JP6495497B1 - Active damping device - Google Patents
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Abstract
【課題】加速度センサ等の慣性センサを必要とせずに、安価な構成で制振対象の振動を高精度に抑制する。【解決手段】一実施形態に係るアクティブ制振装置は、制振対象に取り付けられるベース45に弾性体を介して支持された車輪41と、ベース45と車輪41との間隔を調整する電磁アクチュエータ43と、走行時に車輪41が受ける走行面の変動によって電磁アクチュエータ43に発生する電気信号を検出し、その電気信号から制振対象の動きを推定し、その推定結果に基づいて制振対象の動きを制振する方向に電磁アクチュエータ43を駆動する制御器63とを備える。【選択図】 図8An object of the present invention is to suppress a vibration of an object to be damped with high accuracy with an inexpensive configuration without requiring an inertial sensor such as an acceleration sensor. An active vibration control device according to one embodiment includes a wheel 41 supported via a elastic body on a base 45 attached to a vibration suppression target, and an electromagnetic actuator 43 for adjusting a distance between the base 45 and the wheel 41. The electric signal generated in the electromagnetic actuator 43 is detected by the fluctuation of the traveling surface received by the wheel 41 during traveling, and the movement of the vibration control target is estimated from the electric signal, and the movement of the vibration control target is calculated based on the estimation result. And a controller 63 for driving the electromagnetic actuator 43 in the direction of damping. [Selected figure] Figure 8
Description
本発明の実施形態は、車両一般に用いられるアクティブ制振装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an active vibration control system generally used for vehicles.
エレベータの高速化により、乗りかごの走行中の振動(水平振動)を抑制する技術の重要性が高まっている。走行中に生じる振動の最大の原因は、ガイドレールの微小な撓みにある。すなわち、乗りかごがガイドレールに沿って走行しているときに、もともと微小な撓みを有するガイドレール上を高速走行すると、乗りかごに強制変位が働いて、水平方向に振動する。 With the speeding up of elevators, the importance of techniques for suppressing vibration (horizontal vibration) during traveling of a car is increasing. The greatest cause of the vibration that occurs during traveling is the slight deflection of the guide rails. That is, when the car is traveling along the guide rails, when the car travels at high speed on a guide rail which originally has a slight deflection, a forced displacement acts on the car and vibrates horizontally.
そこで、乗りかごの振動を能動的に抑制するアクティブローラガイドの技術が提案されている。アクティブローラガイドは、乗りかごの上下にガイドレールに当接させて設けられる。乗りかごに加速度センサを設置しておき、走行中にこの加速度センサによって検出される振動に基づいてローラガイドのアクチュエータをフィードバック制御することで、乗りかごの振動を能動的に抑制する。 Therefore, there has been proposed a technology of an active roller guide that actively suppresses the vibration of the car. The active roller guides are provided in contact with the guide rails at the upper and lower sides of the car. An acceleration sensor is installed in the car, and feedback control of the roller guide actuator is performed based on the vibration detected by the acceleration sensor while traveling, thereby actively suppressing the vibration of the car.
一般的に、上述したアクティブローラガイドを含め、制振対象の振動を能動的に抑制するシステムでは、制振対象の振動を検出するために加速度センサ等の慣性センサを必要とする。 Generally, in a system that actively suppresses the vibration of the vibration control target including the above-described active roller guide, an inertial sensor such as an acceleration sensor is required to detect the vibration of the vibration control target.
ここで、一般的に使われている低コストのMEMS加速度センサは、1〜2G程度の振動を検出対象として設計されている。このため、MEMS加速度センサでは、エレベータの微振動を正確に検出できず、それを使った制振制御も難しい。一方、サーボ型加速度センサのように精度の高い加速度センサは高価であり、制振性能を上げるために複数個用いた場合に制振システムとしてのコストが大幅に増加して実用的でない。 Here, a commonly used low-cost MEMS acceleration sensor is designed to detect vibrations of about 1 to 2 G. For this reason, the MEMS acceleration sensor can not accurately detect micro-oscillations of the elevator, and vibration control using the same is difficult. On the other hand, a highly accurate acceleration sensor such as a servo type acceleration sensor is expensive, and when a plurality of acceleration sensors are used to improve the vibration control performance, the cost of the vibration control system significantly increases and is not practical.
さらに、加速度センサを用いた場合には、加速度から変位を求める過程で2回積分を行う必要がある。このため、演算による誤差が蓄積しやすく、また、応答性も悪い。そこで、加速度センサ等の慣性センサを用いずに制振制御を行うことが要求されている。 Furthermore, when using an acceleration sensor, it is necessary to perform integration twice in the process of obtaining the displacement from the acceleration. For this reason, errors due to operations are easily accumulated, and responsiveness is also poor. Therefore, it is required to perform damping control without using an inertial sensor such as an acceleration sensor.
