JP2020064021A - Vibration tester for damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダンパの振動試験装置に関する。 The present invention relates to a vibration test device for a damper.
一般に、プラントに対して指令を入力して、プラントの出力を目標波形通りに制御するシステムとしては、プラントの出力を検知して、この出力をフィードバックして目標波形が指示する指示値との偏差を求め、PI補償やPID補償を行ってプラントへ与える指令を求めるものがある。このように、フィードバック制御を行うシステムとしては、たとえば、ダンパに油圧アクチュエータで振動を与えてダンパの疲労耐久性をテストするダンパの振動試験装置がある。 Generally, as a system that inputs a command to the plant and controls the output of the plant according to the target waveform, the output of the plant is detected and this output is fed back to obtain the deviation from the indicated value indicated by the target waveform. , And PI compensation and PID compensation are performed to obtain a command to be given to the plant. Thus, as a system for performing feedback control, for example, there is a damper vibration test apparatus that tests the fatigue durability of the damper by applying vibration to the damper with a hydraulic actuator.
ダンパに対して油圧アクチュエータで正弦波振動を与えて振動試験を行う振動試験機における油圧アクチュエータは、内部にピストンで区画される伸側室と圧側室とを有するシリンダと、ピストンに連結されてシリンダ内に挿入されてシリンダに対して軸方向に移動可能なロッドと、伸側室と圧側室を油圧源とタンクとに連通可能なサーボ弁とを備えている。このような、油圧アクチュエータを備えた振動試験装置は、油圧アクチュエータの変位、速度或いは加速度をフィードバックするフィードバック制御を行って、サーボ弁を駆動して油圧アクチュエータのストロークと推力を制御する(たとえば、特許文献1参照)。 A hydraulic actuator in a vibration tester that applies a sinusoidal vibration to a damper by a hydraulic actuator to perform a vibration test includes a cylinder having an expansion side chamber and a compression side chamber which are partitioned by a piston, and a cylinder connected to the piston. A rod that is inserted into the cylinder and can move in the axial direction with respect to the cylinder; Such a vibration test apparatus including a hydraulic actuator performs feedback control that feeds back displacement, speed, or acceleration of the hydraulic actuator to drive a servo valve to control the stroke and thrust of the hydraulic actuator (for example, Patent Document 1). Reference 1).
ダンパは伸縮すると減衰力と称される反力を発生するため、油圧アクチュエータをフィードバック制御する場合、ダンパが出力する減衰力の影響を加味してやらないとダンパに目標指令通りに振動を与えられない。 When the damper expands and contracts, a reaction force called damping force is generated. Therefore, when the hydraulic actuator is feedback-controlled, the damper cannot be vibrated according to the target command unless the influence of the damping force output by the damper is taken into consideration.
フィードバック制御によって油圧アクチュエータを制御する場合、ダンパの反力を外乱と看做して、ダンパの反力を伝達関数でモデル化して目標指令から差し引いてやれば、ダンパに目標指令通りに振動を与えられるようにも思える。 When controlling a hydraulic actuator by feedback control, if the reaction force of the damper is regarded as a disturbance and the reaction force of the damper is modeled by a transfer function and subtracted from the target command, the damper will be vibrated according to the target command. It seems to be possible.
しかしながら、ダンパ内に充填される作動油には気体が含まれており、ダンパが伸縮する速度に対して出力する減衰力の特性は、図4に示すように、ヒステリシスを持つとともに、速度に対して減衰力が非線形となる特性となる。したがって、伝達関数モデルでは非線形なダンパの減衰力を表現するのは不可能であり、モデル無しでは発生する反力を考慮した制御をすることができないので、目標指令通りにダンパへ振動を与えるのは難しい。 However, since the hydraulic oil filled in the damper contains gas, the characteristic of the damping force output with respect to the speed at which the damper expands and contracts has hysteresis as shown in FIG. The damping force has a non-linear characteristic. Therefore, it is impossible to express the nonlinear damping force of the damper with the transfer function model, and it is not possible to control without considering the reaction force generated without the model. Is difficult
非線形特性を学習し得るニューラルネットワークモデルを利用した油圧アクチュエータの動作の学習およびシステム同定では、目標指令の入力から油圧アクチュエータの出力までのモデルの逆モデルを学習し、目標指令から油圧アクチュエータへ与える操作量を得ることも考えられる。しかしながら、油圧アクチュエータの応答には油圧系やサーボ弁由来の大きな時間遅れがあって、単に畳み込み系のニューラルネットワークモデルを利用しただけでは時間遅れに対応できず、やはり、目標指令にダンパの振動を精度よく追従させるのは難しい。 In learning the operation of hydraulic actuators and system identification using a neural network model that can learn non-linear characteristics, the inverse model of the model from the input of the target command to the output of the hydraulic actuator is learned, and the operation to give to the hydraulic actuator from the target command. It is also possible to get a quantity. However, there is a large time delay in the response of the hydraulic actuator due to the hydraulic system and the servo valve, and it is not possible to deal with the time delay simply by using the convolutional neural network model. It is difficult to make it follow accurately.
