JP2015072242A - Control device of test device and control method of test device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、車輛のショックアブソーバ、橋梁・ビル・住宅・建築物などの構造物に対して、外力を負荷する載荷試験など各種試験を行うための試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法に関する。 The present invention relates to, for example, a control device for a test apparatus and a test apparatus for performing various tests such as a load test in which an external force is applied to a structure such as a shock absorber of a vehicle, a bridge, a building, a house, or a building. Relates to the control method.
従来、この種の試験装置として、被試験対象物、例えば、車輛のショックアブソーバについて試験を行うため、図7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7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. 7, the
図7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。また、図示しないが、速度を検出する速度検出器と、ピストン108の先端には、加速度を検出する加速度検出器を備えている。
As shown in FIG. 7, 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、例えば、荷重センサなどから構成される検出器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
図7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。
As shown in FIG. 7, 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7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. 7, an actuator power source (not shown) connected to the control device is driven under a predetermined condition under 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に設けられた検出器120によって、テストピースAにかかる荷重などが検出され、テストピースAにかかる荷重データなどが、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より、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, a feedback command signal is output from the control device to the actuator power source according to the program of the control device, 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、アクチュエータ106が油圧式のアクチュエータである場合には、作動油の油圧共振とアクチュエータ106内にあるそれぞれの摺動部の影響により、アクチュエータ106内に備えられている速度検出器の速度波形と、ピストン108の先端に備えられている加速度検出器の加速度波形が、図8(B)のA部分と、図8(C)のB部分で示したように歪むことになる。
Conventionally, in such a
なお、図8(A)は入力波形、図8(B)は速度波形、図8(C)は加速度波形を示している。 8A shows an input waveform, FIG. 8B shows a velocity waveform, and FIG. 8C shows an acceleration waveform.
すなわち、実際の計測波形f(t)は、
このため、例えば、振動試験などの場合、この歪によりテストピースAに加える振動エネルギーの正確性が損なわれ、正確な振動試験結果が得られないおそれがある。 For this reason, for example, in the case of a vibration test or the like, the accuracy of vibration energy applied to the test piece A is impaired by this distortion, and there is a possibility that an accurate vibration test result cannot be obtained.
また、従来の試験装置100では、予め計測した伝達関数を補正することで、波形歪の改善を試みていた。しかしながら、その方法では、テストピースAなどの状態変化などによる伝達関数の変化が生じた場合、瞬時にその変化に対応できなかった。
Further, the
すなわち、従来の試験装置100では、図9のグラフに示したように、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform: FFT)によって、1周期分について、Δf毎の周波数特性を求めて、
伝達関数H=Y/Xから、入力波形X=Y/Hを求め、その後フーリエ変換 (IFFT)により、制御信号を生成する振幅制御を行っている。なお、ここで、Yは出力信号、Xは入力信号である。
That is, in the
The input waveform X = Y / H is obtained from the transfer function H = Y / X, and then amplitude control is performed to generate a control signal by Fourier transform (IFFT). Here, Y is an output signal and X is an input signal.
すなわち、従来の試験装置100において、振幅制御は、図10に示したフローチャートに示したように行われる。
That is, in the
先ず、ステップS101において、制御が開始され、ステップS102において、伝達関数が測定される。そして、ステップS103において、システムが同定され、ステップS104において、制御波形が作成される。 First, control is started in step S101, and a transfer function is measured in step S102. In step S103, the system is identified, and in step S104, a control waveform is created.
次に、ステップS105において、試験が開始され、ステップS106において、予め設定された時間、回数などの終了条件か否か判断され、終了条件と判断された場合には、ステップS107に進み、制御が終了される。一方、ステップS106において、終了条件でないと判断された場合には、ステップS106に再び戻って、終了条件か否か繰り返し判断される。 Next, in step S105, the test is started, and in step S106, it is determined whether or not the end conditions such as the preset time and the number of times are satisfied. If the end conditions are determined, the process proceeds to step S107 and the control is performed. Is terminated. On the other hand, if it is determined in step S106 that the end condition is not satisfied, the process returns to step S106 and it is repeatedly determined whether or not the end condition is satisfied.
