JP2001021442A - 振動試験装置 - Google Patents
振動試験装置Info
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- JP2001021442A JP2001021442A JP11194080A JP19408099A JP2001021442A JP 2001021442 A JP2001021442 A JP 2001021442A JP 11194080 A JP11194080 A JP 11194080A JP 19408099 A JP19408099 A JP 19408099A JP 2001021442 A JP2001021442 A JP 2001021442A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】数値モデルとして実現される主構造物の応答と
加振実験により得られる副構造物の応答を実時間で計算
機内で組み合わせる振動試験において、数値モデル、副
構造物、アクチュエータの相互作用を考慮した振動試験
装置を提供する。 【構成】基盤1にアクチュエータ２が設置されており、
副構造物３の一端はアクチュエータ２に、他端は基盤1
に固定されている。副構造物３に加わる力fを測定する
ため力センサ４がアクチュエータ２と副構造物３の間に
設置されており、また副構造物３の変位χを測定する位
置センサ５が設置されている。両センサの出力は加振波
６と供に計算機７に入力される。これらの入力を利用し
て計算機７の内部では数値モデルとして実現される主構
造物７の応答を計算する。この計算結果に基づき、各構
成要素の相互作用を考慮した上で副構造物３が望ましい
応答を示すように補償器９がアクチュエータ２への司令
信号vを計算して出力する。
加振実験により得られる副構造物の応答を実時間で計算
機内で組み合わせる振動試験において、数値モデル、副
構造物、アクチュエータの相互作用を考慮した振動試験
装置を提供する。 【構成】基盤1にアクチュエータ２が設置されており、
副構造物３の一端はアクチュエータ２に、他端は基盤1
に固定されている。副構造物３に加わる力fを測定する
ため力センサ４がアクチュエータ２と副構造物３の間に
設置されており、また副構造物３の変位χを測定する位
置センサ５が設置されている。両センサの出力は加振波
６と供に計算機７に入力される。これらの入力を利用し
て計算機７の内部では数値モデルとして実現される主構
造物７の応答を計算する。この計算結果に基づき、各構
成要素の相互作用を考慮した上で副構造物３が望ましい
応答を示すように補償器９がアクチュエータ２への司令
信号vを計算して出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、振動試験装置に求めら
れる性能が高くアクチュエータの動特性が無視できない
場合や、数値モデルとして実現される主構造物が複雑で
その動特性が振動試験に及ぼす影響が重大な場合に好適
な振動試験装置に関する。
れる性能が高くアクチュエータの動特性が無視できない
場合や、数値モデルとして実現される主構造物が複雑で
その動特性が振動試験に及ぼす影響が重大な場合に好適
な振動試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】数値モデルとして実現される主構造物の
応答と加振実験により得られる副構造物の応答を実時間
で計算機内で組み合わせる振動試験は「実時間準動的試
験」等と呼ばれ、文献：M.Nakashima, et.al., Develop
ment of Real-Time Pseudo Dynamic Testing, Earthqua
ke Engineering and Structural Dynamics, Vol.21., 7
9-92, (1992)や特開平5-157656,特開平5-332876,特開平
7-27664,等に関連発明の報告があるが、いずれも振動試
験装置における主構造物の数値モデル、副構造物、アク
チュエータの相互作用が明確に考慮されていない。
応答と加振実験により得られる副構造物の応答を実時間
で計算機内で組み合わせる振動試験は「実時間準動的試
験」等と呼ばれ、文献：M.Nakashima, et.al., Develop
ment of Real-Time Pseudo Dynamic Testing, Earthqua
