JP2814241B2 - 振動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加振源としての可動基礎から該可動基礎上に
防振支持された防振対象物体へ伝達される振動を低減す
るための振動制御装置に関する。 〔従来の技術〕 動力機械から周辺へ伝達される振動、騒音を低減した
り、トラックや鉄道輸送において積載物への振動伝達を
軽減したり、さらには、電子顕微鏡やIC製造装置などの
精密機器への設置台を通して伝達される振動を遮断する
ための防振支持方法として、一般に、防振ゴムや金属ば
ね等の弾性体を介して支持するとともに必要に応じて減
衰器（ダンパー）を介在させる構造のものが使用されて
いる。 第８図は従来のこの種の防振支持装置を示し、第９図
は第８図の装置を使用する時の振動伝達率（応答倍率）
の周波数特性を例示する。 従来の防振支持方法としては、第８図に示すように、
振動を生じる加振源である可動基礎３と、防振支持され
る物体である防振対象物体１との間に、ばね定数Ｋおよ
び減衰係数Ｃをを有する弾性体２を取付けた、いわゆる
受動的（パッシブ）な防振支持方法が採用されている。 しかし、このような防振支持方法では、第９図に示す
ように、f₀＝（K/M）^0.5/2πで決まる周波数f₀に大きな
応答倍率すなわち共振点が発生し、この近傍の周波数帯
域では、防振されずに逆に振動が増幅され、事態が悪化
することになる。 そこで、最近、弾性体２のばね定数Ｋおよび粘性係数
Ｃを可変にする方法（セミアクティブ）が実施され始め
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、この可変方式でも、特にランダム振動など広
い周波数帯域にわたる任意の周波数の振動あるいは任意
の周波数成分を含んだ振動が可動基礎から伝達される場
合には、どこかの周波数帯域で必ず共振点が存在するた
め、この共振点近傍の周波数帯域ではやはり振動が増幅
され事態が悪化するという問題がある。 従って、従来のパッシブまたはセミアクティブな防振
方法では、加振振動の周波数がランダムに変化したり、
該周波数が広い周波数帯域の全域にわたるような場合
に、十分な防振効果を実現することがきわめて困難であ
る場合が多かった。 本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、加振源としての動力機械や
車両などの可動基礎上に防振ゴム等の防振支持手段を介
して精密機器や積載物等の防振対象物体を防振支持する
に際し、前記可動基礎から前記防振対象物体に伝達され
る振動を、周波数がランダムに変化する場合でも確実に
大幅に低減させることが可能な振動制御装置を提供する
ことである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するため、可動基礎に防振
支持手段を介して支持された防振対象物体の振動制御装
置において、可動基礎の加振振動を該可動基礎上の振動
センサーで検出し、この加振振動の検出信号をデジィタ
ルフィルターに通すことで、該デジィタルフィルターに
より、前記加振振動の検出信号と前記可動基礎から前記
防振支持手段を介して前記防振対象物体へ至る伝達関数
とに基づいて該防振対象物体に伝達される振動波形を演
算するとともに、この演算された振動波形を打ち消すよ
うな逆振動波形を発生させ、この逆振動波形に対応した
逆振動をアクチュエータによって前記防振対象物体に印
加することで、前記可動基礎から前記防振対象物体に伝
達される振動と干渉させて該防振対象物体の振動を低減
することを特徴とする。 〔実施例〕 以下、第１図〜第７図を参照して本発明の実施例を説
明する。 第１図は本発明を適用した振動制御装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。 第１図において、可動基礎３から防振支持用の弾性体
（防振支持手段）２を通して防振対象物体１に振動が伝
達されているが、この振動を打ち消すための振動（逆振
動）を発生させる逆振動発生回路20を併設し、この逆振
動をアクチュエータ12で防振対象物体１に印加して干渉
させることにより、該物体１の振動を大幅に低減し得る
ように構成されている。 前記逆振動発生回路20は、振動源である可動基礎３の
振動（加振振動）を検出する振動センサー４と、振動増
幅チャージアンプ５と、ローパスフィルター６と、アナ
