JP2014013545A - Testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車などの車輛のショックアブソーバ、橋梁、ビル、住宅などの建築物などの構造物などの被試験構造物に対して、外力を負荷して載荷試験などの各種の試験を行うための試験装置に関する。 The present invention performs various tests such as a load test by applying an external force to a structure to be tested such as a shock absorber of a vehicle such as an automobile, a structure such as a building such as a bridge, a building, and a house. It relates to a test apparatus for performing.
従来、この種の試験装置として、被試験対象物、例えば、自動車などの車輛のショックアブソーバについて試験を行うため、図６に示したような構造の試験装置１００が提案されている。
Conventionally, as a test apparatus of this type, a
すなわち、図６に示したように、従来の試験装置１００は、試験を行うための試験装置本体１０２を備えている。この試験装置本体１０２は、この実施例では、試験の一例として、加振装置から構成されている。
That is, as shown in FIG. 6, the
図６に示したように、試験装置本体１０２は、架台フレーム１０４を備えており、この架台フレーム１０４の下方にシリンダーからなるアクチュエータ１０６を備えている。このアクチュエータ１０６には、テストピースＡを載荷するためのピストン１０８と、変位を検出するための変位検出器１１０とを備えている。
As shown in FIG. 6, the test apparatus
また、架台フレーム１０４の上方には、上方フレーム１１８が立設されており、この上方フレーム１１８には、上方フレーム１１８と架台フレーム１０４との間に、ガイドロッド１１２が設けられている。
Further, an
そして、ガイドロッド１１２の下方と上方フレーム１１８との間には、ボールネジ１１４が設けられており、ボールネジ１１４により、ピストン１０８に対して、上下動可能なクロスヘッド１１６が設けられている。また、このクロスヘッド１１６には、ピストン１０８と対峙するように、荷重検出器１２０が設けられている。
A
このように構成される試験装置１００では、以下のように試験が行われる。
In the
すなわち、図６に示したように、ピストン１０８の上面に、例えば、ショックアブソーバなどのテストピースＡを載荷して、図示しない駆動機構によって、ボールネジ１１４により、ピストン１０８に対してクロスヘッド１１６を下降して、ピストン１０８の上面とクロスヘッド１１６の下面との間にテストピースＡを挟持する。
That is, as shown in FIG. 6, a test piece A such as a shock absorber is loaded on the upper surface of the
そして、図示しない制御装置に予め記憶されたプログラムに基づいて、試験条件などの設定、試験の実施、試験データの収集が行われるようになっている。 Based on a program stored in advance in a control device (not shown), setting of test conditions and the like, execution of tests, and collection of test data are performed.
すなわち、図６に示したように、制御装置の制御によって、制御装置に接続された図示しないアクチュエータ動力源を所定の条件で駆動させる。これにより、アクチュエータ動力源に接続されたアクチュエータ１０６が所定の条件で駆動して、テストピースＡに対して一定の振動を与えるようになっている。
That is, as shown in FIG. 6, an actuator power source (not shown) connected to the control device is driven under a predetermined condition by the control of the control device. As a result, the
そして、アクチュエータ１０６に設けられた変位検出器１１０によって、テストピースＡの変位が検出され、テストピースＡの変位データが、制御装置に入力されるようになっている。一方、クロスヘッド１１６に設けられた荷重検出器１２０によって、テストピースＡにかかる荷重が検出され、テストピースＡにかかる荷重データが、制御装置に入力されるようになっている。
The displacement of the test piece A is detected by a
また、これらの試験データに基づいて、制御装置のプログラムに基づいて、制御装置からアクチュエータ動力源に、フィードバック指令信号が出力され、アクチュエータ１０６を所定の条件で駆動させるようになっている。
Further, based on these test data, based on a program of the control device, a feedback command signal is output from the control device to the actuator power source, and the
ところで、従来、このような試験装置１００において、振幅制御を行う場合には、１周期分のデータをメモリーに格納して、加振周期に達した時点でデータを解析して、次の振幅命令値を解析結果から計算して、その値を出力していた。
Conventionally, in such a
すなわち、図７に示したように、例えば、振幅制御を行う場合には、１周期分の振幅の最大値Ｐ１と最小値Ｐ２から、次の振幅命令値を計算していた。 That is, as shown in FIG. 7, for example, when amplitude control is performed, the next amplitude command value is calculated from the maximum value P1 and the minimum value P2 of the amplitude for one period.
しかしながら、このような制御方法では、図８に示したように、周期波形の試験において、予め設定された振幅Ｐ３に到達するには、加振周期、すなわち、１周期以上の時間を要することになる。 However, in such a control method, as shown in FIG. 8, in the periodic waveform test, it takes an excitation period, that is, one period or more to reach a preset amplitude P3. Become.
