JP2000146747A

JP2000146747A - 振動試験装置

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Publication number: JP2000146747A
Application number: JP10323193A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Horiuchi; 敏彦堀内; Takao Konno; 隆雄今野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-26
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP3618235B2

Abstract

(57)【要約】【課題】計算機による数値計算と加振機による加振試
験を組み合わせる振動試験を実時間で実施する場合の、
加振機の応答遅れに起因し供試体の剛性と質量とにより
決まる試験装置の適用範囲を拡大する。【解決手段】加振機応答遅れの補償方法として、振動
応答計算１１により得た変位、速度、加速度を用い、ロ
ーパスフィルタ１３、１６を含む演算処理により、加振
機応答遅れ時間相当だけ先の変位を予測し、加振機指令
値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物に変形ある
いは荷重を載荷して、例えば、地震応答に影響を及ぼす
特性の把握や、あるいは、強度・信頼性の実証に使用す
る振動試験装置ならびにその試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の地震に対する信頼性を実証する
試験、いわゆる、耐震試験は、振動台と呼ばれる試験装
置で実施されることが多い。これは、加振テーブル上に
地震応答を評価する構造物全体を供試体として搭載し、
油圧加振機によりテーブルを駆動して地震加速度を再現
するものである。本手法は、供試体の地震時の応答を正
確に再現できる反面、テーブルサイズ・加振機の容量な
どの制限があり、試験可能範囲が限定される。大型構造
物の試験を実施するためには、長大な試験施設が必要と
なり経済的ではない。

【０００３】そこで、比較的簡便に耐震試験を実施する
手法として、計算機による数値計算と加振機による加振
試験を組み合わせる“ハイブリッド実験”が提案され、
その種々の手法が検討されている。本手法に関しては、
例えば、家村「ハイブリッド実験の現状と将来」土木学
会論文集、第３５６号／Ｉ−３、１ページから１０ペー
ジに記載されている。これは、構造物を、実際に加振試
験する供試体とする部分と、数値計算を実施する数値モ
デルとする部分に分けたうえで、数値計算では供試体か
ら発生する荷重と地震により加わる慣性力を外力として
地震応答を算出し、ここで求められた二つの部分の境界
点の変形を加振機で供試体に載荷することを繰り返し行
うもので、以下に詳しく説明する。

【０００４】図２はハイブリッド実験で振動応答を評価
しようとしている構造物を模式的に表したものである。
構造物１は基礎４に固定されている。この構造物１を実
際に加振試験で供試体とする部分２と数値モデル化する
部分３に分ける。そして、図３に示すように、供試体２
を基礎４に固定し、反力壁６に固定された加振機５で加
振する。加振機５は制御装置７で制御される。加振機５
により供試体２に載荷される荷重を計測する荷重センサ
ー８が設置されており、その出力は計算機９に入力され
る。計算機９では、少なくと荷重センサー８の出力値α
を取り込み、構造物３の数値モデルにしたがって加振機
に対する指令信号ＣＯＮＴを作成し、制御装置７へ出力
する。

【０００５】加振機への指令信号ＣＯＮＴの作成方法を
説明するために、まず、数値モデル化について説明す
る。構造物３のいくつかの代表点（節点)の運動を変位
ベクトルを{ｘ}として表現し、これらの節点の関係を質
量マトリクス＜Ｍ＞、減衰マトリクス＜Ｃ＞、剛性マト
リクス＜Ｋ＞として記述する。また、この構造物に加わ
る外力の一つとして、地震などにより構造物に加わる荷
重ベクトル{ｆ}を考える。さらに、供試体から加振機に
加わる反力をｑとする。加振機からの反力ｑは、数値モ
デルの中の供試体との境界点に働く外力となるから、反
力ｑが数値モデルのどの時点にどの方向に加わるかを示
すベクトルを｛ｉ｝とすると、数値モデルの運動方程式
は次の通りに記述できる。

