制御系設計とモデリング

制御系設計とモデリング制御とモデリング

振動制御入門

制御と言うと難しいイメージもあるようですが、制御は身近なところにあり、実際に使われ、なくてはならないものとなっています。

「制御」のカテゴリでは、モデリングと制御系設計についての基礎的な知識について説明している他、具体的な事例などを紹介しています。

また、モノづくりプログラミングの入門的な内容で、IchigoJamを使ったLEDやモータをプログラミングでコントロールする例なども紹介しています。

少しでも振動の制御について興味を持つ人が増えれば幸いです。

スポンサーリンク

制御とモデリングの人気記事

振動制御、モデリングのためのモード解析の基礎知識4036 views
身近にある振動対策:振動制御(パッシブ、アクティブ振動制御)とモデリング2466 views
LQ最適制御による振動制御系設計入門2062 views
振動モード形を利用したモデリング入門1448 views
等価質量同定法について:モデリング点に質量を付加して等価質量を同定1435 views

振動制御入門

「カテゴリ:振動制御入門」では、振動制御についての知識や経験をもとに、振動制御入門者向けにまとめています。

振動制御入門
振動制御とはどんなものなのか、シミュレーションと実験による事例、振動モード形を利用したモデリング入門とLQ制御理論による制御系設計入門などについてまとめています。

振動対策のために制御を使うのが振動制御です。

振動制御には、計測とモデリング制御系設計とシミュレーション実験(検証)が含まれ、大学などの研究テーマで振動制御を選ぶと、これらすべてを自分でやることになるのでモノづくりを学ぶよい機会になったと考えています。

振動制御の主なプロセスをフローにしてみると下図の様になります。

振動制御の主なプロセスフロー

振動制御の主なプロセスフロー

図 振動制御の主なプロセスフロー

実験モード解析とFEM(固有値解析)の振動モード形を利用して制御対象のモデルを作成し、MATLABを使い制御系設計やシミュレーションをしています。

アクティブ制振とスピルオーバー対策

振動制御に必要なスピルオーバーと呼ばれる不安定現象とその対策については、以下をご参照ください。

アクティブ制振とスピルオーバー(不安定現象)対策
アクティブ制振の際に問題となるスピルオーバーと呼ばれる不安定現象について、振動対策の種類「構造変更と振動制御(振動絶縁、制振)」、アクティブ制振におけるコントローラの制約とモデリング、スピルオーバーとスピルオーバー対策についてまとめています。

振動モード形を利用したモデルによるタワー構造物のLQ最適制御入門

スカイツリーの様な塔状構造物の振動制御についてまとめています。塔状構造物の1次の振動モードについて、水平2方向の制振事例です。私が学んだ振動制御の1例です。

振動モード形を利用したモデルによるタワー構造物のLQ最適制御入門
スカイツリーの様な塔状構造物の振動制御について、鋼製の塔状構造物を例に、制振対象のモデリングには振動モード形を利用し、制振装置に2次元ハイブリッド動吸振器を使い、LQ最適制御による制御系設計制振効果を実験で確認しています。

柔軟構造物の複数の振動モードのアクティブ振動制御

高層建築物の1次と2次の振動モードの制振についてまとめています。ここでは、3次モードの節を制振対象のモデルの質点の位置として、3次モードによるスピルオーバーの発生を防止しています。

柔軟構造物の複数の振動モードのアクティブ振動制御
柔軟構造物の1次と2次の振動モードを2自由度系モデルで制振するアクティブ振動制御について、塔状構造物のモデリング、LQ制御理論による制御系設計、制振効果の解析(シミュレーション)、振動制御実験(制振効果の確認)の順に説明しています。

振動モード形を利用したモデリング

振動モード形の節が持つ不可制御・不可観測性を利用したモデリングについて、理論的な部分を含めて説明しています。物理モデルを作成するので、センサー信号(加速度、速度、変位など)を直接使えるため、モード座標系でのモデリングよりは直感的に分かりやすいというメリットもあります。

振動モード形を利用したモデリング入門
塔状構造物のような柔軟構造物の振動制御法の1つとして、振動モード形の節を利用してスピルオーバーを防止すると共に、物理座標系でのモデリングによりセンサー信号による状態フィードバック制御を実現する低次元化モデル作成法についてまとめています。

LQ最適制御理論による制御系設計

現代制御理論の1つLQ最適制御理論による制御系設計について、理論的な部分を含めて説明しています。現代制御理論では時間領域での設計がほとんど、振動モード形を利用する周波数領域での制御系設計は珍しいそうです。

スポンサーリンク

身近にある振動対策や振動制御(モデリングと制御系設計)

振動モード形と放射音からアクティブ遮音について考える

平板の周辺を固定した振動モード形と放射音との関係、壁の制振(振動制御)と遮音、モデリングと制御系設計についてまとめています。

振動モード形と放射音からアクティブ遮音について考える
ここでは、平板の周辺を固定した振動モード形と放射音(音響モード)について、振動モード形と放射音との関係、壁の制振(振動制御)と遮音、モデリングと制御系設計について説明しました。