その結果、例えば、ショックアブソーバなどの内部に充填したオイルなどの液体のように温度依存性を有する場合に、テストピースＡに余分な負荷がかかることになり、この間の負荷によって、オイルなどの液体の粘性が変化して試験結果に影響を及ぼし、正確な試験、正確な解析を行うことができなかった。そのため、従来から設定振幅の到達時間を短くすることが求められている。 As a result, when there is a temperature dependence, for example, a liquid such as oil filled in a shock absorber or the like, an extra load is applied to the test piece A. Due to the load during this time, a liquid such as oil or the like is applied. The viscosity of the test changed and the test results were affected, and accurate testing and analysis were not possible. Therefore, it has been conventionally required to shorten the arrival time of the set amplitude.
また、例えば、地震波形再現試験において、制御波形生成過程では、従来の試験装置では、試験片またはダミー試験片を用いて、予備試験を行いデータを取得して、このデータに基づいて、制御波形を形成する必要がある。このため、１サンプル毎に制御を行うための予備試験が必要で、試験費用が高くつき、試験効率が悪く、資源の無駄遣いにもなっていた。 In addition, for example, in a seismic waveform reproduction test, in a control waveform generation process, a conventional test apparatus uses a test piece or a dummy test piece to perform a preliminary test and acquire data, and based on this data, a control waveform Need to form. For this reason, the preliminary test for controlling for every sample was required, the test cost was high, test efficiency was bad, and it was a waste of resources.
本発明は、このような現状に鑑み、設定振幅の到達時間を短くすることができ、例えば、ショックアブソーバなどの内部に充填したオイルなどの液体のように温度依存性を有する場合にも、テストピースＡに余分な負荷がかかることがなく、この間の負荷によって、オイルなどの液体の粘性が変化して試験結果に影響を及ぼすことがなく、正確な試験、正確な解析を行うことが可能な試験装置を提供することを目的とする。 In view of such a current situation, the present invention can shorten the arrival time of the set amplitude. For example, the test can be performed even when there is temperature dependency like a liquid such as oil filled in a shock absorber or the like. There is no extra load on the piece A, and the load during this time does not change the viscosity of the liquid such as oil and does not affect the test results, allowing accurate testing and accurate analysis. An object is to provide a test apparatus.
また、本発明は、１サンプル毎に制御を行うための予備試験が不要で、試験費用を低減することができ、試験効率が良く、資源を効率的に利用できる試験装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a test apparatus that does not require a preliminary test for controlling each sample, can reduce test costs, has high test efficiency, and can efficiently use resources. And
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の試験装置は、
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置であって、
デジタル制御器を用いて、１サンプル毎の入出力特性を計測して、得られた計測値からインパルス応答を計算し、
前記インパルス応答の計算結果を、制御対象である被試験構造物の同定値として、制御にフィードバックしてインパルス応答制御を行うことを特徴とする。
The present invention was invented in order to achieve the problems and objects in the prior art as described above.
A test apparatus for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
Using a digital controller, measure the input / output characteristics for each sample, calculate the impulse response from the measured values,
The impulse response control is performed by feeding back the calculation result of the impulse response to the control as an identification value of the structure to be tested as a control target.
また、本発明の試験装置は、
前記デジタル制御器を用いて、下記式、すなわち、
Ｙ（ｔ）＝Ｈ（ｔ）・Ｘ（ｔ）
ここで、Ｘ（ｔ）は入力値、Ｙ（ｔ）は出力値、Ｈ（ｔ）は、デジタル制御器の伝達関数である。
を用いて、伝達関数Ｈ（ｔ）を求めて、
次の目標値Ｒに基づいて、下記式、すなわち、
Ｒ＝Ｈ・Ｘから、次の入力値Ｘを、
Ｘ＝Ｒ／Ｈから計算し、
次の出力値Ｙを、
Ｙ＝Ｒから計算してインパルス応答制御を行うことを特徴とする。
In addition, the test apparatus of the present invention is
Using the digital controller, the following equation:
Y (t) = H (t) · X (t)
Here, X (t) is an input value, Y (t) is an output value, and H (t) is a transfer function of the digital controller.
Is used to find the transfer function H (t),
Based on the next target value R, the following equation:
From R = H · X, the next input value X is
Calculate from X = R / H,
The next output value Y is
The impulse response control is performed by calculating from Y = R.
このように構成することによって、デジタル制御器を用いて、１サンプル毎の入出力特性を計測して、得られた計測値からインパルス応答を計算している。そして、この計算結果を制御対象である被試験構造物の同定値として、制御にフィードバックしている。 With this configuration, the input / output characteristics for each sample are measured using the digital controller, and the impulse response is calculated from the obtained measurement values. Then, this calculation result is fed back to the control as an identification value of the structure under test that is a control target.
従って、加振周期分計測しなくても、任意の設定振幅に対する制御を実施することができる。 Therefore, it is possible to carry out control for an arbitrary set amplitude without measuring for the excitation period.