ke Engineering and Structural Dynamics, Vol.21., 7
9-92, (1992)や特開平5-157656,特開平5-332876,特開平
7-27664,等に関連発明の報告があるが、いずれも振動試
験装置における主構造物の数値モデル、副構造物、アク
チュエータの相互作用が明確に考慮されていない。
【０００３】特開平7-27664では振動試験装置の性能劣
化の原因の一つであるアクチュエータの動的な応答遅れ
を予測を用いて補償しているが、ここではアクチュエー
タのみ考慮されており主構造物との相互作用は考慮され
ていない。
化の原因の一つであるアクチュエータの動的な応答遅れ
を予測を用いて補償しているが、ここではアクチュエー
タのみ考慮されており主構造物との相互作用は考慮され
ていない。
【０００４】特開平9-159569では副構造物の動的な応答
とアクチュエータの位相ゲイン特性を考慮した補償をし
ているが、やはり主構造物との相互作用は考慮されてい
ない。この他の研究においてもアクチュエータの補償器
の設計では、図３に示されるような単純な位置制御ルー
プしか考慮していない。
とアクチュエータの位相ゲイン特性を考慮した補償をし
ているが、やはり主構造物との相互作用は考慮されてい
ない。この他の研究においてもアクチュエータの補償器
の設計では、図３に示されるような単純な位置制御ルー
プしか考慮していない。
【０００５】繰り返し実験を行ない性能を向上させる手
法は繰返し制御として知られ、例えば文献:中野他、繰
返し制御、計測自動制御学会、に詳しい説明がある。ま
た、振動試験装置への応用は文献：安田他、電気油圧式
振動台の加速度波形制御(第1報、ディジタル反復入力の
収束性), 日本機械学会論文集,C-57-536, 307/314, 199
1にあり、ここでは各部の相互作用は考慮されている
が、数値モデルと実機のハイブリッド方式にはなってい
ない。
法は繰返し制御として知られ、例えば文献:中野他、繰
返し制御、計測自動制御学会、に詳しい説明がある。ま
た、振動試験装置への応用は文献：安田他、電気油圧式
振動台の加速度波形制御(第1報、ディジタル反復入力の
収束性), 日本機械学会論文集,C-57-536, 307/314, 199
1にあり、ここでは各部の相互作用は考慮されている
が、数値モデルと実機のハイブリッド方式にはなってい
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で言及した
ように、従来の振動試験装置は数値モデル、副構造物、
アクチュエータの各動特性の相互作用を同時に考慮した
ものとはなっていない。この振動試験装置の信号の関係
を見ると、図４に示すように副構造物の位置制御ループ
と主構造物の応答ループの２重フィードバック構造があ
り、この構造を通して数値モデル、副構造物、アクチュ
エータが相互作用している。よって振動試験装置の動的
安定性を補償するためには、この２重フィードバック構
造で示される相互作用を考慮することが望まれる。さら
に繰り返し同一振動試験を行い、動的安定性を損なうこ
と無くアクチュエータの補償器の特性を変化させ試験性
能を向上させるといった複雑なアクチュエータの制御で
の安定性を補償する振動試験装置の開発が望まれる。
ように、従来の振動試験装置は数値モデル、副構造物、
アクチュエータの各動特性の相互作用を同時に考慮した
ものとはなっていない。この振動試験装置の信号の関係
を見ると、図４に示すように副構造物の位置制御ループ
と主構造物の応答ループの２重フィードバック構造があ
り、この構造を通して数値モデル、副構造物、アクチュ
エータが相互作用している。よって振動試験装置の動的
安定性を補償するためには、この２重フィードバック構
造で示される相互作用を考慮することが望まれる。さら
に繰り返し同一振動試験を行い、動的安定性を損なうこ
と無くアクチュエータの補償器の特性を変化させ試験性
能を向上させるといった複雑なアクチュエータの制御で
の安定性を補償する振動試験装置の開発が望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、計算機の数値モデルにより実現する構造物の一部分
である主構造物と、アクチュエータと、アクチュエータ
の加振により応答する構造物の他の部分である副構造物
と、副構造物からの信号を受け、演算後、アクチュエー
