JP3715108B2 - Feedback-controlled material testing machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
様々な材料試験を行うために、試験片の制御対象物理量を、フィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機が知られている。
【0003】
制御対象物理量は、実行する材料試験の種類に応じて様々に選択される。例えば、ある材料試験では、試験片に負荷する引張荷重を制御対象物理量として制御しつつ、その引張荷重によって発生する試験片の伸びを継続的に計測する。また、試験片を取付けたチャックの変位や、試験片に発生する伸びをもって制御対象物理量とすることもある。
【0004】
そして、圧縮荷重や引張荷重を制御対象物理量とする材料試験機の制御モードを荷重制御モードといい、チャックの変位を制御対象物理量とする制御モードは変位制御モードといい、また、試験片の伸びを制御対象物理量とする制御モードは伸び制御モードという。
【0005】
一般的にこの種のフィードバック制御式材料試験機は、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段を備えていると共に、その目標値関数信号が入力され、試験片に関する複数の物理量のうちの選択された1つの物理量をその目標値関数信号に従うように制御する制御系を備えている。
【0006】
更に、この制御系は、複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、多くの場合、その構成要素として、以下のa.〜f.を有する。
【0007】
即ち、a.複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサ、b.センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段、c.目標値関数信号と負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段、d.誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段、e.前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系、及び、f.前記複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段である。
【0008】
尚、以上において、制御対象物理量とは、例えば、試験片に負荷される荷重、試験片を取付けたチャックの変位、それに、試験片に発生する伸び等である。
【0009】
また、アクチュエータ系としては、通常、アクチュエータ駆動信号が入力する電磁サーボ弁を備えた油圧アクチュエータが使用される。
【0010】
さらに、負帰還信号発生手段、差分発生手段、及びアクチュエータ駆動信号発生手段は、オペアンプを用いたアナログ回路として構成することも可能であるが、最近では、D/Aコンバータ及びA/Dコンバータと、高速で高性能のマイクロコンピュータとを使用し、マイクロコンピュータにディジタル信号処理を実行させることにより、それら手段をソフトウェアで構成するということも行われており、特に、後者の方式は一般的にディジタルシグナルプロセッシングと呼ばれている。
【0011】
この種のフィードバック制御式材料試験機を使用して材料試験を実行するときには、多くの場合、一連の試験シーケンスの中で制御モードの切換が行われる。
【0012】
例えば、目標値関数に従って変化させる引張荷重を試験片に負荷しつつ計測を行う材料試験では、計測中は材料試験機を荷重制御モードで動作させるのに対し、計測が完了したならば、材料試験機から試験片を取外すために、制御モードを変位制御モードへ切り換えるのが普通である。
【0013】
制御モードの切換は、制御系が選択的に確立することのできる複数の制御ループを切り換えることで行われ、それによって使用されるセンサが交替する。
【0014】
例えば、荷重制御モードから変位制御モードへの切換に際しては、それまでは荷重センサが送出しているセンサ信号が使用されていたものが、変位センサが送出しているセンサ信号が使用されるようになる。
【0015】
従って一般的に、制御ループを切り換えたならば、その時点で負帰還信号の大きさがステップ状に変化し、その結果としてアクチュエータ駆動信号が急変する。そのため、単純に制御ループを切り換えるだけであると、その切換と同時にアクチュエータが突発的に高速動作を開始するために、材料試験機に有害なショックが加わったり、試験片を破損したりする等の様々な不都合が発生するおそれがある。
【0016】
このような不都合を回避するために、以前は、制御モードの切換に際してはセンサ信号をモニタしながらアクチュエータの油圧、及び/または、制御系の信号を制御することで、アクチュエータの突発的動作を防止するようにしていた。しかしながらこの方法には、新たな制御モードでの動作を開始するまでに時間がかかり、材料試験の稼働効率が低くなるという問題があった。
【0017】
最近では、ディジタルシグナルプロセッシング技術を利用して制御系の主要部分をディジタル構成とした材料試験機が多く使用されており、この場合には、制御系の信号に補償を加えることが比較的容易であるため、以上の方法とはまた別の方法が用いられている。
【0018】
その方法とは、制御モードの切換に際して目標値関数信号に補償を加えることで、制御モードの切換直後のアクチュエータ駆動信号の大きさを切換直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと同じになるようにするというものである。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
このようにアクチュエータ駆動信号に補償を加えるようにした従来の制御モード切換方法によれば、誤差信号に従ってアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が実質的に比例要素として構成されている場合には良好な結果が得られる。
【0020】
しかしながら、比例要素に必然的に付随する定常偏差を除去するために、アクチュエータ駆動信号発生手段を、積分要素を含む構成とした場合には、この従来の制御モード切換方法では問題が発生する。