これにより、設定振幅の到達時間を短くすることができ、例えば、ショックアブソーバなどの内部に充填したオイルなどの液体のように温度依存性を有する場合にも、テストピースＡに余分な負荷がかかることがなく、この間の負荷によって、オイルなどの液体の粘性が変化して試験結果に影響を及ぼすことがなく、正確な試験、正確な解析を行うことが可能である。 Thereby, the arrival time of the set amplitude can be shortened. For example, even when the temperature depends on the liquid such as oil filled in the shock absorber or the like, an extra load is applied to the test piece A. In addition, the load during this time does not change the viscosity of the liquid such as oil and affects the test result, and it is possible to perform an accurate test and an accurate analysis.
また、本発明は、１サンプル毎に制御を行うための予備試験が不要で、試験費用を低減することができ、試験効率が良く、資源を効率的に利用できる試験装置を提供することができる。 In addition, the present invention can provide a test apparatus that does not require a preliminary test for performing control for each sample, can reduce test costs, has high test efficiency, and can efficiently use resources. .
さらに、低周波数の加振試験の振幅制御だけではなく、１サンプル毎に入出力特性を計測して、このサンプル毎に加振波形を目標波形に追従させることができるので、加振波形の歪率を改善することができ、正確な試験、正確な解析を行うことが可能である。 In addition to controlling the amplitude of the low-frequency excitation test, the input / output characteristics can be measured for each sample and the excitation waveform can follow the target waveform for each sample. The rate can be improved, and accurate testing and accurate analysis can be performed.
また、本発明の試験装置は、
前記デジタル制御器が、
入力値を処理するインパルス応答計算処理部と、
前記インパルス応答計算処理部からの入力に基づいてデジタル処理を行うＰＩＤ制御器とから構成されていることを特徴とする。
In addition, the test apparatus of the present invention is
The digital controller is
An impulse response calculation processing unit for processing input values;
It is comprised from the PID controller which performs a digital process based on the input from the said impulse response calculation process part, It is characterized by the above-mentioned.
このように、デジタル制御器が、入力値を処理するインパルス応答計算処理部と、インパルス応答計算処理部からの入力に基づいてデジタル処理を行うＰＩＤ制御器とから構成されているのが望ましい。 As described above, it is desirable that the digital controller includes an impulse response calculation processing unit that processes an input value and a PID controller that performs digital processing based on an input from the impulse response calculation processing unit.
また、本発明の試験装置は、前記インパルス応答計算処理部が、入力値を補正する可変ウェイトと、インパルス応答計算処理器とから構成されていることを特徴とする。 In the test apparatus according to the present invention, the impulse response calculation processing unit includes a variable weight for correcting an input value and an impulse response calculation processor.
このように、インパルス応答計算処理部が、入力値を補正する可変ウェイトと、インパルス応答計算処理器とから構成されているのが望ましい。 As described above, it is desirable that the impulse response calculation processing unit includes the variable weight for correcting the input value and the impulse response calculation processor.
また、本発明の試験装置は、
前記ＰＩＤ制御器から出力された命令値によって、試験を行っている被試験構造物からのセンサー信号を、下記（１）〜（３）の３系統に分割、すなわち、
（１）前記ＰＩＤ制御器のフィードバックゲインへのフィードバック、
（２）前記インパルス応答計算処理器へのフィードバック、
（３）前記可変ウェイトへのフィードバック、
して行うように構成されていることを特徴とする。
In addition, the test apparatus of the present invention is
According to the command value output from the PID controller, the sensor signal from the structure under test is divided into the following three systems (1) to (3), that is,
(1) feedback to the feedback gain of the PID controller;
(2) feedback to the impulse response calculator;
(3) feedback to the variable weight;
It is comprised so that it may carry out.
このように構成することによって、前述した作用効果を奏することができる。 By configuring in this way, the above-described effects can be achieved.
また、本発明の試験装置は、
次の制御サンプリングにおいて、１つ前の入力値をインパルス応答計算処理器へ入力するとともに、
前記ンパルス応答計算処理器で計算した制御命令値を、ＰＩＤ制御器に入力する際に、前記被試験構造物からのセンサー信号の可変ウェイトへのフィードバックを、可変ウェイトでモニターリングして、制御命令値を補正して、ＰＩＤ制御器に入力するように構成されていることを特徴とする。
In addition, the test apparatus of the present invention is
In the next control sampling, the previous input value is input to the impulse response calculator,
When the control command value calculated by the impulse response calculation processor is input to the PID controller, the feedback of the sensor signal from the structure under test to the variable weight is monitored with the variable weight, and the control command The configuration is such that the value is corrected and input to the PID controller.
このように構成することによって、非線形要因による発散を防止し、高精度な目標追従を実現することができる。 By configuring in this way, it is possible to prevent divergence due to non-linear factors and to realize target tracking with high accuracy.