【数１】この数値モデルを用いて、次の試験手順で加振試験を行
う。（１）供試体から加振機へ加わる反力ｑを計測
し、（２）（数１）に基づいて微小時間後の振動応答を
求め、（３）変位ベクトルより供試体部分に加える変
位量を算出し、（４）その結果に基づき加振機を駆動
する。以上のステップを繰り返し実施する。反力ｑは実
際の構造物の変形挙動が反映されているため、数値モデ
ルの振動計算は供試体部分を含んだものとなる。また、
全体の振動応答が逐次計算され、その結果により供試体
が加振されているので、構造物全体が加振されているの
と同じ条件で供試体を試験していることになる。このよ
うに、ハイブリッド実験法では、供試体とする部分のみ
の加振をすればよいので、それほど大きな試験設備は必
要なく、また、破壊などの非線形現象を実際の構造物の
挙動として取り込んでいるので精度の高い試験が実施で
きる。

【０００６】さらに本試験手法の精度を高めるために
は、数値計算で求められた振動応答を、そのまま供試体
に載荷することが望ましい。このためには、数値計算と
加振試験の時間軸を一致させる、いわゆる「実時間」の
実験が必要である。このための技術として特開平５−１
０８４６号が開示されている。ところが、通常用いられ
る加振機では、実際に発生する変位などの応答には指令
信号に対して遅れが発生するのが一般的である。この遅
れは、例えば堀内他「加振機の応答遅れを補償した実時
間ハイブリッド実験システムの開発（第１報）」日本機
械学会論文集、Ｃ編、６１巻、５８４号、１３２８ペー
ジから１３３６ページ（以下、「論文」として引用す
る）に記載されているように、実時間ハイブリッド実験
を変位に比例する反力を発生させる供試体を対象にして
実施した時には負の減衰と等価であり、実時間ハイブリ
ッド実験の実現のためには遅れを補償する必要がある。
このための技術として、特開平７−２７６６４号、特開
平７−３０６１１５号、などが開示されている。これは
加振機の応答遅れ時間δｔに相当する時間だけ先の変位
を予測し、これを加振機指令信号とするもので、加振機
によりδｔだけ遅れて変位が実現されるため、結果とし
て遅れ無しに変位が実現されるようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術では、
応答おくれを補償するために、加振の応答遅れ時間をあ
らかじめ同定しておき、その遅れ時間だけ先の応答を計
算結果を外挿することにより予測している。この手法
は、「予測」という処理を含んでいるため誤差が含ま
れ、また、安定性の点からすべての条件で試験が実施で
きるわけではない。例えば、ばねのように、変位に比例
する反力を発生させる供試体を対象にしたときの精度、
適用範囲（以下、ばねに関する適用範囲、と呼ぶ）につ
いては、「論文」に詳細に記載されており、さらに適用
可能範囲が広く、かつ精度の高い加振機遅れ補償方法が
望まれる。

【０００８】また、従来技術による遅れ時間の補償方法
を、供試体に大きな質量があり、そのため、加振機で加
振したときに加速度に比例する反力を発生させる場合に
ついては次のような適用範囲がある（以下、質量に関す
る適用範囲、と呼ぶ）。簡単のため、数値モデル化した
部分として質量Ｍの一自由度系（減衰、剛性は０）を考
え、その変位をｘとし、供試体は質量ｍの質点とする。
すなわち、質量Ｍに質量ｍが固定されている構造物の振
動試験に相当する。このとき、計算機の中で使用される
数式モデルは、（数１）から次の式が導かれる。

【数２】ただし、右辺の反力ｑは計算で算出された加速度ｄ²ｘ
／ｄｔ²に対する値からではなく、加振機により実現さ
れた加速度ｄ²ｘ′／ｄｔ²に対する反力であることに注
意する。この（数２）をラプラス変換して表すと

【数３】となる。ｓはラプラス変換子である。また、Ｘ′はＸに
遅れ補償を施し、その結果として加振機により実現され
る変位なので、これらの処理の伝達関数をＨ₀で表すと