【0021】
これについて詳しく説明すると、アクチュエータ駆動信号発生手段が比例要素として構成されている場合には、制御モード切換の前後でアクチュエータ駆動信号の大きさが変化しないように目標値関数信号の大きさを調整しさえすれば、制御モード切換の直後の時点で、制御系は既に定常状態となっている。
【0022】
これに対して、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合には、そのように目標値関数信号の調整を行った場合に、制御モード切換の直後の時点で制御系が定常状態なっているとは限らず、一般的には定常状態にはなっていない。
【0023】
そのため、制御モードの切換の直後に、それまで静止していたアクチュエータが、制御系の定常状態を目指して意図しない動作を開始し、試験片に望ましくない荷重が加わったり、場合によっては試験片が破損することもあった。
【0024】
また、切換後の新たな制御モードでの動作制御を開始するためには制御系が一旦定常状態に落ち着くのを待つ必要があるため、試験に時間がかかり、材料試験機の稼働効率の低下を招いていた。
【0025】
本発明は上述した従来の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、上述の種類のフィードバック制御式材料試験機において、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止すると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにすることにより新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始できるようにすることにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1及び請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された1つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、前記制御系は、a.前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、b.前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、c.前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、d.前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、e.前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、f.前記複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、g.制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有することを特徴としている。
【0027】
そして、請求項1に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられていることを特徴としている。
【0028】
また、請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられていることを特徴としている。
【0029】
請求項1及び請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、制御モードの切換に際して制御系の信号に対して補償を施すことで、その制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるようにすることができる。
【0030】
そのため、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止できると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにして新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始することが可能である。
【0031】
また、請求項1に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、前記補償手段が、前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成るものであるため、目標値関数信号発生手段及びアクチュエータ駆動信号発生手段が、通常そうであるように、プログラムメモリと積和演算器とを備えたディジタルシグナルプロセッサで構成されている場合には、それらディジタルシグナルプロセッサのプログラムに変更を加えるだけで本発明を実施することが可能である。
【0032】
また、請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、前記補償手段が、負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成るものであるため、負帰還信号をモニタして負荷信号発生手段を制御するだけで本発明を実施することができ、従って既存のフィードバック制御式材料試験機に最小限の改造を施すだけで、本発明を容易にレトロフィットにより組み込むことが可能である。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系10を示したブロック図である。
【0034】
先ず材料試験機の機械部分について簡単に説明すると、この材料試験機は、試験機フレームに位置調節可能に固定される固定側荷重負荷部と、油圧アクチュエータ系で駆動される可動側荷重負荷部とを備えており、それら荷重負荷部の間にチャックを介して試験片を装着し、油圧アクチュエータ系の動作を制御することで、その試験片に試験操作を加えるように構成したものである。
【0035】
ただし本発明にとっては、材料試験機の機械部分の構成は重要ではないことから、機械部分の全体は図示せず、図には単に、油圧アクチュエータ系のうちのサーボ弁S/V及び油圧アクチュエータACTと、この油圧アクチュエータ系によって駆動されるチャック及びそのチャックに取付けられた試験片CHK/TPとを、1つのブロック12で示した。