本発明によれば、デジタル制御器を用いて、１サンプル毎の入出力特性を計測して、得られた計測値からインパルス応答を計算している。そして、この計算結果を制御対象である被試験構造物の同定値として、制御にフィードバックしている。 According to the present invention, an input / output characteristic for each sample is measured using a digital controller, and an impulse response is calculated from the obtained measurement value. Then, this calculation result is fed back to the control as an identification value of the structure under test that is a control target.
従って、加振周期分計測しなくても、任意の設定振幅に対する制御を実施することができる。 Therefore, it is possible to carry out control for an arbitrary set amplitude without measuring for the excitation period.
これにより、設定振幅の到達時間を短くすることができ、例えば、ショックアブソーバなどの内部に充填したオイルなどの液体のように温度依存性を有する場合にも、テストピースＡに余分な負荷がかかることがなく、この間の負荷によって、オイルなどの液体の粘性が変化して試験結果に影響を及ぼすことがなく、正確な試験、正確な解析を行うことが可能である。 Thereby, the arrival time of the set amplitude can be shortened. For example, even when the temperature depends on the liquid such as oil filled in the shock absorber or the like, an extra load is applied to the test piece A. In addition, the load during this time does not change the viscosity of the liquid such as oil and affects the test result, and it is possible to perform an accurate test and an accurate analysis.
また、本発明は、１サンプル毎に制御を行うための予備試験が不要で、試験費用を低減することができ、試験効率が良く、資源を効率的に利用できる試験装置を提供することができる。 In addition, the present invention can provide a test apparatus that does not require a preliminary test for performing control for each sample, can reduce test costs, has high test efficiency, and can efficiently use resources. .
さらに、低周波数の加振試験の振幅制御だけではなく、１サンプル毎に入出力特性を計測して、このサンプル毎に加振波形を目標波形に追従させることができるので、加振波形の歪率を改善することができ、正確な試験、正確な解析を行うことが可能である。 In addition to controlling the amplitude of the low-frequency excitation test, the input / output characteristics can be measured for each sample and the excitation waveform can follow the target waveform for each sample. The rate can be improved, and accurate testing and accurate analysis can be performed.
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の試験装置を、試験の一例として、加振試験を行う加振試験装置に適用した実施例を示す概略図、図２は、図１の試験装置本体の使用状態を説明する正面図、図３は、本発明の試験装置の制御方法を示す概略図、図４は、本発明の試験装置の制御方法を示すブロック図、図５は、本発明の試験装置の制御方法を示すグラフである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment in which the test apparatus of the present invention is applied to an excitation test apparatus for performing an excitation test as an example of a test, and FIG. 2 illustrates a use state of the test apparatus main body of FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a control method of the test apparatus of the present invention, FIG. 4 is a block diagram showing a control method of the test apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a control method of the test apparatus of the present invention. It is a graph which shows.
図１において、符号１０は、全体で本発明の試験装置を示している。
In FIG. 1, the code |
図１〜図２に示したように、本発明の試験装置１０は、試験を行うための試験装置本体１２を備えている。この試験装置本体１２は、この実施例では、試験の一例として、加振試験を行う加振試験装置から構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 2, the
図１に示したように、試験装置本体１２は、架台フレーム１４を備えており、この架台フレーム１４の下方にシリンダーからなるアクチュエータ１６を備えている。このアクチュエータ１６には、例えば、自動車などの車輛のショックアブソーバなどのテストピースＡを載荷するためのピストン１８と、変位を検出するための変位検出器２０とを備えている。
As shown in FIG. 1, the test apparatus
また、架台フレーム１４の上方には、上方フレーム２８が立設されており、この上方フレーム２８には、上方フレーム２８と架台フレーム１４との間に、ガイドロッド２２が設けられている。