そこで、本発明の目的は、ダンパの振動を目標指令に精度よく一致させ得るダンパの振動試験装置の提供である。 Then, the objective of this invention is providing the vibration test apparatus of a damper which can match the vibration of a damper with a target command accurately.
上記した目的を達成するため、本発明のダンパの振動試験装置は、テレスコピック型のダンパに振動を与えるアクチュエータと、ダンパの伸縮変位、伸縮速度および伸縮加速度の三つの情報のうち90度位相がずれた二つ情報を検知する検知器と、目標指令を前記検知器で検知した情報の入力によってニューラルネットワークモデルを利用してダンパの反力を打ち消す補正値を求める補正器を有し、補正器で目標指令を補正して得た補正指令をアクチュエータへ与えてアクチュエータを制御するコントローラとを備えている。このように構成されたコントローラは、アクチュエータを制御するにあたってダンパの反力を補正器で学習し、ダンパの反力を打ち消す補正値を求め得る。 In order to achieve the above-mentioned object, the vibration test apparatus for a damper of the present invention is configured such that the actuator for giving vibration to the telescopic damper and the three information of the expansion / contraction displacement, expansion / contraction speed and expansion / contraction acceleration of the damper are out of phase by 90 degrees. There is a detector for detecting two different information and a corrector for obtaining a correction value for canceling the reaction force of the damper by using the neural network model by inputting the information detected by the detector for the target command. And a controller for controlling the actuator by giving a correction command obtained by correcting the target command to the actuator. The controller thus configured can learn the reaction force of the damper with the corrector when controlling the actuator, and obtain a correction value that cancels the reaction force of the damper.
また、検知器が伸縮変位、伸縮速度および伸縮加速度の三つの情報の全部を検知し、補正器が伸縮変位、伸縮速度および伸縮加速度の三つの情報を利用して目標指令を補正する補正値を得るようにダンパの振動試験装置を構成してもよく、このようにするとダンパの反力を精度よく打ち消す補正値を得ることができる。 In addition, the detector detects all three pieces of information on expansion / contraction displacement, expansion / contraction speed, and expansion / contraction acceleration, and the corrector uses the three pieces of information on expansion / contraction displacement, expansion / contraction speed, and expansion / contraction acceleration to set the correction value for correcting the target command. The vibration test device for the damper may be configured to obtain the correction value. By doing so, it is possible to obtain a correction value that cancels the reaction force of the damper with high accuracy.
本発明のダンパの振動試験装置によれば、ダンパの振動を目標指令に精度よく一致させ得る。 According to the damper vibration test apparatus of the present invention, the vibration of the damper can be accurately matched with the target command.
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1に示すように、一実施の形態におけるダンパの振動試験装置1は、テレスコピック型のダンパDに振動を与えるアクチュエータAと、ダンパDの伸縮変位、伸縮速度および伸縮加速度の三つの情報を検知する検知器Sと、前記三つの情報をフィードバックしてアクチュエータAを制御するコントローラCとを備えている。
The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. As shown in FIG. 1, a damper
ダンパDは、テレスコピック型のダンパであって、一端がアクチュエータAに連結されるとともに他端はダンパの振動試験装置1の門型フレームFに対して上下動可能に装着されるクランプ2に連結される。
The damper D is a telescopic type damper, one end of which is connected to the actuator A, and the other end of which is connected to a
アクチュエータAは、本実施の形態では、図1に示すように、直動型の油圧シリンダとされており、コントローラCからの指令の入力によって、指令が指示する伸縮方向と速度に応じて伸縮する。本実施の形態では、ダンパDの伸縮方向は、アクチュエータAの伸縮方向に一致させており、アクチュエータAが伸縮するとダンパDの同様に伸縮してダンパDに振動が与えられる。なお、本実施の形態では、ダンパDの伸縮方向とアクチュエータAの伸縮方向とを一致させているが、ダンパDとアクチュエータAとを回転可能に連結して、アクチュエータAに対してダンパDを斜めに連結して、ダンパDに伸縮方向の振動の他に横方向の振動を負荷するようにして試験を行ってもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the actuator A is a direct-acting hydraulic cylinder, and when a command is input from the controller C, the actuator A expands / contracts in accordance with the expansion / contraction direction and speed instructed by the command. . In the present embodiment, the expansion / contraction direction of the damper D is made to coincide with the expansion / contraction direction of the actuator A, and when the actuator A expands / contracts, the damper D expands / contracts in the same manner and vibration is applied to the damper D. In the present embodiment, the expansion / contraction direction of the damper D and the expansion / contraction direction of the actuator A are made to coincide with each other. However, the damper D and the actuator A are rotatably connected to each other so that the damper D is oblique to the actuator A. The test may be carried out by connecting the damper D with the vibration in the lateral direction in addition to the vibration in the expansion / contraction direction.
