JP2002228541A

JP2002228541A - 振動台及びその制御装置並びに制御方法

Info

Publication number: JP2002228541A
Application number: JP2001025640A
Authority: JP
Inventors: Birei Dosono; 美礼堂薗; Toshihiko Horiuchi; 敏彦堀内; Takao Konno; 隆雄今野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP4092878B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動台において、目標の振動台伝達特性に対す
る振動台側の影響をオフラインで補償する共に、振動台
伝達特性の変動をオンラインで補償し、高精度かつ高速
に振動台特性を補償すること。【解決手段】目標信号Ｘをオフラインで補償して入力補
償信号Ｕを生成するオフライン補償手段１０８と、入力
補償信号Ｕをオンラインで補償して加振機１０２側に出
力する第一の適応フィルタ２と、目標信号Ｘをオンライ
ンで補償する第二の適応フィルタ３と、第二の適応フィ
ルタ３から出力される修正信号Ｘ'とテーブル１０１の
出力信号Ｙに基づいて振動台伝達特性の変動をオンライ
ンで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するため
の制御信号a_i、b_jを第一の適応フィルタ２及び第二の適
応フィルタ３に出力する前記同定手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動台及びその制
御装置並びに制御方法に係わり、特に、加振対象である
供試体や振動台の非線形性を含む振動台伝達特性の変動
をオンラインで補償するための振動台及びその制御装置
並びに制御方法に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動台制御方法では、例えば、
『３次元６自由度振動台のサーボ機構』（機械設計、第
３５巻第４号、１９９１年４月、２５頁〜２８頁）に開
示されるように、振動台の変位や加速度をフィードバッ
クしていた（以下、従来技術１という）。

【０００３】また、特開平１０−３１８８７９号公報、
特開平１１−９４６８９号公報などに開示されるよう
に、外乱オブザーバを用いて外乱を推定し、この外乱を
相殺する補償信号を生成して制御する方法もある（以
下、従来技術２という）。

【０００４】さらに、ＷＯ９７／１１３４４号公報に開
示されるように、供試体反力を計測し、この反力を相殺
する補償信号を生成して制御する方法もある（以下、従
来技術３という）。

【０００５】さらに、『電気油圧式地震振動台の波形制
御』（日本機械学会、Dynamics andDesign Conference
'９９講演論文集、Vol.B、１９９９年３月、１５頁〜
１８頁）に開示されるように、供試体を含む振動台の逆
伝達関数の適応フィルタを作成し、この適応フィルタと
等価なフィルタで振動台への入力信号を補償し、見かけ
上の振動台伝達特性を無負荷のときと等価にする方法も
ある（以下、従来技術４という）。

【０００６】さらに、特開平６−１９５１０５号公報に
開示されるように、制御対象と調整操作部を合わせた系
の動特性モデルを同定し、参照モデルと同一の伝達特性
を実現するために調整操作部の制御パラメータを決定す
る方法もある（以下、従来技術５という）。

【０００７】さらに、『耐震設計と構造動力学』（日本
機械学会編、１９８５年、２６７頁〜２７５頁）に開示
されるように、目標波形に供試体を含む振動台の逆伝達
関数を乗じ、振動台への指令信号を補正するという方法
もある（以下、従来技術６という）。また、『電気油圧
式振動試験機に関する研究（第３報）』（日本機械学会
論文集、第４２巻第３６１号、１９７６年９月、２７４
４頁〜２７５１頁）に開示されるように、供試体のモデ
ルを持った加振機制御回路で供試体反力を補償するとい
う方法もある（以下、従来技術７という）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
１では、供試体の重量がテーブル重量に比べて大きくな
るにつれて補償効果が小さくなる。特に供試体が共振す
る振動数付近で加振する場合の補償効果が小さくなる。

【０００９】また、従来技術２では、外乱を推定する際
に正確に同定された振動台モデルを必要とし、必ずしも
容易でなかった。

【００１０】さらに、従来技術３では、一般の振動台に
は具備されていない供試体反力を計測する手段が必要と
なっていた。

【００１１】さらに、従来技術４では、適応フィルタが
次数の大きなFinite Impulse Response型のフィルタで
あるため、適応に比較的長い時間を要していた。しか
も、振動台制御で一般的に利用される前述の逆伝達関数
補償法で入力信号をオフライン補正した場合には、目標
波形ではなく、補償された信号を実現するように制御さ
れてしまうものであった。

【００１２】さらに、従来技術５では、制御対象の遅れ
をも考慮した一定時間にわたって調整操作部の制御パラ
メータを保持し続けねばならず、この時間中に制御対象
の特性が変化する場合には補償できない、ということに
対して配慮されていなかった。

【００１３】さらに、従来技術６及び７では、供試体の
特性が、例えば供試体の部材が破断するなどして、加振
中に変化する場合、あるいは供試体の特性に非線形性が
ある場合は必ずしも補償されるものではなかった。