【数４】となる。以上の関係は図４に示す制御系として表すこと
ができる。この制御系が安定であるためには、一巡伝達
関数のゲインが１未満であることが必要である。一巡伝
達関数Δとかくと、

【数５】とかけるから、ゲイン｜Ｈ₀｜の最大値を｜Ｈ₀｜max と
かくと

【数６】が安定条件である。数値モデルの質量Ｍに対する供試体
の質量ｍの比がある程度大きく、（数６）に示す条件が
満たされていないときには振動計算が発散し、本試験手
法が成り立たない。前述の従来技術では｜Ｈ₀｜maxの値
が比較的大きく、「論文」に記載の補償方法では１次予
測で３、２次予測で７、３次予測で１５という値をと
る。前記論文ではばねに関する適用範囲、および、精度
の観点から３次予測が適当であるとしているが、｜Ｈ₀
｜max が１５とかなり大きいため、供試体の質量ｍの制
限が大きいことになる。したがって、供試体の大きさを
比較的自由に設定できるようにするには、ばねに関する
適用範囲が広く、かつ、ゲイン｜Ｈ₀｜が小さくなるよ
うな補償方法が望まれる。

【０００９】本発明の目的は、その適用範囲をより拡大
した振動試験装置とその振動試験方法を実現することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、供試体を加振
する加振機と、入力される変位指令信号にしたがって前
記加振機に駆動信号を出力する制御手段と、前記加振機
により供試体に載荷される荷重を計測する荷重センサー
と、このセンサー出力を少なくとも１つの境界条件とし
て取り込み、前記供試体と連接されて振動する構造体の
数値モデルを解析し、前記センサー出力取り込み時点よ
り予め定められた制御周期が経過した制御時点に前記加
振機が出力すべき目標位置、目標速度及び目標加速度を
算出する応答計算手段と、前記加振機の応答遅れを補償
するために定められた予測時間が経過したときの前記目
標速度による変位変化量を算出する第１演算手段と、こ
の手段の出力にフィルタリング処理を行う第１ローパス
フィルタと、前記予測時間経過後の前記目標加速度によ
る変位変化量を算出する第２演算手段と、この手段の出
力にフィルタリング処理を行う第２ローパスフィルタ
と、前記目標位置と前記第１ローパスフィルタの出力と
前記第２ローパスフィルタの出力を加算して前記制御手
段への変位指令信号を生成する加算手段と、を備えたこ
とを特徴とする振動試験装置を開示する。

【００１１】更に本発明は、供試体を加振する加振機
と、入力される変位指令信号にしたがって前記加振機に
駆動信号を出力する制御手段と、入力された変位指令信
号から速度及び加速度を算出する微分値計算手段と、前
記加振機の応答遅れを補償するために定められた予測時
間が経過したときの前記速度による変位変化量を算出す
る第１演算手段と、この手段の出力にフィルタリング処
理を行う第１ローパスフィルタと、前記予測時間経過後
の前記加速度による変位変化量を算出する第２演算手段
と、この手段の出力にフィルタリング処理を行う第２ロ
ーパスフィルタと、前記変位指令信号と前記第１ローパ
スフィルタの出力と前記第２ローパスフィルタの出力を
加算して前記制御手段への変位指令信号を生成する加算
手段と、を備えたことを特徴とする振動試験装置を開示
する。

【００１２】更に本発明は、前記第１ローパスフィルタ
は一次遅れ要素であり、前記第２ローパスフィルタは二
次遅れ要素であることを特徴とする振動試験装置を開示
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
引用しながら説明する。また、本発明の効果を明示する
ために、従来技術として「論文」で開示されている手法
と比較する。図１は、本発明になる振動試験装置の特徴
とする部分を示しており、装置の全体構成は図３と同じ
であるが、図１は計算機９の内の処理内容を機能ブロッ
クで示したものである。即ち、少なくとも荷重センサー
の出力値を入力し、Δｔ後の加振機の駆動目標値を算出
する振動応答計算ブロック１１と、その出力に基づいて
加振機の制御装置７に適した形態の指令信号ＣＯＮＴを
生成するブロック１８の間に、目標変位、目標速度、目
標加速度によりδｔ後の目標信号を予測し、加振機に与
える変位指令値を算出するブロック群１２〜１７を設け
ている。

