JP2000337993A - スード試験における最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスード試験装置 - Google Patents
スード試験における最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスード試験装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試験体を損傷することなく、最適な減衰定数
を決定する。 【解決手段】 減衰定数Ｃの任意の値に対し、波形発生
手段１８からの加速度波形入力を全て０とし、変位初期
値設定手段２２から試験体を破損することのない値まで
徐々に増加し、ゼロレベルに復帰する鋸歯状波形の変位
データを出力させて加算点２０に入力する。表示手段２
３に表示される前記変位データがゼロレベルになった後
の系の応答波形を観測して、最適な過渡特性が得られる
Ｃの値を求める。求めた最適なＣの値を用いてスード試
験を実行する。
を決定する。 【解決手段】 減衰定数Ｃの任意の値に対し、波形発生
手段１８からの加速度波形入力を全て０とし、変位初期
値設定手段２２から試験体を破損することのない値まで
徐々に増加し、ゼロレベルに復帰する鋸歯状波形の変位
データを出力させて加算点２０に入力する。表示手段２
３に表示される前記変位データがゼロレベルになった後
の系の応答波形を観測して、最適な過渡特性が得られる
Ｃの値を求める。求めた最適なＣの値を用いてスード試
験を実行する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スード試験におけ
る最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスー
ド試験装置に関する。
る最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスー
ド試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】建物の地震時における挙動を調べるため
など地動加速度による応答試験を行うとき、実物建造物
をそのまま大型振動試験台に設置して台面上の加速度波
を地動加速度波（Accelerated Wave：ＡＣＣ波）と同一
になるよう制御する方法が考えられる。この場合には、
図５の（ａ）に模式的に示すように、振動台上に試験体
を載置し、アクチュエータに地動加速度波を入力して振
動台を駆動する。しかしながら、この方法は、次のよう
な理由により技術上実用化は困難である。 （１）正確に地動加速度波（ＡＣＣ波）を振動台上で再
現することは困難である。ＡＣＣ波を忠実に再現するた
めには、繰り返し行うことが必要となるが、最初の１回
でＡＣＣ波を再現しないと試験体を何度も破損すること
となってしまい、非常に高コストとなってしまう。 （２）振動台装置が巨大なものとなってしまう。何１０
〜１００トンもの質量が存在する場合や高層ビルディン
グになると、実際上、振動台は製作不能である。 （３）地震波の継続時間と同じ短時間の試験となり、試
験体の疲労過程や破壊過程を目視で観測することが困難
である。
など地動加速度による応答試験を行うとき、実物建造物
をそのまま大型振動試験台に設置して台面上の加速度波
を地動加速度波（Accelerated Wave：ＡＣＣ波）と同一
になるよう制御する方法が考えられる。この場合には、
図５の（ａ）に模式的に示すように、振動台上に試験体
を載置し、アクチュエータに地動加速度波を入力して振
動台を駆動する。しかしながら、この方法は、次のよう
な理由により技術上実用化は困難である。 （１）正確に地動加速度波（ＡＣＣ波）を振動台上で再
現することは困難である。ＡＣＣ波を忠実に再現するた
めには、繰り返し行うことが必要となるが、最初の１回
でＡＣＣ波を再現しないと試験体を何度も破損すること
となってしまい、非常に高コストとなってしまう。 （２）振動台装置が巨大なものとなってしまう。何１０
〜１００トンもの質量が存在する場合や高層ビルディン
グになると、実際上、振動台は製作不能である。 （３）地震波の継続時間と同じ短時間の試験となり、試
験体の疲労過程や破壊過程を目視で観測することが困難
である。
【０００３】そこで、低コストの手法として注目されて
いるのが、地震時における構造物の挙動を静的実験装置
でシミュレートするスードダイナミック試験方法（Pseu
dodynamic Test Method、以下、単に「スード試験方
法」という）である。これは、ハイブリッド試験方法、
仮想試験方法あるいはオンライン実物地震応答システム
などとも呼ばれている。この試験方法は、構造物を質点
と柱等の剛性に相当するバネ定数とからなる質点モデル
に置き換えて、このモデルの運動方程式を解くことによ
り求めた応答値を用いる方法である。以下、建物をその
中に分散する質量を１点に集中するとした質量Ｍと柱の
水平剛性に相当するバネ定数Ｋからなる１質点モデルに
置き換えた場合を例にとって説明する。
いるのが、地震時における構造物の挙動を静的実験装置
でシミュレートするスードダイナミック試験方法（Pseu
dodynamic Test Method、以下、単に「スード試験方
法」という）である。これは、ハイブリッド試験方法、
仮想試験方法あるいはオンライン実物地震応答システム
などとも呼ばれている。この試験方法は、構造物を質点
と柱等の剛性に相当するバネ定数とからなる質点モデル
に置き換えて、このモデルの運動方程式を解くことによ
り求めた応答値を用いる方法である。以下、建物をその
中に分散する質量を１点に集中するとした質量Ｍと柱の
水平剛性に相当するバネ定数Ｋからなる１質点モデルに
置き換えた場合を例にとって説明する。
【０００４】図５の（ｂ）は、前記図５の（ａ）をモデ
ル化して示した図である。この図において、地動加速度
波（ＡＣＣ波）により、地面（振動台面）がｘだけ変位
し、それに伴い、質点Ｍがｙだけ変位する。ここで、前
記質点Ｍの地面に対する相対変位をＸ（＝ｙ−ｘ）とお
くと、図１１の（ｃ）に示すモデルとなる。このモデル
のバランス式は次の式（１）により表される。
ル化して示した図である。この図において、地動加速度
波（ＡＣＣ波）により、地面（振動台面）がｘだけ変位
し、それに伴い、質点Ｍがｙだけ変位する。ここで、前