タに信号を発することによってアクチュエータを補償す
る補償器とを備えた振動試験装置において、補償器が、
主構造物、副構造物及びアクチュエータの相互作用を考
慮した動的安定性を補償することを特徴とした振動試験
装置を提供する。さらには、繰り返し制御を行った場合
に、補償器が、主構造物、副構造物及びアクチュエータ
の振動試験結果が収束するフィルタを持つことを特徴と
する振動試験装置を提供する。
め、計算機の数値モデルにより実現する構造物の一部分
である主構造物と、アクチュエータと、アクチュエータ
の加振により応答する構造物の他の部分である副構造物
と、副構造物からの信号を受け、演算後、アクチュエー
タに信号を発することによってアクチュエータを補償す
る補償器とを備えた振動試験装置において、補償器が、
主構造物、副構造物及びアクチュエータの相互作用を考
慮した動的安定性を補償することを特徴とした振動試験
装置を提供する。さらには、繰り返し制御を行った場合
に、補償器が、主構造物、副構造物及びアクチュエータ
の振動試験結果が収束するフィルタを持つことを特徴と
する振動試験装置を提供する。
【０００８】
【実施例】実施例に用いる記号を以下に示す。
【表１】
【０００９】以下に、本発明を図面に示す実施例に基づ
いて具体的に説明する。図１に表される主構造物、副構
造物からなる振動解析対象を、図２の振動試験装置で振
動試験を行なう事を考える。ここで、主構造物と副構造
物は、数値モデルと実物の加振実験の組み合わせによる
区別であって、任意の分け方ができる。
いて具体的に説明する。図１に表される主構造物、副構
造物からなる振動解析対象を、図２の振動試験装置で振
動試験を行なう事を考える。ここで、主構造物と副構造
物は、数値モデルと実物の加振実験の組み合わせによる
区別であって、任意の分け方ができる。
【００１０】基盤１にアクチュエータ２が設置されてお
り、副構造物３の一端はアクチュエータ２に、他端は基
盤１に固定されている。ここで、アクチュエータは、そ
の動きを制御するための制御装置を持っている。副構造
物３に加わる力fを測定するため力センサ４がアクチュ
エータ2と副構造物３の間に設置されている。力センサ
は、アクチュエータから副構造物にかかる力、副構造物
からアクチュエータにかかる力のどちらを測定するもの
であっても良い。
り、副構造物３の一端はアクチュエータ２に、他端は基
盤１に固定されている。ここで、アクチュエータは、そ
の動きを制御するための制御装置を持っている。副構造
物３に加わる力fを測定するため力センサ４がアクチュ
エータ2と副構造物３の間に設置されている。力センサ
は、アクチュエータから副構造物にかかる力、副構造物
からアクチュエータにかかる力のどちらを測定するもの
であっても良い。
【００１１】また副構造物３の変位ｘを測定する位置セ
ンサ５が設置されている。この位置センサは、アクチュ
エータの稼動部の位置を測定するものであっても良い。
ンサ５が設置されている。この位置センサは、アクチュ
エータの稼動部の位置を測定するものであっても良い。
【００１２】両センサの出力は加振波６と供に計算機７
に入力される。これらの入力を利用して計算機７の内部
では数値モデルとして実現される主構造物８の応答を計
算する。この計算結果に基づき、各構成要素の相互作用
を考慮した上で副構造物３が望ましい応答を示すように
補償器9がアクチュエータ２への司令信号vを計算して出
力する。主構造物と補償器は共に計算機内で演算される
ものであって、これらは同一計算機内であっても良い
し、また別の計算機内にあっても良い。主構造物と補償
器との間のデータの遣り取りは、計算機内又は計算機同
志で行われる。
に入力される。これらの入力を利用して計算機７の内部
では数値モデルとして実現される主構造物８の応答を計
算する。この計算結果に基づき、各構成要素の相互作用
を考慮した上で副構造物３が望ましい応答を示すように
補償器9がアクチュエータ２への司令信号vを計算して出
力する。主構造物と補償器は共に計算機内で演算される
ものであって、これらは同一計算機内であっても良い
し、また別の計算機内にあっても良い。主構造物と補償
器との間のデータの遣り取りは、計算機内又は計算機同
志で行われる。
【００１３】ここで、主構造物、副構造物、アクチュエ
ータには、お互いの信号又はセンサの計測結果をやり取
りするための発信機能、受信機能を必要に応じ、備えて
いる。
ータには、お互いの信号又はセンサの計測結果をやり取