【００１４】図１の装置の動作の前に、まず補償を要す
る予測時間δｔについて図５を用いて説明する。今、時
刻ｔ１に荷重センサー８の出力値αが計算機に入力さ
れ、時刻ｔ２に振動計算等を実施して指令信号が出力さ
れるとする。この指令信号が出力されると、加振機の応
答遅れが大きく、それが補償されていないときは、時刻
ｔ２から遅れ時間経過した時刻ｔ４に目標変位が実現さ
れる。しかし、振動試験を安定かつ高精度に実施するた
めには、この目標変位をΔｔ後、すなわち、時刻ｔ３に
実現する必要がある。ここでΔｔは、シミュレーション
の精度上の要求から定められる。したがって、予測時間
δｔは

【数７】で与えられ、この右辺の値は予めわかっている値である
から、予測時間δｔも装置ごとに定数として定めること
ができ、この時間を補償するようにすればよい。

【００１５】図１の処理はこの補償を実現するものであ
る。一般に現時刻からδｔ後の変位を予測するために
は、現在からδｔ後までの変位の高次微分が関数として
与えられていればよい。ここでは、変位の高次微分とし
て２次微分、すなわち加速度を選ぶ。なぜなら振動応答
計算ブロック１１では２階の微分方程式である運動方程
式を解いているため、加速度までの微分値は容易に求め
られるためである。すると、δｔ後の変位ｘ0 は次式で
表される。

【数８】ただし、添字 1 は現時刻の値であることを表してい
る。ここで加速度項Ｘ0は現在からδｔ後までの加速度
の変化によって変わる。これを算出するのが加速度演算
処理ブロック１４である。例えば加速度が一定の場合に
は現時刻の加速度そのままである。通常は、加速度も変
化するため、線形に加速度が変化するものと仮定した場
合は、Ｘ0は次式で求められる。

【数９】しかし、δｔ後の加速度ｄ²ｘ0／ｄｔ²は現時刻では不
明であるので、これを現時点の加速度値ｄ²ｘ1／ｄｔ²
と現時点以前の加速度値を線形に外挿して求める。精度
を確保し、かつ、ノイズの影響を避けるためには、外挿
に使用する加速度の時間間隔を予測時間δｔと同等にす
るのが望ましい。そこで加速度のδｔ前の値ｄ²ｘ2／ｄ
ｔ²を外挿に用いることにすると、δｔ後の加速度は

【数１０】で求められる。（数１０）を（数９）に代入すると

【数１１】となる。この式と（数８）を組み合わせれば、精度よく
微小時間δｔ後の変位が予測できる。

【００１６】しかし、次のような問題点がある。（数
８）は一種のフィルタ処理と考えることもできる。（数
１１）と組み合わせたときのこのフィルタの周波数伝達
関数をＧと書くと、これは図１のフィルタＨ１、Ｈ２
（処理ブロック１３、１６）を除いたときの点線枠で示
したブロック１９の伝達関数であり、

【数１２】となる。但し（数１１）右辺のｘ2はδｔ前の値である
ので、その時間の位相シフトexp（−ｊωδｔ）が付加
されている。したがって、このフィルタのゲインは（ω
δｔ）の二乗のオーダーで増大して、｜Ｇ｜＞１となっ
てしまう。すなわち、質量に関する適用範囲がきわめて
小さい。そこで、予測精度を保ちながらゲインの増大を
避けるため、本発明では、（数８）の速度の項と加速度
の項のそれぞれにローパスフィルタＨ１、Ｈ２をかけ
る。その場合。できるだけ位相の遅れを小さくするには
フィルタの次数を小さくするのが望ましいため、速度の
項には１次のフィルタＨ１、すなわち、