検知器Sは、本実施の形態では、ダンパDの伸縮加速度αを検知する加速度センサ3と、加速度センサ3で検知した伸縮加速度αを積分して伸縮速度vを得る積分器4と、伸縮速度vを積分して伸縮変位xを得る積分器5とを備えている。なお、検知器Sは、ダンパDの伸縮変位を検知するストロークセンサと、ストロークセンサで検知したダンパDの伸縮変位xを微分してダンパDの伸縮速度vを得る微分器と、微分器で検知したダンパDの伸縮速度をさらに微分してダンパDの伸縮加速度αを得る微分器とで構成されてもよい。また、検知器Sは、ダンパDの伸縮加速度αを検知する加速度センサ3と、ダンパDの伸縮変位を検知するストロークセンサと、伸縮加速度を積分する積分器或いは伸縮変位を微分する微分器とで構成されてもよい。
In the present embodiment, the detector S includes an
コントローラCは、図2に示すように、ニューラルネットワークモデルを利用してダンパDの反力を打ち消す指令を補正値Rとして求める補正器6と、入力される目標指令U*から補正値Rを差し引いて補正指令Uを生成する加算器7とを備えて構成されている。 As shown in FIG. 2, the controller C uses a neural network model to obtain a command for canceling the reaction force of the damper D as a correction value R, and subtracts the correction value R from the input target command U *. And an adder 7 that generates a correction command U by means of the above.
補正器6は、目標指令U*と、ダンパDの伸縮変位x、伸縮速度v、伸縮加速度αとの入力を受けて、アクチュエータAによって振動が入力されることによってダンパDが出力する反力である減衰力をニューラルネットワークモデルを利用して学習し、このダンパDの反力を打ち消すための補正値Rを求める。
The
具体的には、補正器6は、図3に示すように、目標指令U*の他、ダンパDの伸縮変位x、伸縮速度v、伸縮加速度αの情報を入力層に入力して、各情報に重みづけ係数W11,W12,・・・W1n,W21,W22,・・・W2n,W31,W32・・・W3nを乗て重みづけして中間層のn個の情報y1,y2,・・・,ynを得る。さらに、補正器6は、これら中間層の情報y1,y2,・・・ynにそれぞれ重みづけ係数W41,W42,・・・W4nを乗じて重みづけして出力層の補正値Rを得る。なお、中間層における情報の個数は、任意に設定できる。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
補正器6は、目標指令の入力からアクチュエータAへの操作量が入力される度に、つまり、目標指令に対するダンパDの応答である三つの情報から入力層の情報が得られる度に、出力層の補正値RがダンパDの減衰力に等しくなるように、重みづけ係数W11,W12,・・・W4nを調整して、ダンパDの反力の特性を学習していく。なお、補正器6による学習には、Adamの学習側の他、種々の学習則を利用可能である。
The
このようにして補正器6は、ダンパDの反力である減衰力を学習するので、ダンパDの反力を打ち消す補正値Rを精度よく求め得る。ダンパDの伸縮速度vと伸縮変位xの二つの情報或いは伸縮速度vと伸縮加速度αの二つの情報を利用して補正器6で学習する場合、伸縮変位x或いは伸縮加速度αをダンパDの減衰力のヒステリシスの場合分けの材料として用いることができ、ニューラルネットワークモデルの本来の特性である判別が働き、伸縮速度vに対してヒステリシス特性の結びつけが可能なる。また、本来であればダンパDの反力のヒステリシスの場合分けの材料としては伸縮速度vに対するダンパDの反力の微分もしくは時間微分により成されるが、反力の微分や時間微分を求めるには遅れ特性を持つフィルタを使用する必要があり、制御系に遅れと構成を持つフィルタを利用するとコントローラCの性能低下につながってしまう。これに対して、ダンパDの伸縮速度vと伸縮変位xの二つの情報或いは伸縮速度vと伸縮加速度αの二つの情報を利用する場合、ノイズの影響や計測精度が良好なデータを選択して用いることができ、補正器6は、補正値Rを効率的に求め得る。なお、本実施の形態では、伸縮変位x、伸縮速度vおよび伸縮加速度αの三つの情報を補正器6に入力するようにしているので、補正値Rを得るまでの時間の短縮に加えて、より高精度の補正値Rが得られる。
In this way, the
加算器7は、目標指令U*から補正器6で得た補正値Rを差し引いて補正指令Uを求め、補正指令Uを操作量としてアクチュエータAに与える。このようにしてコントローラCは、アクチュエータAを制御するので、ダンパDの反力を打ち消してダンパDに対して目標指令通りに振動を負荷して良好な振動試験を行える。
The adder 7 subtracts the correction value R obtained by the