りするための発信機能、受信機能を必要に応じ、備えて
いる。
【００１４】また、計測結果、信号をやり取りするため
のＡＤ変換器等は必要に応じ、備えられる。図２での各
部の相互作用を示す信号の流れは、図４のブロック線図
となる。
のＡＤ変換器等は必要に応じ、備えられる。図２での各
部の相互作用を示す信号の流れは、図４のブロック線図
となる。
【００１５】以下に本発明の特徴である各部の相互作用
を考慮した安定条件を数式を用いて示す。なお、ここで
は簡単の為にセンサの応答は十分速く伝達特性が無視で
きる場合（Ｇps≡１，Ｇfs≡１）を考えるが、センサ特
性を考慮しても同様な結果が得られることを注意してお
く。本実施例を含む実時間準動的試験でしばしば用いら
れる次の場合を考える：主構造物はm−c−kモデルで表
される２次の線形モデルであり、副構造物の反力fは変
位と速度に非線型を含む一般的な形で依存しているとす
る。このときの運動方程式は次式で与えられる。
を考慮した安定条件を数式を用いて示す。なお、ここで
は簡単の為にセンサの応答は十分速く伝達特性が無視で
きる場合（Ｇps≡１，Ｇfs≡１）を考えるが、センサ特
性を考慮しても同様な結果が得られることを注意してお
く。本実施例を含む実時間準動的試験でしばしば用いら
れる次の場合を考える：主構造物はm−c−kモデルで表
される２次の線形モデルであり、副構造物の反力fは変
位と速度に非線型を含む一般的な形で依存しているとす
る。このときの運動方程式は次式で与えられる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
【００１８】この場合Ｇmは伝達関数表現で次式で表さ
れる。
れる。
【００１９】
【数３】
【００２０】またＧsはｆsの逆オペレータになるが、ｆ
sが次式で表される線形系の場合
sが次式で表される線形系の場合
【００２１】
【数４】
【００２２】Ｇsは伝達関数表現で次式で表される。
【００２３】
【数５】
【００２４】ここで式を簡単にするために次式で定義さ
れる記号ηを導入する。
れる記号ηを導入する。
【００２５】
【数６】
【００２６】このとき本特許の振動試験装置を構成する
と、相互作用を示すブロック線図(図４)より各信号の関
係は次式で与えられる。
と、相互作用を示すブロック線図(図４)より各信号の関
係は次式で与えられる。
【００２７】
【数７】
【００２８】
【数８】
【００２９】よって加振力ηから主構造物Ｇmの変位ｘr
までの伝達特性Σは次式で与えられる。
までの伝達特性Σは次式で与えられる。
【００３０】
【数９】
【００３１】したがって、相互作用を考慮して安定性を
補償するためには補償器Ｃは(９)式で定義されるΣを安
定化するように設計しなければならない。
補償するためには補償器Ｃは(９)式で定義されるΣを安
定化するように設計しなければならない。
【００３２】Σを安定化する補償器の設計法は様々な手
法があるがどれを用いるかは特に限定しない。
法があるがどれを用いるかは特に限定しない。
【００３３】次に請求項２での繰返し制御を用いたとき
の安定性を示す。１回の実験時間がＬ秒の実験を繰り返
し行ない、性能を向上させる事を考える。
の安定性を示す。１回の実験時間がＬ秒の実験を繰り返
し行ない、性能を向上させる事を考える。
【００３４】文献:中野他、繰返し制御、計測自動制御
学会の定理3.1に示される繰返し制御の理論によると、
補償器Ｃが図５の構造を持ち、さらにＣ1,Ｆが次の条件
Ｃ1, 2を満たすとき繰返し制御は安定であり、繰り返し
実験を行なう事で副構造物の目標値ｘrと副構造物の実
際の変位ｘが近づいていく事が知られている。
学会の定理3.1に示される繰返し制御の理論によると、
補償器Ｃが図５の構造を持ち、さらにＣ1,Ｆが次の条件
Ｃ1, 2を満たすとき繰返し制御は安定であり、繰り返し
実験を行なう事で副構造物の目標値ｘrと副構造物の実
際の変位ｘが近づいていく事が知られている。
【００３５】Ｃ１: Ｆ＝０とおいたときＣ1が図５を安
定化する。 Ｃ２: ‖(１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1)-1Ｆ‖∞ ＜１ ただし‖・‖∞はＨ無限大ノルムを表す。
定化する。 Ｃ２: ‖(１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1)-1Ｆ‖∞ ＜１ ただし‖・‖∞はＨ無限大ノルムを表す。