Further, an
そして、ガイドロッド２２の下方と上方フレーム２８との間には、ボールネジ２４が設けられており、ボールネジ２４により、ピストン１８に対して、上下動可能なクロスヘッド２６が設けられている。また、このクロスヘッド２６には、ピストン１８と対峙するように、荷重検出器３０が設けられている。
A
また、図１に示したように、本発明の試験装置１０は、試験装置本体１２に接続され、試験装置本体１２に対して、試験条件などの設定、試験の実施、試験データの収集などを行うための試験制御装置として機能する制御装置３２を備えている。
Further, as shown in FIG. 1, the
この実施例では、制御装置３２は、試験条件などの設定画面、試験データなどの表示を行うためのＣＲＴ３４と、制御装置本体３６と、キーボード３８と、マウス４０を備えている。従って、この制御装置３２には、例えば、ハードディスクから構成される内部メモリーが内蔵されている。なお、制御装置本体３６に、操作用のパソコンが接続されている場合がある。
In this embodiment, the
そして、試験装置本体１２のアクチュエータ１６の変位検出器２０と、制御装置本体３６が接続されるとともに、試験装置本体１２の荷重検出器３０と、制御装置本体３６が接続されている。
The
一方、本発明の試験装置１０では、制御装置３２の制御装置本体３６に接続されるとともに、試験装置本体１２のアクチュエータ１６に接続されたアクチュエータ動力源４４が設けられている。
On the other hand, in the
このように構成される本発明の試験装置１０では、以下のように試験が行われる。
In the
すなわち、図２に示したように、ピストン１８の上面にテストピースＡを載荷して、図示しない駆動機構によって、ボールネジ２４により、ピストン１８に対してクロスヘッド２６を下降して、ピストン１８の上面とクロスヘッド２６の下面との間にテストピースＡを挟持する。
That is, as shown in FIG. 2, the test piece A is loaded on the upper surface of the
そして、制御装置３２に予め記憶されたプログラムに基づいて、試験条件などの設定、試験の実施、試験データの収集が行われるようになっている。
Then, based on a program stored in advance in the
すなわち、図１に示したように、制御装置３２の制御によって、制御装置３２に接続されたアクチュエータ動力源４４を所定の条件で駆動させる。これにより、アクチュエータ動力源４４に接続されたアクチュエータ１６が所定の条件で駆動して、テストピースＡに対して一定の振動を与えるようになっている。
That is, as shown in FIG. 1, the
そして、アクチュエータ１６に設けられた変位検出器２０によって、テストピースＡの変位が検出され、テストピースＡの変位データが、制御装置３２の制御装置本体３６に入力されるようになっている。一方、クロスヘッド２６に設けられた荷重検出器３０によって、テストピースＡにかかる荷重が検出され、テストピースＡにかかる荷重データが、制御装置３２の制御装置本体３６に入力されるようになっている。
A
また、これらの試験データに基づいて、制御装置３２の制御装置本体３６のプログラムに基づいて、制御装置３２からアクチュエータ動力源４４に、フィードバック指令信号が出力され、アクチュエータ動力源４４を所定の条件で駆動させるようになっている。
Further, based on these test data, based on the program of the control device
ところで、本発明の試験装置１０では、制御装置３２において、下記のような制御が行われるように構成されている。
By the way, in the
すなわち、本発明の試験装置１０では、制御装置３２の制御装置本体３６内に、図３に示したようなデジタル制御器５０を備えている。
That is, the
このデジタル制御器５０を用いて、１サンプル毎の入出力特性を計測して、得られた計測値からインパルス応答を計算している。そして、このインパルス応答の計算結果を、制御対象である被試験構造物の同定値として、制御にフィードバックしてインパルス応答制御を行うように構成されている。
Using this
具体的には、図５に示したグラフで説明する制御方法で制御が行われる。 Specifically, control is performed by the control method described with the graph shown in FIG.
すなわち、図３に示したように、デジタル制御器５０を用いて、下記式、すなわち、
Ｙ（ｔ）＝Ｈ（ｔ）・Ｘ（ｔ）
ここで、Ｘ（ｔ）は入力値、Ｙ（ｔ）は出力値、Ｈ（ｔ）は、デジタル制御器５０の伝達関数である。
That is, as shown in FIG. 3, using the
Y (t) = H (t) · X (t)
Here, X (t) is an input value, Y (t) is an output value, and H (t) is a transfer function of the
この式を用いて、例えば、図５のグラフのＸ（ｔ１）、Ｙ（ｔ１）から、伝達関数Ｈ（ｔ）を求める。 Using this equation, for example, the transfer function H (t) is obtained from X (t1) and Y (t1) in the graph of FIG.
そして、次の目標値Ｒに基づいて、下記式、すなわち、
Ｒ＝Ｈ・Ｘから、次の入力値Ｘ（例えば、図５のグラフのＸ（ｔ２））を、
Ｘ＝Ｒ／Ｈから計算し、
次の出力値Ｙ（例えば、図５のグラフのＹ（ｔ２））を、
Ｙ＝Ｒから計算してインパルス応答制御を行うように構成されている。
Then, based on the next target value R, the following equation:
From R = H · X, the next input value X (for example, X (t2) in the graph of FIG. 5)
Calculate from X = R / H,
The next output value Y (for example, Y (t2) in the graph of FIG. 5) is
The impulse response control is performed by calculating from Y = R.
より具体的には、下記のように計算が実施される。 More specifically, the calculation is performed as follows.
すなわち、デジタル制御器５０の入力がｘ（ｎ）、出力がｙ（ｎ）の場合に、Ｚ変換すると、入力ｘ（ｚ）は、
ｘ（ｚ）＝ｘ０＋ｘ１ｚ−１＋ｘ２ｚ−２＋‥‥ｘｎ−１ｚ−ｎ＋１
である。
That is, when the input of the
x (z) = x 0 + x 1 z −1 + x 2 z −2 +... x n−1 z −n + 1
It is.