しかしながら、このような従来の試験装置100の制御方法では、図10に示したように、項目毎にプログラム(プログラム(1)〜(3)が分れており、一連の流れでは補正できず、図10に示したように、例えば、プログラム(1)で30分、プログラム(2)で60分と、時間がかかってしまうことになる。
However, in such a control method of the
また、プログラム(2)において制御波形を作成しても、プログラム(3)の過程で、対象の系が変化した場合、その変化に対応できない。 Even if the control waveform is created in the program (2), if the target system changes during the process of the program (3), it cannot cope with the change.
また、このような従来の試験装置100の制御方法では、補正に必要な目標波形長が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形長データについて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行っているので、計算処理数が増加して、制御装置の演算負荷が重くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が必要になって、コストが高くつくことになる。
Further, in such a control method of the
また、従来の試験装置100の制御方法では、補正に必要な目標波形長が1周期となるので、加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要があるので、補正時間が長くなり、テストピースAなどの状態変化などによる伝達関数の変化が生じた場合、瞬時にその変化に対応できなかった。
Further, in the conventional control method of the
さらに、従来の制御方法では、波形補正後において、ピークを制御することを行っていないので、振幅誤差の補正が正確には行われておらず、正確な振動試験結果が得られないおそれがある。 Further, in the conventional control method, the peak is not controlled after the waveform correction, so that the amplitude error is not corrected accurately and there is a possibility that an accurate vibration test result cannot be obtained. .
本発明は、このような現状に鑑み、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。 In view of such a current situation, the present invention has no excessive harmonic components, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is not impaired. It is an object of the present invention to provide a control device for a test apparatus and a control method for the test apparatus.
また、本発明は、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が不要で、コストを低減することができる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention does not require a pair of Fourier transform and inverse Fourier transform as in the conventional control method, reduces the number of calculation processes, reduces the calculation load of the control device, and is high performance and expensive. An object of the present invention is to provide a test apparatus control apparatus and a test apparatus control method that can reduce the cost without requiring a special microprocessor unit (MPU).
また、本発明は、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。 Further, according to the present invention, unlike the conventional control method, there is no need to obtain the frequency characteristic for each Δf for the waveform data length equal to or longer than the period time of the excitation frequency in which the target waveform necessary for correction is one cycle. An object of the present invention is to provide a test apparatus control apparatus and a test apparatus control method capable of instantaneously responding to a change in the state of a test piece or the like when the correction time is shortened.
さらに、本発明は、波形補正を行いつつピークの制御を行って、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention can control a peak while performing waveform correction to accurately correct an amplitude error, and can provide an accurate vibration test result. It aims to provide a method.
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の制御装置であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理する高調波演算部と、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部と、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のn倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算部と、
を備えた波形補正演算部を備えることを特徴とする。
The present invention was invented in order to achieve the problems and objects in the prior art as described above.
A control device for a test apparatus for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
A response waveform from the test apparatus with respect to the control waveform input to the test apparatus, a fundamental wave component, and a harmonic calculation unit that calculates up to an arbitrary n-th harmonic,
A high-frequency generator that calculates the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic calculated by the harmonic calculator;
An adder for generating a control waveform to the test apparatus by inputting and summing the phase and amplitude of the arbitrary n-fold harmonics processed by the high-frequency generator and the fundamental component;
And a waveform correction calculation unit.
また、本発明の試験装置の制御方法は、
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の制御方法であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理する高調波演算ステップと、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成ステップと、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のn倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算ステップと、
を備えることを特徴とする。
The control method of the test apparatus of the present invention is
A test apparatus control method for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
A harmonic calculation step for calculating a response waveform from the test apparatus to the control waveform input to the test apparatus, up to a fundamental wave component and an arbitrary n-th harmonic;
A high-frequency generation step for calculating the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic calculated by the harmonic calculation unit;
An addition step of generating a control waveform to the test apparatus by inputting and summing the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic wave processed by the high-frequency generator and the fundamental wave component;
It is characterized by providing.
このように構成することによって、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が不要で、コストを低減することができる。 With this configuration, unlike the conventional control method, it is not necessary to perform the Fourier transform and the inverse Fourier transform in pairs, the number of calculation processes is reduced, the calculation load of the control device is reduced, and the high performance In addition, an expensive microprocessor unit (MPU) is unnecessary, and the cost can be reduced.
