JP3690077B2 - Test equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータにより構造物に負荷を与えることにより、構造物の強度を試験する試験装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、建物などの構造物の強度を試験する場合には、例えば図3に示すような変位または荷重フィードバック系が用いられる。例えば変位フィードバック系では、構造物の試験すべき場所に負荷を与えるアクチュエータ101が設けられ、このアクチュエータ101の変位が変位計102で計測されるとともに、このアクチュエータ101の変位の目標値(設定信号)が設定信号発生部103から入力され、加算器104においてこれらの偏差が演算される。この偏差は増幅器105で増幅された後、PID制御装置106に入力され、PID制御装置106は、この入力信号に基づいて、サーボ弁107を、アクチュエータ101の変位が設定信号に一致するように制御する。このようにして、構造物には、あらかじめ設定されている設定信号にしたがった変位が与えられ、構造物の強度が計測される。なお、荷重フィードバック系では、図3の変位計102の代わりに荷重計が用いられる。
【0003】
ところで、このような構造物の強度試験においては、例えば図4に示すような断面逆T字型の建物の基礎杭である構造物110等について、異なる2方向(例えば鉛直方向と水平方向)から同時に負荷を与えることにより、試験を行うことがある。すなわち、この構造物110の基板部111から上方に垂直に延び出す柱部112に鉛直上方からアクチュエータAにより負荷を与える一方で、水平方向からはアクチュエータBにより負荷を与える。この場合、アクチュエータBにより与えられる荷重を、アクチュエータAの変位(すなわち構造物110の変形)に追従させて変化させることにより、構造物110の柱部112が鉛直方向に変形され、かつ水平方向から荷重を受けたときの強度を計測する。
【0004】
従来、このような鉛直方向と水平方向の複合した負荷に対する強度を計測する場合には、アクチュエータAおよびアクチュエータBのそれぞれに図3に示したようなフィードバック系を備えるようにしている。そして、アクチュエータA側のフィードバック系の変位計102からの検出信号をアクチュエータB側のフィードバック系の設定信号発生部103に入力し、アクチュエータA側の検出信号にしたがってアクチュエータB側の設定信号を調整する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように一方のアクチュエータA側の検出信号を他方のアクチュエータB側の設定信号発生部103に入力するのでは、実際にはコンピュータである設定信号発生部103での演算時間などの分だけ、アクチュエータBの反応に遅れが生じてしまう。このため、アクチュエータAの変位に対してリアルタイム(例えば100μsec〜200μsec程度の遅れ)でアクチュエータBの負荷を追従させることは難しい。
【0006】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、少なくとも一対のアクチュエータの一方により構造物に与えられる変形または荷重を、デジタル信号処理プロセッサに入力して、他方のアクチュエータの目標値を設定することにより、一方のアクチュエータの動作に対して、他方のアクチュエータの動作を遅れなく高精度で追従させることができる試験装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図1を参照して説明すると、請求項1に記載の発明は、複数のアクチュエータ1、2により異なる方向から供試体を負荷する試験装置において、前記複数のアクチュエータ1、2の内の一つのアクチュエータ1による前記供試体の変形もしくは荷重xが目標値x0と一致するようにこの一つのアクチュエータ1を制御する第1のフィードバック回路Bと、前記一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重xが入力されこの変形もしくは荷重に基づいて前記複数のアクチュエータ1、2の内の他のアクチュエータ2による前記供試体の変形もしくは荷重yの目標値y0を出力するデジタル信号処理プロセッサ9と、前記他のアクチュエータ2による前記供試体の変形もしくは荷重yが前記デジタル信号処理プロセッサ9から出力された目標値y0と一致するように前記他のアクチュエータ2を制御する第2のフィードバック回路Aとを備えている。
【0008】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【0010】
図1にブロック構成図として示されるように、本発明による試験装置は、アクチュエータ1(アクチュエータB)の変位をPID制御するフィードバック系Bと、アクチュエータ2(アクチュエータA)が、供試体(例えば構造物110)に与える荷重をPID制御するフィードバック系Aから構成される。
【0011】
このフィードバック系B側のアクチュエータ1は、例えば図4に示すような構造物110の柱部112に水平方向の負荷を与えるものであり、このアクチュエータ1の変位の設定信号(目標値)x0は、パソコン20から設定信号発生部3に設定される。一方、このアクチュエータ1の実際の変位(すなわち構造物110の変形)xは変位計4により検出され、この検出値xと設定信号x0との偏差が加算器5において演算される。この偏差が増幅器6において増幅されてPID制御装置7に入力されることにより、PID制御装置7は、アクチュエータ1の変位xが設定信号(目標値)x0と一致するように、アクチュエータ1のサーボ弁8を制御する。
