置されている。付加マス2の底部には車輪10を装着し、
4本のシリンダの油の供給の仕方によって付加マス2が
壁8で囲まれた水平面上を自由に移動可能なようになっ
ている。また壁8で囲まれた水平面は、摩擦力を小さく
し車輪10が動きやすくなっている。
A rectangular parallelepiped additional mass 2 is placed at the top of the structure 1.
Cylinders 6 are mounted on the peripheral surfaces of the additional masses 2, and one ends of rod rods 7 of the cylinders 6 are connected to a wall 8 standing on the structure 1 so as to surround the additional masses 2. A hydraulic unit 9 that supplies oil to the cylinder 6 is installed at the center of the additional mass 2. Wheel 10 is attached to the bottom of additional mass 2,
The additional mass 2 can freely move on a horizontal plane surrounded by the wall 8 depending on the way of supplying oil to the four cylinders. In addition, the horizontal plane surrounded by the wall 8 reduces the frictional force and makes the wheel 10 easy to move.

第2図に本発明方法により制御される制振装置のモデ
ル図を示す。
FIG. 2 shows a model diagram of a vibration damping device controlled by the method of the present invention.

構造物1の上部にシリンダ6により移動可能な付加マ
ス2を装着する。第2図では簡略化のため付加マス2は
1本のシリンダで移動するようにした。また実際の装置
では、構造物1、付加マス2は水平方向へ揺れるが、モ
デル図では上下方向に揺動するようになっている。
An additional mass 2 which can be moved by a cylinder 6 is attached to the upper part of the structure 1. In FIG. 2, the additional mass 2 is moved by one cylinder for simplification. Further, in the actual device, the structure 1 and the additional mass 2 sway horizontally, but in the model diagram, they oscillate vertically.

構造物1および付加マス2には状態変数検出手段とし
ての変位検出手段11、12を設け、状態量として構造物1
の変位x1、付加マス2の変位x2を検出する。変位x1、x2
は、構造物1、付加マス2が振動せず中立位置で静止し
ている状態を0として正負の地をとるようにする。
The structure 1 and the additional mass 2 are provided with displacement detecting means 11 and 12 as state variable detecting means, and the structure 1 is used as a state quantity.
Displacement x 1 and displacement x 2 of the additional mass 2 are detected. Displacement x 1 , x 2
Is set to 0 when the structure 1 and the additional mass 2 do not vibrate and are stationary at the neutral position, and the positive and negative ground is taken.

変位検出手段11、12からの信号は、状態変数設定部
w、演算部yから成る制御器zに入力される。状態変数
設定部wでは、構造物及び付加マス2の変位x1、x2から
構造物1と付加マス2の相対変位▲x ▼(x2−x1
および、x1▲x ▼を微分器sを介することにより、
構造物の速度および相対速度▲ ▼の状態変数
を求める。また構造物1の速度等は、速度検出手段又は
速度信号発生器を構造物1に設けることにより直接求め
ることもできる。
The signals from the displacement detecting means 11 and 12 are input to a controller z including a state variable setting unit w and a calculation unit y. In the state variable setting unit w, the relative displacement ▲ x 2 ▼ (x 2 −x 1 ) of the structure 1 and the additional mass 2 from the displacements x 1 and x 2 of the structure and the additional mass 2.
And by passing x 1 ▲ x ' 2 ▼ through the differentiator s,
Speed 1 and the relative velocity of the structure ▲ '2 ▼ seek state variable. Further, the speed of the structure 1 can be directly obtained by providing the structure 1 with a speed detecting means or a speed signal generator.

これらの信号は演算部yに入力され、状態変数ベクト
ルx(x1▲x ▼)の状態量x1、▲x
▼、、▲ ▼に予め決定されている最適フ
ィールドバックベクトル のf1、f2、f3、f4をそれぞれ乗じ、それぞれの値を加
え、制御入力u=f1x1+f2▲x ▼+f3 +f4
▼を得る。
These signals are input to the arithmetic unit y, the state variable vector x is the state quantities x 1 of (x 1 ▲ x '2 ▼ 1 ▲' 2 ▼), ▲ x
Optimal field back vector determined in advance for 2 ▼, 1 , ▲ 2 F 1 , f 2 , f 3 and f 4 are multiplied respectively and the respective values are added, and the control input u = f 1 x 1 + f 2 ▲ x 2 ▼ + f 3 1 + f 4
2 ▼ is obtained.