また、任意のn倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。 In addition, it is an operation up to an arbitrary n-th harmonic, there is no extra harmonic component, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is not impaired and accurate. Vibration test results are obtained.
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。 Further, unlike the conventional control method, it is not necessary to obtain the frequency characteristic for each Δf for the waveform data length equal to or longer than the period time of the excitation frequency where the target waveform necessary for correction is one cycle, and the correction time is short. Therefore, even when the state change of the test piece or the like occurs, the change can be dealt with instantaneously.
また、本発明の試験装置は、前記高調波演算部において、計測波形f(t)
位相、
ここで、an、bnは、それぞれ、
Tは、加振周波数の1周期の時間、ω0は加振周波数f0[Hz]の角周波数ω0=2πf0である。
Moreover, the test apparatus of the present invention is configured such that the harmonic waveform calculation unit has a measured waveform f (t).
phase,
Here, a n and b n are respectively
T is the time of one cycle of the excitation frequency, and ω 0 is the angular frequency ω 0 = 2πf 0 of the excitation frequency f 0 [Hz].
また、本発明の試験装置の制御方法は、
前記高調波演算ステップにおいて、計測波形f(t)
位相、
ここで、an、bnは、それぞれ、
Tは、加振周波数の1周期の時間、ω0は加振周波数f0[Hz]の角周波数ω0=2πf0である。
The control method of the test apparatus of the present invention is
In the harmonic calculation step, the measurement waveform f (t)
phase,
Here, a n and b n are respectively
T is the time of one cycle of the excitation frequency, and ω 0 is the angular frequency ω 0 = 2πf 0 of the excitation frequency f 0 [Hz].
このように構成することによって、任意のn倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。 By configuring in this way, it is an operation up to an arbitrary n-th harmonic, there is no extra harmonic component, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is high Accurate vibration test results can be obtained without damage.
また、任意のn倍高調波までの周波数解析と複素フーリエ級数展開によって、位相と振幅を求めるので、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が不要で、コストを低減することができる。 In addition, since the phase and amplitude are obtained by frequency analysis up to an arbitrary n-th harmonic and complex Fourier series expansion, there is no need to perform a Fourier transform and an inverse Fourier transform in pairs as in the conventional control method, and a calculation process The number is reduced, the calculation load of the control device is lightened, a high-performance and expensive microprocessor unit (MPU) is unnecessary, and the cost can be reduced.
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。 Further, unlike the conventional control method, it is not necessary to obtain the frequency characteristic for each Δf for the waveform data length equal to or longer than the period time of the excitation frequency where the target waveform necessary for correction is one cycle, and the correction time is short. Therefore, even when the state change of the test piece or the like occurs, the change can be dealt with instantaneously.
また、本発明の試験装置は、
前記高周波生成部において、前記高調波演算部で演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
In the high frequency generation unit, based on the phase and amplitude obtained by performing the arithmetic processing in the harmonic calculation unit, a control waveform,
また、本発明の試験装置の制御方法は、
前記高周波生成ステップにおいて、前記高調波演算ステップで演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
In the high frequency generation step, based on the phase and amplitude obtained by performing the arithmetic processing in the harmonic calculation step, a control waveform,
このように構成することによって、任意のn倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。 By configuring in this way, it is an operation up to an arbitrary n-th harmonic, there is no extra harmonic component, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is high Accurate vibration test results can be obtained without damage.
また、本発明の試験装置は、
予め任意の加振周波数の1周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算部からの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算部を備えることを特徴とする。
In addition, the test apparatus of the present invention is
Obtain the data for one period of an arbitrary excitation frequency in advance, calculate the amplitude, multiply the difference from the amplitude obtained by the peak detection of the response waveform from the test device, the control waveform from the adder, A peak calculation unit for generating a control waveform for the test apparatus is provided.
また、本発明の試験装置の制御方法は、
予め任意の加振周波数の1周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算ステップからの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算処理ステップを備えることを特徴とする。
The control method of the test apparatus of the present invention is
Obtaining data for one period of an arbitrary excitation frequency in advance and calculating the amplitude, multiplying the difference from the amplitude obtained by peak detection of the response waveform from the test apparatus by the control waveform from the addition step, A peak calculation processing step for generating a control waveform for the test apparatus is provided.