ログディジタル変換器７と、ディジタルフィルター８
と、ディジタルアナログ変換器９と、ローパスフィルタ
ー10と、信号増幅器11と、振動アクチュエータ12とで構
成されている。 前記ディジタルフィルター８は、所望の周波数帯域の
振動（信号）のみを通過させ、それ以外の振動を除去す
ることにより所望の振動波形を形成するものである。 すなわち、前記逆振動発生回路20は、センサー４で検
知した可動基礎３の加振振動をディジタルフィルター８
に通すことで、該ディジタルフィルター８により、前記
加振振動の検出信号と前記可動基礎３から前記防振支持
手段（防振支持弾性体）２を介して前記防振対象物体１
へ至る伝達関数とに基づいて該防振対象物体１に伝達さ
れる振動波形を演算するとともに、この振動波形を打ち
消すような逆振動波形の信号を発生させ、この逆振動波
形の信号をパワーアンプ（信号増幅器）11を通して増幅
し、アクチュエータ12により前記逆振動波形の信号に対
応した振動（逆振動）を前記防振対象物体１に印加する
ように構成されている。 こうして、前記逆振動発生回路20で発生させた逆振動
を印加することにより、前記可動基礎３から前記防振支
持手段（防振支持弾性体）２を通して前記防振対象物体
１に伝達される振動と干渉させることで、該振動を打ち
消し、該防振対象物体１の振動を大幅に低減することが
できる。 前記ディジタルフィルター８は前記逆振動発生回路20
の中で最も重要な波形信号生成の機能を果たすものであ
り、第２図はこのディジタルフィルター８の構成を例示
するブロック図である。 第２図において、この場合のディジタルフィルター８
は、例えばFIR型フィルターで構成され、フィルター係
数a_i（ｉ＝０〜ｎ−１）を適切に決定することにより、
入力信号ｘを所望の出力信号ｙに変換するように構成さ
れている。従って、前記フィルター係数a_iは予め決定し
ておく必要がある。 第３図は、このフィルター係数a_iを決定する方法を実
施するための構成を示すブロック図である。 第１図および第３図を参照してフィルター係数a_iの決
定方法を以下に説明する。 （ i ）アクチュエータ12を作動させないで、可動基礎
（加振源）３の振動（加振振動）のチャージアンプ５の
出力（第１図中のＡ点）と、防振対象物体１の振動のチ
ャージアンプ14の出力（第１図中のＢ点）との間で伝達
関数を計測し、これをＨ（第３図）とする。 （ii ）可動基礎３の振動信号をデータレコーダなどに
記憶しておき、この信号を第１図中のＡ点に加え、Ａ点
→ローパスフィルター６→アナログディジタル変換器７
→ディジタルフィルター８→ディジタルアナログ変換器
９→ローパスフィルター10→パワーアンプ（信号増幅
器）11→アクチュエータ12→防振対象物体１の振動セン
サー13→チャージアンプ14→Ｂ点（第１図）の間の伝達
関数を計測し、これを補償系の伝達関数Ｋ（第３図）と
する。 （iii）前述の計測で求めた伝達関数ＨおよびＫを逆フ
ーリエ変換することにより、−Ｈのインパルス応答とＫ
と逆フィルターK^-1のインルス応答とを高速で計算し、
これらのたたみこみ積分を行うことによって第２図中の
フィルター係数a_i（ｉ＝０〜ｎ−１）が求められる。 このディジタルフィルター８の伝達係数は−HK^-1（第
３図）となる。 以上のような方法でディジタルフィルター８の係数a_i
が求まれば、可動基礎３の振動（加振振動）x₀を第１図
中の逆振動発生回路20（振動センサー４）………………
アクチュエータ12）に通すことにより、可動基礎３から
弾性体（防振支持手段）２を通して防振対象物体１に伝
達される振動と干渉してこれを打ち消すような振動（逆
振動）を該防振対象物体１に加える（印加する）ことが
でき、該該防振対象物体１の振動を大幅に低減すること
ができる。 すなわち、第３図において、ディジタルフィルター８
およびアクチュエータ12を含む補償系（Ａ点……………
…ディジタルフィルター８………………アクチュエータ
12………………Ｂ点から成り、伝達関数Ｋ）を作動させ
ない場合は、可動基礎３の振動x₀は防振支持手段２を通
しての実伝達関数Ｈを通りｙとして出力されるが、前記
補償系を作動させた場合は、可動基礎３の振動x₀はこの
補償系（伝達関数Ｋ）とディジタルフィルター（伝達関
数−HK^-1）とを通過し、結局−ｙという振動が出力され
る。 この−ｙの振動と実伝達関数Ｈを通して出力されるｙ