【００１４】本発明の目的は、テーブルの運動状態を計
測する計測手段以外の計測手段や供試体モデルや正確な
振動台モデルを必要とすることなく、目標の振動台伝達
特性に対する振動台側の影響をオフラインで補償するこ
とができると共に、振動台伝達特性の変動をオンライン
で補償することができ、これにより高精度かつ高速に振
動台特性を補償することができる振動台及びその制御装
置並びに制御方法を提供することにある。

【００１５】本発明の別の目的は、第二の制御装置を有
する既存の振動台に第一の制御装置を追加するのみで、
テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段
や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすること
なく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響を
オフラインで補償することができると共に、振動台伝達
特性の変動をオンラインで補償することができ、これに
より高精度かつ高速に振動台特性を補償することができ
る振動台を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の振動台の第１の特徴は、供試体を搭載するた
めのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、
前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テ
ーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、
前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基
づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振
動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目
標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発
生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号
を生成するオフライン補償手段とを有しており、前記制
御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力
補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいて
オンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出
力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段か
ら出力される目標信号を前記同定手段から出力される制
御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出
力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタ
から出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出
信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同
定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御
信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィ
ルタに出力する前記同定手段とを有している、構成にし
たことにある。

【００１７】本発明の振動台の第２の特徴は、供試体を
搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加
振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段
と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号
発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器
の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、
を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で
実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この
目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入
力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有してお
り、前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力
される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号
に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振
手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号
発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出
力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修
正信号を出力する第二の適応フィルタと、目標の振動台
伝達特性もしくは予め同定された無負荷状態の振動台伝
達特性を有して前記第二の適応フィルタから出力される
修正信号に対する目標の振動台出力信号を生成する参照
信号生成手段と、この参照信号生成手段で生成された目
標の振動台出力信号と前記計測手段で検出した検出信号
とに基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定
し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信
号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィル
タに出力する前記同定手段とを有している、構成にした
ことにある。

【００１８】そして、特に好ましくは、前記第一の適応
フィルタの特性と前記第二の適応フィルタの特性を同一
にすると共に、この両適応フィルタの特性を振動台伝達
特性の変動の逆特性とするための制御信号を出力する前
記同定手段としている、構成にしたことにある。

【００１９】さらに好ましくは、前記同定手段への２つ
への入力信号それぞれに作用する同じ特性のローパスフ
ィルタもしくはバンドパスフィルタを有している、構成
にしたことにある。

【００２０】本発明の振動台の第３の特徴は、供試体を
搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加
振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段
と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号
発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器
の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、
を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で
実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この
目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入
力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有してお
り、前記制御装置は、前記目標信号発生手段から出力さ
れる目標信号及び前記計測手段の検出信号に基づいて前
記入力補償手段から出力される入力補償信号の補償を行
う第一の制御装置と、この第一の制御装置から出力され
る指令信号を前記計測手段の検出信号に基づいて補償す
る第二の制御装置とを有し、前記第一の制御装置は、前
記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同
定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで
補償して、指令信号を前記第二の制御装置に出力する第
一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力さ
れる目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に
基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第
二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力
された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基
づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、か
つ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前
記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出
力する前記同定手段とを有している、構成にしたことに
ある。

【００２１】前記目的を達成するための本発明の振動台
の制御装置の特徴は、信号発生器から出力されるテーブ
ル加振用の信号と供試体を搭載するためのテーブルの運
動状態を計測する計測手段の検出信号とに基づいて、前
記テーブルを加振する加振手段を制御する振動台の制御
装置であって、前記信号発生器のオフライン補償手段か
ら出力される入力補償信号を同定手段から出力される制
御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前
記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記信
号発生器の目標信号発生手段から出力される目標信号を
前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラ
インで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィル
タと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号
と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝
達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特
性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フ
ィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定
手段とを有している、構成にしたことにある。

【００２２】前記目的を達成するための本発明の振動台
の制御方法の特徴は、供試体を搭載するためのテーブル
と、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブル
の運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振
するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段
の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加
振手段を制御する制御装置とを備えた振動台の制御方法
であって、前記信号発生器の目標信号発生手段で振動台
で実現する目標信号を発生し、前記信号発生器のオフラ
イン補償手段で前記目標信号発生手段の目標信号をオフ
ラインで補償して入力補償信号を発生し、前記制御装置
の第一の適応フィルタで、前記オフライン補償手段から
出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御
信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記
加振手段側に出力し、前記制御装置の第二の適応フィル
タで、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を
前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラ
インで補償して、修正信号を同定手段側に出力し、前記
制御装置の同定手段で、前記第二の適応フィルタから出
力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に
基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、
かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を
前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに
出力する構成にしたことにある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の振動台の一実施例
を図を参照しながら説明する。