このように構成することによって、ピークの制御を行っているので、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる。 With this configuration, since the peak is controlled, the amplitude error can be corrected accurately, and an accurate vibration test result can be obtained.
また、本発明では、前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする。 In the present invention, the control waveform is a periodic function of a sine wave.
このように、制御波形が、正弦波の周期関数であるのが望ましい。 Thus, it is desirable that the control waveform is a periodic function of a sine wave.
さらに、本発明では、前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the control waveform is a superimposed control waveform.
このように、制御波形が、重畳された制御波形であっても使用することができる。例えば、2Hzの回転波形に、5Hzの荷重波形を重ねて試験する場合などにも適用することができる。 Thus, even if the control waveform is a superimposed control waveform, it can be used. For example, the present invention can be applied to a case where a test is performed by superimposing a load waveform of 5 Hz on a rotation waveform of 2 Hz.
本発明によれば、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が不要で、コストを低減することができる。 According to the present invention, unlike the conventional control method, it is not necessary to perform the Fourier transform and the inverse Fourier transform in pairs, the number of calculation processes is reduced, the calculation load of the control device is reduced, the performance is high, and the cost is high. A costly microprocessor unit (MPU) is not required and the cost can be reduced.
また、任意のn倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。 In addition, it is an operation up to an arbitrary n-th harmonic, there is no extra harmonic component, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is not impaired and accurate. Vibration test results are obtained.
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。 Further, unlike the conventional control method, it is not necessary to obtain the frequency characteristic for each Δf for the waveform data length equal to or longer than the period time of the excitation frequency where the target waveform necessary for correction is one cycle, and the correction time is short. Therefore, even when the state change of the test piece or the like occurs, the change can be dealt with instantaneously.
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ブロック図、図2(A)は目標波形、図2(B)は実際の計測波形、図2(C)は本発明の制御装置10で補正後の波形を示すグラフである。
FIG. 1 is a schematic block 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, FIG. 2A is a target waveform, and FIG. Is an actual measured waveform, and FIG. 2C is a graph showing a waveform after correction by the
図1において、符号10は、全体で本発明の試験装置の制御装置10(以下、単に「制御装置10」と言う)を示している。
In FIG. 1,
図1に示したように、本発明の制御装置10は、試験を行うための試験装置本体12に対して、試験装置の制御を行うものである。
As shown in FIG. 1, the
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。
In this embodiment, the test apparatus
図1に示したように、試験装置本体12は、例えば、油圧シリンダからなるアクチュエータ14を備えている。このアクチュエータ14には、被試験構造物である、例えば、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16と、例えば、変位センサ・速度センサ・加速度センサ・荷重センサなどから構成される検出センサ18とを備えている。
As shown in FIG. 1, the test apparatus
また、アクチュエータ14には、例えば、サーボ弁などから構成される駆動部20が設けられている。
In addition, the
さらに、本発明の制御装置10は、試験装置本体12の駆動部20に対して、初期の制御波形を入力する制御部22を備えている。
Furthermore, the
また、本発明の制御装置10は、図1の一点鎖線で示したように、波形補正演算部24を備えている。この波形補正演算部24は、図1の破線で示したように、試験装置本体12の検出センサ18からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理する高調波演算部26を備えている。
Moreover, the