【0036】
従ってブロック12は、サーボ弁S/Vへ供給されるアクチュエータ駆動信号を入力とし、試験片TPに関する物理量を出力とする要素を表している。
【0037】
この図1の実施の形態では、制御系10が制御することのできる試験片TPに関する物理量は、試験片TPに負荷される荷重、試験片TPを取付けたチャックCHKの変位、それに、試験片TPに発生する伸びであり、それら物理量のうちの1つが制御対象物理量として選択されて制御系10の出力となる。制御系10は、それら3つの物理量を夫々に検出するための3個のセンサを備えている。
【0038】
試験片TPに負荷される荷重は、一方の荷重負荷部に取付けたロードセル及びそれに付随するブリッジ回路で構成した荷重センサ14よって検出され、この荷重センサ14は、検出した荷重の大きさに応じたアナログ電気信号である荷重センサ信号SLOADを発生している。
【0039】
また、試験片TPを取付けたチャックCHKの変位は、ポテンショメータ等を使用した変位センサ16によって検出され、この変位センサ16は、検出した変位の大きさに応じたアナログ電気信号である変位センサ信号SDISPを発生している。
【0040】
また、試験片TPに発生する伸びは、伸びセンサ18によって検出され、この伸びセンサ18は、検出した伸びの大きさに応じたアナログ電気信号である伸びセンサ信号SELNGを発生している。
【0041】
図1に示した制御系10の構成要素のうち、以上に説明したブロック12及びセンサ14〜18以外の構成要素は、信号を電気的に発生ないし処理するためのものであり、図示の実施の形態では、それら構成要素は、5個のディジタルシグナルプロセッサDSP0〜DSP4と、それらディジタルシグナルプロセッサの入出力信号をモニタすると共にそれらディジタルシグナルプロセッサの動作を制御する制御用コンピュータ20とで構成されている。
【0042】
5個のディジタルシグナルプロセッサDSP0〜DSP4の各々は、CPU、RAM、ROM、それに積和演算器等を組合せた一般的な構成のものであり、その具体的な構成よりもその機能の方が重要であるため、図1には、各ディジタルシグナルプロセッサの機能を幾つかの機能要素の組合せで表してある。
【0043】
以下に説明する各ディジタルシグナルプロセッサの機能を得るためにそのディジタルシグナルプロセッサのハードウェアをどのように構成し、そのプログラムをどのように作成すればよいかは、当業者には自明のことであるのでそれらについては説明を省略する。
【0044】
DSP0は、目標値関数信号Ei(t)を発生する関数信号発生部22を有する。目標値関数信号Ei(t)とは、制御対象物理量の目標値を時間の関数として表す信号である。
【0045】
関数信号発生部22は、図中に接続記号C01で示したように制御用コンピュータ20によって制御されており、従って、この関数信号発生部22と制御用コンピュータ20とで、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段が構成されている。
【0046】
目標値関数信号Ei(t)は、制御用コンピュータ20からの指令に応じて、引張強度試験のためにランプ関数として発生されることもあれば、疲労強度試験のために正弦関数として発生されることもあり、更には、試験片TPの装着及び取外しのために、その他の適当な関数として発生されることもある。
【0047】
DSP0は更に、加算器24とオフセット信号発生部26を有する。オフセット信号発生部26は、図中に接続記号C02で示したように制御用コンピュータ20によって制御されており、目標値関数信号Ei(t)に加えるべきオフセット信号DOSを発生するものである。
【0048】
制御用コンピュータ20がオフセット信号DOSをゼロ以外の(正または負の)大きさに設定したならば、そのオフセット信号DOSが加算器24によって目標値関数信号Ei(t)に加算される。
【0049】
従って、加算器24と、オフセット信号発生部26と、制御用コンピュータ20とで、目標値関数信号Ei(t)に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【0050】
3個のディジタルシグナルプロセッサDSP1〜DSP3は、いずれも制御用コンピュータ20によって制御されている。
【0051】
DSP1〜DSP3には、前述の試験片TPに関する3つの物理量の夫々に対応したセンサ信号が入力しており、これらDSP1〜DSP3は、それらセンサ信号に対応した夫々の物理量を制御するための夫々の制御ループの一部を構成している。
【0052】
より詳しくは、DSP1には荷重センサ信号SLOADが入力しており、このDSP1は荷重制御ループの一部を構成している。DSP2には変位センサ信号SDISPが入力しており、このDSP2は変位制御ループの一部を構成している。DSP3には伸びセンサ信号SELNGが入力しており、このDSP3は伸び制御ループの一部を構成している。
【0053】
これら3個のディジタルシグナルプロセッサDSP1〜DSP3は、一般的にその動作パラメータが夫々に異なった設定値に設定されるが、その機能自体は互いに相似関係にある。そのため、以下の説明では、DSP1についてのみ詳細に説明し、DSP2及びDSP3については、図面中で対応する要素に対応する参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【0054】
DSP4は、図中に接続記号C41で示したように制御用コンピュータ20によって制御されており、DSP1〜DSP3が夫々に出力しているディジタル電気信号であるアクチュエータ駆動信号Ea1〜Ea3のうちの1つを選択し、その選択したアクチュエータ駆動信号を、アナログ信号に変換するためのものである。このDSP4については後に詳細に説明する。
【0055】
これよりDSP1について更に詳しく説明して行く。DSP1はA/Dコンバータ130を有する。A/Dコンバータ130は、荷重センサ14から受取るアナログの荷重センサ信号SLOADを、所定サンプリングレート(例えば100μ秒)でサンプリングしてディジタル化するものである。
【0056】
従って、A/Dコンバータ130は、入力してくる荷重センサ信号SLOADの大きさに比例した大きさのディジタル信号を送出する比例要素であり、その比例係数(ゲインKC1)は、制御用コンピュータ20からの指令によって調節可能としてある。