【００３６】この条件の意味を簡単に説明しておく：条
件Ｃ1は第1回目(繰り返しを行なっていない場合)の安定
条件に対応する。条件Ｃ2は繰り返した場合でも安定で
ある条件に対応する。このことを説明するために、図５
をe-Lsとそれ以外の部分に等価な形でまとめると図６に
書き直すことができる。‖e-Ls‖∞ ≦１であることか
ら、条件Ｃ2が成り立てば一巡伝達関数(１−(Ｇm−Ｇs)
ＧaＣ1)-1Ｆe-Lsのゲインが1より小さくなる。よって、
一巡伝達関数のナイキスト軌跡は−１を通らないためナ
イキストの安定判別から条件Ｃ2は繰り返した場合の安
定条件に対応することがわかる。
件Ｃ1は第1回目(繰り返しを行なっていない場合)の安定
条件に対応する。条件Ｃ2は繰り返した場合でも安定で
ある条件に対応する。このことを説明するために、図５
をe-Lsとそれ以外の部分に等価な形でまとめると図６に
書き直すことができる。‖e-Ls‖∞ ≦１であることか
ら、条件Ｃ2が成り立てば一巡伝達関数(１−(Ｇm−Ｇs)
ＧaＣ1)-1Ｆe-Lsのゲインが1より小さくなる。よって、
一巡伝達関数のナイキスト軌跡は−１を通らないためナ
イキストの安定判別から条件Ｃ2は繰り返した場合の安
定条件に対応することがわかる。
【００３７】条件Ｃ1は、請求項1の結果である(９)式よ
り
り
【００３８】
【数１０】
【００３９】をＣ1が安定化する事と等価である。した
がって、請求項２の補償器はＣ1を(１０)を安定化する
ように設計した後に、条件Ｃ2を満たすようにＦを定め
れば良い。このＦの定め方は文献：中野他、繰返し制
御、計測自動制御学会の第３章に詳しい記述があり、そ
の手順を簡単にまとめると次のようになる：条件Ｃ2は
簡単な計算より次の条件Ｃ2'とおきかえることができ
る。
がって、請求項２の補償器はＣ1を(１０)を安定化する
ように設計した後に、条件Ｃ2を満たすようにＦを定め
れば良い。このＦの定め方は文献：中野他、繰返し制
御、計測自動制御学会の第３章に詳しい記述があり、そ
の手順を簡単にまとめると次のようになる：条件Ｃ2は
簡単な計算より次の条件Ｃ2'とおきかえることができ
る。
【００４０】Ｃ２':｜(１−(Ｇm(jω)−Ｇs(jω))Ｇa(j
ω)Ｃ1(jω)| ＞|Ｆ(jω)|, ∀ω∈Ｒ
ω)Ｃ1(jω)| ＞|Ｆ(jω)|, ∀ω∈Ｒ
【００４１】条件Ｃ2'は、ゲイン線図上で１−(Ｇm−Ｇ
s)ＧaＣ1の周波数応答のゲインプロットよりＦの周波数
応答のゲインプロットが下にある事を意味する。また、
良い性能を発揮するためにはＦが着目する周波数帯域で
1に近い方がよいことが知られている。したがってＦの
設計は、ゲイン線図上でＦの周波数応答のゲインプロッ
トが１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の周波数応答のゲインプロッ
トより下側にあり、かつ着目する周波数帯域でできるだ
け1に近いように設計すればよい。
s)ＧaＣ1の周波数応答のゲインプロットよりＦの周波数
応答のゲインプロットが下にある事を意味する。また、
良い性能を発揮するためにはＦが着目する周波数帯域で
1に近い方がよいことが知られている。したがってＦの
設計は、ゲイン線図上でＦの周波数応答のゲインプロッ
トが１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の周波数応答のゲインプロッ
トより下側にあり、かつ着目する周波数帯域でできるだ
け1に近いように設計すればよい。
【００４２】（数値例）ここでは、複合調和加振力η
(t)(周期１０秒とする)に対する定常応答性能が本発明
により向上することを以下の数値例を用いて示す。
(t)(周期１０秒とする)に対する定常応答性能が本発明
により向上することを以下の数値例を用いて示す。
【００４３】
【数１１】
【００４４】
【数１２】
【００４５】
【数１３】
【００４６】
【数１４】
【００４７】
【数１５】
【００４８】
【数１６】
【００４９】
【数１７】
【００５０】比較のため次の３つの補償器を用いる。
【００５１】従来法で設計された補償器Ｃ0：図３の従
来の位置制御系に基づいて設計されたハイゲイン比例補
償器。
来の位置制御系に基づいて設計されたハイゲイン比例補
償器。
【００５２】請求項１の手法で設計された補償器Ｃ1：
請求項1に基づき、(９)式が動的安定性を失わない範囲
