JP3435167B2 - 多軸加振装置およびその制御方法 - Google Patents
多軸加振装置およびその制御方法Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
- G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
- G01M7/06—Multidirectional test stands
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、供試体に対して多数の加振方向を有する多
軸加振装置及びその多軸加振装置の制御方法に関する。
軸加振装置及びその多軸加振装置の制御方法に関する。
背景技術
多軸加振装置を制御する方法としては、日本機械学
会第74期通常総会講演会講演論文集（Ｉ）（平成９年）
の400頁に記載されているように、加振点の位置と回転
角の指令値とを用いて加振機の変位指令値を求め、この
指令値に基づいて加振機を駆動する方法、特開平３−
110437号公報に記載のように、加振点における荷重の指
令値から加振機に対する荷重指令値を求め、この指令値
に基づき加振機を駆動する方法、特開平９−159569号
公報に記載のように、上下方向に配置された加振機を荷
重制御し、水平方向に配置された加振機を変位制御する
方法等が知られている。
会第74期通常総会講演会講演論文集（Ｉ）（平成９年）
の400頁に記載されているように、加振点の位置と回転
角の指令値とを用いて加振機の変位指令値を求め、この
指令値に基づいて加振機を駆動する方法、特開平３−
110437号公報に記載のように、加振点における荷重の指
令値から加振機に対する荷重指令値を求め、この指令値
に基づき加振機を駆動する方法、特開平９−159569号
公報に記載のように、上下方向に配置された加振機を荷
重制御し、水平方向に配置された加振機を変位制御する
方法等が知られている。
ところで、免震装置を対象とした振動実験では、実際
の使用条件と実験条件を合わせるために、上下方向から
一定荷重を加えながら水平方向に変位加振する必要があ
る。このような実験に使用する多軸加振装置に上記の
制御方法を用いると、加振点の位置と回転角は制御でき
るが、上下方向に加える荷重を制御することは困難であ
る。また、上記の制御方法を用いると、上下方向に加
える荷重を制御することは可能であるが、水平方向の変
位を制御することは困難である。さらに、上記の制御
方法を用いると、加振により供試体が変形し、その結
果、荷重を加える方向と変位加振する方向が変化し、上
下方向の荷重と水平方向の変位が指令値に合致しなくな
るおそれがある。
の使用条件と実験条件を合わせるために、上下方向から
一定荷重を加えながら水平方向に変位加振する必要があ
る。このような実験に使用する多軸加振装置に上記の
制御方法を用いると、加振点の位置と回転角は制御でき
るが、上下方向に加える荷重を制御することは困難であ
る。また、上記の制御方法を用いると、上下方向に加
える荷重を制御することは可能であるが、水平方向の変
位を制御することは困難である。さらに、上記の制御
方法を用いると、加振により供試体が変形し、その結
果、荷重を加える方向と変位加振する方向が変化し、上
下方向の荷重と水平方向の変位が指令値に合致しなくな
るおそれがある。
発明の開示
本発明は、上記従来技術の有する不具合にを鑑みてな
されたものであり、その目的は、一の方向には変位を制
御し、他の方向には荷重を制御することが可能な多軸加
振装置を提供することにある。
されたものであり、その目的は、一の方向には変位を制
御し、他の方向には荷重を制御することが可能な多軸加
振装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、複
数の加振機により供試体を加振するものであって、３自
由度以上の自由度の加振試験が可能な多軸加振装置にお
いて、仮想的に定めた加振点の運動を記述する複数の成
分を有する位置座標の中の少なくとも１つの成分と、こ
の加振点に加わる複数の成分を有する荷重の中の少なく
とも１つの成分とを含み、自由度に応じた成分数だけ選
定した指令値に対応する実際の加振点の位置と荷重を求
める加振点の位置荷重検出手段と；この位置荷重検出手
段により得られた加振点の位置および荷重と前記指令値
とを用いて前記複数の加振機の各々に対する加振指令値
を演算する演算手段と；この演算手段で得られた加振指
令値に基づいて前記加振機を制御する加振制御手段と；
を備えたものである。
数の加振機により供試体を加振するものであって、３自
由度以上の自由度の加振試験が可能な多軸加振装置にお
いて、仮想的に定めた加振点の運動を記述する複数の成
分を有する位置座標の中の少なくとも１つの成分と、こ
の加振点に加わる複数の成分を有する荷重の中の少なく
とも１つの成分とを含み、自由度に応じた成分数だけ選
定した指令値に対応する実際の加振点の位置と荷重を求
める加振点の位置荷重検出手段と；この位置荷重検出手
段により得られた加振点の位置および荷重と前記指令値
とを用いて前記複数の加振機の各々に対する加振指令値
を演算する演算手段と；この演算手段で得られた加振指
令値に基づいて前記加振機を制御する加振制御手段と；
を備えたものである。
そして好ましくは、加振指令値は、荷重指令値であ
り、さらに好ましくは、演算手段は、指令値の成分に対
応した方向の制御荷重成分を演算する第１の演算部と、
この制御荷重成分から前記各加振機への荷重指令値を演
算する第２の演算部とを有するものである。さらに、第
１の演算部は、加振点の運動を記述する位置座標の少な
くとも１つの成分について、指令値として荷重と位置を
選択可能にする選択手段を有すること、または、第１の
演算部は、加振点の運動を記述する位置座標の少なくと
も１つの成分について、位置が指令値として入力された
ときに前記制御荷重を演算する第１の制御荷重演算部
と、荷重が指令値として入力されたときに前記制御荷重
を演算する第２の制御荷重演算部とを備えることが望ま
しい。
り、さらに好ましくは、演算手段は、指令値の成分に対
応した方向の制御荷重成分を演算する第１の演算部と、
この制御荷重成分から前記各加振機への荷重指令値を演
算する第２の演算部とを有するものである。さらに、第
１の演算部は、加振点の運動を記述する位置座標の少な