制御器zから出力される制御入力uは、サーボ弁13の
スプール14を摺動させるソレノイド15に通電するように
なっている。サーボ弁13の油圧供給側に設けられた3つ
のポートのうち、中央のポート16はポンプP(図示せ
ず)に連通し、左右のポート17、18はそれぞれタンクT
(図示せず)に連通している。サーボ弁13に設けられた
2つのポート19、20はそれぞれシリンダ6の室に連通し
ている。
A control input u output from the controller z is configured to energize a solenoid 15 that slides a spool 14 of the servo valve 13. Of the three ports provided on the hydraulic pressure supply side of the servo valve 13, the central port 16 communicates with the pump P (not shown), and the left and right ports 17 and 18 are the tank T respectively.
(Not shown). The two ports 19 and 20 provided in the servo valve 13 communicate with the chamber of the cylinder 6 respectively.

第2図に示すモデル図では、シリンダ6のシール部か
らの油の漏れを考慮し、絞りR1R2およびタンクを用いて
油が流出する様子をモデル化してある。また、モデル図
においては、構造物と付加マスとの間に、バネ(ばね定
数K2)を存在させているが、このバネは付加マスを中立
位置に復帰させるに十分な弾性力を有するものでない。
すなわち、付加マスを積極的に動作させる手段を設ける
ことなく、構造物にバネを介して設置した場合において
も、バネ定数を調整することにより構造物の振動に起因
して付加マスが運動して制振効果を発揮することが知ら
れている(受動式制振装置)。前記したバネ(ばね定数
K2)は、このバネに相当するもので、このバネの設置に
より制振作用を助長しシステムにおける油圧シリンダの
小型化を図ることができる。
In the model diagram shown in FIG. 2, oil leakage from the seal portion of the cylinder 6 is taken into consideration, and a model of how oil flows out using the throttles R 1 R 2 and the tank is modeled. Further, in the model diagram, a spring (spring constant K2) is present between the structure and the additional mass, but this spring does not have sufficient elastic force to return the additional mass to the neutral position. .
That is, even when the structure is installed on a structure via a spring without providing a means for positively moving the additional mass, the additional mass moves due to the vibration of the structure by adjusting the spring constant. It is known to exert a damping effect (passive damping device). The above-mentioned spring (spring constant
K2) is equivalent to this spring, and by installing this spring, it is possible to promote the vibration damping action and reduce the size of the hydraulic cylinder in the system.

第1図に本発明方法のフローチャートを示す。外部か
らの振動がなく、付加マス2を動作させる必要ない制御
停止状態では、制御入力uは0となっている。油圧ユニ
ット9をオンし、シリンダ6に油圧を供給可能にする。
次にリリーフ弁をオンロードし、サーボ弁13にポンプPs
を接続するスタンバイオンを行なう。状態変数検出手段
より構造物1の振動に関係する状態量を検出し、状態変
数ベクトルxとして読み込み、この信号をアナログ−デ
ィジタル変換する。
FIG. 1 shows a flowchart of the method of the present invention. The control input u is 0 in the control stop state in which there is no external vibration and it is not necessary to operate the additional mass 2. The hydraulic unit 9 is turned on so that hydraulic pressure can be supplied to the cylinder 6.
Next, load the relief valve and load the servo valve 13 with the pump Ps.
Connect standby and turn on. The state variable relating to the vibration of the structure 1 is detected by the state variable detecting means, read as a state variable vector x, and this signal is converted from analog to digital.