【００２４】まず、振動台の全体構成を図２を参照しな
がら説明する。図２は本発明の振動台の構成図である。

【００２５】振動台１００は、供試体１０６を搭載する
ためのテーブル１０１と、このテーブル１０１を加振す
る加振手段を構成する加振機１０２と、テーブル１０１
の運動状態を計測する計測手段を構成する加速度計測手
段１０４と、テーブル１０１を加振するための信号を発
生する信号発生器１と、加速度計測手段１０４の検出信
号及び信号発生器１の信号に基づいて加振機１０２を制
御する制御装置１１０とを備えている。

【００２６】即ち、テーブル１０１は軸受１０５を介し
て基礎１０７上に加振可能に支持されている。ただし、
軸受１０５は振動台の構成によっては必ずしも必要とは
限らない。また、テーブル１０１は同じく基礎１０７上
に設置されている加振機１０２のピストン１０２ａに連
結されている。また、テーブル１０１の上面には加速度
計測手段１０４が設置されている。加振機１０２は、目
標加速度波形Ｘを再現するように、少なくとも加速度計
測手段１０４で計測した実現加速度波形Ｙがフィードバ
ックされる制御装置１１０によって制御される。テーブ
ル１０１上には試験対象である供試体１０６が設置され
る。

【００２７】さらには、信号発生器１は、振動台で実現
する目標信号である目標加速度波形Ｘを発生する目標信
号発生手段１０９と、この目標信号発生手段１０９の目
標加速度波形Ｘをオフラインで補償して入力補償信号で
ある入力補償加速度波形Ｕを発生するオフライン補償手
段１０８とを有している。

【００２８】次に、本発明の振動台１００の制御装置１
１０、特に第二の制御装置１０３を主体に図３を参照し
ながら説明する。図３は本発明の振動台における制御装
置の特に第二の制御装置を詳細に示す制御ブロック図で
ある。

【００２９】図３において、信号発生器１の目標信号発
生手段１０９で発生される地震加速度などの目標加速度
波形Ｘは、例えば、試加振の結果に応じて供試体１０６
を含む振動台の伝達特性の逆伝達関数Ｈの特性を持つオ
フライン補償手段１０８で入力補償加速度波形Ｕにオフ
ライン補正され、制御装置１１０の第一の制御装置１１
１に入力される。この第一の制御装置１１１で入力補償
加速度波形Ｕが指令加速度波形Ｕ'に補正され、この補
正された指令加速度波形Ｕ'が加振機１０２の制御装置
１０３に入力される。

【００３０】そして、加速度計測手段１０４で計測した
テーブル１０１の実現加速度波形Ｙを含むフィードバッ
ク信号Ｚがフィードバックされ、ブロックＢで示される
処理を施された後、入力補償加速度波形Ｕ'に適当な処
理Ｐを施された信号と比較され、偏差信号Ｅを算出す
る。この偏差信号Ｅに適当な処理Ｑを施して加振機１０
２の駆動信号Ｃが出力される。加振機１０２はこの駆動
信号Ｃに基づいてテーブル駆動力Ｆを発生させる。ここ
では駆動信号Ｃからテーブル駆動力Ｆまでの伝達関数を
Ａで表している。その結果、実現加速度波形Ｙが得られ
る。

【００３１】テーブル１０１や加振機ピストン１０２ａ
などの可動部分の質量をＭとすると、テーブル駆動力Ｆ
から実現加速度波形Ｙの伝達関数は１/Ｍとなる。この
とき、供試体１０６がテーブル１０１に搭載されている
と、実現加速度波形Ｙにより供試体１０６が振動し、テ
ーブル１０１に供試体１０６から荷重Ｆ'が加わること
になる。ここでは、実現加速度波形Ｙから荷重Ｆ’まで
の伝達関数をＴで表す。

【００３２】なお、ブロックＢを介してフィードバック
されるフィードバック信号Ｚにはテーブル１０１や加振
機１０２の速度や変位などが含まれていてもよい。以下
に示す実施例の説明では、フィードバック信号Ｚは実現
加速度波形Ｙだけとして簡略化して説明する。

【００３３】オフライン補償手段１０８の伝達関数Ｈ＝
１、即ち、オフライン補償を行わない場合であって、供
試体１０６が搭載されていない無負荷状態のとき、目標
加速度波形Ｘから実現加速度波形Ｙまでの伝達関数は次
の式(１)で表される。

【００３４】Ｙ/Ｘ＝Ｍ^-1ＡＱＰ(１+ＢＭ^-1ＡＱ)^-1≡Ｇ (１) そして、ブロックＢ、Ｐ、Ｑは使用周波数範囲でＧが１
となるように調整して使用される。ところが、供試体１
０６が搭載されている場合には、伝達関数は次の式(２)
のように変化する。