さらに、波形補正演算部24は、高調波演算部26で演算された、任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部28を備えている。なお、図1に示したように、この高周波生成部28には、ユーザーなどが設定する数の任意のn倍高調波まで演算する、複数の高調波生成器28aが備えられている。
Further, the waveform
また、波形補正演算部24は、高周波生成部28で演算処理された、任意のn倍高調波の位相と振幅と、基本波成分とを入力し合算して、試験装置本体12の駆動部20への制御波形を生成する加算部(加算器)30を備えている。
In addition, the waveform
さらに、本発明の制御装置10は、図1に示したように、加算部30に接続された可変ゲイン器32と、この可変ゲイン器32に接続され、試験装置本体12の駆動部20への制御波形(制御信号)を増幅するための増幅器(AMP)34が接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、本発明の制御装置10は、図1の二点鎖線で示したように、ピーク演算部36を備えており、このピーク演算部36は、検出センサ18からの応答波形のピークを検出するためのピーク検出部38を備えている。
Further, the
また、ピーク演算部36は、制御部22とピーク検出部38の双方に接続された振幅指示値演算部40を備えている。この、振幅指示値演算部40は、制御部22に予め記憶された任意の周波数の1周期分のデータを得て振幅を演算処理し、ピーク演算部36において検出センサ18からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、加算部30からの制御波形に掛けるように構成されている。
The peak calculation unit 36 includes an amplitude instruction
このように構成される本発明の制御装置10では、下記のような制御が行われるように構成されている。
The
ところで、試験装置本体12の振幅制御を行う場合には、アクチュエータ14が、油圧式のアクチュエータである場合には、作動油の油圧共振とアクチュエータ14内にあるそれぞれの摺動部の影響により、速度波形、加速度波形が、図2(B)のグラフで示したように歪むことになる。
By the way, when the amplitude control of the test apparatus
なお、図2(A)は目標波形、図2(B)は実際の計測波形、図2(C)は本発明の制御装置10で補正後の波形を示している。
2A shows the target waveform, FIG. 2B shows the actual measurement waveform, and FIG. 2C shows the waveform corrected by the
すなわち、本発明の試験装置の制御装置10では、制御部22によって、試験装置本体12の駆動部20に対して、初期の制御波形を入力している。
That is, in the
また、波形補正演算部24の高調波演算部26において、検出センサ18からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理している。
Further, in the
さらに、波形補正演算部24の高周波生成部28において、高調波演算部26で演算された、任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理している。
Further, in the high
そして、波形補正演算部24の加算部30において、高周波生成部28で演算処理された、任意のn倍高調波の位相と振幅と、基本波成分とを入力し合算して、試験装置本体12の駆動部20への制御波形を生成している。
Then, in the
具体的には、高調波演算部26において、任意のn倍高調波について、下記のように、フーリエ級数展開を行って、位相と振幅を求めている。
Specifically, in the
先ず、計測波形f(t)を得たとすると、f(t)は、次の様な式で表現できる。
そして、計測波形f(t)のフーリエ級数展開を行えば、下記の式のようになる。
また、ここで、an、bnは、それぞれ、
Tは、加振周波数の1周期の時間、ω0は加振周波数f0[Hz]の角周波数ω0=2πf0である。
Here, a n and b n are respectively
T is the time of one cycle of the excitation frequency, and ω 0 is the angular frequency ω 0 = 2πf 0 of the excitation frequency f 0 [Hz].
そして、オイラーの公式を用いて、
さらに、(2)式を負まで拡張すると(1)式から、an、bnは、それぞれ、
この時、
計測波形f(t)は、下記の式のようになる。
The measurement waveform f (t) is expressed by the following equation.
そして、振幅F(n)を、
ここで、
振幅は、
The amplitude is
そして、求まった位相と振幅に基づいて、制御波形、
また、本発明の試験装置の制御装置10では、ピーク演算部36の振幅指示値演算部40において、制御部22に予め記憶された任意の加振周波数の1周期分のデータを得て振幅を演算処理し、ピーク演算部36において検出センサ18からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、加算部30からの制御波形に掛けるように構成されている。
Further, in the
具体的には、ピーク演算部36では、下記のような処理が行われる。すなわち、図3の概略図に示したように、任意の周波数の1周期分のデータがメモリー42に記憶される。
Specifically, the peak calculation unit 36 performs the following processing. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, data for one cycle of an arbitrary frequency is stored in the
そして、最大値maxと最小値minから、
指令値AMP=(max−min)/2である。
From the maximum value max and the minimum value min,
The command value AMP = (max−min) / 2.
これに基づき、下記の式に基づいて、今回の振幅指令値AmpNewが計算処理される。
ここで、AmpNewは今回の振幅指令値、AmpOldは1つ前の振幅指令値、Amp Targetは目標振幅、Ampは計測振幅、GainFは振幅調整ゲインである。 Here, AmpNew is the current amplitude command value, AmpOld is the previous amplitude command value, Amp Target is the target amplitude, Amp is the measured amplitude, and GainF is the amplitude adjustment gain.
上記のように演算処理される本発明の試験装置の制御装置10は、具体的には、図4、図5に示したフローチャートのように制御される。
Specifically, the
先ず、図4のステップS1において、制御が開始され、図4、図5のステップS2において、パラメータの設定がなされる。 First, control is started in step S1 of FIG. 4, and parameters are set in step S2 of FIGS.