記質点Ｍの地面に対する相対変位をＸ（＝ｙ−ｘ）とお
くと、図１１の（ｃ）に示すモデルとなる。このモデル
のバランス式は次の式（１）により表される。
【数１】 ここで、Ｘの上のドットは、時間微分を表している。ま
た、Ｋは構造物のバネ定数（スティフネス）［kgf/c
m］、Ｍは質量［kg］、Ｃは減衰定数（ダンピング係
数）［kgf/sec］、Ｘは質点の空間静止点からの変位［c
m］、d2Ｘ／dt2は質点の加速度［cm/sec2］、d2Ｘo/dt2
は地動加速度［cm/sec2］、dＸ／dtは質点の速度［cm/s
ec］である。
た、Ｋは構造物のバネ定数（スティフネス）［kgf/c
m］、Ｍは質量［kg］、Ｃは減衰定数（ダンピング係
数）［kgf/sec］、Ｘは質点の空間静止点からの変位［c
m］、d2Ｘ／dt2は質点の加速度［cm/sec2］、d2Ｘo/dt2
は地動加速度［cm/sec2］、dＸ／dtは質点の速度［cm/s
ec］である。
【０００５】また、この質点系の固有振動周波数ｆoは
次の式（２）により表される。
次の式（２）により表される。
【数２】 ここで、図５の（ｂ）に示す振動台上の力と、図５の
（ｃ）に示す反力Ｒとが一致しているときには、両者は
等価であるということができる。
（ｃ）に示す反力Ｒとが一致しているときには、両者は
等価であるということができる。
【０００６】スード試験方法はこのことを利用した手法
であり、前記バネ定数Ｋの値をリアルタイムで実測しな
がら前記式（１）を解くことにより質点の相対変位Ｘを
求め、構造物である試験体に対し、該算出した相対変位
ＸをアクチュエータＡＣＴにより与えるようにして地震
などの加速度波に対する試験体の挙動を測定する試験方
法である。図５の（ｄ）は、このスード試験方法の様子
を模式的に示す図であり、アクチュエータＡＣＴによ
り、試験体を加力している。また、変位（DISP）センサ
により試験体の変位を測定するとともに、ロードセル
（Ｌ／Ｃ）により試験体に発生する反力を計測してい
る。
であり、前記バネ定数Ｋの値をリアルタイムで実測しな
がら前記式（１）を解くことにより質点の相対変位Ｘを
求め、構造物である試験体に対し、該算出した相対変位
ＸをアクチュエータＡＣＴにより与えるようにして地震
などの加速度波に対する試験体の挙動を測定する試験方
法である。図５の（ｄ）は、このスード試験方法の様子
を模式的に示す図であり、アクチュエータＡＣＴによ
り、試験体を加力している。また、変位（DISP）センサ
により試験体の変位を測定するとともに、ロードセル
（Ｌ／Ｃ）により試験体に発生する反力を計測してい
る。
【０００７】このようなスード試験において、地動加速
度（d2Ｘo/dt2)を示すＡＣＣ波形が不規則な波形である
ため、前記式（１）を解くために、全区間を微小な時間
Δｔ［sec］に区切り、所定の仮定に基づきΔｔ内で逐
次積分を行い、Δｔ秒後の応答値を求める、すなわち、
Δｔ秒後の応答値を現時刻の応答値の関数とするという
過程を、地震応答時間だけ繰り返し行い前記応答値を求
めるという近似的解法が採用されている。この手法は、
前記微小な時間きざみ（時間ステップ）Δｔ内に適用す
る前述した仮定に応じて、次のような種類に分けられ
る。 （１）中央差分法（Basic Central Difference Metho
d） （２）総和型中央差分法（Summed-Form Central Differ
ence Method） （３）ニューマーク法（Newmark Explicit Method） （４）改良ニューマーク法（Modified Newmark Metho
d） 実際のハイブリッド試験においては、精度の上から上記
（３）と（４）がよく用いられている。
度（d2Ｘo/dt2)を示すＡＣＣ波形が不規則な波形である
ため、前記式（１）を解くために、全区間を微小な時間
Δｔ［sec］に区切り、所定の仮定に基づきΔｔ内で逐
次積分を行い、Δｔ秒後の応答値を求める、すなわち、
Δｔ秒後の応答値を現時刻の応答値の関数とするという
過程を、地震応答時間だけ繰り返し行い前記応答値を求
めるという近似的解法が採用されている。この手法は、
前記微小な時間きざみ（時間ステップ）Δｔ内に適用す
る前述した仮定に応じて、次のような種類に分けられ
る。 （１）中央差分法（Basic Central Difference Metho
d） （２）総和型中央差分法（Summed-Form Central Differ
ence Method） （３）ニューマーク法（Newmark Explicit Method） （４）改良ニューマーク法（Modified Newmark Metho
d） 実際のハイブリッド試験においては、精度の上から上記
（３）と（４）がよく用いられている。
【０００８】代表的に用いられている（３）ニューマー
ク法を例にとって説明する。ニューマーク法は、第ｎ番
目の時間ステップのデータＸnと第（ｎ＋１）番目の時
間ステップのデータＸn+1の関係を用いて微分を行なう
ものであり、変位Ｘn +1、変位Ｘn+1の１階微分（dＸn+1
/dt）および２階微分（d2Ｘn+1/dt2)は、それぞれ、次
の式（３）〜式（５）のように表わされる。
ク法を例にとって説明する。ニューマーク法は、第ｎ番
目の時間ステップのデータＸnと第（ｎ＋１）番目の時
間ステップのデータＸn+1の関係を用いて微分を行なう
ものであり、変位Ｘn +1、変位Ｘn+1の１階微分（dＸn+1
/dt）および２階微分（d2Ｘn+1/dt2)は、それぞれ、次
の式（３）〜式（５）のように表わされる。
【数３】 ここで、Ｒn+1は、反力（復元力）の計測値であり、前
記式（４）の右辺の分子に実測した復元力Ｒn+1を用い
て逐次積分法で応答値Ｘを求めている。すなわち、この
方法では、反力Ｒ（＝Ｘ・Ｋ）を図５の（ｄ）における
ロードセルなどの荷重センサで実測し、この値を用い
て、次時間ステップの相対変位Ｘを算出している。
記式（４）の右辺の分子に実測した復元力Ｒn+1を用い
て逐次積分法で応答値Ｘを求めている。すなわち、この
方法では、反力Ｒ（＝Ｘ・Ｋ）を図５の（ｄ）における
ロードセルなどの荷重センサで実測し、この値を用い
て、次時間ステップの相対変位Ｘを算出している。
【０００９】図６に、このニューマーク法の処理フロー
チャートを示す。まず、ステップＳ１において、前時間