【００３５】Ｙ/Ｘ＝Ｍ^-1ＡＱＰ(１+ＢＭ^-1ＡＱ-ＴＭ^-1)^-1≡ＧＪ (２) 即ち、伝達関数Ｔが加わることにより振動台伝達特性が
Ｊだけ変化し、式(１)の下で調整されたブロックＢ、
Ｐ、Ｑを用いると波形再現性が低下する。

【００３６】そこで、信号発生器１のオフライン補償手
段１０８における逆伝達関数補償法では、供試体特性が
変動しない条件での加振、例えば目標の加速度よりも小
さい加速度での加振（試加振）を繰り返し行い、供試体
１０６による振動台伝達特性の変化Ｊを同定し、オフラ
イン補償手段１０８の伝達関数ＨをＪ^-１としてから、
目標の加速度で加振（本加振）する。

【００３７】この方法を用いれば、目標加速度波形Ｘか
ら実現加速度波形Ｙまでの伝達関数を次の式(３)とする
ことができる。

【００３８】Ｙ/Ｘ＝Ｍ^-1ＡＱＰ(１+ＢＭ^-1ＡＱ-ＴＭ^-1)^-1Ｈ＝ＧＪＨ＝Ｇ (３) 即ち、供試体１０６による振動台伝達特性の変化を補償
でき、波形再現性を維持できる。

【００３９】しかしながら、供試体特性の振幅依存性に
起因して伝達関数Ｔが加振加速度とともに変動したり、
供試体１０６の破壊に起因して伝達関数Ｔが時間的に変
化したりするなどにより、伝達関数Ｔが非線形な場合に
は、この振動台伝達特性の変動を補償できない場合が生
ずる。そこで、本発明では、第一の制御装置１１１を設
けることにより、このような振動台伝達特性の変動を補
償することができる。その詳細は後述する。

【００４０】次に、本発明の振動台１００の制御装置１
１０、特に第一の制御装置１１１を主体に図１を参照し
ながら説明する。図１は本発明の振動台における制御装
置の特に第一の制御装置の詳細を示す制御ブロック図で
ある。

【００４１】第一の制御装置１１１は、入力補償加速度
波形Ｕを補正する第一の適応フィルタ２と、第一の適応
フィルタ２と同一の特性を有して目標加速度波形Ｘを補
正する第二の適応フィルタ３と、第二の適応フィルタ３
によって補正された信号（修正加速度波形）Ｘ'に基づ
いて目標の出力加速度波形Ｙ'を算出する参照信号生成
手段４と、参照信号生成手段４が算出した目標出力加速
度波形Ｙ'に含まれるノイズや直流成分を除去するため
の参照信号フィルタ５と、加速度計測手段１０４で得ら
れる実現加速度波形Ｙに含まれるノイズや直流成分を除
去するための出力信号フィルタ６と、参照信号フィルタ
５から出力される参照信号Ｒ並びに出力信号フィルタ６
から出力される出力信号Ｖから供試体１０６による振動
台伝達特性の変動を同定して第一の適応フィルタ２並び
に第二の適応フィルタ３の制御係数a_i、b_jを算出する同
定手段７と、を有している。

【００４２】この同定手段７で算出された制御係数a_i、
b_j(i=１、…、n、j=０、…、n)は、第一の適応フィルタ
２及び第二の適応フィルタ３に逐次伝達され、両適応フ
ィルタ２、３の特性が逐次変更される。

【００４３】第一の適応フィルタ２は、供試体１０６に
よる振動台伝達特性の変動を補償するものであり、その
機能は例えば次のようにして実現される。信号発生器１
から入力補償加速度波形Ｕ[k]（kはサンプリング回数）
を受けた第一の適応フィルタ２は、同定手段７より指示
された制御係数a_i、b_jに応じて、次の式(４)に基づいて
指令加速度波形Ｕ'[k]を生成する。Ｕ'[k]＝b_０Ｕ[k]+b_１Ｕ[k-１]+…+b_nＵ[k-n]-a_１Ｕ'[k-１]-…-a_nＵ'[k-n] ( ４) ただし、制御係数の初期値はb_０=１、a_i=０(i=１、…、
n)、b_j=０(j=１、…、n)である。そして、生成された指
令加速度波形Ｕ'[k]は第二の制御装置１０３に入力され
る。

【００４４】一方、第二の適応フィルタ３は、指令加速
度波形Ｕ'[k]からオフライン補償手段１０８の影響を受
けていない目標加速度波形Ｘに、第一の適応フィルタ２
と同一の特性のフィルタを作用させて、修正加速度波形
Ｘ'[k]を生成する。その機能は例えば次のようにして実
現される。

