低次元モデルに基づいた振動制御のための空間フィルタ設計法の開発

基于低维模型的振动控制空间滤波器设计方法的发展

基本信息

批准号：
18760162
负责人：
細矢直基
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology (2007)Saitama University (2006)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

加速度センサ等のポイントセンサを用いた構造物の振動実験において得られる応答には,多くの振動モード成分が含まれている.この中から,所望の複数のモードを不可観測にする,必要なモードを抽出することは,低次元モデルの構築や振動制御におけるスピルオーバ回避に有効である.そこで,構造物に取り付けた複数個のポイントセンサ出力の中から,所望の複数の振動モードを同時に不可観測とするための空間フィルタの設計方法を提案した.提案法は,不可観測とするモードと同数以下のセンサで実現できるという特徴を有する.また,有限要素モデルを用いて空間フィルタを仮設計した後,振動実験によりセンサ位置を微調整することで空間フィルタを修正し,より高精度なフィルタリングを実現する.はじめに,空間フィルタの設計手法に対して特異値分解を適用することで,使用するセンサ数が大幅に増加しても簡便に空間フィルタを設計できることを示した.また,それぞれのモードを所望の精度で不可観測とする空間フィルタの設計法を示した.各モードの大きさを閾値以下にするような,工学的な意味での不可観測を実現するために可観測性メジャーを導入し,これを有限要素モデルによる数値シミュレーション,および片持ちはりの振動実験を通して検証した.次に,多数のセンサを用いた空間フィルタリングを振動実験において高精度で実現するための手法を示した.空間フィルタを振動実験により修正する際,可観測性メジャーを用いることで多数取り付けたセンサの中からどのセンサをどの程度調節すべきかという指針を簡便に得られることを示した.最後に,多数のセンサで多数のモードを不可観測にできることを片持ちはりの振動実験を通して示した.対象周波数範囲に存在する8個のモードの内,抽出対象の1次モード以外の7個全てのモードを4個のセンサを使用するだけで高精度に不可観測とした.

在使用加速度传感器等点传感器进行的结构振动实验中获得的响应包含许多振动模态分量，提取对于构建低维模型和避免振动控制中的溢出是有效的。因此，可以同时提取多个所需的振动模态。附着在结构上的多个点传感器的输出，使其无法被观察到。该方法的特点是可以用少于与不可观测模式相同数量的传感器来实现。此外，在使用有限元模型初步设计空间滤波器后，我们通过以下方式微调传感器位置：通过调整空间滤波器，我们可以修改空间滤波器，实现更精确的滤波。首先，通过将奇异值分解应用于空间滤波器设计方法，即使在使用的传感器数量大幅增加时也易于使用。我们证明了设计空间滤波器是可能的我们还展示了一种设计空间滤波器的方法，该方法可以使每种模式以所需的精度不可观测。我们引入了可观测性测量，并通过使用有限元模型的数值模拟和悬臂梁的振动实验对其进行了验证。为了在振动实验中使用大量传感器高精度地实现空间滤波，我们演示了空间填充的方法。通过使用可观测性测量，结果表明，当通过振动实验修改传感器时，可以通过使用振动实验轻松地从大量安装的传感器中获得应调整哪个传感器以及调整到什么程度的指南。悬臂梁，我们证明了可以使许多模式变得不可观测，仅使用传感器就不可能进行高精度观测。