【0057】
このA/Dコンバータ130の出力は、荷重制御ループの負帰還信号FB1として使用される。従って、このA/Dコンバータ130と制御用コンピュータ20とで、荷重センサ信号SLOADの大きさに応じた負帰還信号FB1を発生する負帰還信号発生手段が構成されている。
【0058】
また、ゲインKC1は、荷重制御ループにおけるフィードバックゲインであり、荷重制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。DSP2及びDSP3も同様のA/Dコンバータ230及び330を備えており、それらのフィードバックゲインをKC2及びKC3で表した。
【0059】
DSP1は比較器132を有する。この比較器132は、DSP0とA/Dコンバータ130とから夫々目標値関数信号Ei(t)と負帰還信号FB1とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号Ee1を発生する差分発生手段を構成している。また、DSP2及びDSP3も同様の比較器232及び332を備えている。
【0060】
DSP1は信号処理部134を有する。この信号処理部134は、図中に接続記号C11で示したように制御用コンピュータ20によって制御されており、比較器132から入力する誤差信号Ee1に処理を施してアクチュエータ駆動信号Ea1を発生するものである。
【0061】
従って、この信号処理部134と制御用コンピュータ20とで、誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が構成されている。
【0062】
特にこの信号処理部134は、発生するアクチュエータ駆動信号Ea1が、入力される誤差信号Ee1の積分成分を含むように構成されており、より詳しくは、比例・積分要素として構成されている。
【0063】
アクチュエータ駆動信号Ea1を発生する信号処理部134を積分要素を含むものとすることで、定常偏差を排除できるようにしており、これによって荷重制御ループの制御精度を高めている。
【0064】
信号処理部134を構成している比例・積分要素の比例係数(ゲインKF1)は、制御用コンピュータ20からの指令によって調節可能としてある。このゲインKF1は、荷重制御ループにおけるフォワードゲインであり、荷重制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【0065】
また、アクチュエータ駆動信号Ea1は、制御用コンピュータ20からの指令によってリセット可能としてあり、後述する制御モード切換の際にはリセットされる。従って、制御用コンピュータ20によって、制御モード切換の際にアクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段が構成されている。
【0066】
DSP2及びDSP3も同様の信号処理部234及び334を備えており、それらのゲインをKF2及びKF3で表した。
【0067】
DSP1は、加算器136とオフセット信号発生部138とを有する。オフセット信号発生部138は、図中に接続記号C12で示したように制御用コンピュータ20によって制御されており、アクチュエータ駆動信号Ea1に加えるべきオフセット信号AOS1を発生するものである。
【0068】
制御用コンピュータ20がオフセット信号AOS1をゼロ以外の(正または負の)大きさに設定したならば、そのオフセット信号AOS1が加算器136によってアクチュエータ駆動信号Ea1に加算される。
【0069】
従って、加算器136と、オフセット信号発生部138と、制御用コンピュータ20とで、アクチュエータ駆動信号Ea1に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【0070】
DSP2及びDSP3に関しては、それらの構成要素を、DSP1の対応する構成要素の参照番号の最初の桁の数字を「1」から夫々「2」と「3」とに変更した参照符号を付して示した。
【0071】
これらDSP2及びDSP3の機能は記述の如くDSP1の機能と相似であり、特に、これらDSP2及びDSP3の信号処理部234及び334も、DSP1の信号処理部134と同様に比例・積分要素として構成されている。
【0072】
また、これらDSP2及びDSP3においては、誤差信号をEe2及びEe3で表し、負帰還信号をFB2及びFB3で表し、アクチュエータ駆動信号をEa2及びEa3で表し、オフセット信号をAOS2及びAOS3で表している。
【0073】
DSP1〜DSP3の負帰還信号FB1〜FB3は、図中に接続記号M11、M21、及びM31で示したように制御用コンピュータ20によってモニタされている。また、DSP1〜DSP3が出力しているアクチュエータ駆動信号Ea1〜Ea3は、DSP4へ入力されていると共に、図中に接続記号M12、M22、及びM32で示したように制御用コンピュータ20によってモニタされている。
【0074】
DSP4は、制御用コンピュータ20からの指令に従って3つのアクチュエータ駆動信号Ea1〜Ea3のうちから1つを選択するセレクタ40と、その選択したディジタルのアクチュエータ駆動信号をアナログのアクチュエータ駆動信号Ea0に変換するD/Aコンバータ42とを有する。
【0075】
DSP4から出力されるアクチュエータ駆動信号Ea0は、油圧アクチュエータACTのサーボ弁S/Vへ供給され、サーボ弁S/Vを駆動する。これによって、図1のブロック12に含まれるアクチュエータ系が、そのアクチュエータ駆動信号Ea0に応動して、試験片TPに試験操作を加えることになる。
【0076】
以上の説明から明らかなように、DSP1〜DSP3から送出されているアクチュエータ駆動信号Ea1〜Ea3のうちから、例えばアクチュエータ駆動信号Ea1が選択されたならば、荷重センサ14とDSP1とを含む荷重制御ループが確立されることになり、材料試験機の制御モードは荷重制御モードとなる。そして、別のアクチュエータ駆動信号を選択することで、その選択したアクチュエータ駆動信号に対応した制御モードへ切り換えることができる。
【0077】
従って、セレクタ40と制御用コンピュータ20とで、制御モード選択手段が構成されており、この制御モード選択手段は、複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにするものである。
