21 柔軟片持ち梁の振動制御における移動可能なアクチュエータの製作

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1 21 柔軟片持ち梁の振動制御における移動可能なアクチュエータの製作
21　柔軟片持ち梁の振動制御における移動可能なアクチュエータの製作 A mobile actuator for vibration control of flexible cantilever 学籍番号 : 　氏名 : 島村 健太　　指導教員 : 小林 泰秀 　　　　　　Student ID : 　　Name : Kenta SHIMAMURA　　Supervisor : Yasuhide KOBAYASHI Abstract 　In a study on vibration control of the flexible beam, there are various things to the actuator for control including a shaker and the electromagnet. Among them, piezoelectric element is used in many studies because not need a special system for use at light weight. In this study, We think about the most suitable placement problem of the actuator in the vibration control of the flexible beam which used a piezoelectric element as an actuator. Generally, fixed to the object with special adhesive for the fixation of the piezoelectric element, and need to cope with each vibration point and to put plural piezoelectric elements, and the individual difference of the piezoelectric element becomes the problem when examine the placement. In this study, we make the actuator which can move mounting location by sticking a piezoelectric element on a thin metal plate, and a bolt fasten it to a beam. At first I carry out a multiple experiment at the same position and examine influence by installation. show the validity by changing a vibration point , and measuring a frequency response, and comparing it with the physical model. あつ １．研究背景 ・柔軟梁の振動制御 　圧電素子は軽量で使用に特別なシステムが不要なため多くの研究で使用されている ・今まで研究室で行われていた研究 　アクチュエータ(圧電素子)を２つ使用した場合に一方向に波を伝える指向性アクチュエータを設計し、指向性のある振動を生成することに成功している ・アクチュエータの最適配置について 　柔軟梁の振動制御において、アクチュエータの性能が１番発揮できる場所、つまり最適配置に関する研究は既に行われているので、これに指向性アクチュエータを適応させることで指向性アクチュエータの性能をさらに向上させることができる ・現状の問題点 　圧電素子は貼り付けるとはがせないため、それぞれの加振点に圧電素子を貼る必要があり、圧電素子の個体差によって実験結果が変わる可能性がある 目的 　・取り付け位置が移動可能な圧電素子を用いたアクチュエータの製作 　・複数の加振点での物理モデルとの比較による妥当性の証明 はり ２．ステンレス板付き圧電素子の製作 Table.1 ステンレス板付き圧電素子の仕様 Table.２ ステンレス板と圧電素子のパラメータ ・実験結果 Fig.1 製作した圧電素子 物理モデルに簡易的な減衰を 加えるためにkを変更 Fig.3 圧電素子取付け状態 Fig.2 圧電素子取付概略図 圧電素子を再度取り付けても 共振周波数の変化なし ３．周波数応答実験 Table.3　実験装置の型番 共振周波数のズレは梁に 圧電素子を取り付けることによる 剛性の増加 Table.4　梁のパラメータ Fig.7 周波数応答結果 ４．加振点移動による周波数応答の変化 ・実験方法 １．Act2の場所に圧電素子を取り付ける ２．入力電圧45[V]で周波数を1[Hz]から10[Hz]まで変化させて梁を加振する ３．その時の梁の変位をレーザー変位計で測定し、ゲインと位相のグラフを作成し、 　Act1の周波数応答結果および物理モデルと比較する Fig.5 実験装置概略図 Fig.4 実験装置 アクチュエータの位置が先端に近く なると圧電素子を取り付けた場合の梁の剛性の増加量は小さくなる ↓ よって一次共振周波数が低下 ・実験方法 １．Act1の場所にアクチュエータを取り付ける ２．入力電圧45[V]で周波数を1[Hz]から10[Hz]まで変化させて梁を加振する ３．その時の梁の変位をレーザー変位計で測定し、ゲインと位相のグラフを作成し、 　物理モデルと比較する ４．アクチュエータを付け直して２と3を再び行い、付け直す前の結果と比較する Act2における実験結果の反共振が 大きく違っているが、明確な理由は わかっていない ・物理モデルについて Fig.8 加振点変更前後の周波数応答結果 状態ベクトルを以下のように定義する ５．まとめ ・圧電素子をステンレス板に張り付けることによってアクチュエータを移動可能 　にし、複数回の取り付けによる再現性の確認を行った Fig.6 片持ち梁にアクチュエータとセンサを１つずつセットした場合 制御対象をEuler-Bernoulli梁と仮定すると、 ６．今後の課題 ・一次共振周波数のズレに対する物理モデルの修正及び反共振周波数のズレの 　原因の調査 ・今回製作した圧電素子を用いての振動制御実験