の振動が合算されるので、防振対象物体１の振動（x₁）
は大幅に低減され、理想的には零になる。 実際には、ディジタルフィルター８の構成誤差など種
々の誤差が混入するので、前記合算された振動（ｙと−
ｙとの合算）は零とはならず、有限な値になる。ただ
し、その値はきわめて小さなものにすることができ、卓
越した振動低減効果が得られる。 なお、ディジタルフィルター８のフィルター係数a_iを
決定する方法は、前述の方法に限られるものではなく、
その他の種々な方法で実施することも可能である。 また、振動制御系の動特性が変化し、伝達関数が一定
でなく時々刻々変化する場合には、第１図中の破線で示
すようにＡ点→Ｂ点間の伝達関数すなわち前述の補償系
伝達関数Ｋを逐次計測し、マイクロプロセッサ16等でフ
ィルター係数a_iを高速で計算し、これをディジタルフィ
ルター８内に書き込み直し、状況変化に応じてフィルタ
ー係数a_iを適切に逐次修正していくという適応（アダプ
ティブ）フィルターを実現することにより、本発明は時
々刻々動特性が変動していく場合でも適用可能である。 さらに、第１図中のＡ点およびＢ点の信号を直接的に
入力し、自動的にフィルター係数a_iを時々刻々求めてい
くことができるアダプティブフィルター専用のディジタ
ルシグナルプロセッサを用いることもでき、かかるプロ
セッサを用いることにより逆振動発生回路20の構成を簡
略化することも可能である。 第４図は本発明の適用した振動制御装置の他の実施例
の要部構成を示すブロック図である。 第４図の実施例は、第１図中のアクチュエータ12の配
置を変更したものである。 すなわち、第１図中に示した起振用のアクチュエータ
12は、第４図に示すように、可動基礎３と防振対象物体
１との間に、防振支持手段（防振支持弾性体）２と並列
に配置してもよい。 以上実施例構造に基づいて説明したごとく、本発明
は、制御された起振力を出力するアクチュエータ12から
防振対象物体１に印加される振動（逆振動）により、可
動基礎３から防振支持手段２を通して該防振対象物体１
に伝達（伝搬）してくる振動を打ち消すものであり、い
わゆるアクティブ（能動的）な振動制御装置を提供する
ものである。 前記アクチュエータ12から防振対象物体１に印加され
る振動（逆振動）は、可動基礎３の加振振動x₀を該可動
基礎３上の振動センサー４で検出し、この加振振動x₀の
検出信号をディジタルフィルター８に通すことで、該デ
ィジタルフィルター８により、前記加振振動の検出信号
と前記可動基礎３から前記防振支持手段２を介して前記
防振対象物体１へ至る伝達関数とに基づいて該防振対象
物体１に伝達される振動波形を演算するとともに、この
演算された振動波形を打ち消すような逆振動波形を発生
させ、この逆振動波形を用いて前記アクチュエータ12を
駆動することにより発生させたものである。 つまり、本発明の特徴は、可動基礎３の加振振動を検
出する同時に、ディジタルフィルター８により、前記加
振振動の検出信号と可動基礎３から防振対象物体１への
伝達関数とに基づいて、該防振対象物体１に伝達される
振動と干渉して該振動を打ち消す逆振動波形を形成し、
この逆振動波形に対応した振動をアクチュエータ12によ
り直ちに防振対象物体１に印加することにより、前記加
振振動の周波数が時々刻々にしかもランダムに変動する
場合でも、即刻これに対応しながら該防振対象物体１の
振動を打ち消すことにある。 従って、本発明によれば、防振対象物体１に印加され
る振動の周波数がランダムに変化したり、広い周波数帯
域にわたる周波数成分を含む場合でも、該振動を打ち消
す逆振動を直ちに生成して防振対象物体１に印加するこ
とができ、それによって防振対象物体１の振動を周波数
に関係なく確実に大幅に低減することが可能になる。 第５図および第６図は、本発明による振動制御装置を
動作オンにした場合と動作オフにした場合の、防振対象
物体１の可動基礎３に対する応答倍率（₁/_０）およ
び該防振対象物体１の振動加速度レベルの測定結果をそ
れぞれ示す。 DC〜100Hzを防振対象周波数帯域とするこれらの試験
結果によれば、第５図からは本発明を適用することによ
り、応答倍率が1.0以下の共振点のない（無共振）防振
支持装置を実現できることがわかり、第６図からは本発
明を適用することにより防振対象物体１の振動加速度
_１自体の値も大幅に減少させることができ（例えば周波
数60Hzで約18dB）、大きな振動低減効果を実現できるこ