状態変数ベクトルxに予め制御器zに記憶させた最適
フィードバックベクトル を乗じ制御入力 を得る。制御入力のディジタル−アナログ変換を行な
い、制御入力uでサーボ弁13を流れる油を制御し、付加
マス2の動作を行なわせる。付加マス2の中立位置から
の変位x2と構造物1の変位x1との相対変位▲x
が、予め記憶した値δより大きいときは、上述した流れ
を繰り返し行ない、δより小さいときは付加マス2が中
立位置に復帰したとして付加マス制御を中止する。その
後構造物1が揺れ始める際には、付加マス2は中立位置
近傍にあり、付加マス2がすぐに動作範囲のストローク
エンドに達することがなく、構造物1の揺れ始めにおい
ても十分な制振作用を発揮できる。
Optimal feedback vector stored in the controller z in advance in the state variable vector x Control input To get Digital-analog conversion of the control input is performed, the oil flowing through the servo valve 13 is controlled by the control input u, and the operation of the additional mass 2 is performed. Relative displacement of displacement x 2 from the neutral position of additional mass 2 and displacement x 1 of structure 1 ▲ x 2
However, if it is larger than the value δ stored in advance, the above-mentioned flow is repeated, and if it is smaller than δ, the additional mass 2 is returned to the neutral position and the additional mass control is stopped. After that, when the structure 1 starts to sway, the additional mass 2 is near the neutral position, the additional mass 2 does not reach the stroke end of the operating range immediately, and sufficient vibration is suppressed even when the structure 1 starts to sway. It can exert its effect.

更に第3図に示すように、付加マス2の下部に凹部2a
を設け、この凹部2aに構造物1の床面1aに垂直方向に伸
縮自在に設けたフック30を嵌合するように形成する固定
手段を設ければ、付加マス2を中立位置に固定すること
ができる。そして構造物1が振動するとその振動を検知
して、フック30を凹部2aからはずし、付加マス2を移動
可能にする。フック30の伸縮は、ソレノイド、スプリン
グ、モータ、液圧シリンダ等で行なうようにする。
Further, as shown in FIG. 3, a concave portion 2a is formed in the lower portion of the additional mass 2.
The additional mass 2 can be fixed at the neutral position by providing the concave portion 2a with a fixing means formed so as to fit the hook 30 that is vertically expandable and contractable in the floor surface 1a of the structure 1 in the concave portion 2a. You can When the structure 1 vibrates, the vibration is detected, the hook 30 is removed from the recess 2a, and the additional mass 2 is movable. Expansion and contraction of the hook 30 is performed by using a solenoid, a spring, a motor, a hydraulic cylinder, or the like.

またフック30を付加マス2の底面側に設け、凹部を構
造物床面に設けてもよい。更にフック、凹部から成る固
定手段は付加マスの上面側に設けてもよい。
Further, the hook 30 may be provided on the bottom surface side of the additional mass 2 and the concave portion may be provided on the floor surface of the structure. Further, fixing means composed of hooks and recesses may be provided on the upper surface side of the additional mass.

外乱やサーボ弁等のゼロ調整のずれから付加マス2が
中立位置からはずれたとき、本発明方法による付加マス
2の制御を行なうと、中立位置からの変位x2に応じて制
御入力uが与えられ、付加マス2を中立位置の方向に動
作させる。付加マス2の動作により構造物1に反力を与
えると、変位検出手段11、12より、構造物1の振動に関
係する状態量が求められ、この値を考慮した制御入力u
を求め、付加マス2を動作を行なう。
When the additional mass 2 is deviated from the neutral position due to a disturbance or a zero adjustment deviation of the servo valve, when the additional mass 2 is controlled by the method of the present invention, the control input u is given according to the displacement x 2 from the neutral position. Then, the additional mass 2 is moved toward the neutral position. When a reaction force is applied to the structure 1 by the operation of the additional mass 2, the state quantity related to the vibration of the structure 1 is obtained from the displacement detecting means 11 and 12, and the control input u considering this value is obtained.
Then, the additional mass 2 is operated.

すなわち、付加マス2を中立位置に戻すために第2図
の上側へ移動させたとすると、構造物1も上側へ揺れ始
れる。そして揺れの状況を変位検出手段11、12で検知
し、この信号を制御器zに入力し、制御入力uを演算す
る。
That is, if the additional mass 2 is moved upward in FIG. 2 in order to return to the neutral position, the structure 1 also starts swaying upward. The swaying condition is detected by the displacement detecting means 11 and 12, and this signal is input to the controller z to calculate the control input u.