そして、このパラメータの設定は、図5のフローチャートのように設定される。 This parameter is set as shown in the flowchart of FIG.
すなわち、図5に示したように、ステップS3において、例えば、正弦波・三角波・矩形波などの加振する波形の設定が行われる。そして、ステップS4において、振幅値の設定が行われ、ステップS5において、例えば、変位・荷重・速度・加速度など制御目標の設定が行われる。 That is, as shown in FIG. 5, in step S3, for example, a waveform to be excited such as a sine wave, a triangular wave, or a rectangular wave is set. In step S4, an amplitude value is set, and in step S5, for example, a control target such as displacement, load, speed, and acceleration is set.
次に、ステップS6において、パラメータの設定が完了し、フラグのON設定がなされる。 Next, in step S6, the parameter setting is completed and the flag is set ON.
そして、ステップS7において、振幅ゲイン調整アンプの初期値設定がなされ、ステップS8において、波形補正演算部24の高周波生成部28において、ユーザーなどが設定する数の任意のn倍高調波まで演算する、複数の高調波生成器28aについて、それぞれの高調波生成器28aの初期値設定がなされる。これにより、ステップS9において、パラメータ設定完了が完了する。
In step S7, the initial value of the amplitude gain adjustment amplifier is set, and in step S8, the high
一方、ステップS6において、パラメータの設定が完了し、フラグのON設定がなされると、図4に示したように、ステップS10において、パラメータの設定が完了し、フラグのON設定がなされたか否かが判断される。 On the other hand, when the parameter setting is completed and the flag is turned on in step S6, whether or not the parameter setting is completed and the flag is turned on in step S10 as shown in FIG. Is judged.
そして、ステップS10において、パラメータの設定が完了し、フラグのON設定がなされたと判断された場合、図4に示したように、ステップS11に進み、制御部22から初期指令信号の出力がなされる。
In step S10, when it is determined that the parameter setting is completed and the flag is set ON, the process proceeds to step S11 as shown in FIG. 4, and an initial command signal is output from the
一方、ステップS10において、パラメータの設定が完了せず、フラグのON設定がなされていないと判断された場合、再び、図4、図5のステップS2に戻り、パラメータの設定がなされる。 On the other hand, if it is determined in step S10 that the parameter setting has not been completed and the flag is not set to ON, the process returns to step S2 in FIGS. 4 and 5 to set the parameter again.
次に、図4に示したように、ステップS11において、制御部22から初期指令信号の出力がなされた後、ステップS12において、初期指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体12の駆動部20へ、制御波形(制御信号)として入力される。
Next, as shown in FIG. 4, after an initial command signal is output from the
そして、ステップS13において、試験装置本体12の検出センサ18からの応答波形について、波形補正演算部24の高調波演算部26において、上記で説明したように、フーリエ級数展開計算の演算が開始される。
Then, in step S13, as described above, the calculation of the Fourier series expansion calculation is started in the
次に、ステップS14において、ユーザーなどが設定する数の任意の倍数まで演算したか否かが判断される。そして、ステップS14において、任意の倍数まで演算したと判断された場合には、ステップS15に進む。 Next, in step S14, it is determined whether or not calculation has been performed up to an arbitrary multiple of the number set by the user or the like. If it is determined in step S14 that an arbitrary multiple has been calculated, the process proceeds to step S15.
そして、ステップS15では、波形補正演算部24の高周波生成部28において、演算結果から、任意のn倍の高調波のそれぞれの位相と振幅が抽出される(上記式(5)と式(6)参照)。
In step S15, the high-
一方、ステップS14において、任意の倍数まで演算したと判断されなかった場合には、再び、ステップS14において、任意の倍数まで演算したか否かの判断が繰り返されるようになっている。 On the other hand, if it is not determined in step S14 that the operation has been performed up to an arbitrary multiple, the determination as to whether the operation has been performed up to an arbitrary multiple is repeated in step S14.