とがわかる。 第７図は本発明による振動制御装置を動作オンにした
場合と動作オフにした場合の防振対象物体１の振動加速
度振幅の測定結果を示す。 第７図の試験結果からも、本発明を適用（動作オン）
することにより、振動加速度振幅を非常に小さくノイズ
的なものにすることができ、物体１の振動を大幅に低減
できることがわかる。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、可
動基礎に防振支持手段を介して支持された防振対象物体
の振動制御装置において、可動基礎の加振振動を該可動
基礎上の振動センサーで検出し、この加振振動の検出信
号をディジタルフィルターに通すことで、該ディジタル
フィルターにより、前記加振振動の検出信号と前記可動
基礎から前記防振支持手段を介して前記防振対象物体へ
至る伝達関数とに基づいて該防振対象物体に伝達される
振動波形を演算するとともに、この演算された振動波形
を打ち消すような逆振動波形を発生させ、この逆振動波
形に対した逆振動をアクチュエータによって前記防振対
象物体に印加することで、前記可動基礎から前記防振対
象物体に伝達される振動と干渉させて該防振対象物体の
振動を低減する構成としたので、加振振動の検出信号と
防振支持装置の伝達関数に基づいて、防振対象物体の振
動を打ち消す逆振動を生成して防振対象物体に印加する
ことから、防振対象物体に印加される振動の周波数がラ
ンダムに変化したり、広い周波数帯域にわたる周波数成
分を含む場合でも、該振動を打ち消す逆振動を直ちに生
成して防振対象物体に印加することができ、それによっ
て防振対象物体の振動を周波数に関係なく確実に大幅に
低減することができる振動制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による振動制御装置の構成を例示するブ
ロック図、第２図は第１図中のディジタルフィルターの
構成を示す説明図、第３図は第１図の振動制御（低減）
機能を模式的に示すブロック図、第４図は第１図中のア
クチュエータの位置を変更した他の構成を示す部分ブロ
ック図、第５図は本発明を適用した時の振動の応答倍率
の周波数特性を示す図表、第６図は本発明を適用した時
の振動加速度レベルの周波数特性を示す図表、第７図は
本発明を適用した時の加速度振幅の周波数特性を示す図
表、第８図は従来の防振支持装置を示す模式図、第９図
は第８図の応答倍率の周波数特性を示す図表である。 １……防振対象物体、２……防振支持手段（防振支持弾
性体、ばねおよび減衰器）、３……可動基礎（加振
源）、４……振動センサー（可動基礎）、８……ディジ
タルフィルター、12……アクチュエータ、13……振動セ
ンサー（防振対象物体）、20……逆振動発生回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−228137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−211548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−286634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246527（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−20439（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．可動基礎に防振支持手段を介して支持された防振対
   象物体の振動制御装置において、 可動基礎の加振振動を該可動基礎上の振動センサーで検
   出し、この加振振動の検出信号をデジィタルフィルター
   に通すことで、該デジィタルフィルターにより、前記加
   振振動の検出信号と前記可動基礎から前記防振支持手段
   を介して前記防振対象物体へ至る伝達関数とに基づいて
   該防振対象物体に伝達される振動波形を演算するととも
   に、この演算された振動波形を打ち消すような逆振動波
   形を発生させ、この逆振動波形に対応した逆振動をアク
   チュエータによって前記防振対象物体に印加すること
   で、前記可動基礎から前記防振対象物体に伝達される振
   動と干渉させて該防振対象物体の振動を低減することを
   特徴とする振動制御装置。