ステップの応答値Ｘnより、前記式（３）に基づき、こ
の時間ステップの応答変位Ｘn+1を求める。なお、試験
の開始時においては、Ｘ0＝０とされている。次に、ス
テップＳ２に進み、前記ステップＳ１において算出した
応答変位Ｘn+ 1に基づき、アクチュエータで試験体を加
振する。該ステップＳ２の結果試験体に発生する反力
（復元力）Ｒn+1を荷重センサにより計測し、読み込む
（ステップＳ３）。そして、該計測したＲn+1および加
速度入力値d2Ｘon+1/dt2を前記式（４）に代入して、応
答加速度d2Ｘn+1/dt2を求める（ステップＳ４）。次
に、前時間ステップの応答速度dＸn/dt、応答加速度d2
Ｘn/dt2および前記ステップＳ４において算出されたこ
の時間ステップの応答加速度d2Ｘn+1/dt2に基づき、前
記式（５）より、この時間ステップの応答速度dＸn+1/d
tを求める（ステップＳ５）。そして、この時間ステッ
プにおいて求めた応答変位Ｘn+1、応答速度dＸn+1/dtお
よび応答加速度d2Ｘn+1/dt2を前時間ステップのものと
し（ステップＳ６）、前記ステップＳ１に戻り、ステッ
プＳ１〜Ｓ６を繰り返し実行する。
チャートを示す。まず、ステップＳ１において、前時間
ステップの応答値Ｘnより、前記式（３）に基づき、こ
の時間ステップの応答変位Ｘn+1を求める。なお、試験
の開始時においては、Ｘ0＝０とされている。次に、ス
テップＳ２に進み、前記ステップＳ１において算出した
応答変位Ｘn+ 1に基づき、アクチュエータで試験体を加
振する。該ステップＳ２の結果試験体に発生する反力
（復元力）Ｒn+1を荷重センサにより計測し、読み込む
（ステップＳ３）。そして、該計測したＲn+1および加
速度入力値d2Ｘon+1/dt2を前記式（４）に代入して、応
答加速度d2Ｘn+1/dt2を求める（ステップＳ４）。次
に、前時間ステップの応答速度dＸn/dt、応答加速度d2
Ｘn/dt2および前記ステップＳ４において算出されたこ
の時間ステップの応答加速度d2Ｘn+1/dt2に基づき、前
記式（５）より、この時間ステップの応答速度dＸn+1/d
tを求める（ステップＳ５）。そして、この時間ステッ
プにおいて求めた応答変位Ｘn+1、応答速度dＸn+1/dtお
よび応答加速度d2Ｘn+1/dt2を前時間ステップのものと
し（ステップＳ６）、前記ステップＳ１に戻り、ステッ
プＳ１〜Ｓ６を繰り返し実行する。
【００１０】このようにスード試験方法においては、地
震時に計測された加速度データ（ＡＣＣ波形データ）を
前記式（１）の運動方程式に入力し、バネ定数Ｋの値
（上述した例においては、反力Ｒ（＝Ｋ・Ｘ））のみリ
アルタイムで実測して、前記運動方程式をリアルタイム
で解きながら、式の出力として得られる相対変位Ｘとな
るようにアクチュエータＡＣＴで構造物の質点部に加力
する。なお、上述した（１）、（２）および（４）の方
法においても、用いる式が異なるだけで、同様に反力を
実測しながら相対変位Ｘを求めている。このようなスー
ド試験方法によれば、運動方程式のパラメータに予め入
力しておくのは、質量Ｍと減衰定数Ｃであり、バネ定数
Ｋはリアルタイムの実測値を使用する。このため、質量
Ｍを式内に置くため実物の質量部を除くことができ、そ
のため柱などの構造体のみを対象に静的に試験すること
ができるという特徴がある。
震時に計測された加速度データ（ＡＣＣ波形データ）を
前記式（１）の運動方程式に入力し、バネ定数Ｋの値
（上述した例においては、反力Ｒ（＝Ｋ・Ｘ））のみリ
アルタイムで実測して、前記運動方程式をリアルタイム
で解きながら、式の出力として得られる相対変位Ｘとな
るようにアクチュエータＡＣＴで構造物の質点部に加力
する。なお、上述した（１）、（２）および（４）の方
法においても、用いる式が異なるだけで、同様に反力を
実測しながら相対変位Ｘを求めている。このようなスー
ド試験方法によれば、運動方程式のパラメータに予め入
力しておくのは、質量Ｍと減衰定数Ｃであり、バネ定数
Ｋはリアルタイムの実測値を使用する。このため、質量
Ｍを式内に置くため実物の質量部を除くことができ、そ
のため柱などの構造体のみを対象に静的に試験すること
ができるという特徴がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した各スード試験
方法において用いられている運動方程式の解法は、本
来、非線形系である試験体（TP）に対して実用上使用で
きるように工夫したステップバイステップ式の解法であ
るため、系に安定した動作をさせることができるか否か
はパラメータの選定によって大きく左右される。一般
に、パラメータが最適値であるときには入力波形と応答
波形は同一の波形となるが、パラメータが最適値よりも
小さいときには応答波形は発散し、最適値よりも大きい
ときには応答波形は減衰してしまう。
方法において用いられている運動方程式の解法は、本
来、非線形系である試験体（TP）に対して実用上使用で
きるように工夫したステップバイステップ式の解法であ
るため、系に安定した動作をさせることができるか否か
はパラメータの選定によって大きく左右される。一般
に、パラメータが最適値であるときには入力波形と応答
波形は同一の波形となるが、パラメータが最適値よりも
小さいときには応答波形は発散し、最適値よりも大きい
ときには応答波形は減衰してしまう。
【００１２】しかしながら、スード試験においては、一
般に地震波を入力して運転するため、入力波形はランダ
ム波形であり、パラメータが最適な値となっており応答
波形が入力波形と同一の波形になっているか否かは、実
機の試験体を用いて何度も試行してみなければわからな
いのが実状である。前述の式（３）〜式（５）に示され
るように、スード試験におけるパラメータには、時間ス
テップ幅Δｔ、質量Ｍ、減衰定数Ｃの３つがある。ここ
で、Δｔは、前記運動方程式の共振周波数で決まる周期
Ｔと地震波のサンプリング時間の関係から、ほぼ決まっ
た値に指定される。また、質量Ｍも決定することができ
る。しかしながら、減衰定数Ｃの値は実験を行なってみ
ないと求めることができない。したがって、この試験装
置において最適応答を左右しているのは、減衰定数Ｃで
ある。パラメータの最適値は過渡特性を左右しているた
め、Ｃの値を種々変化させて過渡特性を観測することに
より最適値を求めることとなる。しかしながら、実用使
用時には、最適なパラメータの設定を１回で行なうのが