くとも１つの成分について、指令値として荷重と位置を
選択可能にする選択手段を有すること、または、第１の
演算部は、加振点の運動を記述する位置座標の少なくと
も１つの成分について、位置が指令値として入力された
ときに前記制御荷重を演算する第１の制御荷重演算部
と、荷重が指令値として入力されたときに前記制御荷重
を演算する第２の制御荷重演算部とを備えることが望ま
しい。
また、位置座標は、並進方向位置座標成分と回転方向
位置座標成分とを有すること、荷重は、並進方向荷重成
分と回転方向のモーメント成分とを有することが望まし
い。
位置座標成分とを有すること、荷重は、並進方向荷重成
分と回転方向のモーメント成分とを有することが望まし
い。
上記目的を達成するための本発明の第２の態様は、複
数の加振機により供試体を加振するものであって、３自
由度以上の自由度の加振試験が可能な多軸加振装置の制
御方法において、仮想的に定めた加振点の運動を記述す
る複数の成分を有する位置座標の中の少なくとも１つの
成分と、この加振点に加わる複数の成分を有する荷重の
中の少なくとも１つの成分とを含み、自由度に応じた成
分数だけ選定した指令値を定めるステップと、この指令
値に対応する実際の加振点の位置と荷重を求めるステッ
プと、求められた加振点の位置および荷重と指令値とを
用いて複数の加振機の各々に対する加振指令値を演算す
るステップと、得られた加振指令値に基づいて加振機を
制御するステップとを備えたものである。
数の加振機により供試体を加振するものであって、３自
由度以上の自由度の加振試験が可能な多軸加振装置の制
御方法において、仮想的に定めた加振点の運動を記述す
る複数の成分を有する位置座標の中の少なくとも１つの
成分と、この加振点に加わる複数の成分を有する荷重の
中の少なくとも１つの成分とを含み、自由度に応じた成
分数だけ選定した指令値を定めるステップと、この指令
値に対応する実際の加振点の位置と荷重を求めるステッ
プと、求められた加振点の位置および荷重と指令値とを
用いて複数の加振機の各々に対する加振指令値を演算す
るステップと、得られた加振指令値に基づいて加振機を
制御するステップとを備えたものである。
そして好ましくは、加振指令値は、荷重指令値であ
り、さらに好ましくは、加振指令値を演算するステップ
は、前記指令値の成分に対応した方向の制御荷重成分を
演算する第１の演算ステップと、この制御荷重成分から
各加振機への荷重指令値を演算する第２の演算ステップ
とを有するものである。
り、さらに好ましくは、加振指令値を演算するステップ
は、前記指令値の成分に対応した方向の制御荷重成分を
演算する第１の演算ステップと、この制御荷重成分から
各加振機への荷重指令値を演算する第２の演算ステップ
とを有するものである。
そして、第１の演算ステップは、加振点の運動を記述
する位置座標の少なくとも１つの成分について、指令値
として荷重と位置を選択する選択ステップを有すること
が望ましい。また、第１の演算ステップは、加振点の運
動を記述する位置座標の少なくとも１つの成分につい
て、位置が指令値として入力されたか、荷重が指令値と
して入力されたかを判断するステップを備えることが望
ましい。
する位置座標の少なくとも１つの成分について、指令値
として荷重と位置を選択する選択ステップを有すること
が望ましい。また、第１の演算ステップは、加振点の運
動を記述する位置座標の少なくとも１つの成分につい
て、位置が指令値として入力されたか、荷重が指令値と
して入力されたかを判断するステップを備えることが望
ましい。
さらに、位置座標は、並進方向位置座標成分と回転方
向位置座標成分とを有すること、荷重は、並進方向荷重
成分と回転方向のモーメント成分とを有することが望ま
しい。
向位置座標成分とを有すること、荷重は、並進方向荷重
成分と回転方向のモーメント成分とを有することが望ま
しい。
上記目的を達成するための本発明の第３の態様は、複
数の加振機により供試体を加振するものであって、仮想
的に定めた加振点の運動を制御する多軸加振装置におい
て、この多軸加振装置に入力される変位または荷重の指
令信号の入力手段と、供試体の位置または荷重の少なく
ともいずれかに対応するデータを検出可能な位置荷重検
出手段と、この位置荷重検出手段の検出値と加振機への
指令値とを用いて加振点の位置および荷重の指令値を求
めこの指令値に基づいて複数の加振機の各々に対する加
振指令値を演算する演算手段と、この演算手段と変位ま
たは荷重の指令信号との接続を切換える切換え手段とを
備えたものである。
数の加振機により供試体を加振するものであって、仮想
的に定めた加振点の運動を制御する多軸加振装置におい
て、この多軸加振装置に入力される変位または荷重の指
令信号の入力手段と、供試体の位置または荷重の少なく
ともいずれかに対応するデータを検出可能な位置荷重検
出手段と、この位置荷重検出手段の検出値と加振機への
指令値とを用いて加振点の位置および荷重の指令値を求
めこの指令値に基づいて複数の加振機の各々に対する加
振指令値を演算する演算手段と、この演算手段と変位ま
たは荷重の指令信号との接続を切換える切換え手段とを
備えたものである。
図面の簡単な説明
第１図は、本発明における多軸加振装置の一実施例の
ブロック図であり、第２図は、第１図中の多軸加振機構
の一実施例の模式図、第３図は第１図に示す多軸加振装
置の動作を説明する図である。
ブロック図であり、第２図は、第１図中の多軸加振機構
の一実施例の模式図、第３図は第１図に示す多軸加振装
置の動作を説明する図である。
第４図は、本発明における多軸加振装置の他の実施例
を説明する図であり、第５図は、その動作を説明する図
である。
を説明する図であり、第５図は、その動作を説明する図
である。
第６図は、本発明における多軸加振装置のさらに他の
実施例を説明する図であり、第７図は、その動作を説明
する図である。
実施例を説明する図であり、第７図は、その動作を説明
する図である。
第８図及び第９図は、本発明における多軸加振装置の
さらに他の実施例を説明する図である。
さらに他の実施例を説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明のいくつかの実施例について図面を用い
て説明する。
て説明する。
第２図に本発明に係る加振機および伝達機構（以下、
これらを合わせて多軸加振機構と称す）の一実施例の模
