精密・複雑機器の微振動抑制のための構造設計

抑制精密复杂设备微小振动的结构设计

• 批准号: 12450097
• 负责人: 池田 雅夫
• 金额: $ 9.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12450097/
• 关键词: 構造物; 振動抑制; 軽量化; 最適化; 制御理論; H_∞ノルム; 振動制御; 最適設計; 制御理論応用; 精密機器

本研究では,振動伝達を抑制するように構造物を設計する方法論を確立することを目標とし,全体の質量が一定という制約のもとで最も振動の伝達を抑制する最適構造を求める方法や,振動伝達の抑制と質量の減少2目的を実現するような構造を求める方法を開発した.周波数の異なる振動源が多数存在する場合や,可動部の動作開始時や終了時のように広帯域の周波数成分をもつ過渡的状態の振動抑制のために,振動伝達の指標として,制御理論における周波数応答の評価であるH_∞ノルムを採用した.設計変数は,構造物の部材の断面積や長さである.これら設計変数は,精密機器を積載するなどの構造物の目的に従って,制約された変化しか許されない.設計変数である部材の断面積や長さは,評価項目の一つである質量と線形の関係にあるが,もう一つの評価項目であるH_∞ノルムとは複雑な非線形関係になっている.そのため,一般に高次元である構造物に対しては,H_∞ノルムの計算時間は非常に長い.そこで,モデルの低次元化が必要となるが,本研究ではモード分解により周波数応答のピークを簡単に求める方法を提案し,大幅な低次元化を実現している.最適化に関しては,種々の方法を試み,数値的な微分計算を工夫して,勾配法や逐次2次計画法が有用であるという結論に至った.低次元化との組み合わせにより,設計変数が12程度,構造体の振動モードが120程度の最適化問題を30分以内(たとえば,ワークステーション東芝Ultra SPARC II, AS7000,U60使用)で解くことが可能となった.そうして設計された構造物を試作し,その振動伝達特性を実験によって測定することにより,本研究の構造設計法の有効性を確認した.

In this study, the methodology for the design of structures for vibration suppression was established. The purpose of this study was to develop a methodology for the design of structures for vibration suppression. When there are many vibration sources with different cycle numbers, the vibration suppression of the moving part is carried out at the beginning and end of the operation, the cycle number component of the frequency range is carried out in the transition state, and the vibration transmission index is evaluated in the control theory. Design number, cross-sectional area of structural components, length and width. The design of precision machines is based on the design and design of structures. Design number Generally, the calculation time of H_∞ structure is very long. In this paper, we propose a method to reduce the number of cycles in the frequency domain by a large scale. Optimization is related to the method of test, numerical differential calculation time, matching method and successive quadratic planning method. The optimization problem of the low dimensional structure is within 30 minutes, and the design number is up to 12 degrees. The vibration of the structure is up to 120 degrees.(Toshiba Ultra SPARC II, AS7000,U60) The structural design method of this study is effective in the determination of the vibration characteristics of the structure.

项目成果

Kobayashi, M.Ikeda, M.Hase: "Minimization of Vibration Transfer in Frame Structures"Proceedings of the 3rd Asia-Pacific Conference on Systems Integrity and Maintenance. 190-195 (2002)

Kobayashi、M.Ikeda、M.Hase：“框架结构中振动传递的最小化”第三届亚太系统完整性和维护会议论文集。

小林, 池田, 長谷: "骨組み構造物の振動伝達を抑制する最適設計"日本機械学会論文集(C編). 69・679(掲載予定). (2003)

小林、池田、长谷：“抑制框架结构振动传递的优化设计”，日本机械工程学会论文集（编辑 C）（2003 年）。

T.Miura,M.Ikeda,and M.Yasuda: "Robust position and attitude control of an active vibration isolation system"Proceedings of the Fifth International Conference on Motion and Vibration Control. 469-474 (2000)

T.Miura、M.Ikeda 和 M.Yasuda：“主动隔振系统的鲁棒位置和姿态控制”第五届运动与振动控制国际会议论文集。

M.Hase, M.Ikeda, N.Kobayashi: "Design of Structures for Minimization of Vibration Transfer"Proceedings of the International Symposium for Young Researchers on Modeling and Their Applications 2002. 159-166 (2002)

M.Hase、M.Ikeda、N.Kobayashi：“振动传递最小化的结构设计”2002 年青年研究人员建模及其应用国际研讨会论文集。159-166 (2002)

N.Kunimoto and M.Ikeda: "Vibration suppression design of adaptive truss structures by simulated annealing"Proceedings of the Fifth International Conference on Motion and Vibration Control. 699-704 (2000)

N.Kunimoto 和 M.Ikeda：“通过模拟退火进行自适应桁架结构的振动抑制设计”第五届国际运动与振动控制会议论文集。