以上のように、本実施の形態のダンパの振動試験装置1は、テレスコピック型のダンパDに振動を与えるアクチュエータAと、ダンパDの伸縮変位x、伸縮速度vおよび伸縮加速度αの三つの情報のうち90度位相がずれた二つ情報を検知する検知器Sと、目標指令U*を前記検知器Sで検知した情報の入力によってニューラルネットワークモデルを利用してダンパDの反力を打ち消す補正値Rを求める補正器6を有し、補正器6で目標指令U*を補正して得た補正指令UをアクチュエータAへ与えてアクチュエータAを制御するコントローラCとを備えている。このように構成されたコントローラCは、システムの非線形写像関係を部分的にニューラルネットワークに学習させることにより既存の伝達関数を用いた逆システムを利用した制御とニューラルネットワークによる補正値Rを推定する機械学習を組み合わせることによってアクチュエータAを制御する。よって、コントローラCは、アクチュエータAを制御するにあたりダンパDの非線形な反力を補正器6で学習してダンパDの反力を打ち消す補正値Rを求め得るので、ダンパDの振動が目標指令に精度良く一致し、良好な振動試験を行える。
As described above, the damper
また、本実施の形態のダンパの振動試験装置1では、検知器Sが伸縮変位x、伸縮速度vおよび伸縮加速度αの三つの情報の全部を検知し、補正器6が伸縮変位x、伸縮速度vおよび伸縮加速度αの三つの情報を利用して目標指令U*を補正する補正値Rを得るので、ダンパDの反力を精度よく打ち消す補正値Rを得ることができる。
Further, in the damper
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。 While this concludes the description of the embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the details shown or described.
1・・・ダンパの振動試験装置、6・・・補正器、A・・・アクチュエータ、C・・・コントローラ、D・・・ダンパ、S・・・検知器 1 ... Damper vibration test device, 6 ... Compensator, A ... Actuator, C ... Controller, D ... Damper, S ... Detector
Claims (2)
前記ダンパの伸縮変位、伸縮速度および伸縮加速度の三つの情報のうち90度位相がずれた二つ情報を検知する検知器と、
目標指令を前記検知器で検知した情報の入力によってニューラルネットワークモデルを利用して前記ダンパの反力を打ち消す補正値を求める補正器を有し、前記補正値で前記目標指令を補正して得た補正指令を前記アクチュエータへ与えて前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた
ダンパの振動試験装置。 An actuator that gives vibration to a telescopic damper,
A detector that detects two pieces of information that are 90 degrees out of phase among the three pieces of information of the expansion / contraction displacement, expansion / contraction speed, and expansion / contraction acceleration of the damper,
The target command is input by inputting the information detected by the detector, and has a corrector for obtaining a correction value for canceling the reaction force of the damper by using a neural network model. The target command is corrected by the correction value. A damper vibration test apparatus comprising: a controller that gives a correction command to the actuator to control the actuator.
前記補正器は、前記伸縮変位、前記伸縮速度および前記伸縮加速度の三つの情報を利用して前記目標指令を補正する前記補正値を得る
ことを特徴とする請求項1に記載のダンパの振動試験装置。 The detector detects all three information of the expansion and contraction displacement, the expansion and contraction speed and the expansion and contraction acceleration,
The vibration test of the damper according to claim 1, wherein the corrector obtains the correction value for correcting the target command using three pieces of information of the expansion / contraction displacement, the expansion / contraction speed, and the expansion / contraction acceleration. apparatus.
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