【００４５】信号発生器１から目標加速度波形Ｘ[k]を
受けた第二の適応フィルタ３は、第一の適応フィルタ２
と同一の制御係数a_i、b_jに応じて、次の式(５)に基づい
て修正加速度波形Ｘ'[k]を生成する。Ｘ'[k]＝b_０Ｘ[k]+b_１Ｘ[k-１]+…+b_nＸ[k-n]-a_１Ｘ'[k-１]-…-a_nＸ'[k-n] ( ５) そして、この生成された修正加速度波形Ｘ'[k]は参照信
号生成手段４に入力される。

【００４６】参照信号生成手段４は、目標の振動台伝達
特性あるいは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特
性を有する振動台モデルが修正加速度波形Ｘ'[k]に基づ
いて生成すべき目標の出力加速度波形Ｙ'[k]を算出する
ものであり、例えばその機能は次のようにして実現され
る。

【００４７】目標の振動台モデルあるいは予め同定され
た無負荷状態の振動台モデルのシステム行列、制御行
列、出力行列、伝達行列をそれぞれＡ_ST、Ｂ_ST、Ｃ_ST、
Ｄ_STとおき、状態変数ベクトルをＸ_ST[k]とおくと、目
標の出力加速度波形Ｙ'[k]は次の式(６)で得られる。

【００４８】

【数１】このようにして算出された目標の出力加速度波形Ｙ'[k]
は参照信号フィルタ５に入力される。一方、加速度計測
手段１０４で得られた実現加速度波形Ｙ[k]は出力信号
フィルタ６に入力される。

【００４９】参照信号フィルタ５は参照信号生成手段４
で生成された目標出力加速度波形Ｙ'[k]に含まれるノイ
ズや直流成分を除去した参照信号Ｒ[k]を生成するため
のものである。一方、出力信号フィルタ６は加速度計測
手段１０４で得られた実現加速度波形Ｙ[k]に含まれる
ノイズや直流成分を除去した出力信号Ｖ[k]を生成する
ためのものである。例えば、両フィルタ５、６はバンド
パスフィルタであって、その機能は次のようにして実現
される。

【００５０】バンドパスフィルタのシステム行列、制御
行列、出力行列、伝達行列をそれぞれＡ_BP、Ｂ_BP、
Ｃ_BP、Ｄ_BPとおき、状態変数ベクトルをＸ_BP１[k]、Ｘ
_BP２[k]とおくと、参照信号Ｒ[k]は次の式(７)で得られ
る。

【００５１】

【数２】一方、出力信号Ｖ[k]は次の式(８)で得られる。

【００５２】

【数３】そして、これらの参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]は同定
手段７に入力される。

【００５３】同定手段７は、参照信号Ｒ[k]と出力信号
Ｖ[k]を比較し、目標の振動台伝達特性あるいは予め同
定した無負荷状態の振動台伝達特性に対する振動台伝達
特性の変動を逐次同定する。そして、同定手段７は、こ
の同定した変動の逆特性を実現する制御係数a_i、b_jを生
成する。同定手段７の機能は、例えば、次のようにして
実現される。

【００５４】参照信号Ｒ[k]は、目標加速度波形Ｘ[k]に
対し、第二の適応フィルタ３と参照信号生成手段４と参
照信号フィルタ５の影響を受ける。一方、出力信号Ｖ
[k]は、オフライン補償手段１０８と第一の適応フィル
タ２と第二の制御装置１０３と供試体１０６を含む振動
台の伝達特性と出力信号フィルタ６の影響を受ける。こ
こで、第一の適応フィルタ２と第二の適応フィルタ３の
伝達特性は同一であり、また、参照信号フィルタ５と出
力信号フィルタ６の伝達特性は同一である。したがっ
て、参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]を比較すれば、目標
の振動台伝達特性あるいは予め同定された無負荷状態の
振動台伝達特性とオフライン補償された振動台の伝達特
性との差を得ることができる。つまり、供試体特性の非
線形性などによる振動台伝達特性の変動DJを抽出するこ
とができる。

【００５５】この変動DJを参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ
[k]とから同定する方法の１つに逐次最小２乗法があ
る。この逐次最小２乗法では、最新の参照信号Ｒ[k]と
過去m点の参照信号Ｒ[k-i]と出力信号Ｖ[k-i]から求ま
る最新の出力信号の推定値Ｖ'[k]を次の式(９)で求め
る。Ｖ'[k]=a'₀Ｒ[k]+a'₁Ｒ[k-１]+…+a'_nＲ[k-n]-b'_１Ｖ[k-１]-…-b'_nＶ[k-n] ( ９) そして、実際の出力信号Ｖ[k]に対する出力信号の推定
値Ｖ'[k]の誤差が最小となるような係数a'_j、b'_iを算出
する。この係数a'_j、b'_iが同定された変動DJを表すパラ
メータである。

