制御工学実験報告書

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    資料紹介

    1. 実験の目的
        本実験では,振動工学における基本的な「1自由度振動系」を取り扱う。先端に集中質量を持った振り子(単振り子)を模した実験装置を用いて,その振動特性を把握することを目的とする。特に,固有振動数を求め,数値計算と実験結果との比較を行う。また、実験全体を通して制御工学や機械振動学への理解を深め、今後の講義等に役立てるようにする。
    2.実験の背景(機械工学との関係)
        振動と制御は,裏腹の関係にある。機械装置にとって,振動現象はなるべく発生させたくないものである。例えば,自動車や航空機などの乗り心地に影響を及ぼすし,騒音の原因ともなる。高速回転するような装置の場合,破壊に至る場合もある。ロボットアームなど高速駆動したい場合,その振動によって位置決め精度が劣化する。また,情報機器装置などの精度向上にも振動の影響を考慮する。このように,機械装置の振動と制御には密接な関係があるため,制御対象の振動特性を把握することは非常に重要である。特に共振振動数(固有振動数)はどのくらいか,制御したい周波数帯域の振動特性はどうなっているか,振動の発生原因は何なのか,どのようにしたら抑えられるのかなど制御系の設計時に非常に有効な情報となる。今回は,単振り子の振動系を例に振動の基礎を理解することを実験の目的とする。
    3.実験の基礎理論
    本実験において、図1 に示すように,全質量m [kg] が原点から長さl [m]の距離に集中していると仮定される振り子を考える。その運動は,1平面内に限られるものとする。
    特に振り子の回転角度θが十分小さいとき,振り子の運動方程式は,次の微分方程式に近似されることが知られている。

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    実験の目的
        本実験では,振動工学における基本的な「1自由度振動系」を取り扱う。先端に集中質量を持った振り子(単振り子)を模した実験装置を用いて,その振動特性を把握することを目的とする。特に,固有振動数を求め,数値計算と実験結果との比較を行う。また、実験全体を通して制御工学や機械振動学への理解を深め、今後の講義等に役立てるようにする。
    2.実験の背景(機械工学との関係)
        振動と制御は,裏腹の関係にある。機械装置にとって,振動現象はなるべく発生させたくないものである。例えば,自動車や航空機などの乗り心地に影響を及ぼすし,騒音の原因ともなる。高速回転するような装置の場合,破壊に至る場合もある。ロボットアームなど高速駆動したい場合,その振動によって位置決め精度が劣化する。また,情報機器装置などの精度向上にも振動の影響を考慮する。このように,機械装置の振動と制御には密接な関係があるため,制御対象の振動特性を把握することは非常に重要である。特に共振振動数(固有振動数)はどのくらいか,制御したい周波数帯域の振動特性はどうなっているか,振動の発生原因は何なのか,どのようにしたら抑えられ..

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