困難であり、パラメータ設定作業を繰り返し行ううちに
試験体にダメージを与えてしまうこととなり、これが実
用上のネックとなっている。
般に地震波を入力して運転するため、入力波形はランダ
ム波形であり、パラメータが最適な値となっており応答
波形が入力波形と同一の波形になっているか否かは、実
機の試験体を用いて何度も試行してみなければわからな
いのが実状である。前述の式（３）〜式（５）に示され
るように、スード試験におけるパラメータには、時間ス
テップ幅Δｔ、質量Ｍ、減衰定数Ｃの３つがある。ここ
で、Δｔは、前記運動方程式の共振周波数で決まる周期
Ｔと地震波のサンプリング時間の関係から、ほぼ決まっ
た値に指定される。また、質量Ｍも決定することができ
る。しかしながら、減衰定数Ｃの値は実験を行なってみ
ないと求めることができない。したがって、この試験装
置において最適応答を左右しているのは、減衰定数Ｃで
ある。パラメータの最適値は過渡特性を左右しているた
め、Ｃの値を種々変化させて過渡特性を観測することに
より最適値を求めることとなる。しかしながら、実用使
用時には、最適なパラメータの設定を１回で行なうのが
困難であり、パラメータ設定作業を繰り返し行ううちに
試験体にダメージを与えてしまうこととなり、これが実
用上のネックとなっている。
【００１３】そこで本発明は、試験体にダメージを与え
ることなく系の最適なパラメータを決定することのでき
るスード試験における最適パラメータ決定方法、スード
試験方法およびスード試験装置を提供することを目的と
している。
ることなく系の最適なパラメータを決定することのでき
るスード試験における最適パラメータ決定方法、スード
試験方法およびスード試験装置を提供することを目的と
している。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスード試験における最適パラメータ決定方
法は、波形発生手段から入力される加速度波形、試験体
の変位を検出する変位センサの出力、試験体に発生する
反力を検出する荷重センサの出力、および、試験体の減
衰定数に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に
負荷する変位を算出する演算手段と、前記変位センサの
出力と前記演算手段から出力される変位情報との差を検
出する加算手段と、前記加算手段から出力される偏差信
号が入力されるＰＩＤ調節部と、前記ＰＩＤ調節部から
の出力信号により駆動され試験体に加力する負荷手段と
を有するスード試験における最適パラメータ決定方法で
あって、任意の減衰定数に対し、前記波形発生手段から
の加速度波形入力をゼロとした状態で、前記試験体に負
荷する変位を、ゼロレベルから前記試験体に損傷を与え
ることのない所定の値まで徐々に増加あるいは減少させ
た後ゼロレベルに復帰させ、そのときの過渡応答波形を
観察することにより、最適な減衰定数を決定するように
したものである。
に、本発明のスード試験における最適パラメータ決定方
法は、波形発生手段から入力される加速度波形、試験体
の変位を検出する変位センサの出力、試験体に発生する
反力を検出する荷重センサの出力、および、試験体の減
衰定数に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に
負荷する変位を算出する演算手段と、前記変位センサの
出力と前記演算手段から出力される変位情報との差を検
出する加算手段と、前記加算手段から出力される偏差信
号が入力されるＰＩＤ調節部と、前記ＰＩＤ調節部から
の出力信号により駆動され試験体に加力する負荷手段と
を有するスード試験における最適パラメータ決定方法で
あって、任意の減衰定数に対し、前記波形発生手段から
の加速度波形入力をゼロとした状態で、前記試験体に負
荷する変位を、ゼロレベルから前記試験体に損傷を与え
ることのない所定の値まで徐々に増加あるいは減少させ
た後ゼロレベルに復帰させ、そのときの過渡応答波形を
観察することにより、最適な減衰定数を決定するように
したものである。
【００１５】また、本発明のスード試験方法は、波形発
生手段から入力される加速度波形、試験体の変位を検出
する変位センサの出力および試験体に発生する反力を検
出する荷重センサの出力、および、試験体の減衰定数に
基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する
変位を演算手段により算出し、試験体に前記算出された
変位を与えるようにフィードバック制御するスード試験
方法であって、種々の減衰定数の値に対して、前記加速
度波形入力をゼロとした状態で前記試験体に鋸歯状の変
位を負荷し、そのときの応答波形を観測することによ
り、最適な減衰定数を決定し、該決定された減衰定数を
用いて、前記変位を算出するようにしたものである。
生手段から入力される加速度波形、試験体の変位を検出
する変位センサの出力および試験体に発生する反力を検
出する荷重センサの出力、および、試験体の減衰定数に
基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する
変位を演算手段により算出し、試験体に前記算出された
変位を与えるようにフィードバック制御するスード試験
方法であって、種々の減衰定数の値に対して、前記加速
度波形入力をゼロとした状態で前記試験体に鋸歯状の変
位を負荷し、そのときの応答波形を観測することによ
り、最適な減衰定数を決定し、該決定された減衰定数を
用いて、前記変位を算出するようにしたものである。
【００１６】さらに、本発明のスード試験装置は、加速
度波形を発生する波形発生手段と、該波形発生手段の出
力、試験体の変位を検出する変位センサの出力および試
験体に発生する反力を測定する荷重センサの出力および
試験体の減衰定数に基づいて、所定の時間ステップごと
に試験体に負荷する変位を算出する演算手段と、該算出
された変位情報と前記変位センサからの出力信号との偏
差信号を算出する加算部と、該偏差信号が０となるよう
に試験体を負荷する試験機部とを有するスード試験装置
において、試験体に損傷を与えない所定の値からゼロレ
ベルに復帰する鋸歯状の変位情報を出力する変位初期値
設定手段と、前記変位センサの出力を表示する表示手段
とを有するものである。
度波形を発生する波形発生手段と、該波形発生手段の出