でηからｘrまでの応答を最適化した補償器。
請求項1に基づき、(９)式が動的安定性を失わない範囲
でηからｘrまでの応答を最適化した補償器。
【００５３】請求項３の手法で設計された補償器Ｃ2：
請求項３に基づき、条件Ｃ1を満たす補償器Ｃ1と条件Ｃ
2を満たす次式のフィルタ
請求項３に基づき、条件Ｃ1を満たす補償器Ｃ1と条件Ｃ
2を満たす次式のフィルタ
【００５４】
【数１８】
【００５５】を図５中のＣの形で組み合わせた補償器。
【００５６】このフィルタの設計は実施例で述べた手法
に沿って次の手順で行なった：1)フィルタの構造を決め
る。ここでは簡単のため１次のローパスフィルタとし
た。2)１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の周波数応答のゲイン線図
をプロットする(図７の細線)。3)着目している帯域(2π
(rad/s)以下)で1に近く、また１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の
ゲイン線図の下側にあるようにフィルタの時定数と定常
ゲインを決定する。図７の太線がここで設計したフィル
タのゲイン線図であり、上記の要件を満たしていること
が確認できる。
に沿って次の手順で行なった：1)フィルタの構造を決め
る。ここでは簡単のため１次のローパスフィルタとし
た。2)１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の周波数応答のゲイン線図
をプロットする(図７の細線)。3)着目している帯域(2π
(rad/s)以下)で1に近く、また１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1の
ゲイン線図の下側にあるようにフィルタの時定数と定常
ゲインを決定する。図７の太線がここで設計したフィル
タのゲイン線図であり、上記の要件を満たしていること
が確認できる。
【００５７】図８にＣ0とＣ1のゲイン線図を示す。Ｃ1
は低域ではＣ0とほぼ同じゲイン特性を示すが、系全体
の固有円振動数に相当する１(rad/s)近辺の周波数では
主構造物との相互作用を考慮して設計されているため複
雑な形状を示していることがわかる。
は低域ではＣ0とほぼ同じゲイン特性を示すが、系全体
の固有円振動数に相当する１(rad/s)近辺の周波数では
主構造物との相互作用を考慮して設計されているため複
雑な形状を示していることがわかる。
【００５８】この３つの補償器を用いてηに対する主構
造物の応答ｘrを計算した。加振を開始してから３００
秒後（３０周期目）のとき時間応答を図９に示す。図中
の理想状態の応答とは、図１に示されるよう主構造物と
副構造物が直結している状態での応答を意味し、図４に
おいてＣ≡∞とおいた場合の応答に数学的に一致する。
図９より以下のことが分かる：従来の手法で設計された
補償器Ｃ0を用いた結果は理想状態の結果と大きく離れ
ており、正しい振動解析結果を与えない。これに対して
本発明を利用して設計した補償器Ｃ1, Ｃ2を用いた結果
は、理想状態での結果と良い一致を見ており、本発明の
有効性が分かる。
造物の応答ｘrを計算した。加振を開始してから３００
秒後（３０周期目）のとき時間応答を図９に示す。図中
の理想状態の応答とは、図１に示されるよう主構造物と
副構造物が直結している状態での応答を意味し、図４に
おいてＣ≡∞とおいた場合の応答に数学的に一致する。
図９より以下のことが分かる：従来の手法で設計された
補償器Ｃ0を用いた結果は理想状態の結果と大きく離れ
ており、正しい振動解析結果を与えない。これに対して
本発明を利用して設計した補償器Ｃ1, Ｃ2を用いた結果
は、理想状態での結果と良い一致を見ており、本発明の
有効性が分かる。
【００５９】繰返し制御を含む補償器Ｃ2の有効性を確
認するため、１５周期目と３０周期目の応答を補償器Ｃ
1を用いた場合とを比較する。図１０に理想状態からの
差をプロットする。図より以下のことが分かる：補償器
Ｃ1を用いた場合は１５周期目と３０周期目はほぼ同じ
差が生じており繰り返しても性能の悪化はない。補償器
Ｃ2を用いた場合、３０周期目の方が差が少なくなり請
求項３の有効性が確認できる。
認するため、１５周期目と３０周期目の応答を補償器Ｃ
1を用いた場合とを比較する。図１０に理想状態からの
差をプロットする。図より以下のことが分かる：補償器
Ｃ1を用いた場合は１５周期目と３０周期目はほぼ同じ