【数１３】加速度の項には２次のフィルタＨ２、すなわち、

【数１４】を通す。ここで、ω₁、ω₂はそれぞれのフィルタのカッ
トオフ周波数であり、ζは２次のフィルタＨ２の特性を
決めるパラメータである。これらを用いると、予測処理
Ｈ（図１の点線枠内で、フィルタＨ１、Ｈ２も含めた伝
達関数）は次のようになる。

【数１５】加振機応答の周波数特性のゲインの最大は通常ほぼ１未
満で、高い周波数成分はカットされるから、上記の周波
数特性Ｈのゲインの最大値｜Ｈ｜max は

【数１６】となる。したがって、これらのフィルタＨ１、Ｈ２を使
用すれば、周波数が増大してもゲインが無限大になるこ
とがなく、かつ、より精度のよい予測処理とすることが
できる。

【００１７】ここで述べた予測処理を実際に用いるため
には、それぞれのフィルタのカットオフ周波数ω₁、
ω₂、および、フィルタＨ２のパラメータζを決める必
要がある。加振機をδｔの無駄時間系とし、（数１５）
を用いて予測処理したときの、目標変位と加振機で発生
する変位との間の伝達関数Ｆを求め、ω・δｔ近傍で展
開すると

【数１７】となる。但しＯ（・）は（）内の次数以上の項であるこ
とを示す。したがって、

【数１８】とすることで予測の精度を高めることができ、実験誤差
を小さくすることができる。

【００１８】以上の試験方法の効果を示す一例として、
ζ＝０．５、ω_2・δｔ＝６．７６（従来手法と｜Ｈ｜ma
x が同じになる条件）としたシミュレーション結果を示
す。ばねｋに対して実験を実施したときに予測誤差によ
って発生する減衰ｃ^*とみかけ上の剛性ｋ^*がどのように
なるかを従来手法と比較したものが図６である。従来例
（点線）よりも本発明による方が本来の剛性(＝１)、減
衰(＝０)により近く、また、付加減衰が負となって試験
が不可能となる周波数がより高くなっており、本実施例
が性能のよい予測処理であることが示されている。ま
た、質量に関する適用範囲を供試体質量ｍの数値モデル
質量Ｍに対する比μ_crであらわし、ばねに関する適用範
囲を付加減衰が負となる臨界無次元化振動数 (ωδｔ)
_crであらわすと、図７に示すように二つの適用範囲は相
反する関係にある（ζ＝０．５）。したがって、供試体
を含む試験条件によって適当なフィルタのパラメータを
選べばよい。この図で示されているように、従来手法に
対して質量に関する適用範囲を同等にした時には、ばね
に関する適用範囲は約３０％増大でき（図７のＡ点）、
ばねに関する適用範囲を同等にした時には質量に関する
適用範囲を約３倍にすることができる（図７のＢ点）。

【００１９】図８および図９は、計算機９をデジタル計
算機として、以上説明した本発明の振動試験方法を具備
した装置の構成例を説明する。図８に示すように、計算
機９は、少なくとも計算処理を行うＣＰＵ２１、プログ
ラムやデータを保存するメモリ２２、荷重センサーから
の出力を取り込むためのＡ／Ｄ変換器２３、制御装置へ
指令信号を出力するＤ／Ａ変換器２４、データの入出力
と計算処理のタイミングを管理する時間管理手段２５を
持つ。ただし、加振機の制御装置が指令値としてアナロ
グ信号ではなくデジタル信号を受け取る場合は、Ｄ／Ａ
変換器２４の変わりに適当な出力手段に置換される。な
お、計算機９にはデータの入力や計算処理の起動、終了
を行うための外部処理装置（例えば、ディスプレーやキ
ーボード）が連結されるがここでは省略している。