式図を示す。第２図において、フレーム20eに取り付け
た加振機20a、20b、20cと供試体20fとを加振治具20dを
介して接続している。これらの加振機20a、20b、20cを
駆動して、加振治具20dを水平方向、上下方向およびそ
の面内の回転方向に駆動する。これにより、供試体20f
を並進および回転加振する。
これらを合わせて多軸加振機構と称す）の一実施例の模
式図を示す。第２図において、フレーム20eに取り付け
た加振機20a、20b、20cと供試体20fとを加振治具20dを
介して接続している。これらの加振機20a、20b、20cを
駆動して、加振治具20dを水平方向、上下方向およびそ
の面内の回転方向に駆動する。これにより、供試体20f
を並進および回転加振する。
このとき、後述する加振点に関する変位データ（回転
変位を含む）を得るために、各加振機20a、20b、20cに
取り付けた位置・回転角センサー21a、21b、21cを用い
て加振機または加振治具の変位（回転変位を含む）を測
定する。一方、加振点の荷重データ（モーメントを含
む）を得るために、加振機20a、20b、20cの先端部に取
り付けた荷重・モーメントセンサー22a、22b、22cによ
り、加振機または加振治具の荷重（モーメントを含む）
を測定する。
変位を含む）を得るために、各加振機20a、20b、20cに
取り付けた位置・回転角センサー21a、21b、21cを用い
て加振機または加振治具の変位（回転変位を含む）を測
定する。一方、加振点の荷重データ（モーメントを含
む）を得るために、加振機20a、20b、20cの先端部に取
り付けた荷重・モーメントセンサー22a、22b、22cによ
り、加振機または加振治具の荷重（モーメントを含む）
を測定する。
加振点とその位置およびその点回りの回転角を規定す
る、第２図で用いる座標系の一例を以下に説明する。加
振点としては供試体の変形を一義に与えることができる
点を選定することが望ましい。具体的には、例えば柱状
の供試体20fの場合には、加振治具20dと供試体の中立軸
20hとの交点に加振点20gを設定すればよい。
る、第２図で用いる座標系の一例を以下に説明する。加
振点としては供試体の変形を一義に与えることができる
点を選定することが望ましい。具体的には、例えば柱状
の供試体20fの場合には、加振治具20dと供試体の中立軸
20hとの交点に加振点20gを設定すればよい。
加振点の位置および加振点回りの回転角を規定する座
標系（一般座標系）として、例えば、第２図に示すよう
に初期状態での加振点の位置を原点とし、水平方向に
ｘ、上下方向にｚ、ｘ−ｚ面内の原点回りの回転角をθ
ｙとする。また、ｘ、ｚに対応する荷重をFx、Fz、θｙ
に対応するモーメントをMyとする。この例では、直交座
標を設定しているが、直交座標以外の座標、例えば、円
筒座標や球座標などを用いることも可能である。なお、
本発明では３自由度以上の自由度を有する運動を対象と
している。その理由としては、２自由度以下の場合に
は、本発明を用いなくとも加振点へ正確に荷重や変位デ
ータをフィードバックできる方法が存在するからであ
る。すなわち、本発明は従来加振点への荷重やデータの
正確なフィードバックが困難であったために近似的に２
自由度運動として取り扱われていた様な運動をも正確に
記述して、試験精度の向上を可能としているものであ
る。
標系（一般座標系）として、例えば、第２図に示すよう
に初期状態での加振点の位置を原点とし、水平方向に
ｘ、上下方向にｚ、ｘ−ｚ面内の原点回りの回転角をθ
ｙとする。また、ｘ、ｚに対応する荷重をFx、Fz、θｙ
に対応するモーメントをMyとする。この例では、直交座
標を設定しているが、直交座標以外の座標、例えば、円
筒座標や球座標などを用いることも可能である。なお、
本発明では３自由度以上の自由度を有する運動を対象と
している。その理由としては、２自由度以下の場合に
は、本発明を用いなくとも加振点へ正確に荷重や変位デ
ータをフィードバックできる方法が存在するからであ
る。すなわち、本発明は従来加振点への荷重やデータの
正確なフィードバックが困難であったために近似的に２
自由度運動として取り扱われていた様な運動をも正確に
記述して、試験精度の向上を可能としているものであ
る。
第１図ないし第３図を用いて、本発明における多軸加
振装置の一実施例を説明する。第１図は、多軸加振装置
のブロック図である。本実施例では、多軸加振機構20と
して、第２図に示す多軸加振機構を用いている。供試体
20fをｘ方向に変位加振し、ｚ方向に一定荷重を加え
る。θｙ方向には回転を抑制するため、一定変位に保持
されるよう制御する。ここで、本発明の対象は、供試体
のある方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御
するものである。
振装置の一実施例を説明する。第１図は、多軸加振装置
のブロック図である。本実施例では、多軸加振機構20と
して、第２図に示す多軸加振機構を用いている。供試体
20fをｘ方向に変位加振し、ｚ方向に一定荷重を加え
る。θｙ方向には回転を抑制するため、一定変位に保持
されるよう制御する。ここで、本発明の対象は、供試体
のある方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御
するものである。
上記実施例において、ｘ方向の変位指令値をxref、θ
ｙ方向の変位指令値をθyref、ｚ方向の荷重指令値をFz
refとする。ここで、指令値は例えばファンクション・
ジェネレータで入力されるものであり、地震波や構造物
の重量が相当する。第１図に示す多軸加振装置は、多軸
加振機構20と、加振点の位置および回転角を検出する検
出手段21と、加振点における荷重およびモーメントを検
出する検出手段22と、指令値（xref,θyref,Fzref）と
加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）と加振点におけ
る荷重およびモーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機指
令値（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段１と、各加
振機指令値に従い加振機20a、20b、20cを駆動する駆動