【００５６】したがって、この変動DJを補償するための
制御係数a_i、b_jは次の式(１０)で求められる。

【００５７】 a_i＝a'_i/a'_０ b_i＝b'_i/a'_０ (１０) b_０＝１/a'_０これらの制御係数a_i、b_jは第一の適応フィルタ２と第二
の適応フィルタ３に送られ、これら適応フィルタ２、３
の動特性は変動DJを補償するように変更される。

【００５８】以上のように、本実施例によれば、目標の
振動台伝達特性に対する無負荷時の振動台伝達特性の誤
差あるいは供試体搭載時に試加振したときの振動台伝達
特性の誤差を観測雑音の影響を受け難い逆伝達関数補償
手段でオフライン補正し、一方、加振中に生じる供試体
１０６や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達
特性の変動を第一の制御装置１１１でオンライン補償す
ることができ、これにより高精度かつ高速に前記誤差の
同定並びにこの振動台伝達特性の補償を行うことができ
る。

【００５９】また、第一の制御装置１１１は、既存の第
二の制御装置１０３を有する振動台に容易に付加するこ
とができる。なお、本発明の第一の制御装置１１１は第
二の制御装置１０３と同一の演算装置で実現されても良
い。また、第一の制御装置１１１は、各構成要素毎に異
なる演算装置で実現されても良く、あるいは、いくつか
の構成要素をまとめて複数の演算装置で実現されても良
い。

【００６０】次に、本発明の振動台の制御動作を図４を
参照しながら説明する。図４は本発明の振動台の制御動
作を示すフローチャート図である。

【００６１】まず、同定手段７の制御係数をb_０=１、a_i
=０、b_i=０に初期化する（２００）。次いで、入力補償
加速度波形Ｕを第一の適応フィルタ２に読み込み（２０
１）、目標加速度波形Ｘを第二の適用フィルタ３に読込
み（２０２）、実現加速度波形Ｙを出力信号フィルタ６
に読み込む（２０３）。

【００６２】この入力補償加速度波形Ｕに基づき、第一
の適応フィルタ２で、指令加速度波形Ｕ'を算出する
（２０４）。

【００６３】また、目標加速度波形Ｘに基づき、第二の
適応フィルタ３で、修正加速度波形Ｘ'を算出し、この
修正加速度波形Ｘ'を参照信号生成手段４に出力する
（２０５）する。そして、この修正加速度波形Ｘ'に基
づき、参照信号生成手段４で、目標出力加速度波形Ｙ'
を算出し、この目標出力加速度波形Ｙ'を参照信号フィ
ルタ５に出力する（２０６）。さらに、この目標出力加
速度波形Ｙ'に基づき、参照信号フィルタ５で、参照信
号Ｒを算出し、この参照信号Ｒを同定手段７に出力する
（２０７）。一方、先に読み込まれた実現加速度波形Ｙ
に基づき、出力信号フィルタ６で、出力信号Ｖを算出
し、この出力信号Ｖをを同定手段７に出力する（２０
８）。

【００６４】この出力信号Ｖと先に算出された参照信号
Ｒとに基づき、同定手段７は供試体１０６や振動台の非
線形性を含む原因による振動台伝達特性の変動を同定す
る（２０９）。さらに、同定手段７は、第一の適応フィ
ルタ２及び第二の適応フィルタ３の制御係数a_i、b_jを算
出し（２１０）、この算出した制御係数a_i、b_jを第一の
適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３へ伝達し（２
１１）、第一の適用フィルタ２及び第二の適応フィルタ
３における次回の演算に利用する。最後に、先に第一の
適応フィルタ２で算出した指令加速度波形Ｕ'を第二の
制御装置１０３に出力する（２１２）。

【００６５】以上の動作を繰り返し行い、供試体１０６
や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達特性の
変動をオンラインで補償する。

【００６６】なお、処理の順序はこれに限定されず、等
価な処理が行なえれば順序が入れ替わっても、あるい
は、並列処理されてもよい。また、制御装置１１１の演
算速度が不十分な場合は、同定手段７における同定演算
を間引いて実施しても良い。

【００６７】一般に振動台伝達特性は高次の遅れ系で近
似される。そのため、特に振動台の加振周波数範囲を超
えるような高周波数域における振動台の応答倍率は低下
する。それにもかかわらず、第一の適用フィルタ２のみ
を用いて目標加速度波形の実現を試みると、第一の適応
フィルタ２の特性が不安定となる可能性がある。これに
対して、本実施例では、目標の振動台伝達特性あるいは
予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性を有する参
照信号生成手段４で生成した目標出力加速度波形Ｙ'を
用いるので、上述のような現象を回避することができ
る。