本発明が解決しようとする課題は、加速度センサ等の慣性センサを必要とせずに、安価な構成で制振対象の振動を高精度に抑制することのできるアクティブ制振装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an active vibration control device capable of suppressing the vibration of the vibration control object with high accuracy by an inexpensive configuration without requiring an inertial sensor such as an acceleration sensor. .
一実施形態に係るアクティブ制振装置は、制振対象に取り付けられるベースに弾性体を介して支持された車輪と、上記ベースと上記車輪との間隔を調整する電磁アクチュエータと、走行時に上記車輪が受ける走行面の変動によって上記電磁アクチュエータに発生する電気信号を検出し、予め用意された状態空間モデル式に従って上記電気信号から上記制振対象の絶対変位を含む上記制振対象の動きを推定し、その推定結果に基づいて上記制振対象の動きを制振する方向に上記電磁アクチュエータを駆動する制御器とを具備する。
In an active vibration damping device according to one embodiment, a wheel supported via a resilient body on a base attached to a vibration damping target, an electromagnetic actuator for adjusting a distance between the base and the wheel, and the wheel during traveling The electric signal generated in the electromagnetic actuator is detected by the fluctuation of the traveling surface received, and the movement of the damping object including the absolute displacement of the damping object is estimated from the electric signal according to a previously prepared state space model equation , And a controller for driving the electromagnetic actuator in a direction for damping the movement of the damping target based on the estimation result.
まず、本発明の実施形態を説明する前に、図1乃至図3を用いて一般的な制振装置の構成について説明する。 First, before describing an embodiment of the present invention, the configuration of a general damping device will be described using FIGS. 1 to 3.
図1は機械的サスペンションの構成を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a mechanical suspension.
一般に、自動車等の車両の振動を抑制するために「サスペンション」と呼ばれる制振装置が用いられる。このサスペンションは、車体1と車輪2との間にばね4とダンパ5を備え、車体1の走行面3から受ける力、車体1に直接働く力(例えば重力や搭乗者および積載物が発生させる力)を吸収する。なお、図中のmは重量、kはばね定数、cは減衰係数(ダンピング係数)である。
Generally, in order to suppress vibration of vehicles, such as a car, a damping device called "suspension" is used. This suspension is provided with a spring 4 and a
ここで、車輪2が接触している走行面3は変動面であり、車体1の走行速度が変化するため、時間的変動すなわち広い周波数帯域の変動特性を有する。また、車体1に直接働く力についても、動力源などから伝わる力は広い周波数帯域を持っている。ばね定数k、減衰係数cを低めに設定すれば、低周波成分の振動については、走行面3から車体1への伝達を抑制できる。しかし、高周波成分の振動については、ダンパ5の反力が大きくなるため、車体1にこの反力が作用し、振動伝達が大きくなってしまう。減衰係数cをさらに小さくすれば、高周波成分に対しても振動伝達を抑制できるが、抑制しきれない振動を減衰させる効果は小さくなり、車体1に直接伝わる力に対する減衰効果も小さくなる。
Here, the traveling surface 3 with which the
このような問題に対して、図2に示すような「スカイフックダンパ」と呼ばれる制振装置が考えられている。スカイフックダンパでは、変動しない仮想の天井6と車体1をダンパ5でつないでいる。これにより、減衰係数cに関わる問題を解決できる。しかしながら、当然ながら仮想の天井6に実在するダンパ5を接続することは不可能であり、機械的な要素だけではスカイフックダンパを実現できない。
With respect to such a problem, a damping device called a "skyhook damper" as shown in FIG. 2 is considered. In the skyhook damper, the
そこで、スカイフックダンパと等価なシステムを実現するために、「アクティブサスペンション」が用いられる。アクティブサスペンションでは、図3に示すように、ばね4とダンパ5の代わりに、アクチュエータ7を車体1と車輪2の間に介在させてフィードバック制御を行う。フィードバック制御は、加速度センサ8で計測した車体1の加速度と等価な電圧信号を制御器9に取り込んで演算を行い、この演算結果に基づいてアクチュエータ7を駆動制御することで実現する。
Therefore, an "active suspension" is used to realize a system equivalent to the skyhook damper. In the active suspension, as shown in FIG. 3, instead of the spring 4 and the
エレベータにおいて、サスペンションに相当するローラガイドについても、上述したアクティブサスペンションの方法が用いられている。ただし、アクティブサスペンションは、制振対象の動き(振動)を計測するためのセンサが必要であり、ばね4とダンパ5で構成される一般的なサスペンションに比べると、コスト高になる。
In the elevator, the above-described active suspension method is also used for a roller guide corresponding to a suspension. However, the active suspension needs a sensor for measuring the movement (vibration) of the object to be damped, and is more expensive than a general suspension composed of the spring 4 and the
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、安価な構成で制振対象の振動を高精度に制振するため、センサを持たないアクティブサスペンション(センサレスアクティブサスペンション)を提供する。なお、本発明において、例えば加速度センサや変位センサのように、物体の運動そのものを電気信号に変換する検出器のことをセンサと呼び、電流や電圧を検出する回路素子のことはセンサと呼ばないものとする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and provides an active suspension (sensorless active suspension) having no sensor in order to control a vibration to be damped with high accuracy with a low cost configuration. In the present invention, a detector that converts the motion of an object itself into an electrical signal, such as an acceleration sensor or a displacement sensor, is called a sensor, and a circuit element that detects current or voltage is not called a sensor. It shall be.