デジタル制御器５０の伝達関数Ｈは、
Ｈ（ｚ）＝ｈ０＋ｈ１ｚ−１＋ｈ２ｚ−２＋‥‥ｈｎ−１ｚ−ｎ＋１
で表すことができる。従って、
Ｙ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）・Ｘ（ｚ）
となる。
The transfer function H of the
H (z) = h 0 + h 1 z −1 + h 2 z −2 +... H n−1 z −n + 1
It can be expressed as Therefore,
Y (z) = H (z) · X (z)
It becomes.
ここで、入力がＸ（ｚ）、出力がＹ（ｚ）、伝達関数がＨ（ｚ）であるシステムの系となる。 Here, the system is a system in which the input is X (z), the output is Y (z), and the transfer function is H (z).
実際には、エラー信号が、この系に出力され足されることになるので、下記の式のようになる。 Actually, an error signal is output and added to this system, so that the following equation is obtained.
ｙ（ｎ）＝ｈ（ｎ）・ｘ（ｎ）＋ｅ（ｎ）
ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）
y (n) = h (n) .x (n) + e (n)
e (n) = d (n) -y (n)
ここで、ｄ（ｎ）は、目標（理想）とする信号である。 Here, d (n) is a signal to be a target (ideal).
このｅ（ｎ）は、次式によって表すことができる。
This e (n) can be expressed by the following equation.
ｗ＝［ｈ０ｈ１‥‥ｈＴ−１］Ｔ w = [h 0 h 1 ... h T-1 ] T
ｘ（ｎ）＝［ｘ（ｎ），ｘ（ｎ-１）‥‥ｘ（ｎ-Ｉ+１）］Ｔ x (n) = [x (n), x (n-1)... x (n-I + 1)] T
ここで、エラーを最小にするデジタル制御器５０の係数を求めれば良いので、Ｊを最適なフィルターの係数として、以後式を展開する。
Here, since the coefficient of the
Ｊ＝Ｅ［ｅ２（ｎ）］
ここで、Ｅは、期待値演算子である。
J = E [e 2 (n)]
Here, E is an expected value operator.
上記式（２）を用いると、
Ｊ＝ｗＴＡｗ−２ｗＴｂ＋ｃ
Using the above equation (2),
J = w T Aw-2w T b + c
ここで、
Ａ＝Ｅ［ｘ（ｎ）ｘＴ（ｎ）］
ｂ＝Ｅ［ｘ（ｎ）ｄ（ｘ）］
ｃ＝Ｅ［ｄ２（ｎ）］
here,
A = E [x (n) x T (n)]
b = E [x (n) d (x)]
c = E [d 2 (n)]
Ａは、ヘッシアン行列であって、 A is a Hessian matrix,
ここで、Ｒｘｘは、ｘ（ｎ）の自己相関関数である。 Here, R xx is an autocorrelation function of x (n).
上記式（１）を用いて、エラーの式を表すと、 Using the above equation (1), the error equation is expressed as follows:
Ｊは、時間に対して不変であるとすると、 If J is invariant with time,
さらに、信号が安定した（定常）信号と仮定すると、自己相関ならびに相関関数は、
Ｒｘｘ（ｍ）＝Ｅ［ｘ（ｎ＋ｍ）ｘＴ（ｎ）］
Ｒｘｄ（ｍ）＝Ｅ［ｄ（ｎ＋ｍ）ｘＴ（ｎ）］
Ｒｄｄ（ｍ）＝Ｅ［ｘ（ｎ＋ｍ）ｄＴ（ｎ）］
Furthermore, assuming that the signal is a stable (stationary) signal, the autocorrelation and the correlation function are
R xx (m) = E [ x (n + m) x T (n)]
R xd (m) = E [d (n + m) x T (n)]
R dd (m) = E [x (n + m) d T (n)]
ここで、
ＲＴ ｘｘ（ｍ）＝Ｒｘｘ（−ｍ）
Ｗ＝［ｗ０ｗ１‥‥ｗｌ−１］Ｔ
Ｒｘｄ＝［Ｒｘｄ（０）Ｒｘｄ（１）‥‥Ｒｘｄ（ｉ−１）］Ｔ
ＲＴ ｘｘ＝Ｒｘｘ
とすると、上記式（３）は、
here,
R T xx (m) = R xx (−m)
W = [w 0 w 1 ... W l−1 ] T
R xd = [R xd (0) R x d (1)... R xd (i-1)] T
R T xx = R xx
Then, the above equation (3) becomes
Ｅ［ｅ（ｎ）ｅＴ（ｎ）］＝ｗＴＲｘｘｗ−ｗＴＲｘｄ−Ｒｘｄ Ｔｗ−Ｒｄｄ（０） E [e (n) e T (n)] = w T R xxw −w T R xd −R xd T w−R dd (0)
ｔｒａｃｅ行列の性質を適用して、 Applying the nature of the trace matrix,
とすると、
Ｒｘｘｗｏｐｔ＝Ｒｘｄ
ここで、ｗｏｐｔは、傾きが０で、エラーが最小であるところである。従って、
ｗｏｐｔ＝Ｒｘｘ −１・Ｒｘｄ
となり、最適なデジタルシステムの系となる。これを用いて、
Then,
R xx w opt = R xd
Here, w opt is where the slope is 0 and the error is minimum. Therefore,
w opt = R xx −1 · R xd
It becomes the system of the optimal digital system. Using this,
Ｄ（ｚ）＝ｗｏｐｔ・ｘ（ｚ） ‥‥（４）
とすると入力信号が求まる。
D (z) = w opt · x (z) (4)
Then, the input signal is obtained.