【0078】
また、以上から明らかなように、この制御系10は、試験片TPに関する複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、選択された1つの物理量を目標値関数信号に従うように制御するものである。
【0079】
以上の構成のフィードバック制御式材料試験機において、制御モードを切り換える際には、その制御モードの切換と同時にアクチュエータ駆動信号がステップ状に変化して油圧アクチュエータACTが突発的に高速動作を開始するという不都合や、その切換の直後に、油圧アクチュエータACTが、積分要素を含んでいる制御系10の定常状態を目指して意図しない動作を開始するという不都合を防止するために、以下の手順を実行するようにしている。
【0080】
その手順とは、制御モード切換の直前と直後とでアクチュエータ駆動信号Ea0の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に誤差信号が実質的にゼロになるように、制御系10の信号に対して補償を施すというものである。
【0081】
これについては、以下に具体的な例に即して説明することとし、ここでは、疲労強度試験のために荷重制御モードで行っていた試験片TPへの繰返荷重の印加プロセスが終了し、その試験片TPを材料試験機から取外すために、荷重制御モードから変位制御モードへ切り換える場合について説明する。
【0082】
この制御モードの切換に際しては、先ず切換直前の時点で、制御用コンピュータ20が、荷重制御ループの負帰還信号FB1をDSP1から読み取り、また、変位制御ループの負帰還信号FB2をDSP2から読み取る。
【0083】
そして、切換直後にDSP0のオフセット信号発生部26から出力すべき新たなオフセット信号DOS(new)を適切な大きさに定めることで、切換直後に変位制御ループの誤差信号Ee2が実質的にゼロになるようにする。
【0084】
この場合、切換直前の時点では荷重制御モードで制御が行われているため、荷重制御ループの誤差信号Ee1は実質的にゼロになっている。そこで、切換直前の時点でDSP0のオフセット信号発生部26が出力しているオフセット信号DOS(old)の値を使用して、FB1−DOS(old)=FB2−DOS(new)となるようにDOS(new)の値を定めることにより、切換直後の時点における新たな制御ループ(変位制御ループ)の誤差信号Ee2を実質的にゼロにすることができる。
【0085】
また以上と並行して、制御用コンピュータ20は、制御モードの切換直前の時点でDSP1から出力されているアクチュエータ駆動信号Ea1を読み取り、そして切換直後の時点で、DSP2の信号処理部234をリセットして、この信号処理部234が出力しているアクチュエータ駆動信号をゼロにする。
【0086】
これと共に、制御用コンピュータ20は、信号処理部234が出力しているそのアクチュエータ駆動信号に対して、DSP2の加算器236及びオフセット信号発生部238を介して適切なオフセット補償を施すことで、DSP2からDSP4へ出力されるオフセット補償後のアクチュエータ駆動信号Ea2の大きさが、先に読み取ったアクチュエータ駆動信号Ea1の大きさと実質的に等しくなるようにする。
【0087】
これによって、制御モードの切換直前に使用されていたアクチュエータ駆動信号Ea1の大きさと、切換直後に使用されるアクチュエータ駆動信号Ea2の大きさとが実質的に等しくなるため、制御モード切換の直前と直後とで、サーボ弁S/Vに供給されるアクチュエータ駆動信号Ea0の大きさを実質的に同一とすることができる。
【0088】
従って、アクチュエータ駆動信号Ea0の大きさが制御モード切換の前後で変化しないため、制御モード切換に際して油圧アクチュエータACTが突発的に高速動作を開始するおそれがなく、また、誤差信号が制御モード切換の直後にゼロになっているため、その時点で新たな制御モードに対応した制御ループは既に定常状態にあり、従って、制御ループが積分要素を含んでいても、制御モードの切換後に、油圧アクチュエータACTが制御系10の定常状態を目指して意図しない動作を開始するということがない。
【0089】
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系10´を示したブロック図である。材料試験機の機械部分の構成要素は、第1の実施の形態と第2の実施の形態とで同一であるため、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0090】
この第2の実施の形態でも、制御系10´が制御することのできる試験片TPに関する物理量は、試験片TPに負荷される荷重、試験片TPを取付けたチャックCHKの変位、それに、試験片TPに発生する伸びであり、それら物理量のうちの1つが制御対象物理量として選択されてこの制御系10´の出力となる。
【0091】
また、制御系10´は、以上の3つの物理量を夫々に検出するための3個のセンサを備えている。それらセンサは第1の実施の形態のものと同じものであるため、同一の参照番号を付してある。更に、それらセンサが発生するセンサ信号も第1の実施の形態に関して説明したものと同じである。
【0092】
図2に示した制御系10´の構成要素のうち、ブロック12及びセンサ14〜18以外の構成要素は、信号を電気的に発生ないし処理するためのものであり、図示の実施の形態では、それら構成要素は、2個のディジタルシグナルプロセッサDSP0´及びDSP1´と、それらディジタルシグナルプロセッサの入出力信号をモニタすると共にそれらディジタルシグナルプロセッサの動作を制御する制御用コンピュータ20´とで構成されている。
【0093】
2個のディジタルシグナルプロセッサDSP0´及びDSP1´の各々は、CPU、RAM、ROM、それに積和演算器等を組合せた一般的な構成のものであり、その具体的な構成よりもその機能の方が重要であるため、図2には、各ディジタルシグナルプロセッサの機能を幾つかの機能要素の組合せで表してある。
【0094】
以下に説明する各ディジタルシグナルプロセッサの機能を得るためにそのディジタルシグナルプロセッサのハードウェアをどのように構成し、そのプログラムをどのように作成すればよいかは、当業者には自明のことであるのでそれらについては説明を省略する。
【0095】