そして、ステップS15で、高周波生成部28において、任意のn倍の高調波のそれぞれの位相と振幅が抽出された後、ステップS16において、制御目標(例えば、加速度180°、速度90°など)により、それぞれの高調波の位相と振幅が調整される。
In step S15, the high
次に、ステップS17において、それぞれの高調波生成器28aに、ステップS16において求めた位相と振幅情報が入力される。
Next, in step S17, the phase and amplitude information obtained in step S16 is input to each
そして、ステップS18において、それぞれの制御波形が、同時に加算部(加算器)30へ出力される(上記式(7)参照)。 In step S18, the control waveforms are simultaneously output to the adder (adder) 30 (see the above equation (7)).
一方、ピーク演算部36では、ステップS13において、初期指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体12の駆動部20へ、制御波形(制御信号)として入力された後、ステップS19へ進む。
On the other hand, in step S13, the peak calculation unit 36 inputs an initial command signal as a control waveform (control signal) to the
ステップS19では、ピーク検出部38において、試験装置本体12の検出センサ18からの応答波形から、現在の振幅(ピーク)が算出される。
In step S <b> 19, the
そして、ステップS20に進み、振幅指示値演算部40において、設定振幅との差が計算され、ステップS21において、先の差分を用いて振幅指令値の再計算が行われる。次に、ステップS22において、可変ゲイン器32のパラメータに先の計算結果が設定される(上記式(8)参照)。
Then, the process proceeds to step S20, where the amplitude instruction
そして、図4に示したように、ステップS18において、それぞれの制御波形が、同時に加算部(加算器)30へ出力された結果と、ステップS22において設定されたパラメータに基づいて、ステップS23において、可変ゲイン器32において、振幅が設定される。
Then, as shown in FIG. 4, in step S <b> 18, based on the result that the respective control waveforms are simultaneously output to the adder (adder) 30 and the parameters set in step S <b> 22 in step S <b> 18. In the
次に、ステップS24において、予め設定された回数、時間などの終了条件か否か判断され、終了条件と判断された場合には、ステップS25に進み、制御が終了される。一方、ステップS24において、終了条件でないと判断された場合には、ステップS13に再び戻って、指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体12の駆動部20へ、制御波形(制御信号)として入力されて、制御が繰り返される。
Next, in step S24, it is determined whether or not an end condition such as a preset number of times, time, or the like. If it is determined that the end condition is satisfied, the process proceeds to step S25 and the control is ended. On the other hand, if it is determined in step S24 that the condition is not an end condition, the process returns to step S13 again, and the command signal is transmitted to the
このように構成される本発明の試験装置の制御装置10によれば、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット(MPU)が不要で、コストを低減することができる。
According to the
また、任意のn倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差(歪)が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。 In addition, it is an operation up to an arbitrary n-th harmonic, there is no extra harmonic component, there is no risk of error (distortion), and the accuracy of vibration energy applied to the test piece is not impaired and accurate. Vibration test results are obtained.
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が1周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δf毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。 Further, unlike the conventional control method, it is not necessary to obtain the frequency characteristic for each Δf for the waveform data length equal to or longer than the period time of the excitation frequency where the target waveform necessary for correction is one cycle, and the correction time is short. Therefore, even when the state change of the test piece or the like occurs, the change can be dealt with instantaneously.
また、ピーク演算部36ピークの制御を行っているので、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる。 In addition, since the peak calculation unit 36 controls the peak, the amplitude error can be corrected accurately, and an accurate vibration test result can be obtained.
図6は、本発明の試験装置の制御装置10による試験装置の制御方法を示すグラフで、図6(A)は入力波形、図6(B)は速度波形、図6(C)は加速度波形を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a test apparatus control method by the
図6(B)のC部分と、図8(C)のD部分に示したように、本発明の試験装置の制御方法によれば、従来の制御方法の図8(B)のA部分と、図8(C)のB部分に比較して、極めて歪が減少している。 As shown in part C of FIG. 6 (B) and part D of FIG. 8 (C), according to the control method of the test apparatus of the present invention, the part A of FIG. As compared with the portion B in FIG. 8C, the distortion is extremely reduced.