差が生じており繰り返しても性能の悪化はない。補償器
Ｃ2を用いた場合、３０周期目の方が差が少なくなり請
求項３の有効性が確認できる。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、振動試験装置に求めら
れる性能が高くアクチュエータの動特性が無視できない
場合や、数値モデルとして実現される主構造物が複雑で
その動特性が振動試験に及ぼす影響が不明瞭な場合で
も、数値モデル、副構造物、アクチュエータの動特性を
考慮した動的安定性を保証する振動試験装置の開発が可
能になる。さらに、繰り返し実験を行なう事で性能が向
上する振動試験装置を動的安定性を損なう事無く設計で
きる。
れる性能が高くアクチュエータの動特性が無視できない
場合や、数値モデルとして実現される主構造物が複雑で
その動特性が振動試験に及ぼす影響が不明瞭な場合で
も、数値モデル、副構造物、アクチュエータの動特性を
考慮した動的安定性を保証する振動試験装置の開発が可
能になる。さらに、繰り返し実験を行なう事で性能が向
上する振動試験装置を動的安定性を損なう事無く設計で
きる。
【図１】本発明の一実施例に関わる振動解析対象
【図２】本発明の一実施例に関わる振動試験装置の構成
図
図
【図３】従来の補償器の設計で用いられている考え方に
対応するブロック線図
対応するブロック線図
【図４】本発明での補償器の設計で用いられている全構
成要素の相互作用を考慮する2重フィードバック構造を
表すブロック線図
成要素の相互作用を考慮する2重フィードバック構造を
表すブロック線図
【図５】請求項３の本発明での繰返し制御での相互作用
を示す２重フィードバック構造を表すブロック線図
を示す２重フィードバック構造を表すブロック線図
【図６】繰返し制御の安定性を説明するための図５の等
価ブロック線図
価ブロック線図
【図７】数値例でのフィルタ設計で用いたゲイン線図 細実線 : １−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ1のゲイン線図 太実線 : フィルタ Ｆ のゲイン線図
【図８】数値例での補償器のゲイン線図 細実線 : 従来法で設計された補償器Ｃ0のゲイン線図 太実線 : 請求項１の手法で設計された補償器Ｃ1のゲ
イン線図
イン線図
【図９】数値例での時間応答の比較。 破線 : 従来法で設計した補償器Ｃ0を用いた結果 細実線 : 請求項１の手法で設計された補償器Ｃ1を用
いた結果 太実線 : 請求項３の手法で設計された補償器Ｃ2を用
いた結果 点線 : 理想状態での応答(図中では太実線と一致して
見えない)ただし、理想状態の応答とは図１に示される
よう主構造物と副構造物が直結している状態での応答を
意味する。
いた結果 太実線 : 請求項３の手法で設計された補償器Ｃ2を用
いた結果 点線 : 理想状態での応答(図中では太実線と一致して
見えない)ただし、理想状態の応答とは図１に示される
よう主構造物と副構造物が直結している状態での応答を
意味する。
【図１０】数値例での理想状態の時間応答とＣ1, Ｃ2を
用いたときの時間応答との差。(a)１５周期目、(b)３０
周期目 細実線 : 請求項１の手法で設計された補償器Ｃ1を用
いた結果と理想状態での応答との差 太実線 : 請求項３の手法で設計された補償器Ｃ2を用
いた結果と理想状態での応答との差
用いたときの時間応答との差。(a)１５周期目、(b)３０
周期目 細実線 : 請求項１の手法で設計された補償器Ｃ1を用
いた結果と理想状態での応答との差 太実線 : 請求項３の手法で設計された補償器Ｃ2を用
いた結果と理想状態での応答との差
【表２】
Claims (4)
- 【請求項１】 計算機の数値モデルにより実現する構造
物の一部分である主構造物と、アクチュエータと、アク
チュエータの加振により応答する構造物の他の部分であ
る副構造物と、副構造物からの信号を受け、演算後、ア
クチュエータに信号を発することによってアクチュエー
タを補償する補償器とを備えた振動試験装置において、
補償器が、主構造物、副構造物及びアクチュエータの相
互作用を考慮した動的安定性を補償することを特徴とし
た振動試験装置。 - 【請求項２】 補償器が、次式で定義されるΣを安定化
するように設計したことを特徴とする請求項1に記載す
る振動試験装置。 Σ＝(１−Ｇm(１＋ＧaＣＧs)-1ＧaＣ)-1Ｇm ただし Ｃ ： 補償器の伝達関数 Ｇm ： 主構造物の力入力から変位出力までの伝達関数 Ｇs ： 副構造物の力入力から変位出力までの伝達関数