【0012】
このアクチュエータ1の変位の検出値xは、デジタル信号処理プロセッサ(Digital Signal Processor)9(以下、「DSP」と略称する)にも入力される。このDSP9は、この検出値xに基づいて、アクチュエータ2により与えられる荷重の目標値y0を演算し、デジタル信号として出力する。なお、この目標値y0は、例えば、図2に示すように、上限値y0maxと下限値y0minの間で、
y0=αx+β …(1)
と演算される。
【0013】
一方、アクチュエータ2により与えられている実際の荷重yはロードセル10により検出され、加算器11において、この荷重の検出値yと目標値y0の偏差が演算される。この偏差は、DSP9と増幅器13の間に介装されたON/OFF自在のスイッチ12を通じて増幅器13に達し、増幅器13において増幅され、PID制御装置14に入力される。そして、PID制御装置14は、アクチュエータ2により与えられる荷重yがDSP9の出力y0と一致するように、アクチュエータ2のサーボ弁15を制御する。
【0014】
なお、設定信号発生部3から出力される変位の目標値x0や、DSP9での目標値y0の演算式(1)における係数α、βは、パソコン20の操作により任意に変更することができる。
【0015】
つぎに、このように構成された試験装置の動作を説明する。
【0016】
まず、供試体である構造物110に対して水平方向から変形を与え、この変形に対する構造物110の強度を試験する場合、すなわち、アクチュエータ1のみを動作させフィードバック系B側のみの制御を行う場合には、スイッチ12はOFF(開放)としておく。これにより、フィードバック系Bの制御は進行する一方で、フィードバック系A側には信号が入力されないので、フィードバック系Aは作動せず、アクチュエータ2は構造物110に負荷を与えない。
【0017】
一方、構造物110に対して水平方向からの変形を与え、この水平方向の変形にしたがって鉛直方向から荷重を与える試験を行う場合、すなわち、フィードバック系Bとフィードバック系Aを組み合わせた制御を行う場合には、スイッチ12をON(接続)にする。すると、アクチュエータ1の変位(すなわち構造物110の変形)xに基づいたDSP9の出力信号αx+βがフィードバック系Aに入力される。この入力信号αx+βを目標値としてアクチュエータ2により与えられる荷重yを制御することにより、アクチュエータ2による荷重制御を、アクチュエータ1の変位に対して例えば図2に示すような一定の関係で行うことができ、水平方向から変形を与えると同時に鉛直方向から荷重を与えた場合の構造物110の強度試験を行うことができる。
【0018】
この場合、DSP9は、アクチュエータ1の変位の検出信号に基づいて、直ちに、アクチュエータ2の荷重の目標値を演算し、フィードバック系Aに入力することができるので、フィードバック系A側の制御はフィードバック系B側の制御に遅れることなく高精度に追従し、構造物110の変形に対して希望どおりの負荷を与えることが可能となる。
【0019】
また、このようにDSP9では、アクチュエータ2により与えられる荷重の目標値αx+βの係数αおよびβを容易に変更することができる。すなわち、本発明によれば、フィードバック系Aにおける負荷の制御条件を自由かつ容易に変更することが可能となり、試験の自由度が著しく向上する。
【0020】
なお、上述の実施の形態では、本発明を供試体である構造物110に2つのアクチュエータ1、2で負荷を与える試験装置に適用した例を示したが、本発明の適用範囲はこのようなものに限られず、本発明は、3台以上のアクチュエータにより供試体に異なる方向から負荷を与え、これらのアクチュエータの内の一つのアクチュエータが供試体に与える変位または荷重にしたがって、他のアクチュエータが供試体に与える変位または荷重をフィードバック制御する試験装置に適用してもよい。
【0021】
また、以上の実施の形態では、請求項との関係において、一つのアクチュエータはアクチュエータ1(アクチュエータB)に、他のアクチュエータはアクチュエータ2(アクチュエータA)に、第1のフィードバック回路はフィードバック系Bに、第2のフィードバック回路はフィードバック系Aに、供試体は構造物110に、それぞれ対応する。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタル信号処理プロセッサにより、一つのアクチュエータにより供試体に与えられる変形もしくは荷重に基づいて他のアクチュエータによる供試体の変形もしくは荷重の目標値を演算し、これを第2のフィードバック回路に入力するようにしたので、他のアクチュエータを、一つのアクチュエータにより供試体に与えられる変形もしくは荷重に遅れることなく高精度に追従させることができ、試験の精度を向上させることができる。また、デジタル信号処理プロセッサでは、他のアクチュエータにより与えられる変形もしくは荷重の目標値を演算するための定数を、容易に変更することができるので、第2のフィードバック回路による変形もしくは荷重の制御条件を自由かつ容易に変更することが可能となり、試験の自由度が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される試験装置の一実施形態の一例を示すブロック構成図である。
【図2】同じくアクチュエータBによる変形とアクチュエータAによる荷重の目標値の関係を示す特性図である。
【図3】同じく従来の試験装置のブロック構成図である。