また、本発明の試験装置の制御装置10によれば、例えば、計算ステップ数5000ステップ以内(20μ秒)(1サイクル)であり、常に対象の系を制御ループに取り込んでいるので、系の変化に対応できる。
Further, according to the
さらに、従来の試験装置100では、例えば、FFTを用いる場合、n=8とすると高速フーリエ変換(FFT)による計算回数が、229368回(計算式(N/2×log2(N)+(N/2-2))×4回)である。
Furthermore, in the
これに対して、本発明の試験装置の制御装置10によれば、例えば、第4高調波まで計算するとして、1波形のデータ数を1024として、基本波含めて計算する回数は、25600回であり、従来の試験装置100に比較して極めて短時間で処理が可能であることが分かる。
On the other hand, according to the
なお、本発明の試験装置の制御装置10では、制御波形としては、例えば、正弦波、三角波、矩形波などに対して適用でき、何ら限定されるものではないが、正弦波の周期関数であるのが望ましい
In the
さらに、本発明の試験装置の制御装置10では、制御波形が、重畳された制御波形であっても使用することができる。例えば、2Hzの回転波形に、5Hzの荷重波形を重ねて試験する場合などにも適用することができる。
Furthermore, the
また、本発明の試験装置の制御装置10では、アクチュエータ14としては、油圧式のアクチュエータに適用するのが望ましいが、例えば、電気式サーボモータなど電気式のアクチュエータにも適用することができる。
In the
さらに、本発明の試験装置の制御装置10では、上記実施例では、ピーク演算部36を設けたが、ピーク演算部36を設けないで処理することも可能である。
Furthermore, in the
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り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、車輛のショックアブソーバ、橋梁・ビル・住宅・建築物などの構造物に対して、外力を負荷する載荷試験など各種試験を行うための試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法に適用することができる。 The present invention relates to, for example, a control device for a test apparatus and a test apparatus for performing various tests such as a load test in which an external force is applied to a structure such as a shock absorber of a vehicle, a bridge, a building, a house, or a building. It can be applied to the control method.
10 制御装置
12 試験装置本体
14 アクチュエータ
16 ピストン
18 検出センサ
20 駆動部
22 制御部
24 波形補正演算部
26 高調波演算部
28 高周波生成部
28a 高調波生成器
30 加算部
32 可変ゲイン器
36 ピーク演算部
38 ピーク検出部
40 振幅指示値演算部
42 メモリー
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 検出器
180 加速度
A テストピース
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理する高調波演算部と、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部と、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のn倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算部と、
を備えた波形補正演算部を備えることを特徴とする試験装置の制御装置。 A control device for a test apparatus for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
A response waveform from the test apparatus with respect to the control waveform input to the test apparatus, a fundamental wave component, and a harmonic calculation unit that calculates up to an arbitrary n-th harmonic,
A high-frequency generator that calculates the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic calculated by the harmonic calculator;
An adder for generating a control waveform to the test apparatus by inputting and summing the phase and amplitude of the arbitrary n-fold harmonics processed by the high-frequency generator and the fundamental component;
A control apparatus for a test apparatus, comprising: a waveform correction calculation unit comprising:
位相、
ここで、an、bnは、それぞれ、
Tは、加振周波数の1周期の時間、ω0は加振周波数f0[Hz]の角周波数ω0=2πf0である。 In the harmonic calculation unit, the measurement waveform f (t)
phase,
Here, a n and b n are respectively
T is the time of one cycle of the excitation frequency, and ω 0 is the angular frequency ω 0 = 2πf 0 of the excitation frequency f 0 [Hz].
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のn倍高調波まで演算処理する高調波演算ステップと、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のn倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成ステップと、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のn倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算ステップと、
を備えることを特徴とする試験装置の制御方法。 A test apparatus control method for performing various tests by applying an external force to a structure under test,
A harmonic calculation step for calculating a response waveform from the test apparatus to the control waveform input to the test apparatus, up to a fundamental wave component and an arbitrary n-th harmonic;
A high-frequency generation step for calculating the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic calculated by the harmonic calculation unit;
An addition step of generating a control waveform to the test apparatus by inputting and summing the phase and amplitude of the arbitrary n-th harmonic wave processed by the high-frequency generator and the fundamental wave component;
A control method for a test apparatus, comprising:
位相、
ここで、an、bnは、それぞれ、
Tは、加振周波数の1周期の時間、ω0は加振周波数f0[Hz]の角周波数ω0=2πf0である。 In the harmonic calculation step, the measurement waveform f (t)
phase,
Here, a n and b n are respectively
T is the time of one cycle of the excitation frequency, and ω 0 is the angular frequency ω 0 = 2πf 0 of the excitation frequency f 0 [Hz].
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