制御入力uはソレノイド15に通電され、サーボ弁13の
スプール14を第2図の右方向へ摺動させる。スプール14
が右方向へ摺動するとポート17が閉じられ、ポンプPか
らの油はポート16、ポート20、下方のシリンダ室へ流
れ、シリンダ6内のピストンを押し上げ、上方のシリン
ダ室の油はポート19、ポート18を介してタンクTに導か
れる。
The control input u is energized to the solenoid 15 to slide the spool 14 of the servo valve 13 to the right in FIG. Spool 14
Is slid to the right, port 17 is closed, oil from pump P flows to port 16, port 20 and the lower cylinder chamber, pushing up the piston in cylinder 6, and oil in the upper cylinder chamber to port 19, It is led to the tank T via the port 18.

この結果シリンダ6のロッド7が摺動し、付加マス2
を構造物1の動きに対して概略90度の位相差をもって追
従するように同じ側である上側へ移動させる(第2図は
モデル図のため鉛直方向へロッド7が摺動するようにな
っている)。
As a result, the rod 7 of the cylinder 6 slides and the additional mass 2
Is moved to the upper side, which is the same side so as to follow the movement of the structure 1 with a phase difference of approximately 90 degrees (Fig. 2 is a model diagram, so the rod 7 slides in the vertical direction). Exist).

構造物1が左側に揺れると、制御入力uの符号が逆に
なり、サーボ弁13のスプール14が逆に摺動し、付加マス
2の移動方向も逆になる。
When the structure 1 swings to the left, the sign of the control input u reverses, the spool 14 of the servo valve 13 slides reversely, and the moving direction of the additional mass 2 also reverses.

従って、付加マス2の動作により反力が生じ構造物1
が揺れた場合、構造物1の制振を行ないながら付加マス
2を中立位置に移動させる。
Therefore, a reaction force is generated by the operation of the additional mass 2 and the structure 1
When sway, the additional mass 2 is moved to the neutral position while damping the structure 1.

次に最適フィードバックベクトル の設定について説明する。Then the optimal feedback vector The setting of will be described.

1.システムの微分方程式 外力をF、構造物1と付加マス2間に作用する力を
U、構造物1の質量をM1、構造物1の減衰定数をC1、構
造物1のばね定数をK1とすると、 構造物の運動方程式は F−U=M1 +C1 +K1x1 (1) となる。
1. Differential equation of system External force is F, force acting between structure 1 and additional mass 2 is U, mass of structure 1 is M 1 , damping constant of structure 1 is C 1 , spring constant of structure 1 Is K 1 , the equation of motion of the structure is FU = M 1 1 + C 1 1 + K 1 x 1 (1).

付加マスの質量をM2とすると 付加マスの運動方程式は U=M2 (2) となる。Assuming that the mass of the additional mass is M 2 , the equation of motion of the additional mass is U = M 2 2 (2).

シリンダの受圧面積をA、シリンダの各室の圧力をP1
P2、シリンダの減衰定数をC2、シリンダのばね定数をK2
とし、シリンダの出力および摩擦力はゼロと考えると制
御力は、 U=A(P1−P2)−C2)−K2(x2−x1
(3) となる。
The pressure receiving area of the cylinder is A, and the pressure of each chamber of the cylinder is P 1
P 2, the damping constant of the cylinder C 2, the spring constant of the cylinder K 2
And then, outputs and frictional force of the cylinder and the control force considered zero, U = A (P 1 -P 2) -C 2 (2 - 1) -K 2 (x 2 -x 1)
(3)

シリンダにおける連続の式は、サーボ弁からシリンダ
に流入する流量をQ1、シリンダからサーボ弁へ流出する
流量をQ2、各シリンダ室から外部へ漏れる流量をQ3
Q4、第1図の下部のシリンダ室から上部のシリンダ室へ
漏れる流量をQ5とすると、1 V1/K=Q1−A()−Q3−Q5 (4)2 V2/K=−Q2+A()−Q4+Q5 (5) となる。
The continuous equation for a cylinder is that the flow rate from the servo valve to the cylinder is Q 1 , the flow rate from the cylinder to the servo valve is Q 2 , the flow rate from each cylinder chamber to the outside is Q 3 ,
Q 4, when the flow rate from the cylinder chamber at the bottom of Figure 1 leaks to the upper cylinder chamber and Q 5, 1 V 1 / K = Q 1 -A (2 - 1) -Q 3 -Q 5 (4) 2 V 2 / K = -Q 2 + a (2 - 1) -Q 4 + Q becomes 5 (5).