【００２０】ＣＰＵ２１では、図９に示すプログラムが
処理される。これらの処理はあらかじめ定められている
時間刻みΔｔごとに繰り返し実施される。図９にて、ブ
ロック１０１では、荷重センサーの出力を物理量に変換
し、ブロック１０２では、地震加速度など試験条件に応
じた荷重条件を考慮し、荷重センサーの出力とともに運
動方程式の外力を算出する。ブロック１０３では、予測
処理に使用するδｔが加振機の実際の遅れと一致するよ
うに修正処理を行う。これは、必ずしも必要ではない
が、試験精度を高めるために組み込むことが望ましい。
なお、このブロックは他の処理と直接関連しないので、
図９に示したのと異なる位置に置かれても構わない。ブ
ロック１０４では、ブロック１０２の処理結果に基づい
て振動応答計算を行う。ブロック１０５では、ブロック
１０４の結果に基づき、加振機の目標変位を算出する。
ブロック１０６では、ブロック１０４の結果に基づき、
加振機の目標速度を算出し、ブロック１０７では、ブロ
ック１０６の結果にδｔの乗算処理を行う。ブロック１
０８では、ブロック１０７の結果に対して（数１３）と
等価なデジタルフィルタ処理を行う。ブロック１０９で
は、ブロック１０４の結果に基づき、加振機の目標加速
度を算出し、ブロック１１０では、（数１１）に示され
る加速度演算処理を行う。ブロック１１１では、ブロッ
ク１１０の結果に（１／２）×（δｔ）×（δｔ）を乗
ずる。ブロック１１２では、ブロック１１１の結果に対
して（数１４）と等価なデジタルフィルタ処理を行う。
ブロック１１３では、ブロック１０５、１０８、１１２
の結果の総和を求め、ブロック１１４で制御装置７に応
じた形態の制御信号に変換して出力する。ブロック１１
５では一連の処理を終了するか継続するかの判断を行
う。これは、例えば、あらかじめ定められた回数の処理
を行ったかを判断したり、あるいは、外部装置から終了
の割り込みが入力されたかを判断して行われる。

【００２１】以上の処理において、ブロック１０８と１
１２におけるフィルタ処理は、時間刻みΔｔで逐次処理
されるものであるから（数１３）、（数１４）と厳密に
一致させることはできない。しかし、時間刻みΔｔより
も十分長い周期の振動に対してはほぼ等価なフィルタ処
理となる。また、ブロック１０６〜１０８の処理とブロ
ック１０９〜１１２の処理は独立に実行可能であるか
ら、ＣＰＵ２１として複数のＣＰＵをもつ並列計算機を
使用すれば、これらの処理を同時に実施することもでき
る。要するに、図９と等価な処理ができるのであればど
のような処理形態、処理手順をとってもかまわない。こ
のような計算機処理では、数値モデル、フィルターパラ
メータなどユーザーが設定するパラメータが容易に入力
でき、また、複雑な処理が可能となる利点がある。

【００２２】なお、上述の試験装置の構成例では、加振
機の応答遅れを補償する処理を加振機の制御装置７に連
結される計算機９により実施するものとして示した。し
かし、同等の処理を加振機の制御装置７において実施す
ることも可能である。この場合には、入力される変位指
令値から変位・加速度を算出し、図９と同等の処理を行
い、その結果にしたがって加振機を制御するものとな
る。この構成によれば、速度、加速度をモデルから求め
る場合よりも多少精度が落ちるが、計算機９のプログラ
ムが簡便にでき、プログラミングが容易となるばかりで
なく、１ステップの計算処理時間が短くできるという効
果がある。

【００２３】また、本発明は以上に示した構成例に限定
されるものではない。例えば、上記説明では代表例とし
ておもに耐震試験について説明したが、本発明は耐震試
験のみならず、種々の要因により発生する振動現象につ
いて構造物の応答を評価するのに活用することができ
る。また、説明を簡単にするため、加振機を一台使用す
る試験装置の場合について説明したが、加振機が複数個
ある試験装置でも全く同様に本発明を適用することがで
きる。すなわち、本発明の趣旨の範囲で様々な形態をと
ることができることは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、計算機による数値計算
と加振機による加振試験を組み合わせる振動試験におい
て、ばねに関する安定限界と質量に関する適用範囲をと
もに大きくとることができ、振動試験の実施が容易とな
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる振動試験装置に於ける加振機制御
信号の生成方法を示す図である。