本発明のセンサレスアクティブサスペンションは、車体1と車輪2の間に電磁アクチュエータと共に弾性体を介在させ、予め定められた運動方程式、電気回路方程式をもとに、走行時に車輪2の変動を受けて電磁アクチュエータに発生する電気信号(励磁電流あるいはその励磁電流と等価な電圧)から制振対象である車体1の動きを推定する。ここで言う「車体1の動き」とは、車体1が走行時に振動したときの動きであり、走行面3に対する変位と速度を有する。
According to the sensorless active suspension of the present invention, the elastic body is interposed between the vehicle body 1 and the
従来、上述したスカイフックダンパと等価な制振システムを実現するためには、空間に固定された基準点に対する車体1の動き、つまり、慣性空間における車体1の絶対運動を検出しなければならず、そのために高価な加速度センサ8を必要とした。
Conventionally, in order to realize a damping system equivalent to the above-described skyhook damper, it is necessary to detect the movement of the vehicle body 1 relative to a reference point fixed in space, that is, the absolute movement of the vehicle body 1 in inertial space. Therefore, the
これに対し、本発明では、電磁アクチュエータに発生する電気信号をもとに走行面3に対する車体1の動きをリアルタイムに検出するので、加速度センサ8を必要としない。通常、車輪2は走行面3に接触した状態を保つため、これらの変位は略等しい。そのため、運動方程式では、車体1と車輪2の相対変位を用いる。ここで、走行面3によって生じる車体1の動きと、車体1と車輪2の相対変位の和が、慣性空間における車体1の絶対変位である。
On the other hand, in the present invention, since the movement of the vehicle body 1 with respect to the traveling surface 3 is detected in real time based on the electric signal generated in the electromagnetic actuator, the
以下に、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(第1の実施形態)
図4は第1の実施形態におけるセンサレスアクティブサスペンション40の構成を示す図である。本実施形態におけるセンサレスアクティブサスペンション40は、自動車等の車両に用いられる。
First Embodiment
FIG. 4 is a view showing the configuration of the sensorless
図4に示すように、センサレスアクティブサスペンション40は、車輪41、ばね42、電磁アクチュエータ43、ガイド44、ベース45を備える。車輪41は、軸受41aを介してガイド44に取り付けられており、走行面3に接触して軸周りに回転する。ガイド44は、制振対象に取り付けられるベース45に連結部材44aを介して上下に可動自在に支持されている。弾性体であるばね42は、ベース45とガイド44との間に設けられ、ガイド44を介して車輪41を走行面3に押し付けている。電磁アクチュエータ43は、ベース45とガイド44との間にばね42と並列に設けられており、ベース45と車輪21との間隔を動的に調整する。
As shown in FIG. 4, the sensorless
なお、図4の例では、ガイド44がベース45に対して直角に直動する構成を示したが、ガイド44の動きはベース45に対して非直角な直動でも良いし、回転であっても良く、ここでの記載はガイド44の動きを限定するものではない。また、電磁アクチュエータ43は、コイルを有する電磁アクチュエータであれば、どのような種類のものであっても良い。
In the example shown in FIG. 4, the
図5は電磁アクチュエータ43の等価回路50の構成を示す図である。電磁アクチュエータ43を等価回路50で表すと、コイル要素51と抵抗要素52と逆起電圧要素53とで構成される。eは電磁アクチュエータ43に印加する電圧、iは電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流である。電磁アクチュエータ43に電圧eを印加すると、コイル要素51と抵抗要素52を介して逆起電圧要素53で逆起電圧が発生する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the equivalent circuit 50 of the
図6はセンサレスアクティブサスペンション40に用いられる制御システム60の構成を示す図、図7はこの制御システム60に備えられた制御器63の動作を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a control system 60 used for the sensorless
制御システム60は、抵抗器61とアンプ62と制御器63とを備える。電磁アクチュエータ43は、アンプ62と抵抗器61とで閉回路を構成している。電磁アクチュエータ43は発電機と同じであり、走行時に走行面3の変動特性に応じて伸び/縮みするときの動きが電気信号として表れる。したがって、このときの電気信号を検出できれば、走行面3の変動に対する制振対象の動き(振動)が分かり、その制振対象の動きに合わせて電磁アクチュエータ43を駆動制御することで能動的に制振対象の動きを抑制できる。
The control system 60 comprises a
図6の例では、電磁アクチュエータ43と直列接続された抵抗器61の端子間電圧から電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流iを演算し、その演算結果に基づいてアンプ62へのフィードバック信号として電圧指令値を出力している。
In the example of FIG. 6, the excitation current i flowing through the
詳しくは、図7のフローチャートに示すように、走行時に車輪41が受ける走行面3の変動によって電磁アクチュエータ43に励磁電流iが流れる。制御器63は、そのときの励磁電流iを演算により求め(ステップS11)、その励磁電流iから制振対象の動き(振動)を表す変位と速度を推定する(ステップS12)。制御器63は、この推定結果に基づいて制振対象の動きを制振するための電圧指令値を生成し(ステップS13)、アンプ62に出力して電磁アクチュエータ43を駆動する(ステップS14)。このような動作によって、制振対象に発生する振動を抑制することができる。
Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 7, the excitation current i flows in the
ここで、上述した演算の原理について、図3,図5,図6に示した各要素を用いて詳しく説明する。なお、以下で説明するアクチュエータ7は、図4に示した電磁アクチュエータ43に対応している。
Here, the principle of the above-described operation will be described in detail using the respective elements shown in FIG. 3, FIG. 5, and FIG. The actuator 7 described below corresponds to the
本実施形態における運動方程式は式(1)で表される。 The equation of motion in the present embodiment is expressed by equation (1).