力、試験体の変位を検出する変位センサの出力および試
験体に発生する反力を測定する荷重センサの出力および
試験体の減衰定数に基づいて、所定の時間ステップごと
に試験体に負荷する変位を算出する演算手段と、該算出
された変位情報と前記変位センサからの出力信号との偏
差信号を算出する加算部と、該偏差信号が０となるよう
に試験体を負荷する試験機部とを有するスード試験装置
において、試験体に損傷を与えない所定の値からゼロレ
ベルに復帰する鋸歯状の変位情報を出力する変位初期値
設定手段と、前記変位センサの出力を表示する表示手段
とを有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のパラメータ設定
方法が適用されるスード試験装置の一実施の形態の構成
を示すブロック図である。この図において、右側の破線
で囲まれた部分は、前記図５（ｄ）に示した実験設備と
同様の試験機部であり、試験体１１、試験体を加振する
サーボバルブ１２およびアクチュエータ１３、試験体に
発生する反力（復元力）を測定するロードセルなどの荷
重センサ１４、試験体１１の変位を測定する変位（Dis
p）センサ１５が含まれている。また、１６は前記変位
センサ１５の出力が入力されＡ／Ｄ変換をするとともに
所定の増幅率で増幅して演算手段１８および加算点１９
に出力する変位用アンプ、１７は前記荷重センサ１４か
らの荷重信号をＡ／Ｄ変換するとともに所定の増幅率で
増幅して演算手段１９に出力する荷重用アンプ、１８は
試験に用いる地動加速度波形（ＡＣＣ波形）を発生する
波形発生手段、１９は前記波形発生手段１８からのＡＣ
Ｃ波形、前記変位用アンプ１６の出力および前記荷重用
アンプ１７の出力が入力され、ニューマーク法などの前
述した手法に基づいて試験体１１の相対変位を算出する
演算手段、２０は前記演算手段１９において算出された
相対変位を制御目標信号として前記変位用アンプ１６か
らの変位信号との偏差を算出する加算点、２１は前記加
算点２０から出力される偏差信号に対し、比例処理や積
分処理などを行うＰＩＤ調節部である。また、２２は変
位Ｘnの初期値を与える変位初期値設定手段、２３は前
記変位用アンプ１６の出力を表示する表示手段であり、
これらは、後述するように、スード試験における最適パ
ラメータを決定するときに使用される。
方法が適用されるスード試験装置の一実施の形態の構成
を示すブロック図である。この図において、右側の破線
で囲まれた部分は、前記図５（ｄ）に示した実験設備と
同様の試験機部であり、試験体１１、試験体を加振する
サーボバルブ１２およびアクチュエータ１３、試験体に
発生する反力（復元力）を測定するロードセルなどの荷
重センサ１４、試験体１１の変位を測定する変位（Dis
p）センサ１５が含まれている。また、１６は前記変位
センサ１５の出力が入力されＡ／Ｄ変換をするとともに
所定の増幅率で増幅して演算手段１８および加算点１９
に出力する変位用アンプ、１７は前記荷重センサ１４か
らの荷重信号をＡ／Ｄ変換するとともに所定の増幅率で
増幅して演算手段１９に出力する荷重用アンプ、１８は
試験に用いる地動加速度波形（ＡＣＣ波形）を発生する
波形発生手段、１９は前記波形発生手段１８からのＡＣ
Ｃ波形、前記変位用アンプ１６の出力および前記荷重用
アンプ１７の出力が入力され、ニューマーク法などの前
述した手法に基づいて試験体１１の相対変位を算出する
演算手段、２０は前記演算手段１９において算出された
相対変位を制御目標信号として前記変位用アンプ１６か
らの変位信号との偏差を算出する加算点、２１は前記加
算点２０から出力される偏差信号に対し、比例処理や積
分処理などを行うＰＩＤ調節部である。また、２２は変
位Ｘnの初期値を与える変位初期値設定手段、２３は前
記変位用アンプ１６の出力を表示する表示手段であり、
これらは、後述するように、スード試験における最適パ
ラメータを決定するときに使用される。
【００１８】ここで、前記波形発生手段１８は、例え
ば、地動加速度データがデータサンプル時間間隔で格納
された波形テーブルを格納したメモリにより構成されて
いる。そして、試験を行うときには、前記波形テーブル
の読み出しアドレスをステップバイステップで計算し、
サンプルデータを読み出して地動加速度データを前記演
算手段１９に与えていくようになされている。図示する
ように、加算点２０、ＰＩＤ調節部２１、サーボバルブ
１２、アクチュエータ１３、変位用センサ１５、変位用
アンプ１６により、フィードバック制御ループが構成さ
れており、試験実行時には、前述のように、前記試験体
１１の変位が、前記図６のフローチャートに従って前記
演算手段１９により算出される目標信号（相対変位）に
追随するように制御が行われ、スード試験が実行される
こととなる。
ば、地動加速度データがデータサンプル時間間隔で格納
された波形テーブルを格納したメモリにより構成されて
いる。そして、試験を行うときには、前記波形テーブル
の読み出しアドレスをステップバイステップで計算し、
サンプルデータを読み出して地動加速度データを前記演
算手段１９に与えていくようになされている。図示する
ように、加算点２０、ＰＩＤ調節部２１、サーボバルブ
１２、アクチュエータ１３、変位用センサ１５、変位用
アンプ１６により、フィードバック制御ループが構成さ
れており、試験実行時には、前述のように、前記試験体
１１の変位が、前記図６のフローチャートに従って前記
演算手段１９により算出される目標信号（相対変位）に
追随するように制御が行われ、スード試験が実行される
こととなる。
【００１９】次に、本発明の最適パラメータ決定方法に
ついて説明する。前述のように、系の過渡応答特性を観
測することにより最適な減衰定数Ｃを求めることができ
る。一般に、系の過渡応答特性を観測する場合には、パ
ルス波形を入力してその応答を観測することが行われて
いるが、この場合には、試験体に過剰な負荷が印加さ
れ、試験体を破損する恐れがある。そこで、本発明のパ
ラメータ決定方法では、次のようにして最適な減衰定数
Ｃの値を求めるようにすることにより、試験体にダメー
ジを与えることのないようにしている。
ついて説明する。前述のように、系の過渡応答特性を観
測することにより最適な減衰定数Ｃを求めることができ
る。一般に、系の過渡応答特性を観測する場合には、パ
ルス波形を入力してその応答を観測することが行われて
