制御理論に基づくゲインと位相の両周波数特性を考慮した受動型制振装置の設計

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本研究は,機械や構造物の周波数特性を各種の制振装置を付加することによって改善し,振動応答の抑制を図ることを目的とし,一般的な評価指標として用いられるゲイン特性と位相特性を共に考慮して,線形行列不等式を利用した線形制御理論に基づいて受動型の制振装置を設計することを目指した.免震や制振装置のばねやダンパの設計問題は,定数フィードバック制御系の設計問題として考えることができ,そのとき得られる制御器の構造がPD制御器の構造と似ているところに着目した.PD制御器は様々な分野で応用されており,その設計方法のひとつとして一巡伝達関数の整形で設計する手法が報告されている.周波数ごとに制約を付加することが可能なGKYP補題(一般化KYP補題)が提案されており,PID制御器の一巡伝達関数整形の問題がこの手法により求解できる.そこで本研究では,簡単な構造の振動系における受動型の制振装置の配置する問題を考え(振動絶縁装置,高速鉄道車両),装置のパラメータを最適化する基礎的な検討を行った.質量間に配置されるばねとダンパをPD制御器のゲインとして考え,フィードバックゲイン設計問題にGKYP補題を適用し,適当な制約条件においてパラメータの最適化を行つた.本手法を利用して設計した振動系の有効性をシミュレーションにより確認した.また,磁気ダンパによって減衰比が変更できる振動絶縁装置を製作し,本手法の有効性を実験的に確認する際に,減衰比を意図的に励振させることによつて共振周波数以外の基礎部の入力周波数において共振が誘起できる現象を見出すことができ,新たな制振方法の可能性を発見できた.