DSP0´は、目標値関数信号Ei(t)を発生する関数信号発生部22を有する。目標値関数信号Ei(t)とは、制御対象物理量の目標値を時間の関数として表す信号である。
【0096】
関数信号発生部22は、図中に接続記号C01で示したように制御用コンピュータ20´によって制御されており、従ってこの関数信号発生部22と制御用コンピュータ20´とで、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段が構成されている。
【0097】
目標値関数信号Ei(t)は、制御用コンピュータ20´からの指令に応じて、引張強度試験のためにランプ関数として発生されることもあれば、疲労強度試験のために正弦関数として発生されることもあり、更には、試験片TPの装着及び取外しのためにその他の適当な関数として発生されることもある。
【0098】
図2のDSP0´は、図1の実施の形態のDSP0とは異なり、目標値関数信号Ei(t)に対してオフセット補償を施す手段を備えていない。
【0099】
もう1つのディジタルシグナルプロセッサDSP1´は、図1の実施の形態の4個のディジタルシグナルプロセッサDSP1〜DSP4が集合した全体に略々対応した機能を果たしており、このDSP1´の機能要素のうち、DSP1〜DSP4に含まれている機能要素に対応するものには、同一の参照番号を付してある。
【0100】
DSP1´は制御用コンピュータ20´によって制御されており、前述の試験片TPに関する3つの物理量の夫々に対応したセンサ信号が入力している。そして、DSP1´は、それらセンサ信号に対応した夫々の物理量を制御するための夫々の制御ループの一部を構成している。
【0101】
従って、DSP1´には、荷重センサ信号SLOADと、変位センサ信号SDISPと、伸びセンサ信号SELNGとが入力している。
【0102】
DSP1´は、3個のA/Dコンバータ130、230、330を有する。これらA/Dコンバータ130、230、330は、夫々、アナログ電気信号であるセンサ信号SLOAD、SDISP、及びSELNGを、所定サンプリングレート(例えば100μ秒)でサンプリングしてディジタル化するものである。
【0103】
従って、これらA/Dコンバータ130、230、330は、入力してくるセンサ信号の大きさに比例した大きさのディジタル信号を送出する比例要素であり、その比例係数(ゲインKC1、KC2、KC3)は、制御用コンピュータ20´からの指令によって調節可能としてある。
【0104】
これらA/Dコンバータ130、230、330の出力は、夫々、荷重制御ループ、変位制御ループ、伸び制御ループの負帰還信号FB1、FB2、FB3として使用される。従って、各々のA/Dコンバータと制御用コンピュータ20´とで、各々のセンサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段が構成されている。また、ゲインKC1、KC2、KC3は、夫々の制御ループにおけるフィードバックゲインであり、対応する制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【0105】
DSP1´は、3個の加算器144、244、344と、それらの各々に組合わされた3個のオフセット信号発生部146、246、346とを有する。オフセット信号発生部146、246、346は、図中に接続記号C11、C12、C13で示したように制御用コンピュータ20´によって制御されており、負帰還信号FB1、FB2、FB3に夫々加えるべきオフセット信号EOS1、EOS2、EOS3を発生するものである。
【0106】
制御用コンピュータ20´が、オフセット信号EOS1〜EOS3をゼロ以外の(正または負の)大きさに設定したならば、それらオフセット信号EOS1〜EOS3が、加算器144、244、344によって夫々負帰還信号FB1〜FB3に加算される。
【0107】
従って、加算器144、244、344と、オフセット信号発生部146、246、346と、制御用コンピュータ20´とで、負帰還信号FB1、FB2、FB3に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【0108】
DSP1´は、接続記号C14で示したように制御用コンピュータ20´からの指令に従って3つの負帰還信号FB1〜FB3のうちから1つを選択するセレクタ40と、このセレクタ40によって選択された負帰還信号FB0が入力する比較器32とを有する。
【0109】
比較器32には更に、前述の目標値関数信号Ei(t)がDSP0´から入力しており、比較器32はそれら信号の差分に比例した誤差信号Ee0を発生している。従って比較器32は、第1の実施の形態における比較器132と同様の差分発生手段を構成している。
【0110】
DSP1´は、信号処理部34を有する。この信号処理部34は、図中に接続記号C15で示したように制御用コンピュータ20´によって制御されており、比較器32から入力する誤差信号Ee0に処理を施してアクチュエータ駆動信号Eaを発生するものである。
【0111】
従って、この信号処理部34と制御用コンピュータ20´とで、誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が構成されている。
【0112】
信号処理部34は、第1の実施の形態における信号処理部134、234、334と同様に、発生するアクチュエータ駆動信号Eaが、入力される誤差信号Ee0の積分成分を含むように構成されており、より詳しくは、比例・積分要素として構成されている。
【0113】
アクチュエータ駆動信号Eaを発生する信号処理部34を、積分要素を含むものとすることで、定常偏差を排除できるようにしており、これによって制御ループの制御精度を高めている。
【0114】
信号処理部34を構成している比例・積分要素の比例係数(即ち、フォワードゲインKF0)及び積分時定数(即ち、T0)は、制御用コンピュータ20´からの指令によって調節可能としてある。KF0及びT0は、そのとき選択されている制御対象物理量に応じて制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【0115】
図2の実施の形態のDSP1´は、図1の実施の形態のDSP1、DSP2、ないしDSP3とは異なり、アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段を備えていない。
【0116】