シリンダ室からの流れを考慮したモデルにおいて、R1
R2を絞りの係数とすると 絞りの式は Q3=R1P1 Q4=R1P2 Q5=R2(P1−P2) (6) となる。
In the model considering the flow from the cylinder chamber, R 1
Coefficient to the stop of the formula squeeze R 2 is Q 3 = R 1 P 1 Q 4 = R 1 P 2 Q 5 = R 2 (P 1 -P 2) and made (6).

次にサーボ弁の特性を考える。 Next, consider the characteristics of the servo valve.

サーボ弁の定格電流をIr、定格流量をQr、供給圧力を
Psとすると、 i≧0の場合 i<0の場合 となる。
Servo valve rated current Ir, rated flow Qr, supply pressure
If Ps, then if i ≧ 0 If i <0 Becomes

2.微分方程式の線形化 ここで、(7)〜(10)式を微分変動法により線形化
し、システム全体の線形近似モデルを作成する。
2. Linearization of differential equations Here, equations (7) to (10) are linearized by the differential variation method, and a linear approximation model of the entire system is created.

平衡点として、p1=p2=ps/2,i=i0(i≧0の場
合),i=−i0(i<0の場合)とすると、式(7),
(9)及び式(8),(10)は、それぞれ Q1=αi−βp1 Q2=αi+βp2 に統一することができ(α,βはそれぞれ定数)、サー
ボ弁に関して線形近似化することができる。
If p1 = p2 = ps / 2, i = i0 (when i ≧ 0) and i = −i0 (when i <0) are set as the equilibrium points, equation (7),
(9) and the expressions (8) and (10) can be unified into Q1 = αi−βp1 Q2 = αi + βp2 (α and β are constants), and can be linearly approximated with respect to the servo valve.

そして、状態変形ベクトルxと、制御入力uとして、 をとり、ΔFを外乱として取扱い、状態方程式 で表現する。このとき行列 は、それぞれ4行4列、4行1例の行列となり、行列の
各要素は次のようになる。
Then, as the state deformation vector x and the control input u, And treat ΔF as a disturbance, Express with. Then the matrix Is a matrix of 4 rows and 4 columns and 4 rows and 1 example, and each element of the matrix is as follows.

A11=0 A12=0 A13=1 A14=0 A21=0 A22=0 A23=0 A24=1 A31=−K1/M1 A32=K2/M1 A33=−C1/M1 A34=(1/M1){2A2/(β+R1+2R2)+C2} A41=K1/M1 A42=−K2(M1+M2)/M1M2 A43=C1/M1 A44=-{(M+M)/MM}{2A/(β+R+2R)+C} b11=0 b21=0 b31=−(1/M1){2Aα/(β+R1+2R2)} b41={M1+M2/M1M2}{2Aα/(β+R1+2R2)} ここで出力ベクトルyを と定義すると出力方程式は次のようになる。A 11 = 0 A 12 = 0 A 13 = 1 A 14 = 0 A 21 = 0 A 22 = 0 A 23 = 0 A 24 = 1 A 31 = -K 1 / M 1 A 32 = K 2 / M 1 A 33 = -C 1 / M 1 A 34 = (1 / M 1 ) {2A 2 / (β + R 1 + 2R 2 ) + C 2 } A 41 = K 1 / M 1 A 42 = -K 2 (M 1 + M 2 ) / M 1 M 2 A 43 = C 1 / M 1 A 44 =-{(M 1 + M 2 ) / M 1 M 2 } {2A 2 / (β + R 1 + 2R 2 ) + C 2 } b 11 = 0 b 21 = 0 b 31 = - (1 / M 1) {2Aα / (β + R 1 + 2R 2)} b 41 = {M 1 + M 2 / M 1 M 2} {2Aα / (β + R 1 + 2R 2)} Where the output vector y is Then, the output equation is as follows.