【図２】試験対象の模式図である。

【図３】ハイブリッド実験の説明図である。

【図４】従来の振動試験方法の説明図である。

【図５】本発明の予測時間δｔの設定方法説明図であ
る。

【図６】本発明の効果の説明図である。

【図７】本発明の効果の説明図である。

【図８】本発明の試験装置に於ける計算機の構成例であ
る。

【図９】本発明の方法を実現する加振機制御信号の生成
処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１評価対象の構造物２加振試験の供試体とする部分３構造物の数値モデル化する部分４基礎５加振機６反力壁７加振機の制御装置８荷重センサー９計算機１１振動応答計算１２、１５乗算１３、１６ローパスフィルタ１４加速度演算１７総和

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供試体を加振する加振機と、入力される変位指令信号にしたがって前記加振機に駆動
信号を出力する制御手段と、前記加振機により供試体に載荷される荷重を計測する荷
重センサーと、このセンサー出力を少なくとも１つの境界条件として取
り込み、前記供試体と連接されて振動する構造体の数値
モデルを解析し、前記センサー出力取り込み時点より予
め定められた制御周期が経過した制御時点に前記加振機
が出力すべき目標位置、目標速度及び目標加速度を算出
する応答計算手段と、前記加振機の応答遅れを補償するために定められた予測
時間が経過したときの前記目標速度による変位変化量を
算出する第１演算手段と、この手段の出力にフィルタリング処理を行う第１ローパ
スフィルタと、前記予測時間経過後の前記目標加速度による変位変化量
を算出する第２演算手段と、この手段の出力にフィルタリング処理を行う第２ローパ
スフィルタと、前記目標位置と前記第１ローパスフィルタの出力と前記
第２ローパスフィルタの出力を加算して前記制御手段へ
の変位指令信号を生成する加算手段と、を備えたことを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】供試体を加振する加振機と、入力される変位指令信号にしたがって前記加振機に駆動
信号を出力する制御手段と、入力された変位指令信号から速度及び加速度を算出する
微分値計算手段と、前記加振機の応答遅れを補償するために定められた予測
時間が経過したときの前記速度による変位変化量を算出
する第１演算手段と、この手段の出力にフィルタリング処理を行う第１ローパ
スフィルタと、前記予測時間経過後の前記加速度による変位変化量を算
出する第２演算手段と、この手段の出力にフィルタリング処理を行う第２ローパ
スフィルタと、前記変位指令信号と前記第１ローパスフィルタの出力と
前記第２ローパスフィルタの出力を加算して前記制御手
段への変位指令信号を生成する加算手段と、を備えたことを特徴とする振動試験装置。
【請求項３】前記第１ローパスフィルタは一次遅れ要
素であり、前記第２ローパスフィルタは二次遅れ要素で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の振動試
験装置。
【請求項４】前記予測時間をδｔ、前記第１ローパス
フィルタのカットオフ周波数をω₁、前記第２ローパス
フィルタのカットオフ周波数をω₂及び減衰定数をζと
したとき、 ζ／（ω₂・δｔ）−１／（ω₁・δｔ）²ー１／（ω₁・
δｔ）＝０が成立するように前記第１及び第２ローパス
フィルタの定数を定めたことを特徴とする請求項３に記
載の振動試験装置。
【請求項５】前記予測時間は、その値と前記制御周期
との和が、前記応答計算手段による解析から前記加算手
段による加算までの所要時間と前記加振機の応答遅れの
時間との和に等しくなるように定められたことを特徴と
する請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項６】前記予測時間は、その値と前記制御手段
による加振機の制御周期との和が、前記微分演算手段に
よる解析から前記加算手段による加算までの所要時間と
前記加振機の応答遅れの時間との和に等しくなるように
定められたことを特徴とする請求項２に記載の振動試験
装置。