【００６８】また、繰り返し試加振をして入力補償加速
度波形Ｕを生成する逆伝達関数補償法に比べて、本加振
の最中に逐次同定して指令加速度波形Ｕ'を生成する第
一の制御装置１１１による制御は、観測雑音による悪影
響を受ける可能性がある。これに対して、本実施例で
は、加振機１０２や第二の制御装置１０３の特性の補償
や供試体１０６の慣性負荷としての振動台伝達特性への
影響の補償をオフライン補償手段１０８における逆伝達
関数補償で行い、供試体１０６や振動台の非線形性を含
む原因による振動台伝達特性の変動をオンライン補償を
行うことにより、高速で高い補償効果を得ることができ
る。

【００６９】次に、本発明の振動台の補償原理を図５か
ら図８を参照しながら説明する。

【００７０】図５に示すような目標の擬似速度応答スペ
クトルとなる最大振幅１０００cm/s ^２の目標加速度波形
で、固有値が２０Ｈzであり、加振加速度が２００cm/s
^２で弾性限界となるような１自由度系供試体を加振する
例により説明する。

【００７１】まず、第一の制御装置１１１を利用しない
状態で、実現加速度が２００cm/s^２になるように振幅を
縮小した目標加速度波形で試加振して逆伝達関数補償を
行うと、図６に示すような擬似速度応答スペクトルが得
られる。このとき、供試体１０６の固有値がある２０Ｈ
z付近では供試体１０６がエネルギーを吸収するので、
逆伝達関数補償は２０Ｈz付近の周波数成分が強調され
ている。

【００７２】次に、第一の制御装置１１１を利用しない
まま本加振を行う。つまり、試加振の結果得られた逆伝
達関数補償によって２０Ｈz付近の周波数成分が強調さ
れたままの波形を最大振幅が１０００cm/s^２になるよう
に振幅を５倍にして加振し、目標の擬似速度応答スペク
トルを得ることを目的として本加振を行う。この本加振
で得られる擬似速度応答スペクトルは、図７で明らかな
ように、２０Ｈz付近の応答が過大となってしまう。こ
の現象は、供試体１０６の塑性変形に起因して供試体１
０６の見かけ上の固有値が試加振時の２０Ｈz付近から
移動した結果、供試体１０６がエネルギー吸収する周波
数成分が移動するために生じる。即ち、２０Ｈz付近の
周波数成分は逆伝達関数補償で強調されているのに対
し、供試体１０６の塑性変形によるエネルギー吸収が減
るため過大な応答となる。したがって、第一の制御装置
１１１の制御を利用しない場合、本加振における波形再
現性が低下する。

【００７３】これに対して、第一の制御装置１１１の制
御を利用して本加振を行うと、図８のような擬似速度応
答スペクトルが得られる。この疑似速度応答スペクトル
は、図７と比較して明らかなように、第一の制御装置１
１１の制御によって供試体１０６の見かけ上の固有値の
変動に起因する振動台伝達特性の変動が補償されてい
る。

【００７４】第一の制御装置１１１に用いる参照信号フ
ィルタ５と出力信号フィルタ６は、バンドパスフィルタ
に限定されず、両フィルタ５、６が共にノイズ除去を目
的としたローパスフィルタであってもよい。また、両フ
ィルタ５、６は、その特性が一致していることが好まし
いが、無負荷状態において参照信号と出力信号との差が
十分に小さくなる場合は両フィルタの特性が一致してい
なくてもよい。さらに、両信号の直流成分並びにノイズ
が十分に小さい場合には、両フィルタ５、６が共になく
てもよい。

【００７５】また、第一の適応フィルタ２、第二の適応
フィルタ３、参照信号生成手段４、参照信号フィルタ
５、出力信号フィルタ６、及び同定手段７で扱われる信
号は、加速度信号に限定されず、変位信号でもよい。

【００７６】さらには、同定手段７では、参照信号に対
する出力信号の伝達特性を算出し、これをカーブフィッ
トさせて伝達関数を算出し、その逆伝達関数のパラメー
タからなる制御係数を第一の適応フィルタ２及び第二の
適応フィルタ３に送り、第一の適応フィルタ２及び第二
の適応フィルタ３では、この制御係数に応じて信号を補
正するようにしてもよい。

【００７７】また、オフライン補償手段の伝達特性をＨ
＝１、即ち、逆伝達関数補償を行わなくてもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段
や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすること
なく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響を
オフラインで補償することができると共に、振動台伝達
特性の変動をオンラインで補償することができ、これに
より高精度かつ高速に振動台特性を補償することができ
る振動台及びその制御装置並びに制御方法を得ることが
できる。

【００７９】また、本発明によれば、第二の制御装置を
有する既存の振動台に第一の制御装置を追加するのみ
で、テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測
手段や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とする
ことなく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影
響をオフラインで補償することができると共に、振動台
伝達特性の変動をオンラインで補償することができ、こ
れにより高精度かつ高速に振動台特性を補償することが
できる振動台を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動台における制御装置の特に第一の
制御装置の詳細を示す制御ブロック図である。