手段11、12、13とを備えている。
ｙ方向の変位指令値をθyref、ｚ方向の荷重指令値をFz
refとする。ここで、指令値は例えばファンクション・
ジェネレータで入力されるものであり、地震波や構造物
の重量が相当する。第１図に示す多軸加振装置は、多軸
加振機構20と、加振点の位置および回転角を検出する検
出手段21と、加振点における荷重およびモーメントを検
出する検出手段22と、指令値（xref,θyref,Fzref）と
加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）と加振点におけ
る荷重およびモーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機指
令値（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段１と、各加
振機指令値に従い加振機20a、20b、20cを駆動する駆動
手段11、12、13とを備えている。
加振点の位置および回転角を検出する手段としては、
例えば、各加振機の変位を測定する変位測定器がある。
この場合、変位の測定値から加振点の位置および回転角
を演算して求める。また、視覚センサやレーザー変位計
を加振点の位置および回転角を検出する手段として用い
ることもできる。加振点における荷重およびモーメント
を検出する手段としては、例えば、加振治具と供試体の
間に配置したロードセルがある。
例えば、各加振機の変位を測定する変位測定器がある。
この場合、変位の測定値から加振点の位置および回転角
を演算して求める。また、視覚センサやレーザー変位計
を加振点の位置および回転角を検出する手段として用い
ることもできる。加振点における荷重およびモーメント
を検出する手段としては、例えば、加振治具と供試体の
間に配置したロードセルがある。
次に第１図の多軸加振装置の動作手順を第３図に示す
PAD図（構造化プログラミング図）を用いて説明する。
PAD図（構造化プログラミング図）を用いて説明する。
（１）指令値（xref,θyref,Fzref）を求める（ステッ
プ101）。ただし第１図では、指令値生成手段を省略し
ている。指令値としては、例えば、関数発生器により生
成した信号を用いればよい。
プ101）。ただし第１図では、指令値生成手段を省略し
ている。指令値としては、例えば、関数発生器により生
成した信号を用いればよい。
（２）指令値（xref,θyref,Fzref）と加振点の位置お
よび回転角（x,z,θｙ）と加振点における荷重およびモ
ーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機の指令値（f1ref,
f2ref,f3ref）を演算する（ステップ102）。ここで、加
振機の指令値として、荷重または変位のいずれかを各加
振機毎に選択して与える。
よび回転角（x,z,θｙ）と加振点における荷重およびモ
ーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機の指令値（f1ref,
f2ref,f3ref）を演算する（ステップ102）。ここで、加
振機の指令値として、荷重または変位のいずれかを各加
振機毎に選択して与える。
（３）各加振機指令値（f1ref,f2ref,f3ref）に従い加
振機を駆動する（ステップ103）。
振機を駆動する（ステップ103）。
以上の（１）〜（３）の手順を繰り返し、多軸加振装置
を作動させる。
を作動させる。
上記した多軸加振装置を用いることにより、供試体の
ある方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御す
ることが可能となる。
ある方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御す
ることが可能となる。
上記実施例のさらに具体的な実施例を第４図および第
５図を用いて説明する。第４図は、多軸加振装置のブロ
ック図である。本実施例でも、第２図に示した多軸加振
機構20を用いている。この第４図及び第５図の実施例が
上記第１図に示した実施例と異なる点は、各加振機20
a、20b、20cへの指令信号の種類を限定したことにあ
る。つまり、加振機20a、20b、20cのいずれに対して
も、指令信号を荷重に限定している。
５図を用いて説明する。第４図は、多軸加振装置のブロ
ック図である。本実施例でも、第２図に示した多軸加振
機構20を用いている。この第４図及び第５図の実施例が
上記第１図に示した実施例と異なる点は、各加振機20
a、20b、20cへの指令信号の種類を限定したことにあ
る。つまり、加振機20a、20b、20cのいずれに対して
も、指令信号を荷重に限定している。
次にこのように構成した多軸加振装置の動作を第４図
に示したPADを用いて説明する。
に示したPADを用いて説明する。
（１）指令値（xref,θyref,Fzref）を求める（ステッ
プ201）。ただし、第４図では、指令値生成手段を省略
している。指令値としては、例えば、関数発生器により
生成した信号を用いればよい。
プ201）。ただし、第４図では、指令値生成手段を省略
している。指令値としては、例えば、関数発生器により
生成した信号を用いればよい。
（２）指令値（xref,θyref,Fzref）と加振点の位置お
よび回転角（x,z,θｙ）と加振点における荷重およびモ
ーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機への荷重指令値
（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する（ステップ202）。
よび回転角（x,z,θｙ）と加振点における荷重およびモ
ーメント（Fx,Fz,My）とから各加振機への荷重指令値
（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する（ステップ202）。
（３）各加振機の荷重指令値（f1ref,f2ref,f3ref）に
従い加振機を駆動する（ステップ203）。
従い加振機を駆動する（ステップ203）。
以上の（１）〜（３）を繰り返し、多軸加振装置を作動
させる。
させる。
上記多軸加振装置を用いることにより、供試体のある
方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御するこ