3.最適レギュレータの設計 (12)(14)式で表現されている制御系において、評
価関数 を最小にする制御入力uを求める。すなわち、(15)式
を最小にする最適レギュレータを設計する。制御入力u
をスカラ量としたので、入力の重み係数rもスカラ量と
した。
3. Optimal regulator design In the control system expressed by Eqs. (12) and (14), the evaluation function The control input u that minimizes is obtained. That is, an optimal regulator that minimizes equation (15) is designed. Control input u
Is a scalar quantity, the input weighting coefficient r is also a scalar quantity.

状態変数に対する重み行列 とおくと、評価関数Jは になる。ここで精度よく制御したい状態変数に対応する
重み係数qを大きくとることにより、制振効果が大きい
ものから小さいものまで制御系を自由に設計できる。
Weight matrix for state variables To Then, the evaluation function J is become. Here, by setting the weighting factor q corresponding to the state variable that is desired to be controlled with high accuracy, the control system can be freely designed from a large damping effect to a small damping effect.

最適入力u゜は最適フィードバックベクトル により次のように表わされる(u=Δi)、 制御系のブロック図を第3図に示す。The optimal input u ゜ is the optimal feedback vector Is represented by (u = Δi), A block diagram of the control system is shown in FIG.

(15)式で表わされたJを最小にする最適フィードバ
ックベクトル は一般式 で与えられる。ただし、 は次のリカッティの行列方程式を満たす正定唯一解であ
る。
Optimal feedback vector that minimizes J expressed in equation (15) Is the general formula Given in. However, Is a positive definite unique solution that satisfies the Riccati matrix equation

上述の実施例では、状態変数ベクトルは、構造物1の
変位x1、構造物1に対する付加マス2の相対変位▲x
▼、構造物1の速度、構造物1と付加マス2の相
対速度▲ ▼で表現したが、他の振動に関係する変
数や油圧シリンダの制御に関係する変数を状態量として
考慮してもよい。
In the above embodiment, the state variable vector is the displacement x 1 of the structure 1 and the relative displacement ▲ x of the additional mass 2 with respect to the structure 1.
2 ▼, the speed 1 of the structure 1 and the relative speed ▲ 2 ▼ of the structure 1 and the additional mass 2 are described, but other variables related to vibration and variables related to the control of the hydraulic cylinder are considered as state quantities. You may.

すなわち、制振装置取付位置における構造物1の変位
x1、付加マス2の変位x2、構造物1の最下部又は地面の
変位x0、構造物1に対する付加マス2の相対変位▲x
▼、シリンダ各室の圧力p1、p2、サーボ弁13のスプー
ル14の変位x3とし、この中から制御に重要な要素を取り
出し状態変数ベクトルを表現してもよい。この場合評価
関数Jは次のようにするのが適当である。
That is, the displacement of the structure 1 at the damping device mounting position
x 1, displacement x 2 additional mass 2, the displacement x 0 of the bottom or the ground structure 1, the relative displacement of the additional mass 2 with respect to the structure 1 ▲ x '
2 ▼, the pressures p 1 and p 2 in each chamber of the cylinder, and the displacement x 3 of the spool 14 of the servo valve 13 may be used, and an element important for control may be taken out of these to represent the state variable vector. In this case, it is appropriate that the evaluation function J be as follows.

油の圧縮性を考慮した場合にはp1p2を追加するのが有効
である。
Considering the compressibility of oil, it is effective to add p 1 p 2 .