いるが、この場合には、試験体に過剰な負荷が印加さ
れ、試験体を破損する恐れがある。そこで、本発明のパ
ラメータ決定方法では、次のようにして最適な減衰定数
Ｃの値を求めるようにすることにより、試験体にダメー
ジを与えることのないようにしている。
【００２０】ＡＣＣ波形を発生する波形発生部１８に
は、サンプリングされた地震波の時系列データが入力さ
れた波形テーブルが設けられているが、Ｃの最適値を求
める時には、前記波形テーブルの内容を全て０としてお
くか、あるいは、全ての内容が０とされた波形テーブル
を入力波として選択することにより、全て０のＡＣＣ波
形が入力されるように設定する。そして、前記変位初期
値設定手段２２から徐々に増加あるいは減少するような
変位データＸnを出力させる。図２は、この変位初期値
設定手段２２から出力される変位データの一例を示す図
である。この図２に示すように、変位初期値設定手段２
２から、時間ステップΔｔごとに徐々に増加（あるいは
減少）する変位データを出力し、この出力を前記加算点
２０に制御目標として供給する。このとき、前記式
（２）に示される系の共振周波数ｆｏよりも、十分に小
さい変動時間でゆっくりと上昇させる。そして、試験実
行時と同様に前記波形テーブルからデータを読み出し
（ただし、読み出されるデータは全て０となってい
る）、前記ＰＩＤ調節部２１の出力を前記サーボバルブ
１２、アクチュエータ１３に入力して、試験体１３に徐
々に増加あるいは減少していく変位を与える。また、変
位センサ１５の出力を前記表示手段２３に表示する。
は、サンプリングされた地震波の時系列データが入力さ
れた波形テーブルが設けられているが、Ｃの最適値を求
める時には、前記波形テーブルの内容を全て０としてお
くか、あるいは、全ての内容が０とされた波形テーブル
を入力波として選択することにより、全て０のＡＣＣ波
形が入力されるように設定する。そして、前記変位初期
値設定手段２２から徐々に増加あるいは減少するような
変位データＸnを出力させる。図２は、この変位初期値
設定手段２２から出力される変位データの一例を示す図
である。この図２に示すように、変位初期値設定手段２
２から、時間ステップΔｔごとに徐々に増加（あるいは
減少）する変位データを出力し、この出力を前記加算点
２０に制御目標として供給する。このとき、前記式
（２）に示される系の共振周波数ｆｏよりも、十分に小
さい変動時間でゆっくりと上昇させる。そして、試験実
行時と同様に前記波形テーブルからデータを読み出し
（ただし、読み出されるデータは全て０となってい
る）、前記ＰＩＤ調節部２１の出力を前記サーボバルブ
１２、アクチュエータ１３に入力して、試験体１３に徐
々に増加あるいは減少していく変位を与える。また、変
位センサ１５の出力を前記表示手段２３に表示する。
【００２１】前述のように、変位初期値設定手段２２よ
り徐々に増加（あるいは減少する）変位を供給してい
き、試験体にダメージを与えることのない所定の変位量
に達したとき、前記図２に示すように、変位データをゼ
ロに設定する。すなわち、前記変位初期値設定手段２２
は鋸歯状に変化する変位データを出力している。そし
て、この変位データがゼロとされた時点以降の系の応
答、すなわち、前記変位用アンプ１６の出力を観測す
る。
り徐々に増加（あるいは減少する）変位を供給してい
き、試験体にダメージを与えることのない所定の変位量
に達したとき、前記図２に示すように、変位データをゼ
ロに設定する。すなわち、前記変位初期値設定手段２２
は鋸歯状に変化する変位データを出力している。そし
て、この変位データがゼロとされた時点以降の系の応
答、すなわち、前記変位用アンプ１６の出力を観測す
る。
【００２２】このように、本発明の最適パラメータ決定
方法においては、試験体にダメージを与えることのない
初期値まで変位を徐々に上昇させていき、そこから変位
をゼロ状態としているので、変位を徐々に上昇させてい
る過程で、万一、試験体に異常が生じたときには、操作
者はすぐに停止等の処置を行うことが可能となる。した
がって、試験体にダメージを与えることなく、最適なパ
ラメータの決定処理を行うことができる。
方法においては、試験体にダメージを与えることのない
初期値まで変位を徐々に上昇させていき、そこから変位
をゼロ状態としているので、変位を徐々に上昇させてい
る過程で、万一、試験体に異常が生じたときには、操作
者はすぐに停止等の処置を行うことが可能となる。した
がって、試験体にダメージを与えることなく、最適なパ
ラメータの決定処理を行うことができる。
【００２３】図３は、本発明の最適パラメータ設定方法
を実行したときの応答波形の例を示す図であり、図３の
（ａ）は、前記変位初期値設定手段２２の出力、（ｂ）
は減衰定数Ｃが最適値よりも小さく設定されているとき
の応答波形、（ｃ）は減衰定数Ｃが最適値に設定されて
いるときの応答波形、（ｄ）は減衰定数Ｃが最適値より
も大きな値に設定されているときの応答波形を示してい
る。系の応答波形は、減衰定数Ｃが最適値よりも小さく
設定されている場合には、（ｂ）に示すように、変位デ
ータがゼロに変化した後、振幅が徐々に減衰する振動波
形となる。また、減衰定数Ｃが最適値よりも大きく設定
されている場合には、（ｄ）に示すように、変位データ
がゼロに変化した後、徐々に減衰する波形となる。減衰
定数Ｃが最適値であるときには、（ｃ）に示すように、
臨界制動状態となっている。したがって、減衰定数Ｃの
値を種々の値に設定し、前記変位初期値設定手段２２よ
り鋸歯状波形を供給して、その応答波形を観測すること
により、最適な過渡応答特性を与える減衰定数Ｃを決定
することができる。
を実行したときの応答波形の例を示す図であり、図３の
（ａ）は、前記変位初期値設定手段２２の出力、（ｂ）
は減衰定数Ｃが最適値よりも小さく設定されているとき
の応答波形、（ｃ）は減衰定数Ｃが最適値に設定されて
いるときの応答波形、（ｄ）は減衰定数Ｃが最適値より
も大きな値に設定されているときの応答波形を示してい
る。系の応答波形は、減衰定数Ｃが最適値よりも小さく
設定されている場合には、（ｂ）に示すように、変位デ
ータがゼロに変化した後、振幅が徐々に減衰する振動波
形となる。また、減衰定数Ｃが最適値よりも大きく設定
されている場合には、（ｄ）に示すように、変位データ
がゼロに変化した後、徐々に減衰する波形となる。減衰
定数Ｃが最適値であるときには、（ｃ）に示すように、