mは車体1の質量、kはばね定数、cはダンパ減衰係数、kiはアクチュエータ7の推力係数、iはアクチュエータ7に流れる励磁電流、x1は走行面3に対する車体1の相対変位、x0は走行面3の変位である。 m is the mass of the vehicle body 1, k is a spring constant, c is a damper damping coefficient, k i is a thrust coefficient of the actuator 7, i is an excitation current flowing through the actuator 7, x 1 is a relative displacement of the vehicle body 1 with respect to the traveling surface 3, x 0 is the displacement of the traveling surface 3.
また、図5に示される等価回路50の回路方程式は式(2)で表される。 Further, the circuit equation of the equivalent circuit 50 shown in FIG. 5 is expressed by equation (2).
Lはコイル要素51のインダクタンス、Rは抵抗要素52の抵抗値である。また、kvはアクチュエータ7の特性で決まる逆起電圧要素53の係数、eはアクチュエータ7に印加する電圧である。つまり、式(2)は、走行面3に対する車体1の相対変位(x1−x0)がアクチュエータ7の速度として表れ、その速度に対応した逆起電圧が発生することを意味している。
L is the inductance of the
上記式(1)、式(2)から制振システムの状態空間モデルは式(3)で表される。 From the above equation (1) and equation (2), the state space model of the damping system is expressed by equation (3).
式(3)で表されるモデルは拡大系として書き換えることができ、状態空間モデルは式(4)で表される。 The model represented by equation (3) can be rewritten as an extension system, and the state space model is represented by equation (4).
e21、e22は定数であり、走行面3の変動特性を考慮して決定する任意の値であるが、e21≠0を満たす必要がある。 e 21, e 22 are constants, is an arbitrary value determined by considering the variation characteristic of the running surface 3, it is necessary to satisfy the e 21 ≠ 0.
ここで、式(4)の2行目は、検出可能な変数は励磁電流iのみであることを表している。状態空間モデルにおいては、式(5)を満たせば全状態変数xa、つまり、走行面3に対する車体1の相対変位と速度、走行面3の変動の変位と速度を推定できることを意味し、センサレスで慣性空間における車体1の絶対変位を得ることができる。 Here, the second line of Equation (4) indicates that the only variable that can be detected is the excitation current i. In the state space model, it means that all the state variables x a , that is, the relative displacement and velocity of the vehicle 1 with respect to the traveling surface 3 and the displacement and velocity of the fluctuation of the traveling surface 3 can be estimated if Equation (5) is satisfied. Absolute displacement of the vehicle body 1 in the inertial space can be obtained.
本実施形態の制振システムでは、次の条件を満たすことで式(5)が成立する。 In the damping system of the present embodiment, equation (5) is satisfied by satisfying the following condition.
(条件)a21≠0かつa32≠0かつe21≠0
上記条件の物理的意味は、「ばね定数がゼロでない」かつ「コイルに逆起電圧が生じる」かつ「時間的変動がある」である。言い換えると、「ばね定数を有する弾性体」と「逆起電圧を発生する電磁アクチュエータ」を用いていること、「制振対象が時間的に変動している走行面を走行中」であることを意味している。
(Conditions) a 21 ≠ 0 and a 32 ≠ 0 and e 21 ≠ 0
The physical meaning of the above conditions is "spring constant is not zero" and "the coil has a back EMF" and "has temporal variation". In other words, that "the elastic body having a spring constant" and "the electromagnetic actuator that generates the back electromotive force" are used, and "the damping object is traveling on the traveling surface which is temporally fluctuating" I mean.