しかしながら、実際には、外乱などの影響から、この式（４）だけでは発散するおそれがある。従って、
Ｃ１＝Ｄ（ｚ）−Ｙ（ｚ）
However, in reality, there is a risk of divergence only by this equation (4) due to the influence of disturbances and the like. Therefore,
C 1 = D (z) −Y (z)
任意のデータテーブルに基づく定数を、上記式（５）にある規則に従って、補正係数Ｃ２を設定する。すなわち、 The constant based on any data table, according to the rules in the above formula (5), sets the correction coefficient C 2. That is,
Ｙ（ｚ）＝Ｈ・Ｘ（Ｚ）＋Ｃ２ ‥‥（６） Y (z) = H · X (Z) + C 2 (6)
ここで、Ｈは、ｗｏｐｔの他にコントローラーのパラメーターを加えたＨである。
この式（６）により制御を行うように構成されている。
Here, H is H obtained by adding controller parameters in addition to w opt .
Control is performed according to the equation (6).
より具体的には、本発明の試験装置１０では、制御装置３２の制御装置本体３６内に、図４に示したようなデジタル制御器５０を備えている。
More specifically, the
図４のブロック図に示したように、デジタル制御器５０は、入力値を処理するインパルス応答計算処理部５２と、インパルス応答計算処理部５２からの入力に基づいてデジタル処理を行うＰＩＤ制御器５４とから構成されている。また、インパルス応答計算処理部５２は、入力値を補正する可変ウェイト５６と、インパルス応答計算処理器５８とから構成されている。
As shown in the block diagram of FIG. 4, the
このように構成されるデジタル制御器５０では、下記のようにしてデジタル制御が行われる。
In the
先ず、入力６０から入力信号が、インパルス応答計算処理部５２の可変ウェイト５６を介して、ＰＩＤ制御器５４に入力される。そして、ＰＩＤ制御器５４内の比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ、微分ゲインＫｄによってデジタル演算が行われ、出力信号Ｋｏｕｔを介して、制御対象である試験装置本体１２に、命令値が出力される。
First, an input signal from the
そして、試験装置本体１２において、試験が行われ、供試体であるテストピースＡからの変位検出器２０、荷重検出器３０からのセンサー信号を、下記（１）〜（３）の３系統に分割してフィードバックされるようになっている。
Then, the test is performed in the test apparatus
すなわち、供試体であるテストピースＡからのセンサー信号は、
（１）ＰＩＤ制御器５４のフィードバックゲインＫｆｂへフィードバックされる。
（２）インパルス応答計算処理部５２のインパルス応答計算処理器５８へフィードバックされる。
（３）インパルス応答計算処理部５２の可変ウェイト５６へフィードバックされる。
このようにして、センサー信号が、３系統に分割してフィードバックされるようになっている。
That is, the sensor signal from the test piece A which is a specimen is
(1) Feedback is made to the feedback gain Kfb of the
(2) Feedback is made to the
(3) Feedback is made to the
In this way, the sensor signal is fed back by being divided into three systems.
そして、次の制御サンプリングにおいて、１つ前の入力値Ｚ−１をインパルス応答計算処理部５２のインパルス応答計算処理器５８へ入力される。
Then, in the next control sampling, the previous input value Z −1 is input to the impulse
また、インパルス応答計算処理器５８で計算した制御命令値を、ＰＩＤ制御器５４に入力する際に、被試験構造物であるテストピースＡからのセンサー信号の可変ウェイト５６へのフィードバックを、可変ウェイト５６でモニターリングして、制御命令値を補正して、ＰＩＤ制御器５４に入力するように構成されている。
Further, when the control command value calculated by the impulse
このように構成することによって、前述で説明したデジタル制御が行われる。また、非線形要因による発散を防止し、高精度な目標追従を実現することができる。 With this configuration, the digital control described above is performed. In addition, divergence due to non-linear factors can be prevented, and highly accurate target tracking can be realized.