DSP1´の負帰還信号FB1〜FB3は、図中に接続記号M11〜M13で示したように制御用コンピュータ20´によってモニタされており、信号処理部34が出力しているアクチュエータ駆動信号Eaも、図中に接続記号M14で示したように制御用コンピュータ20´によってモニタされている。
【0117】
DSP1´は、D/Aコンバータ42を有し、このD/Aコンバータ42は、信号処理部34から出力されるディジタルのアクチュエータ駆動信号Eaをアナログのアクチュエータ駆動信号Ea0に変換するものである。
【0118】
D/Aコンバータ42から出力されるアナログのアクチュエータ駆動信号Ea0は、油圧アクチュエータACTのサーボ弁S/Vへ供給され、サーボ弁S/Vを駆動する。これによって、図2のブロック12に含まれるアクチュエータ系が、そのアクチュエータ駆動信号Ea0に応動して、試験片TPに試験操作を加えることになる。
【0119】
以上の説明から明らかなように、A/Dコンバータ130、230、330から送出されている負帰還信号FB1、FB2、FB3のうちから、例えば負帰還信号FB1が選択されたならば、それによって、荷重センサ14とDSP1´とを含む荷重制御ループが確立されることになり、材料試験機の制御モードは荷重制御モードとなる。そして、別の負帰還信号を選択することで、その選択した負帰還信号に対応した制御モードへ切り換えることができる。
【0120】
従ってセレクタ40と制御用コンピュータ20´とで、制御モード選択手段が構成されており、この制御モード選択手段は、複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにするものである。
【0121】
また、以上から明らかなように、この制御系10´は、試験片TPに関する複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、選択された1つの物理量を目標値関数信号に従うように制御するものである。
【0122】
この図2の構成のフィードバック制御式材料試験機において、制御モードを切り換える際には、その制御モードの切換と同時にアクチュエータ駆動信号がステップ状に変化して油圧アクチュエータACTが突発的に高速動作を開始するという不都合や、その切換の直後に、油圧アクチュエータACTが、積分要素を含んでいる制御系10´の定常状態を目指して意図しない動作を開始するという不都合を防止するために、以下の手順を実行するようにしている。
【0123】
その手順の概略は、第1の実施の形態のフィードバック制御式材料試験機の場合と同様に、制御モード切換の直前と直後とでアクチュエータ駆動信号Ea0の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に誤差信号が実質的にゼロになるように、制御系10´の信号に対して補償を施すというものであるが、ただしその手順の細部は、第1の実施の形態のものと異なっている。
【0124】
これについては、第1の実施の形態に関して例示したのと同じ状況に即して説明することとし、即ち、疲労強度試験のために荷重制御モードで行っていた試験片TPへの繰返荷重の印加プロセスが終了し、その試験片TPを材料試験機から取外すために、荷重制御モードから変位制御モードへ切り換える場合について説明する。
【0125】
この制御モードの切換に際しては、先ず切換直前の時点で、制御用コンピュータ20が、荷重制御ループのオフセット補償前の負帰還信号FB1と、変位制御ループのオフセット補償前の負帰還信号FB2とを読み取る。
【0126】
そして、それら負帰還信号の値と、荷重制御ループのオフセット信号EOS1の値とを用いて、切換直後に変位制御ループのオフセット信号発生部246から出力すべきオフセット信号EOS2の値を適切に定めることで、制御モードの切換直後の時点において新たな制御ループ(変位制御ループ)の誤差信号Ee0が実質的にゼロになるようにする。
【0127】
この場合、制御モードの切換直前の時点では荷重制御モードで制御が行われているため、誤差信号Ee0は実質的にゼロになっている。そこで、FB1+EOS1=FB2+EOS2となるようにEOS2の値を定めれば、それによって、制御モードの切換直後に比較器32へ入力する負帰還信号の大きさが切換直前に比較器32に入力していた負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるため、切換直後の時点における誤差信号Ee0を実質的にゼロにすることができる。
【0128】
更に、信号処理部34は制御モードの切換後も、切換前から引き続いて誤差信号Ee0に基づいてアクチュエータ駆動信号Eaを発生し続けているため、切換の前後で誤差信号Ee0がいずれもゼロであれば、アクチュエータ駆動信号Eaは制御モードの切換によって変化することはない。
【0129】
従って、アクチュエータ駆動信号Eaの大きさが制御モード切換の前後で変化しないため、制御モード切換に際して油圧アクチュエータACTが突発的に高速動作を開始するおそれがなく、また、誤差信号が制御モード切換の直後にゼロになっているため、その時点で新たな制御モードに対応した制御ループは既に定常状態にあり、従って、制御ループが積分要素を含んでいても、制御モードの切換後に、油圧アクチュエータACTが制御系10´の定常状態を目指して意図しない動作を開始するということがない。
【0130】
この切換手順が完了したならば、制御用コンピュータ20は、信号処理部34のゲインKF0及び積分定数T0を、新たな制御モード(変位制御モード)に適した値に設定し、そして、所望の目標値関数信号Ei(t)を発生させることで、変位制御モードでの制御を開始する。
【0131】
ここで、第1の実施の形態と第2の実施の形態との作用効果上の相違を述べておく。制御系10と10´とのいずれにおいても、最も複雑な処理を実行しているのは信号処理部134、234、334、及び34である。
【0132】
第1の実施の形態では、制御対象物理量の各々に対して専用の信号処理部134、234、334を使用しているため、それら信号処理部の構成を、ハードウェアの割合を大きくし、ソフトウェアの割合を小さくした構成とすることができ、従って高速処理が可能であり、より優れた制御特性を達成することができる。
【0133】
一方、第2の実施の形態では、同一の信号処理部34を複数の制御対象物理量の間で共用しているため、ソフトウェア依存性の高い構成となり、処理速度の点で劣ることになる。