とが可能となる。
方向には変位を制御し、他の方向には荷重を制御するこ
とが可能となる。
次に、上記多軸加振装置に用いられる各加振機への荷
重指令値を演算する演算手段の一例を、第６図および第
７図を用いて詳細に説明する。第６図は、多軸加振装置
のブロック図である。本実施例でも、第２図に示す多軸
加振機構を用いて、供試体20fに対してｘ方向に変位加
振し、ｚ方向に一定荷重を加えている。第６図に示す多
軸加振装置においては、各加振機への荷重指令値を演算
する手段１は、ｘ方向の変位指令値xrefと加振点の位置
および回転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の制御荷重Fxc
を演算する手段31と、θｙ方向の変位指令値θyrefと加
振点の位置および回転角（x,z,θｙ）とからθｙ方向の
制御荷重Mycを演算する手段32と、ｚ方向の荷重指令値F
zrefと加振点における荷重およびモーメント（Fx,Fz,M
y）と加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）とからｚ
方向の制御荷重Fzcを演算する手段43と、制御荷重（Fx
c,Fzc,Myc）と加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）
とから各加振機荷重指令値（f1ref,f2ref,f3ref）を演
算する手段1kとを備えている。
重指令値を演算する演算手段の一例を、第６図および第
７図を用いて詳細に説明する。第６図は、多軸加振装置
のブロック図である。本実施例でも、第２図に示す多軸
加振機構を用いて、供試体20fに対してｘ方向に変位加
振し、ｚ方向に一定荷重を加えている。第６図に示す多
軸加振装置においては、各加振機への荷重指令値を演算
する手段１は、ｘ方向の変位指令値xrefと加振点の位置
および回転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の制御荷重Fxc
を演算する手段31と、θｙ方向の変位指令値θyrefと加
振点の位置および回転角（x,z,θｙ）とからθｙ方向の
制御荷重Mycを演算する手段32と、ｚ方向の荷重指令値F
zrefと加振点における荷重およびモーメント（Fx,Fz,M
y）と加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）とからｚ
方向の制御荷重Fzcを演算する手段43と、制御荷重（Fx
c,Fzc,Myc）と加振点の位置および回転角（x,z,θｙ）
とから各加振機荷重指令値（f1ref,f2ref,f3ref）を演
算する手段1kとを備えている。
次に上記各演算の内容について説明する。ｘ方向の制
御荷重Fxcを演算する手段31内の演算の一例を式（１）
に、θｙ方向の制御荷重Mycを演算する手段32内の演算
の一例を式（２）に、ｚ方向の制御荷重Fzcを演算する
手段33内の演算の一例を、式（３）にそれぞれ示す。
御荷重Fxcを演算する手段31内の演算の一例を式（１）
に、θｙ方向の制御荷重Mycを演算する手段32内の演算
の一例を式（２）に、ｚ方向の制御荷重Fzcを演算する
手段33内の演算の一例を、式（３）にそれぞれ示す。
Fxc＝Kxp（xref−ｘ）＋Kxd（ref−）
＋KxiΣ（xref−ｘ） ……（１）
ここで,Kxp:x方向変位比例ゲイン、
Kxd:x方向変位微分ゲイン、
Kxi:x方向変位積分ゲイン。
Myc＝Ｋθyp（θyref−θｙ）＋Ｋθyd（yref
−ｙ）＋ＫθyiΣ（θyref−θｙ） ……（２）
ここで,Kθyp:θｙ方向変位比例ゲイン、
Kθyd:θｙ方向変位微分ゲイン、
Kθyi:θｙ方向変位積分ゲイン。
Fzc＝KFzp（Fzref−Fz）＋KFzd（zref−ｚ）
＋KFziΣ（Fzref−Fz） ……（３）
ここで,KFzp:z方向荷重比例ゲイン、
KFzd:z方向荷重微分ゲイン、
KFzi:z方向荷重積分ゲイン。
これらの演算式（１）〜（３）は、制御にPID制御を適
用した場合のものである。これらの式の形は適用する制
御則により異なることは言うまでもない。さらに、Fx
c、Myc、Fzcを求める演算中で用いられるゲインは、加
振点の位置および回転角（x,z,θｙ）に依存するもので
も、時間に依存するものでもよい。
用した場合のものである。これらの式の形は適用する制
御則により異なることは言うまでもない。さらに、Fx
c、Myc、Fzcを求める演算中で用いられるゲインは、加
振点の位置および回転角（x,z,θｙ）に依存するもので
も、時間に依存するものでもよい。
次に、制御荷重（Fxc,Fzc,Myc）と加振点の位置およ
び回転角（x,z,θｙ）とを用いて各加振機への荷重指令
値（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1k内の演算の
一例を式（４）に示す。
び回転角（x,z,θｙ）とを用いて各加振機への荷重指令
値（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1k内の演算の
一例を式（４）に示す。
ここで,J（x,z,θｙ）は，各加振機の変位（l1,l2,l3）
が l1＝l1（x,z,θｙ） l2＝l2（x,z,θｙ） l3＝l3（x,z,θｙ） で与えられるときに，次式で定義される行列の逆行列で
ある。
が l1＝l1（x,z,θｙ） l2＝l2（x,z,θｙ） l3＝l3（x,z,θｙ） で与えられるときに，次式で定義される行列の逆行列で
ある。
第６図に示した多軸加振装置の動作を、第７図に示す
PADを用いて説明する。
PADを用いて説明する。
（１）指令値（xref,θyref,Fzref）を求める（ステッ
プ301）。ただし第６図では、指令値生成手段を省略し
ている。指令値としては、例えば、関数発生器により生
成した信号を用いる。
プ301）。ただし第６図では、指令値生成手段を省略し
ている。指令値としては、例えば、関数発生器により生
成した信号を用いる。
（２）ｘ方向の変位指令値xrefと加振点の位置および回
転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の制御荷重Fxcを式
（１）に基づき演算する（ステップ302）。