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の試験装置１０は、試験装置として、例えば、自動車部品（駆動系や足回りの金属部品やゴム部品、ショックアブソーバなど）などの機械部品について、これらの自動車完成品などの完成品について、さらに、土木関係（橋桁、橋梁や建物用の免震ゴムなど）の構造物について、材料試験、振動試験、疲労試験、特性試験などを行うための材料試験装置、振動試験装置、疲労試験装置など各種の試験装置に適用することが可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this, and the
本発明は、例えば、自動車などの車輛のショックアブソーバ、橋梁、ビル、住宅などの建築物などの構造物などの被試験構造物に対して、外力を負荷して載荷試験などの各種の試験を行うための試験装置に適用することができる。 The present invention performs various tests such as a load test by applying an external force to a structure to be tested such as a shock absorber of a vehicle such as an automobile, a structure such as a building such as a bridge, a building, and a house. It can be applied to a test apparatus for performing.
１０ 試験装置
１２ 試験装置本体
１４ 架台フレーム
１６ アクチュエータ
１８ ピストン
２０ 変位検出器
２２ ガイドロッド
２４ ボールネジ
２６ クロスヘッド
２８ 上方フレーム
３０ 荷重検出器
３２ 制御装置
３６ 制御装置本体
３８ キーボード
４０ マウス
４４ アクチュエータ動力源
５０ デジタル制御器
５２ インパルス応答計算処理部
５４ ＰＩＤ制御器
５６ 可変ウェイト
５８ インパルス応答計算処理器
６０ 入力
１００ 試験装置
１０２ 試験装置本体
１０４ 架台フレーム
１０６ アクチュエータ
１０８ ピストン
１１０ 変位検出器
１１２ ガイドロッド
１１４ ボールネジ
１１６ クロスヘッド
１１８ 上方フレーム
１２０ 荷重検出器
Ａ テストピース（被試験構造物）
DESCRIPTION OF
A Test piece (structure under test)
Claims (6)
デジタル制御器を用いて、１サンプル毎の入出力特性を計測して、得られた計測値からインパルス応答を計算し、
前記インパルス応答の計算結果を、制御対象である被試験構造物の同定値として、制御にフィードバックしてインパルス応答制御を行うことを特徴とする試験装置。 A test apparatus for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
Using a digital controller, measure the input / output characteristics for each sample, calculate the impulse response from the measured values,
A test apparatus that performs impulse response control by feeding back a calculation result of the impulse response as an identification value of a structure to be tested as a control target to control.
Ｙ（ｔ）＝Ｈ（ｔ）・Ｘ（ｔ）
ここで、Ｘ（ｔ）は入力値、Ｙ（ｔ）は出力値、Ｈ（ｔ）は、デジタル制御器の伝達関数である。
を用いて、伝達関数Ｈ（ｔ）を求めて、
次の目標値Ｒに基づいて、下記式、すなわち、
Ｒ＝Ｈ・Ｘから、次の入力値Ｘを、
Ｘ＝Ｒ／Ｈから計算し、
次の出力値Ｙを、
Ｙ＝Ｒから計算してインパルス応答制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の試験装置。 Using the digital controller, the following equation:
Y (t) = H (t) · X (t)
Here, X (t) is an input value, Y (t) is an output value, and H (t) is a transfer function of the digital controller.
Is used to find the transfer function H (t),
Based on the next target value R, the following equation:
From R = H · X, the next input value X is
Calculate from X = R / H,
The next output value Y is
2. The test apparatus according to claim 1, wherein impulse response control is performed by calculating from Y = R.
入力値を処理するインパルス応答計算処理部と、
前記インパルス応答計算処理部からの入力に基づいてデジタル処理を行うＰＩＤ制御器とから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の試験装置。 The digital controller is
An impulse response calculation processing unit for processing input values;
The test apparatus according to claim 2, comprising a PID controller that performs digital processing based on an input from the impulse response calculation processing unit.
（１）前記ＰＩＤ制御器のフィードバックゲインへのフィードバック、
（２）前記インパルス応答計算処理器へのフィードバック、
（３）前記可変ウェイトへのフィードバック、
して行うように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の試験装置。 According to the command value output from the PID controller, the sensor signal from the structure under test is divided into the following three systems (1) to (3), that is,
(1) feedback to the feedback gain of the PID controller;
(2) feedback to the impulse response calculator;
(3) feedback to the variable weight;
The test apparatus according to claim 4, wherein the test apparatus is configured to perform the test.
前記ンパルス応答計算処理器で計算した制御命令値を、ＰＩＤ制御器に入力する際に、前記被試験構造物からのセンサー信号の可変ウェイトへのフィードバックを、可変ウェイトでモニターリングして、制御命令値を補正して、ＰＩＤ制御器に入力するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の試験装置。 In the next control sampling, the previous input value is input to the impulse response calculator,
When the control command value calculated by the impulse response calculation processor is input to the PID controller, the feedback of the sensor signal from the structure under test to the variable weight is monitored with the variable weight, and the control command The test apparatus according to claim 4, wherein the test apparatus is configured to correct the value and input the corrected value to the PID controller.
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