したがって、図4に示したように、ベース45と車輪2との間に電磁アクチュエータ43とばね42を介在させ、走行面3の時間的変動を考慮に入れたモデルを構築すれば、センサレスアクティブサスペンション40を実現できる。
Therefore, as shown in FIG. 4, if the
図8は車両70にセンサレスアクティブサスペンション40を用いた場合の構成を模式的に示した図である。
FIG. 8 is a view schematically showing a configuration in which the sensorless
車両70は、車両本体である車体71を備え、その車体71の前後左右の車輪部分にセンサレスアクティブサスペンション40が設置されている。なお、図8では、2つのセンサレスアクティブサスペンション40しか図示されていないが、実際には前輪用に2つのセンサレスアクティブサスペンション40、後輪用に2つのセンサレスアクティブサスペンション40が設置され、それぞれに制御器63に接続されている。
The
このような構成において、走行中に車輪41からばね42と電磁アクチュエータ43を介して車体71に振動が伝わる。その際、制御器63は、電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流iから車体71の変位と速度を推定し、それを打ち消す方向に電磁アクチュエータ43を駆動制御することで、走行面(地面)から車体71に伝わる振動を抑制する。
In such a configuration, vibration is transmitted from the
なお、ここでは、車体71の4輪全てにセンサレスアクティブサスペンション40が用いられている場合を想定して説明したが、前輪左右の2つのみがセンサレスアクティブサスペンション、あるいは、後輪左右の2つのみがセンサレスアクティブサスペンションであり、他の車輪は通常のサスペンションが用いられていても構わない。このような場合でも上記同様の原理で走行面(地面)から車体71に伝わる振動を能動的に抑制できる。
Although the sensorless
このように第1の実施形態によれば、電磁アクチュエータの電気信号から制振対象である車体の動きを推定することで、加速度センサ等の慣性センサを用いずに制振対象に発生する振動を抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment, by estimating the movement of the vehicle body to be damped from the electric signal of the electromagnetic actuator, the vibration generated in the damped object without using an inertial sensor such as an acceleration sensor is obtained. It can be suppressed.
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.
図9は第2の実施形態におけるセンサレスアクティブサスペンション40に用いられる制御システム60の構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態における図6の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
FIG. 9 is a view showing the configuration of a control system 60 used for the sensorless
第2の実施形態では、図6に示した抵抗器61の代わりに、ホール素子64が電磁アクチュエータ43の閉回路外に設けられている。ホール素子64は、測定対象とする電流(ここでは電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流i)の周りに生じる磁界をホール効果を利用して電圧に変換する。このホール素子64で生じる電圧は励磁電流iと等価である。したがって、ホール素子64から出力される電圧信号を制御器63へ入力することで、上記第1の実施形態と全く同じ原理でセンサレスアクティブサスペンション40を実現できる。
In the second embodiment, a
既に述べているように、本発明では、物体の運動そのものを電気信号に変える検出器のことをセンサと呼び、電流や電圧を検出する回路素子のことはセンサと呼ばない。上記ホール素子64はセンサではなく、電圧検出用の回路素子である。
As described above, in the present invention, a detector that converts the motion of an object itself into an electrical signal is called a sensor, and a circuit element that detects current or voltage is not called a sensor. The
なお、ホール素子64以外の別の回路素子を用いて、電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流iを検出する構成としても良い。他の部分に関しては、上記第1の実施形態と同様で良いため、その説明は省略する。
The excitation current i flowing through the
このように第2の実施形態によれば、ホール素子等の回路素子を用いて電磁アクチュエータの励磁電流を検出する構成としても、上記第1の実施形態と同様に、加速度センサ等の慣性センサを用いずに制振対象に発生する振動を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, even when the excitation current of the electromagnetic actuator is detected using a circuit element such as a Hall element, an inertial sensor such as an acceleration sensor is used as in the first embodiment. The vibration which generate | occur | produces in damping object can be suppressed without using.