臨界制動状態となっている。したがって、減衰定数Ｃの
値を種々の値に設定し、前記変位初期値設定手段２２よ
り鋸歯状波形を供給して、その応答波形を観測すること
により、最適な過渡応答特性を与える減衰定数Ｃを決定
することができる。
【００２４】図４は、このような本発明の最適パラメー
タ決定方法が適用されたスード試験システムにおける前
記表示手段２３における表示の一例を示す図である。こ
の図に示すように、この表示画面上には、応答波形を表
示する波形表示部３１、表示する波形のスケールを設定
するスケール設定表示部３２、現在の時間ステップ位置
を示すステップ位置表示部３３、前記演算手段において
計算中であるか否かを表示する計算状態表示部３４、前
記変位初期値設定手段２２からの鋸歯状の変位データの
入力開始を指示するスタートスイッチ３５、質量を設定
する質量設定表示部３６、時間ステップの進行速度を設
定する速度設定表示部３７、前記演算の時間ステップ刻
みを設定するデルタＴ設定表示部３８、減衰定数Ｃを設
定する減衰定数設定表示部３９が設けられている。ここ
で、前記減衰定数設定表示部３９によりＣの値を任意の
値に設定し、前記スタートスイッチ３５を操作すること
により、前述のように前記変位初期値設定手段２２から
鋸歯状の変位データが出力され、前記加算点２０に出力
されて、該設定されたＣの値を用いた場合の応答波形が
波形表示部３１に表示される。なお、前時間ステップの
相対変位Ｘnから現時間ステップの相対変位Ｘn+1までの
移動速度は、前記速度設定表示部３７により任意の速度
に設定することができる。これにより、操作者は、前記
試験体を変位の初期値までゆっくりと動かすことができ
る。
タ決定方法が適用されたスード試験システムにおける前
記表示手段２３における表示の一例を示す図である。こ
の図に示すように、この表示画面上には、応答波形を表
示する波形表示部３１、表示する波形のスケールを設定
するスケール設定表示部３２、現在の時間ステップ位置
を示すステップ位置表示部３３、前記演算手段において
計算中であるか否かを表示する計算状態表示部３４、前
記変位初期値設定手段２２からの鋸歯状の変位データの
入力開始を指示するスタートスイッチ３５、質量を設定
する質量設定表示部３６、時間ステップの進行速度を設
定する速度設定表示部３７、前記演算の時間ステップ刻
みを設定するデルタＴ設定表示部３８、減衰定数Ｃを設
定する減衰定数設定表示部３９が設けられている。ここ
で、前記減衰定数設定表示部３９によりＣの値を任意の
値に設定し、前記スタートスイッチ３５を操作すること
により、前述のように前記変位初期値設定手段２２から
鋸歯状の変位データが出力され、前記加算点２０に出力
されて、該設定されたＣの値を用いた場合の応答波形が
波形表示部３１に表示される。なお、前時間ステップの
相対変位Ｘnから現時間ステップの相対変位Ｘn+1までの
移動速度は、前記速度設定表示部３７により任意の速度
に設定することができる。これにより、操作者は、前記
試験体を変位の初期値までゆっくりと動かすことができ
る。
【００２５】図４に示した例においては、まず、Ｃ＝２
０００に設定してスタートスイッチ３５を操作し、以
後、Ｃ＝１０００、Ｃ＝６００としてそれぞれ前記スタ
ートスイッチ３５を操作して、前記鋸歯状の変位データ
を入力したときの応答波形が表示されている。この表示
されている応答波形から、Ｃ＝１０００が最適応答をも
たらす値であることがわかる。このようにして最適な減
衰定数Ｃの値を求めたのち、該減衰定数Ｃの値を用いて
実機試験を実行する。すなわち、前記波形発生部１８の
波形テーブルを地震波の地動加速度データを格納したも
のとして、通常のスード試験を実行する。
０００に設定してスタートスイッチ３５を操作し、以
後、Ｃ＝１０００、Ｃ＝６００としてそれぞれ前記スタ
ートスイッチ３５を操作して、前記鋸歯状の変位データ
を入力したときの応答波形が表示されている。この表示
されている応答波形から、Ｃ＝１０００が最適応答をも
たらす値であることがわかる。このようにして最適な減
衰定数Ｃの値を求めたのち、該減衰定数Ｃの値を用いて
実機試験を実行する。すなわち、前記波形発生部１８の
波形テーブルを地震波の地動加速度データを格納したも
のとして、通常のスード試験を実行する。
【００２６】なお、上記においては、変位フィードバッ
クの状態で最適パラメータを求めるものとしたが、荷重
フィードバックの状態でも同様に最適パラメータを求め
ることができる。この場合には、変位Ｘnの代わりに復
元力Ｒの初期値として鋸歯状波を与え、荷重用アンプ１
７の出力を観測すればよい。
クの状態で最適パラメータを求めるものとしたが、荷重
フィードバックの状態でも同様に最適パラメータを求め
ることができる。この場合には、変位Ｘnの代わりに復
元力Ｒの初期値として鋸歯状波を与え、荷重用アンプ１
７の出力を観測すればよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスード試
験における最適パラメータ決定方法によれば、試験体に
損傷を与えることなく、最適な最適パラメータを求める
ことができ、安価かつ容易に精度の高いスード試験を行
うことが可能となる。また、本発明のスード試験方法お
よびスード試験装置によれば、常に最適なパラメータを
用いて、精度の高いスード試験を実行することが可能と
なる。
験における最適パラメータ決定方法によれば、試験体に
損傷を与えることなく、最適な最適パラメータを求める
ことができ、安価かつ容易に精度の高いスード試験を行
うことが可能となる。また、本発明のスード試験方法お
よびスード試験装置によれば、常に最適なパラメータを
用いて、精度の高いスード試験を実行することが可能と
なる。
【図１】 本発明のスード試験における最適パラメータ
決定方法およびスード試験方法が適用されるスード試験
装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
決定方法およびスード試験方法が適用されるスード試験
装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】 変位初期値設定手段の出力を説明するための
図である。
図である。
【図３】 スード試験における制御パラメータの値の変
化に伴う過渡応答波形を示す図である。
化に伴う過渡応答波形を示す図である。
