センサ出力の遅れが圧電アクチュエータを用いたセミアクティブ振動制御系の周期応答に与える影響の解析

摘要

圧電アクチュエータを用いたセミアクティブ振動制御手法の1 つとして，適切なタイミングで圧電アクチュエータの端子間にコイルを接続することにより発生力の符号を反転させる手法が提案されている. この手法では，圧電アクチュエータによって振動系から取り出したエネルギーを有効活用することで高い制振性能を達成しており，振動系からエネルギーを取り出す点に着目してエナジーハーベスティングに応用する研究も行われている．さらに，取り出したエネルギーを制御用マイクロプロセッサの電源として使用することにより，外部電源が不要なセルフパワード制御も実現されている．これらのセミアクティブ制御手法に基づいた系は切り替えを伴う強い非線形系となるため，伝達関数などで評価が可能な線形系の場合とは異なり一般的な性能評価が難しいが，１つの評価方法として調和外力などの周期的な外乱を受ける場合の定常的な周期解を用いることが考えられる．著者らは，非線形振動系の周期解の数値解析法であるシューテイング法を用いることでセミアクティブ振動制御系の周期解を高精度に求める手法を示しており，従来の調和バランス法に基づく近似解析では得られなかった解の分岐が存在することを示した．この分岐によって生じた解には，機械的な固有振動周期の1/200 程度の時間で完了する極性反転過程の途中で状態フィードバック則により得られる目標電荷の符号が変化し，これに基づいてスイッチが切り替わって極性反転過程が中断される現象が多く観察された．しかし，現実の系のセンサ出力には遅れが存在するため，状態フィードバック則により得られる目標電荷の応答にも遅れが生じると考えられ，これに基づくスイッチ切り替えがこのような短期間に発生するのかという疑問がある．そこで本研究では，センサ出力の遅れを表現する1 次遅れ要素を追加したモデルに対してシューティング法による解析を行い，センサ出力の遅れが周期解とその中でのスイッチ切り替えに与える影響を調べていく．