(第3の実施形態)
図10は第3の実施形態における車両70にセンサレスアクティブサスペンション40を用いた場合の構成を模式的に示す図である。
Third Embodiment
FIG. 10 is a view schematically showing a configuration in which the sensorless
本実施形態における車両70は、車体71とシャーシ等の台車72とを備え、車体71と台車72との間にセンサレスアクティブサスペンション40が設けられている。なお、図10では、2つのセンサレスアクティブサスペンション40しか図示されていないが、実際には前輪用に2つのセンサレスアクティブサスペンション40、後輪用に2つのセンサレスアクティブサスペンション40が設置され、それぞれに制御器63に接続されている。
The
ここで、前後左右に設けられる4つの車輪41は台車72に接続されている。センサレスアクティブサスペンション40はジョイント73を介して台車72に接続されており、センサレスアクティブサスペンション40のベース45に車体71が固定される。
Here, the four
なお、本実施形態における制御システムの構成は上記第1の実施形態で説明した図6の構成または上記第2の実施形態で説明した図9の構成と同様である。すなわち、制御器63は、センサレスアクティブサスペンション40の電磁アクチュエータ43に流れる励磁電流iから車体71の変位と速度を推定し、それを打ち消す方向に各電磁アクチュエータ43を駆動制御する。
The configuration of the control system in this embodiment is the same as the configuration of FIG. 6 described in the first embodiment or the configuration of FIG. 9 described in the second embodiment. That is, the
このような構成において、走行時に各車輪41に走行面(地面)からの力が作用すると、台車72を動かそうとする力とモーメントが生じる。すると、台車72の重心の上下動および重心軸周りの回転が生じる。この運動はセンサレスアクティブサスペンション40に対して力を作用させる。これにより、センサレスアクティブサスペンション40は台車に伝わる力を吸収して、走行面(地面)から伝わる振動を抑制する。
In such a configuration, when a force from the traveling surface (ground) acts on each
なお、ここでは、車体71と台車72との間に前後左右に4つのセンサレスアクティブサスペンション40が設けられている場合を想定して説明したが、前方左右の2箇所にセンサレスアクティブサスペンション、あるいは、後方左右の2箇所にセンサレスアクティブサスペンションであり、他の箇所は通常のサスペンションが用いられても構わない。このような場合でも上記同様の原理で走行面(地面)から台車72を介して車体71に伝わる振動を能動的に抑制できる。
Here, the case has been described assuming that four sensorless
このように第3の実施形態によれば、車輪が取り付けられた台車と制振対象である車体との間に電磁アクチュエータと弾性体を介在させた構成であっても、上記第1の実施形態と同様に、電磁アクチュエータの電気信号から制振対象の動き(変位と速度)を推定することで、加速度センサ等の慣性センサを用いずに制振対象に発生する振動を抑制することができる。 As described above, according to the third embodiment, even in the configuration in which the electromagnetic actuator and the elastic body are interposed between the bogie to which the wheels are attached and the vehicle body to be damped, the first embodiment is preferable. Similarly to the above, by estimating the movement (displacement and velocity) of the vibration control target from the electric signal of the electromagnetic actuator, it is possible to suppress the vibration generated in the vibration control target without using an inertial sensor such as an acceleration sensor.
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment will be described.
第4の実施形態では、センサレスアクティブサスペンションをエレベータに応用したものである。なお、一般に車両に用いられるアクティブ制振装置を「アクティブサスペンション」と呼び、エレベータに用いられる制振装置を「アクティブローラガイド」と呼んでいる。 In the fourth embodiment, a sensorless active suspension is applied to an elevator. In addition, the active damping device generally used for vehicles is called "active suspension", and the damping device used for elevators is called "active roller guide."
図11は第4の実施形態におけるエレベータ100にセンサレスアクティブローラガイド103を用いた場合の構成を部分的に示す図である。
FIG. 11 is a view partially showing the configuration in the case where a sensorless
エレベータ100は、かご枠101に搭載された乗りかご102を備える。かご枠101は、昇降路内に立設された一対のガイドレール104に上下に移動自在に支持されており、図示せぬ巻上機の駆動によりガイドレール104に沿って移動することで、乗りかご102を昇降動作させる。
The elevator 100 comprises a
ここで、かご枠101の上下左右に計4個にセンサレスアクティブローラガイド103が設けられている。これらのセンサレスアクティブローラガイド103は、センサレスで振動を抑制可能なアクティブローラガイドであり、それぞれに乗りかご102上に設置された制御器105に接続されている。
Here, a total of four sensorless active roller guides 103 are provided at the top, bottom, left, and right of the