【図４】 本発明のスード試験における最適パラメータ
決定方法が適用されたスード試験装置における操作パネ
ルの一例を示す図である。
決定方法が適用されたスード試験装置における操作パネ
ルの一例を示す図である。
【図５】 スード試験方法について説明するための図で
ある。
ある。
【図６】 ニューマーク法を用いたスード試験における
処理を説明するための図である。
処理を説明するための図である。
１１ 試験体 １２ サーボバルブ １３ アクチュエータ １４ 荷重センサ １５ 変位センサ １６ 変位用アンプ １７ 荷重用アンプ １８ 波形発生手段 １９ 演算手段 ２０ 加算点 ２１ ＰＩＤ調節部 ２２ 変位初期値設定手段 ２３ 表示手段 ３１ 波形表示部 ３２ スケール設定表示部 ３３ ステップ位置表示部 ３４ 計算状態表示部 ３５ スタートスイッチ ３６ 質量設定表示部 ３７ 速度設定表示部 ３８ デルタＴ設定表示部 ３９ 減衰定数設定表示部
Claims (3)
- 【請求項１】 波形発生手段から入力される加速度波
形、試験体の変位を検出する変位センサの出力、試験体
に発生する反力を検出する荷重センサの出力、および、
試験体の減衰定数に基づいて、所定の時間ステップごと
に試験体に負荷する変位を算出する演算手段と、前記変
位センサの出力と前記演算手段から出力される変位情報
との差を検出する加算手段と、前記加算手段から出力さ
れる偏差信号が入力されるＰＩＤ調節部と、前記ＰＩＤ
調節部からの出力信号により駆動され試験体に加力する
負荷手段とを有するスード試験における最適パラメータ
決定方法であって、 任意の減衰定数に対し、前記波形発生手段からの加速度
波形入力をゼロとした状態で、前記試験体に負荷する変
位を、ゼロレベルから前記試験体に損傷を与えることの
ない所定の値まで徐々に増加あるいは減少させた後ゼロ
レベルに復帰させ、そのときの過渡応答波形を観察する
ことにより、最適な減衰定数を決定することを特徴とす
るスード試験における最適パラメータ決定方法。 - 【請求項２】 波形発生手段から入力される加速度波
形、試験体の変位を検出する変位センサの出力および試
験体に発生する反力を検出する荷重センサの出力、およ
び、試験体の減衰定数に基づいて、所定の時間ステップ
ごとに試験体に負荷する変位を演算手段により算出し、
試験体に前記算出された変位を与えるようにフィードバ
ック制御するスード試験方法であって、 種々の減衰定数の値に対して、前記加速度波形入力をゼ
ロとした状態で前記試験体に鋸歯状の変位を負荷し、そ
のときの応答波形を観測することにより、最適な減衰定
数を決定し、 該決定された減衰定数を用いて、前記変位を算出するよ
うにしたことを特徴とするスード試験方法。 - 【請求項３】 加速度波形を発生する波形発生手段と、
該波形発生手段の出力、試験体の変位を検出する変位セ
ンサの出力および試験体に発生する反力を測定する荷重
センサの出力および試験体の減衰定数に基づいて、所定
の時間ステップごとに試験体に負荷する変位を算出する
演算手段と、該算出された変位情報と前記変位センサか
らの出力信号との偏差信号を算出する加算部と、該偏差
信号が０となるように試験体を負荷する試験機部とを有
するスード試験装置において、 試験体に損傷を与えない所定の値からゼロレベルに復帰
する鋸歯状の変位情報を出力する変位初期値設定手段
と、 前記変位センサの出力を表示する表示手段とを有するこ
とを特徴とするスード試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11147667A JP2000337993A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | スード試験における最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスード試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11147667A JP2000337993A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | スード試験における最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスード試験装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337993A true JP2000337993A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15435556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11147667A Pending JP2000337993A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | スード試験における最適パラメータ決定方法、スード試験方法およびスード試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000337993A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114741901A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-12 | 江南大学 | 一种纬编双面移圈针织物可织性的测试方法及报警装置 |
-
1999
- 1999-05-27 JP JP11147667A patent/JP2000337993A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114741901A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-12 | 江南大学 | 一种纬编双面移圈针织物可织性的测试方法及报警装置 |
| CN114741901B (zh) * | 2022-05-05 | 2024-04-12 | 江南大学 | 一种纬编双面移圈针织物可织性的测试方法及报警装置 |
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