もしくはオペレータ Ｇa ： アクチュエータの制御入力から力出力までの伝
達関数 - 【請求項３】 繰り返し制御を行った場合に、補償器
が、主構造物、副構造物及びアクチュエータの振動試験
結果が収束するフィルタを持つことを特徴とする請求項
1又は２に記載する振動試験装置。 - 【請求項４】 繰り返し制御を行った場合に、補償器の
フィルタが、次の条件を満たすように設計したことを特
徴とする請求項３に記載する振動試験装置。 ‖(１−(Ｇm−Ｇs)ＧaＣ)-1Ｆ‖∞ ＜１ ただし Ｃ ： 補償器の伝達関数 Ｇm ： 主構造物の力入力から変位出力までの伝達関数 Ｇs ： 副構造物の力入力から変位出力までの伝達関数
もしくはオペレータ Ｇa ： アクチュエータの制御入力から力出力までの伝
達関数 Ｆ ： フィルタの伝達係数 ‖・‖∞はＨ無限大ノルムを表す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11194080A JP2001021442A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 振動試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11194080A JP2001021442A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 振動試験装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021442A true JP2001021442A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16318637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11194080A Pending JP2001021442A (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 振動試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021442A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104458177A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-03-25 | 福州大学 | 地震模拟振动台试验支承模型配重装置及其施工方法 |
| CN104792486A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-22 | 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 | 隔振元件横向机械阻抗测试装置 |
| CN109827731A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-31 | 中国直升机设计研究所 | 一种试验件激振装置 |
-
1999
- 1999-07-08 JP JP11194080A patent/JP2001021442A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104458177A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-03-25 | 福州大学 | 地震模拟振动台试验支承模型配重装置及其施工方法 |
| CN104792486A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-22 | 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 | 隔振元件横向机械阻抗测试装置 |
| CN109827731A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-31 | 中国直升机设计研究所 | 一种试验件激振装置 |
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