転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の制御荷重Fxcを式
（１）に基づき演算する（ステップ302）。
（３）θｙ方向の変位指令値θyrefと加振点の位置およ
び回転角（x,z,θｙ）とからθｙ方向の制御荷重Mycを
式（２）に基づき演算する（ステップ303）。
び回転角（x,z,θｙ）とからθｙ方向の制御荷重Mycを
式（２）に基づき演算する（ステップ303）。
（４）ｚ方向の荷重指令値Fzrefと加振点における荷重
およびモーメント（Fx,Fz,My）と加振点の位置および回
転角（x,z,θｙ）とからｚ方向の制御荷重Fzcを式
（３）に基づき演算する（ステップ304）。
およびモーメント（Fx,Fz,My）と加振点の位置および回
転角（x,z,θｙ）とからｚ方向の制御荷重Fzcを式
（３）に基づき演算する（ステップ304）。
（５）制御荷重（Fxz,Fzc,Myc）と加振点の位置および
回転角（x,z,θｙ）とから各加振機への荷重指令値（f1
ref,f2ref,f3ref）を式（４）に基づき演算する（ステ
ップ305）。
回転角（x,z,θｙ）とから各加振機への荷重指令値（f1
ref,f2ref,f3ref）を式（４）に基づき演算する（ステ
ップ305）。
（６）各加振機への荷重指令値（f1ref,f2ref,f3ref）
に従い加振機を駆動する（ステップ306）。
に従い加振機を駆動する（ステップ306）。
以上の（１）〜（６）を繰り返し、多軸加振装置を作動
させる。
させる。
本実施例によれば、供試体のある方向については変位
を制御し、他の方向については荷重を制御することが可
能となる。そして、各方向毎の特性に応じた制御則を適
用することも可能となる。また、各方向の制御荷重を演
算する手段を組み替えるだけで、変位を制御する方向と
荷重を制御する方向を任意に設定できる。
を制御し、他の方向については荷重を制御することが可
能となる。そして、各方向毎の特性に応じた制御則を適
用することも可能となる。また、各方向の制御荷重を演
算する手段を組み替えるだけで、変位を制御する方向と
荷重を制御する方向を任意に設定できる。
次に、各加振機への荷重指令値を演算する演算手段の
具体的一例の詳細を、第８図に示した多軸加振装置のブ
ロック図を用いて説明する。この実施例においても、第
２図に示した多軸加振機構および供試体を用いている。
具体的一例の詳細を、第８図に示した多軸加振装置のブ
ロック図を用いて説明する。この実施例においても、第
２図に示した多軸加振機構および供試体を用いている。
各加振機への荷重指令値を演算する手段１は、ｘ方向
の制御荷重Fxcを演算する手段1aと、ｚ方向の制御荷重F
zcを演算する手段1cと、θｙ方向の制御荷重Mycを演算
する手段1bと、制御荷重（Fxc,Fzc,Myc）と加振点の位
置および回転角（x,z,θｙ）とから各加振機荷重指令値
（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1kとを備えてい
る。この中で、各方向の制御荷重を演算する手段1a、1
b、1cは、例えばｘ方向に関しては、ｘ方向の変位指令
値xrefと加振点の位置および回転各（x,z,θｙ）とから
ｘ方向の変位指令値に対する制御荷重Fxc1を演算する手
段31と、ｘ方向の荷重指令値Fxrefと加振点における荷
重およびモーメント（Fx,Fz,My）と加振点の位置および
回転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の荷重指令値に対する
制御荷重Fxc2を演算する手段32と、Fxc1とFxc2の中のい
ずれかをｘ方向の制御荷重として出力する切り替え手段
53とを備えている。θｙ方向、ｚ方向もこのｘ方向と同
様に構成される。
の制御荷重Fxcを演算する手段1aと、ｚ方向の制御荷重F
zcを演算する手段1cと、θｙ方向の制御荷重Mycを演算
する手段1bと、制御荷重（Fxc,Fzc,Myc）と加振点の位
置および回転角（x,z,θｙ）とから各加振機荷重指令値
（f1ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1kとを備えてい
る。この中で、各方向の制御荷重を演算する手段1a、1
b、1cは、例えばｘ方向に関しては、ｘ方向の変位指令
値xrefと加振点の位置および回転各（x,z,θｙ）とから
ｘ方向の変位指令値に対する制御荷重Fxc1を演算する手
段31と、ｘ方向の荷重指令値Fxrefと加振点における荷
重およびモーメント（Fx,Fz,My）と加振点の位置および
回転角（x,z,θｙ）とからｘ方向の荷重指令値に対する
制御荷重Fxc2を演算する手段32と、Fxc1とFxc2の中のい
ずれかをｘ方向の制御荷重として出力する切り替え手段
53とを備えている。θｙ方向、ｚ方向もこのｘ方向と同
様に構成される。
このように構成した演算手段内の演算内容について、
以下に説明する。ｘ方向の変位指令値に対する制御荷重
Fxc1を演算する手段31内の演算の一例を式（５）に、ｘ
方向の荷重指令値に対する制御荷重Fxc2を演算する手段
41内の演算の一例を式（６）に示す。
以下に説明する。ｘ方向の変位指令値に対する制御荷重
Fxc1を演算する手段31内の演算の一例を式（５）に、ｘ
方向の荷重指令値に対する制御荷重Fxc2を演算する手段
41内の演算の一例を式（６）に示す。
Fxc1＝Kxp（xref−ｘ）＋Kxd（ref−）
＋KxiΣ（xref−ｘ） ……（５）
ここで,Kxp:x方向変位比例ゲイン、
Kxd:x方向変位微分ゲイン、
Kxi:x方向変位積分ゲイン。
Fxc2＝KFxp（Fxref−Fx）＋KFxd（xref−ｘ）
＋KFxiΣ（Fxref−Fx） ……（６）
ここで,KFxp:x方向荷重比例ゲイン、
KFxd:x方向荷重微分ゲイン、
KFxi:x方向荷重積分ゲイン。
これらの演算式は、PID制御を適用した場合のものであ
る。この式の形は適用する制御則により異なる。Fxc1、
Fxc2を求める演算式に用いられているゲインは、加振点
の位置および回転角（x,z,θｙ）に依存するものでも、
時間に依存するものでもよい。
る。この式の形は適用する制御則により異なる。Fxc1、
Fxc2を求める演算式に用いられているゲインは、加振点