【図２】本発明の振動台の構成図である。

【図３】本発明の振動台における制御装置の特に第二の
制御装置を詳細に示す制御ブロック図である。

【図４】本発明の振動台の制御動作を示すフローチャー
ト図である。

【図５】振動台における目標の擬似速度応答スペクトル
の一例を示す図である。

【図６】振動台の第一の制御装置を利用しない状態で試
加振した結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図
である。

【図７】振動台の第一の制御装置を利用しない状態で本
加振した結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図
である。

【図８】振動台の第一の制御装置を利用して本加振した
結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図である。

【符号の説明】

１…信号発生器、２…第一の適応フィルタ、３…第二の
適応フィルタ、４…参照信号生成手段、５…参照信号フ
ィルタ、６…出力信号フィルタ、７…同定手段、１０１
…テーブル、１０２…加振機、１０２ａ…加振機ピスト
ン、１０３…第二の振動台制御装置、１０４…加速度計
測手段、１０５…軸受、１０６…供試体、１０７…基
礎、１０８…オフライン補償手段、１０９…目標信号発
生手段、１１０…制御装置、１１１…第一の制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供試体を搭載するためのテーブルと、この
テーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状
態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するため
の信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信
号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を
制御する制御装置と、を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生す
る目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信
号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフ
ライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力され
る入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基
づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段
側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生
手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力さ
れる制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信
号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フ
ィルタから出力される修正信号と前記計測手段で検出し
た検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンライ
ンで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するため
の制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適
応フィルタに出力する前記同定手段とを有していること
を特徴とする振動台。
【請求項２】供試体を搭載するためのテーブルと、この
テーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状
態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するため
の信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信
号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を
制御する制御装置と、を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生す
る目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信
号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフ
ライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力され
る入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基
づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段
側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生
手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力さ
れる制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信
号を出力する第二の適応フィルタと、目標の振動台伝達
特性もしくは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特
性を有して前記第二の適応フィルタから出力される修正
信号に対する目標の振動台出力信号を生成する参照信号
生成手段と、この参照信号生成手段で生成された目標の
振動台出力信号と前記計測手段で検出した検出信号とに
基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、
かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を
前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに
出力する前記同定手段とを有していることを特徴とする
振動台。
【請求項３】請求項１または２に記載の振動台におい
て、前記第一の適応フィルタの特性と前記第二の適応フ
ィルタの特性を同一にすると共に、この両適応フィルタ
の特性を振動台伝達特性の変動の逆特性とするための制
御信号を出力する前記同定手段としていることを特徴と
する振動台。
【請求項４】請求項１から３の何れかの振動台におい
て、前記同定手段への２つへの入力信号それぞれに作用
する同じ特性のローパスフィルタもしくはバンドパスフ
ィルタを有していることを特徴とする振動台。
【請求項５】供試体を搭載するためのテーブルと、この
テーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状
態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するため
の信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信
号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を
制御する制御装置と、を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生す
る目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信
号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフ
ライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記目標信号発生手段から出力される
目標信号及び前記計測手段の検出信号に基づいて前記入
力補償手段から出力される入力補償信号の補償を行う第
一の制御装置と、この第一の制御装置から出力される指
令信号を前記計測手段の検出信号に基づいて補償する第
二の制御装置とを有し、前記第一の制御装置は、前記オフライン補償手段から出
力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信
号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記第
二の制御装置に出力する第一の適応フィルタと、前記目
標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段
から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償し
て、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第
二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手
段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動
をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補
償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前
記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有し
ていることを特徴とする振動台。
【請求項６】信号発生器から出力されるテーブル加振用
の信号と供試体を搭載するためのテーブルの運動状態を
計測する計測手段の検出信号とに基づいて、前記テーブ
ルを加振する加振手段を制御する振動台の制御装置であ
って、前記信号発生器のオフライン補償手段から出力される入
力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づい
てオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に
出力する第一の適応フィルタと、前記信号発生器の目標信号発生手段から出力される目標
信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいて
オンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応
フィルタと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記
計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性
の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変
動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ
及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段
と、を有していることを特徴とする振動台の制御装置。
【請求項７】供試体を搭載するためのテーブルと、この
テーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状
態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するため
の信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信
号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を
制御する制御装置とを備えた振動台の制御方法であっ
て、前記信号発生器の目標信号発生手段で振動台で実現する
目標信号を発生し、前記信号発生器のオフライン補償手段で前記目標信号発
生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号
を発生し、前記制御装置の第一の適応フィルタで、前記オフライン
補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出
力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指
令信号を前記加振手段側に出力し、前記制御装置の第二の適応フィルタで、前記目標信号発
生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力
される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正
信号を同定手段側に出力し、前記制御装置の同定手段で、前記第二の適応フィルタか
ら出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信
号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定
し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信
号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィル
タに出力することを特徴とする振動台の制御方法。