【図4】同じく供試体である構造物を示す断面図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータB
2 アクチュエータA
3 設定信号発生部
4 変位計
5 加算器
6 増幅器
7 PID制御装置
8 サーボ弁
9 DSP
10 ロードセル
11 加算器
12 スイッチ
13 増幅器
14 PID制御装置
15 サーボ弁
20 パソコン
110 構造物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a test apparatus that tests the strength of a structure by applying a load to the structure with an actuator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when testing the strength of a structure such as a building, for example, a displacement or load feedback system as shown in FIG. 3 is used. For example, in a displacement feedback system, an
[0003]
By the way, in the strength test of such a structure, for example, the
[0004]
Conventionally, when measuring the strength against such a combined load in the vertical direction and the horizontal direction, each of the actuator A and the actuator B is provided with a feedback system as shown in FIG. Then, the detection signal from the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the detection signal on the one actuator A side is input to the setting
[0006]
The present invention has been made paying attention to such a problem. A deformation or a load applied to a structure by at least one of a pair of actuators is input to a digital signal processor, and a target value of the other actuator is obtained. It is an object of the present invention to provide a test apparatus that can follow the operation of one actuator with high accuracy without delay with respect to the operation of one actuator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Referring to FIG. 1 showing an embodiment, the invention according to claim 1 is a test apparatus in which a specimen is loaded from different directions by a plurality of actuators 1, 2. A first feedback circuit B for controlling the one actuator 1 so that the deformation or load x of the specimen by one actuator 1 coincides with the target value x0, and the specimen by the one actuator. A digital signal processor 9 which receives a deformation or load x and outputs a target value y0 of the deformation or load y of the specimen by another actuator 2 of the plurality of actuators 1 and 2 based on the deformation or load; The deformation or load y of the specimen by the other actuator 2 is the digital signal processing program. Tsu and a second feedback circuit A for controlling the other actuator 2 so as to match the target value y0 outputted from Sa 9.