の位置および回転角（x,z,θｙ）に依存するものでも、
時間に依存するものでもよい。
また、制御荷重（Fxc,Fzc,Myc）と加振点の位置および
回転角（x,z,θｙ）とから各加振機への荷重指令値（f1
ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1k内の演算は、第６
図の実施例で説明した式（４）と同様のものとなる。
回転角（x,z,θｙ）とから各加振機への荷重指令値（f1
ref,f2ref,f3ref）を演算する手段1k内の演算は、第６
図の実施例で説明した式（４）と同様のものとなる。
本実施例における各方向への指令値の与え方もこれま
での例と同様である。各方向毎に設けられている制御荷
重の切替手段51、52、53は、その方向に対して変位指令
値が与えられているときは変位指令値に対する制御荷重
を出力するように設定されている。一方、その方向に対
して荷重指令値が与えられているときは、荷重指令値に
対する制御荷重を出力するように設定されている。
での例と同様である。各方向毎に設けられている制御荷
重の切替手段51、52、53は、その方向に対して変位指令
値が与えられているときは変位指令値に対する制御荷重
を出力するように設定されている。一方、その方向に対
して荷重指令値が与えられているときは、荷重指令値に
対する制御荷重を出力するように設定されている。
本実施例によれば、供試体について、その一つの方向
に対しては変位を制御し、他の方向に対しては荷重を制
御することが可能となる。これにより、各方向毎に変位
を制御するか荷重を制御するかの切替が容易に行える。
に対しては変位を制御し、他の方向に対しては荷重を制
御することが可能となる。これにより、各方向毎に変位
を制御するか荷重を制御するかの切替が容易に行える。
また、本発明の多軸加振装置の変形例を第９図に示
す。この変形例は、第８図の実施例において、各方向ご
との制御荷重の切替手段51、52、53を切り替える設定手
段30を備えている。本変形例によれば、変位を制御する
方向と荷重を制御する方向とを容易に設定できる。
す。この変形例は、第８図の実施例において、各方向ご
との制御荷重の切替手段51、52、53を切り替える設定手
段30を備えている。本変形例によれば、変位を制御する
方向と荷重を制御する方向とを容易に設定できる。
以上述べたように、本発明によれば、一の方向には変
位を制御し、他の方向には荷重を制御することが可能な
多軸加振装置およびその制御方法を実現できる。
位を制御し、他の方向には荷重を制御することが可能な
多軸加振装置およびその制御方法を実現できる。
なお本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱す
ることなく、他のいろいろな形で実施することができ
る。そのため、本明細書に記載した好ましい実施例は例
示的なものであり、限定的なものではない。本発明の範
囲は、添付の特許請求の範囲によって示されており、そ
の特許請求の範囲の意味の中に入るすべての変形例は本
発明の範囲に含まれるものである。
ることなく、他のいろいろな形で実施することができ
る。そのため、本明細書に記載した好ましい実施例は例
示的なものであり、限定的なものではない。本発明の範
囲は、添付の特許請求の範囲によって示されており、そ
の特許請求の範囲の意味の中に入るすべての変形例は本
発明の範囲に含まれるものである。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−159569（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−147044（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−313387（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−110437（ＪＰ，Ａ)
国際公開98／41835（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 7/02
Claims (15)
- 【請求項１】複数の加振機により供試体を加振するもの
であって、３自由度以上の自由度の加振試験が可能な多
軸加振装置において、 加振点の運動を記述するために仮想的に位置座標系を定
め、この座標系で記述される位置座標成分の中の少なく
とも１つの成分と、前記座標系で記述される荷重成分の
中の少なくとも１つの成分とを指令値とするものであっ
て、前記加振点の実際の位置と荷重を求める加振点の位
置荷重検出手段と；この位置荷重検出手段により得られ
た加振点の位置および荷重と前記指令値とを用いて前記
複数の加振機の各々に対する加振指令値を演算する演算
手段と；この演算手段で得られた加振指令値に基づいて
前記加振機を制御する加振制御手段と；を備えたことを
特徴とする多軸加振装置。 - 【請求項２】前記加振指令値は、荷重指令値であること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の多軸加振装置。 - 【請求項３】前記演算手段は、前記指令値の成分に対応
した方向の制御荷重成分を演算する第１の演算部と、こ
の制御荷重成分から前記各加振機への荷重指令値を演算
する第２の演算部とを有することを特徴とする請求範囲
第２項記載の多軸加振装置。 - 【請求項４】前記第１の演算部は、前記加振点の運動を
記述する位置座標の少なくとも１つの成分について、指
令値として荷重と位置を選択可能にする選択手段を有す
ることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の多軸加振
装置。 - 【請求項５】前記第１の演算部は、前記加振点の運動を
記述する位置座標の少なくとも１つの成分について、位
置が指令値として入力されたときに前記制御荷重を演算
する第１の制御荷重演算部と、荷重が指令値として入力
されたときに前記制御荷重を演算する第２の制御荷重演
算部とを備えたことを特徴とする請求の範囲第３項に記
載の多軸加振装置。 - 【請求項６】前記位置座標は、並進方向位置座標成分と
回転方向位置座標成分とを有することを特徴とする請求
の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の多軸