図12にセンサレスアクティブローラガイド103の構成を示す。また、図13にガイドレール104の形状を示す。
The structure of the sensorless
センサレスアクティブローラガイド103は、1つの左右方向ローラ111と、2つの前後方向ローラ112a,112bとを備える。ガイドレール104は、断面がT字形状を有する。このガイドレール104のレール部121の先端部121aに左右方向ローラ111が当接し、レール部121の側面122に一対の前後方向ローラ112a,112bが当接する。
The sensorless
左右方向ローラ111は、ガイド113cによってレール部121の先端部121aに向かう方向に直動に案内されている。前後方向ローラ112a,112bは、それぞれにガイド113a,113bによってレール部121の両側面122に向かう方向に直動に案内されている。
The left and
ガイド113a,113bは、それぞれに弾性体であるばね114a,114bによって支柱115a,115bに支持されている。同様に、ガイド113cについても、弾性体であるばね114cによって支柱115cに支持されている。これらの支柱115a,115b,115cはベース116に固定されている。したがって、前後方向ローラ112a,112bおよび左右方向ローラ111は、ベース116に対して間接的にばね支持されている。
The
また、ガイド113a,113bは電磁アクチュエータ117a,117bに接続され、ガイド113cは電磁アクチュエータ117cに接続されている。これらの電磁アクチュエータ117a,117b,117cは、上記第1の実施形態で説明した電磁アクチュエータ43と同様に逆起電力が発生する電磁アクチュエータであり、制振対象に取り付けられるベース116に固定されている。
The
電磁アクチュエータ117a,117bは、ベース116と前後方向ローラ112a,112bとの間隔を調整する。詳しくは、電磁アクチュエータ117a,117bは、ベース116に可動自在に取り付けられた前後方向ローラ112a,112bとレール部121の両側面122との間隔を調整するために、前後方向ローラ112a,112bをレール部121の両側面122に押し当てる、あるいは引き離す方向の力を生じさせる。
The
電磁アクチュエータ117cは、ベース116と左右方向ローラ111との間隔を調整する。詳しくは、電磁アクチュエータ117cは、ベース116に可動自在に取り付けられた左右方向ローラ111とレール部121の先端部121aとの間隔を調整するために、左右方向ローラ111をレール部121の先端部121aに押し当てる、あるいは引き離す方向の力を生じさせる。
The
なお、本実施形態における制御システムの構成は上記第1の実施形態で説明した図6の構成または上記第2の実施形態で説明した図9の構成と同様である。すなわち、制御器105は、電磁アクチュエータ117a,117b,117cに流れる励磁電流から制振対象である乗りかご102の動き(変位と速度)を推定し、それを打ち消す方向に電磁アクチュエータ117a,117b,117cを個別に駆動制御する。
The configuration of the control system in this embodiment is the same as the configuration of FIG. 6 described in the first embodiment or the configuration of FIG. 9 described in the second embodiment. That is, the
このような構成において、通常、ガイドレール104は、所定の長さを有する複数本のレール部材を垂直方向に連結して構成されている。このガイドレール104を完全に垂直にして立設することは極めて困難であり、微小な歪みが存在する。このガイドレール104の歪みが乗りかご102の走行時に強制変位として働き、水平方向の揺れ(水平振動)を発生させる。
In such a configuration, the
図12に示したように、乗りかご102を囲むかご枠101の上下左右の4カ所にセンサレスアクティブローラガイド103が設置されている。センサレスアクティブローラガイド103には、制振機構である電磁アクチュエータ117a,117b,117cが備えられている。
As shown in FIG. 12, sensorless active roller guides 103 are installed at four places, upper, lower, left, and right, of a
ここで、ガイドレール104の歪みを受けてローラ111,112a,112bが動くと、それに対応した電磁アクチュエータ117a,117b,117cに励磁電流が発生する。制御器105は、このときの励磁電流を上記第1または第2の実施形態で説明した方法により検出し、その励磁電流から制振対象である乗りかご102の動き(変位と速度)を推定し、それを打ち消す方向に電磁アクチュエータ117a,117b,117cを個別に駆動する。これにより、ローラ111,112a,122bとガイドレール104との間隔が調整されて乗りかご102の振動が抑えられる。
Here, when the
このように第4の実施形態によれば、センサレスアクティブサスペンションをエレベータに応用した場合でも、電磁アクチュエータの電気信号から制振対象である乗りかごの動き(変位と速度)を推定することで、加速度センサ等の慣性センサを用いずに制振対象に発生する振動を抑制することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, even when the sensorless active suspension is applied to an elevator, acceleration is estimated by estimating the movement (displacement and velocity) of the car to be damped from the electric signal of the electromagnetic actuator. It is possible to suppress the vibration generated in the damping target without using an inertial sensor such as a sensor.
なお、上記第4の実施形態では、エレベータを例にして説明したが、例えば電車などのようにレール上を走行する移動体であれば、本発明の手法を適用して振動を低減させることも可能である。 In the fourth embodiment, although the elevator has been described as an example, for example, if it is a moving object that travels on a rail like a train, the method of the present invention may be applied to reduce the vibration. It is possible.