(発明の効果) 本発明は上述したように、制振装置が付加マスの動作
を行なう必要のない制御停止状態であり、付加マスが中
立位置からずれた場合に、これを中立位置に戻すとき、
付加マスの動作によって生じる反力から構造物が揺れる
状況を検知し、構造物の制振を行ないながら付加マスを
中立位置に移動させる。その際に、非線形特性のある油
圧アクチュエータを用いて線形近似の制御を行なうこと
により、精度よい制御が可能となり、構造物を加振させ
ることなく付加マスを中立位置に戻すことができるとい
う効果がある。
(Effect of the invention) As described above, the present invention is in a control stop state in which the vibration damping device does not need to operate the additional mass, and when the additional mass deviates from the neutral position, when returning the neutral position to the neutral position. ,
The situation in which the structure shakes is detected from the reaction force generated by the operation of the additional mass, and the additional mass is moved to the neutral position while damping the structure. At that time, by performing linear approximation control using a hydraulic actuator having a non-linear characteristic, it is possible to perform accurate control and to return the additional mass to the neutral position without vibrating the structure. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明方法のフローチャートを示す説明図、、
第2図は本発明で用いる制振装置のモデル図、第3図は
本発明で用いる制振装置の付加マスの固定手段を示す一
例の説明図、第4図は制振系のブロック図、第5図は本
発明の制振装置の側面図、第6図は制振装置の平面図、
第7図は従来の制振装置のモデル図である。 1……構造物、2……付加マス 6……シリンダ 11、12……変位検出手段 z……制御器
FIG. 1 is an explanatory view showing a flow chart of the method of the present invention,
FIG. 2 is a model diagram of a vibration damping device used in the present invention, FIG. 3 is an explanatory view of an example showing a fixing means of an additional mass of the vibration damping device used in the present invention, FIG. 4 is a block diagram of a vibration damping system, 5 is a side view of the vibration damping device of the present invention, FIG. 6 is a plan view of the vibration damping device,
FIG. 7 is a model diagram of a conventional vibration damping device. 1 ... Structure, 2 ... Additional mass 6 ... Cylinder 11, 12 ... Displacement detection means z ... Controller

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】構造物の振動方向に運動可能な付加マス
と、該付加マスを運動させる手段とを有し、前記付加マ
スの運動の制御することにより前記構造物の振動を抑制
する制振装置の制御方法において、 前記制振装置が付加マスに運動させる必要のない制御停
止状態あり、前記付加マスが動作範囲の中立位置からず
れたとき、 付加マスの速度,中立位置からの変位,その他の構造物
の振動に関係する変数を求めて各種の状態変数を設定し
て多変数制御における系の状態を示す状態変数ベクトル
とし、予め設定された最適フィードバックベクトルと前
記状態変数ベクトルとの内積から成る演算式により前記
油圧シリンダへの供給流量を制御する制御入力信号を演
算し、 前記最適フィードバックベクトルは、系の動的な特性を
記述する状態方程式及び出力方程式により、系の状態変
数の中から注目する出力変数を選び、この出力変数を基
に定義された積分型の評価関数が最適制御理論により最
小となるよう設定され、 前記演算式の制御入力信号を最適入力とすることによ
り、この最適入力で油圧シリンダを制御して付加マスを
中立位置に復帰させる ことを特徴とする制振装置の制御方法。
Claim: What is claimed is: 1. A vibration damping system, comprising: an additional mass movable in a vibration direction of a structure, and means for moving the additional mass, and suppressing the vibration of the structure by controlling the motion of the additional mass. In the control method of the device, there is a control stop state in which the vibration damping device does not need to move to the additional mass, and when the additional mass deviates from the neutral position of the operating range, the speed of the additional mass, the displacement from the neutral position, etc. The state variable vector indicating the state of the system in multivariable control by setting various state variables by determining the variables related to the vibration of the structure, and from the inner product of the preset optimal feedback vector and the state variable vector A control input signal for controlling the supply flow rate to the hydraulic cylinder is calculated by the following equation, and the optimum feedback vector is a state equation describing the dynamic characteristics of the system. And the output equation, the output variable of interest is selected from the state variables of the system, and the integral type evaluation function defined based on this output variable is set to be the minimum by the optimal control theory. A method for controlling a vibration damping device, characterized in that an optimum input signal is used to control the hydraulic cylinder with this optimum input to return the additional mass to the neutral position.
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