加振装置。 - 【請求項７】前記荷重は、並進方向荷重成分と回転方向
のモーメント成分とを有することを特徴とする請求の範
囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の多軸加振
装置。 - 【請求項８】複数の加振機により供試体を加振するもの
であって、３自由度以上の自由度の加振試験が可能な多
軸加振装置の制御方法において、 加振点の運動を記述するために仮想的に位置座標系を定
め、この座標系で記述される位置座標成分の中の少なく
とも１つの成分と、前記座標系で記述される荷重成分の
中の少なくとも１つの成分とを指令値とするステップ
と、この指令値に対応する実際の加振点の位置と荷重を
求めるステップと、求められた加振点の位置および荷重
と前記指令値とを用いて前記複数の加振機の各々に対す
る加振指令値を演算するステップと、得られた加振指令
値に基づいて前記加振機を制御するステップとを備えた
ことを特徴とする多軸加振装置の制御方法。 - 【請求項９】前記加振指令値は、荷重指令値であること
を特徴とする請求の範囲第８項に記載の多軸加振装置の
制御方法。 - 【請求項１０】前記加振指令値を演算するステップは、
前記指令値の成分に対応した方向の制御荷重成分を演算
する第１の演算ステップと、この制御荷重成分から前記
各加振機への荷重指令値を演算する第２の演算ステップ
とを有することを特徴とする請求範囲第９項記載の多軸
加振装置の制御方法。 - 【請求項１１】前記第１の演算ステップは、前記加振点
の運動を記述する位置座標の少なくとも１つの成分につ
いて、指令値として荷重と位置を選択する選択ステップ
を有することを特徴とする請求の範囲第10項に記載の多
軸加振装置の制御方法。 - 【請求項１２】前記第１の演算ステップは、前記加振点
の運動を記述する位置座標の少なくとも１つの成分につ
いて、位置が指令値として入力されたか、荷重が指令値
として入力されたかを判断するステップを備えたことを
特徴とする請求の範囲第10項に記載の多軸加振装置の制
御方法。 - 【請求項１３】前記位置座標は、並進方向位置座標成分
と回転方向位置座標成分とを有することを特徴とする請
求の範囲第８項ないし第12項のいずれか１項に記載の多
軸加振装置の制御方法。 - 【請求項１４】前記荷重は、並進方向荷重成分と回転方
向のモーメント成分とを有することを特徴とする請求の
範囲第８項ないし第12項のいずれか１項に記載の多軸加
振装置の制御方法。 - 【請求項１５】複数の加振機により供試体を加振するも
のであって、仮想的に定めた加振点の運動を制御する多
軸加振装置において、 この多軸加振装置に入力される変位または荷重の指令信
号の入力手段と、前記供試体の位置または荷重の少なく
ともいずれかに対応するデータを検出可能な位置荷重検
出手段と、この位置荷重検出手段の検出値と前記加振機
への指令値とを用いて前記加振点の位置および荷重の指
令値を求めこの指令値に基づいて前記複数の加振機の各
々に対する加振指令値を演算する演算手段と、この演算
手段と前記変位または荷重の指令信号との接続を切換え
る切換え手段とを備えたことを特徴とする多軸加振装
置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP1997/003230 WO1999014570A1 (fr) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Oscillateur multi-axial et procede de commande dudit oscillateur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3435167B2 true JP3435167B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=14181112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51762999A Expired - Fee Related JP3435167B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 多軸加振装置およびその制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3435167B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999014570A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP6297362B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2018-03-20 | 三菱重工機械システム株式会社 | 振動試験装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2810146B2 (ja) * | 1989-09-25 | 1998-10-15 | 株式会社日立製作所 | 載荷試験装置 |
| JP2753970B2 (ja) * | 1995-05-16 | 1998-05-20 | 重三 前川 | 重量体を支持している構造部材又は構造体の地震の横揺れと縦揺れに対するシュミレーション試験装置 |
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| JPH09159569A (ja) * | 1995-12-05 | 1997-06-20 | Hitachi Ltd | 加振装置 |
-
1997
- 1997-09-12 WO PCT/JP1997/003230 patent/WO1999014570A1/ja active Search and Examination
- 1997-09-12 JP JP51762999A patent/JP3435167B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1999014570A1 (fr) | 1999-03-25 |
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