制御系設計ツール(MATLABやOctaveなど)

制御系設計ツールのデファクト・スタンダードは、MATLAB/SIMULINKです。今ではホームライセンスもあります。

その他、オープンソースのツールについて、使ったことのあるものを紹介します。

はかせ
はかせ

GNU Octave(オクターブ)は、MATLABとの互換性が高いようなので、使ってみよう思います。

スポンサーリンク

プログラミングでモノを動かす(振動以外の制御)

振動制御をプログラミングの視点で見てみると、制振装置を動かすプログラムを作り、シミュレーションでどのように動かす(振動を制御する)かを決め、実験で実際に確認します。

プログラミングがニュースになる時代となっていますが、プログラミングの第一歩は、モノを動かしてみることだと思います。

実際にモノを動かすプログラミングについては、以下のカテゴリをご参照ください。

モノを動かすプログラミング
こどもパソコンIchigoJamを使ったモノを動かすプログラミングについてまとめています。LEDの点灯で信号機、モータのON/OFFをプログラムして自動走行、サーボモータで腕を振る、使い方はプログラムをする人のアイディア次第です。

スポンサーリンク
制御とモデリング

【制御系設計ツール】GNU Octave(オクターブ)

制御系設計ツールと言えばMATLAB/SIMULINKですが、ここではオープンソースのGNU Octave(オクターブ)についてまとめています。2020年5月に使い始めたばかりですがScilab(サイラボ)より違和感なく使えそうな感じです。
2021.02.27
制御とモデリング

【制御系設計ツール】MATLAB Home(ホームラインセンス)

制御系設計ツールのデファクトスタンダードMATLAB(マットラボ)のMATLAB Home(ホームライセンス)、MATLABとの初めての出会いと再会、その他の制御系設計ツールPythonやGNU Octaveについてまとめています。
2021.02.27
振動制御入門

柔軟構造物の低次元化モデル作成法:質量と剛性パラメータによる固有モード修正

「振動モード形を利用したモデリング入門」の「柔軟構造物の低次元化モデル作成法」では、質量パラメータによる2質点系モデル作成法について説明しました。ここでは、質量と剛性の両パラメータを使った柔軟構造物の低次元化モデル作成法について説明します。
2021.02.27
振動制御入門

柔軟構造物の複数の振動モードのアクティブ振動制御

柔軟構造物の1次と2次の振動モードを2自由度系モデルで制振するアクティブ振動制御について、塔状構造物のモデリング、LQ制御理論による制御系設計、制振効果の解析(シミュレーション)、振動制御実験(制振効果の確認)の順に説明しています。
2021.02.27
振動制御入門

アクティブ制振とスピルオーバー(不安定現象)対策

アクティブ制振の際に問題となるスピルオーバーと呼ばれる不安定現象について、振動対策の種類「構造変更と振動制御(振動絶縁、制振)」、アクティブ制振におけるコントローラの制約とモデリング、スピルオーバーとスピルオーバー対策についてまとめています。
2021.02.23
振動制御入門

アクティブ振動制御実験で使う制振装置の紹介

アクティブ振動制御実験で使った制振装置を紹介しています。4種類の制振装置の違い、2次元ハイブリッド動吸振器(水平2方向)、アクティブ動吸振器、動吸振器型ハイブリッド動吸振器、ハイブリッド動吸振器の信頼性と消費エネルギーについてまとめています。
2021.02.27
振動制御入門

センサー及びアクチュエータの配置についての実験的考察

「振動モード形を利用したモデリング」では、振動モード形の節をセンサ及びアクチュエータ設置点に選びスピルオーバを防止しています。ここでは、塔状構造物を制振対象に選び、センサの設置位置による制御系の安定性について実験的に考察しています。
2021.02.27
振動制御入門

無次元系の状態方程式による制御系設計

現代制御理論の1つLQ最適制御理論による制御系設計の課題である重み係数の決定について、無次元化状態方程式を使った制御系設計方法を紹介します。平行板ばね構造物とアクティブ動吸振器による1次と2次の振動モードの制御系設計法について説明しました。
2021.02.27
振動制御入門

LQ最適制御による振動制御系設計入門

LQ最適制御によるアクティブ制振の制御系設計法について、古典制御理論と現代制御理論、運動方程式と制御系、状態方程式と可制御性・可観測性、LQ制御理論、制振効果の解析(根軌跡、伝達関数、インパルス応答)、実験による制振効果の確認をします。
2021.02.23
振動制御入門

等価質量同定法について:モデリング点に質量を付加して等価質量を同定

物理座標系でのモデリングと制御設計を行うために、制振対象の任意の位置における等価質量を求める等価質量同定法について、モード形と等価質量との関係、1自由度等価質量同定法と注意点、多自由度等価質量同定法について説明しています。
2021.02.27
スポンサーリンク
はかせをフォローする
タイトルとURLをコピーしました