以上述べた少なくとも1つの実施形態によれば、加速度センサ等の慣性センサを必要とせずに、安価な構成で制振対象の振動を高精度に抑制することのできるアクティブ制振装置を提供することができる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to provide an active vibration control device capable of suppressing the vibration of the vibration control object with high accuracy with an inexpensive configuration without requiring an inertial sensor such as an acceleration sensor. Can.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…車体、2…車輪、3…走行面、4…ばね、5…ダンパ、6…仮想の天井、7…アクチュエータ、8…加速度センサ、9…制御器、40…センサレスアクティブサスペンション、41…車輪、41a…軸受、42…ばね、43…電磁アクチュエータ、44…ガイド、44a…連結部材、45…ベース、50…電磁アクチュエータの等価回路、51…コイル要素、52…抵抗要素、53…逆起電圧要素、60…制御システム、61…抵抗器、62…アンプ、63…制御器、64…ホール素子、70…車両、71…車体、72…台車、73…ジョイント、100…エレベータ、101…かご枠、102…乗りかご、103…センサレスアクティブローラガイド、104…ガイドレール、111…左右方向ローラ、112a,112b…前後方向ローラ、113a〜113c…ガイド、114a〜114c…ばね、115a〜115c…支柱、116…ベース、117a〜117c…電磁アクチュエータ、121…レール部、121a…レール部の先端部、122…レール部の側面。
Reference Signs List 1
Claims (6)
上記ベースと上記車輪との間隔を調整する電磁アクチュエータと、
走行時に上記車輪が受ける走行面の変動によって上記電磁アクチュエータに発生する電気信号を検出し、予め用意された状態空間モデル式に従って上記電気信号から上記制振対象の絶対変位を含む上記制振対象の動きを推定し、その推定結果に基づいて上記制振対象の動きを制振する方向に上記電磁アクチュエータを駆動する制御器と
を具備したことを特徴とするアクティブ制振装置。 A wheel supported via an elastic body on a base attached to a vibration damping target,
An electromagnetic actuator for adjusting the distance between the base and the wheel;
The electric signal generated in the electromagnetic actuator is detected by the fluctuation of the traveling surface received by the wheel during traveling, and the above-mentioned vibration control target including the absolute displacement of the vibration control target from the above electric signal according to a prepared state space model formula . A controller for driving the electromagnetic actuator in a direction for estimating movement and damping the movement of the vibration control target based on the estimation result.
この台車に取り付けられた車輪と、
上記ベースと上記台車との間隔を調整する電磁アクチュエータと、
走行時に上記車輪が受ける走行面の変動によって上記電磁アクチュエータに発生する電気信号を検出し、予め用意された状態空間モデル式に従って上記電気信号から上記制振対象の絶対変位を含む上記制振対象の動きを推定し、その推定結果に基づいて上記制振対象の動きを制振する方向に上記電磁アクチュエータを駆動する制御器と
を具備したことを特徴とするアクティブ制振装置。 A dolly supported via an elastic body on a base attached to a vibration damping target,
Wheels attached to this dolly,
An electromagnetic actuator for adjusting the distance between the base and the carriage;
The electric signal generated in the electromagnetic actuator is detected by the fluctuation of the traveling surface received by the wheel during traveling, and the above-mentioned vibration control target including the absolute displacement of the vibration control target from the above electric signal according to a prepared state space model formula . A controller for driving the electromagnetic actuator in a direction for estimating movement and damping the movement of the vibration control target based on the estimation result.
上記乗りかごに取り付けられるベースに弾性体を介して支持され、上記ガイドレールに当接するローラと、
上記ベースと上記ローラとの間隔を調整する電磁アクチュエータと、
走行時に上記ローラが受ける上記ガイドレールの変動により上記電磁アクチュエータに発生する電気信号を検出し、予め用意された状態空間モデル式に従って上記電気信号から制振対象である上記乗りかごの絶対変位を含む上記乗りかごの動きを推定し、その推定結果に基づいて上記乗りかごの動きを制振する方向に上記電磁アクチュエータを駆動する制御器と
を具備したことを特徴とするアクティブ制振装置。 An active vibration control device installed on a portion of an elevator car facing a guide rail,
A roller supported via an elastic body at a base attached to the car and abutted against the guide rail;
An electromagnetic actuator for adjusting the distance between the base and the roller;
The electric signal generated in the electromagnetic actuator is detected by the fluctuation of the guide rail received by the roller during traveling, and the absolute displacement of the car to be damped is included from the electric signal according to a prepared state space model formula. A controller for driving the electromagnetic actuator in a direction for estimating the movement of the car and damping the movement of the car based on the estimation result.
上記電磁アクチュエータに発生する電気信号として、上記電磁アクチュエータに流れる励磁電流と等価な電圧を上記電磁アクチュエータに直列接続された抵抗素子の端末間から検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクティブ制振装置。 The above controller
The voltage equivalent to the excitation current which flows into the said electromagnetic actuator is detected from between the terminals of the resistance element connected in series with the said electromagnetic actuator as an electrical signal which generate | occur | produces in the said electromagnetic actuator, Active damping device according to claim 1.
上記電磁アクチュエータに発生する電気信号として、上記電磁アクチュエータに流れる励磁電流と等価な電圧を上記電磁アクチュエータの閉回路外に設けられた電圧検出素子から検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクティブ制振装置。 The above controller
The voltage detection element provided outside the closed circuit of the electromagnetic actuator detects a voltage equivalent to the excitation current flowing through the electromagnetic actuator as the electric signal generated in the electromagnetic actuator. Active damping device according to any one of the preceding claims.
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