[0008]
In the section of the means for solving the above-described problems for explaining the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments of the invention are used for easy understanding of the present invention. It is not limited.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0010]
As shown in FIG. 1 as a block diagram, the test apparatus according to the present invention includes a feedback system B that controls the displacement of an actuator 1 (actuator B) and an actuator 2 (actuator A). 110), and a feedback system A that performs PID control of the load applied to 110).
[0011]
The actuator 1 on the feedback system B side applies a load in the horizontal direction to the
[0012]
The detected displacement value x of the actuator 1 is also input to a digital signal processor 9 (hereinafter abbreviated as “DSP”). The DSP 9 calculates a target value y0 of the load applied by the actuator 2 based on the detected value x and outputs it as a digital signal. The target value y0 is, for example, between an upper limit value y0max and a lower limit value y0min as shown in FIG.
y0 = αx + β (1)
Is calculated.
[0013]
On the other hand, the actual load y applied by the actuator 2 is detected by the
[0014]
It should be noted that the target values x0 of displacement output from the setting signal generator 3 and the coefficients α and β in the arithmetic expression (1) of the target value y0 in the DSP 9 can be arbitrarily changed by operating the personal computer 20.
[0015]
Next, the operation of the test apparatus configured as described above will be described.
[0016]
First, when the
[0017]
On the other hand, when the
[0018]
In this case, the DSP 9 can immediately calculate the target value of the load of the actuator 2 on the basis of the detection signal of the displacement of the actuator 1 and input it to the feedback system A. It is possible to follow the control with high accuracy without delaying the control on the B side, and to apply a desired load to the deformation of the
[0019]
As described above, the DSP 9 can easily change the coefficients α and β of the target value αx + β of the load applied by the actuator 2. That is, according to the present invention, it is possible to freely and easily change the load control condition in the feedback system A, and the degree of freedom in testing is significantly improved.
[0020]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a test apparatus in which a load is applied to the
[0021]
In the above embodiment, in relation to the claims, one actuator is the actuator 1 (actuator B), the other actuator is the actuator 2 (actuator A), and the first feedback circuit is the feedback system B. The second feedback circuit corresponds to the feedback system A, and the specimen corresponds to the
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the digital signal processor calculates the target value of the deformation or load of the specimen by another actuator based on the deformation or load applied to the specimen by one actuator, and this is calculated as the second feedback. Since the signal is input to the circuit, other actuators can be made to follow with high accuracy without delaying deformation or load applied to the specimen by one actuator, and the accuracy of the test can be improved. In the digital signal processor, the constant for calculating the target value of deformation or load given by another actuator can be easily changed, so that the control conditions for deformation or load by the second feedback circuit can be set. It is possible to change freely and easily, and the degree of freedom of the test is remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment of a test apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the deformation by the actuator B and the target value of the load by the actuator A. FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a conventional test apparatus.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure that is also a specimen.
[Explanation of symbols]
1 Actuator B
2 Actuator A
3 Setting signal generator 4 Displacement meter 5 Adder 6 Amplifier 7
10 Load Cell 11
Claims (1)
前記複数のアクチュエータの内の一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が目標値と一致するようにこの一つのアクチュエータを制御する第1のフィードバック回路と、
前記一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が入力されこの変形もしくは荷重に基づいて前記複数のアクチュエータの内の他のアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重目標値を出力するデジタル信号処理プロセッサと、
前記他のアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が前記デジタル信号処理プロセッサから出力された目標値と一致するように前記他のアクチュエータを制御する第2のフィードバック回路とを備えたことを特徴とする試験装置。In a test apparatus that loads a specimen from different directions with multiple actuators,
A first feedback circuit for controlling the one actuator so that deformation or load of the specimen by one actuator among the plurality of actuators matches a target value;
A digital signal processor that receives deformation or load of the specimen by the one actuator and outputs deformation or load target value of the specimen by other actuators of the plurality of actuators based on the deformation or load; ,
And a second feedback circuit for controlling the other actuator so that a deformation or load of the specimen by the other actuator matches a target value output from the digital signal processor. Test equipment.
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