【0134】
しかしながら、負帰還信号FB1〜FB3にオフセット補償を施すだけで本発明の特徴を組み込めるため、既存のフィードバック制御式材料試験機に僅かな改造を加えるだけで本発明を実施することができ、従って、レトロフィットによって本発明を組み込む場合には、第1の実施の形態よりも一般的に有利であるといえる。
【0135】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1及び請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された1つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、前記制御系は、a.前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、b.前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、c.前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、d.前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、e.前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、f.前記複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、g.制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有するものとした。
【0136】
このため、制御モードの切換に際して制御系の信号に対して補償を施すことで、その制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるようにすることができる。そのため、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止できると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにして新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始することができる。
【0137】
また、請求項1に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられているものとした。
【0138】
従って、前記補償手段が、前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成るものであるため、目標値関数信号発生手段及びアクチュエータ駆動信号発生手段が、通常そうであるように、プログラムメモリと積和演算器とを備えたディジタルシグナルプロセッサで構成されている場合には、それらディジタルシグナルプロセッサのプログラムに変更を加えるだけで本発明を実施することができる。
【0139】
また、請求項2に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられているものとした。
【0140】
従って、前記補償手段が、負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成るものであるため、負帰還信号をモニタして負荷信号発生手段を制御するだけで本発明を実施することができ、それゆえ、既存のフィードバック式材料試験機に最小限の改造を施すだけで、本発明を容易にレトロフィットにより組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系を示したブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系を示したブロック図である。
【符号の説明】
10,10´ 制御系
14 荷重センサ
16 変位センサ
18 伸びセンサ
20 制御用コンピュータ
22 関数信号発生部
24 加算器
26 オフセット信号発生部
32 比較器
34 信号処理部
40 セレクタ
42 D/Aコンバータ
130,230,330 A/Dコンバータ
132,232,332 比較器
134,234,334 信号処理部
136 加算器
138 オフセット信号発生部
144,244,344 加算器
146,246,346 オフセット信号発生部
S/V サーボ弁
ACT 油圧アクチュエータ
CHK チャック
TP 試験片
DSP0〜DSP4 ディジタルシグナルプロセッサ
DSP0´,DSP1´ ディジタルシグナルプロセッサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a feedback-controlled material testing machine that controls a physical quantity to be controlled of a test piece so as to follow a target value function by a feedback control method.
[0002]
[Prior art]
In order to perform various material tests, there is known a feedback control type material testing machine that controls a physical quantity to be controlled of a test piece so as to follow a target value function by a feedback control method.
[0003]
The physical quantity to be controlled is variously selected according to the type of material test to be performed. For example, in a certain material test, the tensile load applied to the test piece is controlled as a physical quantity to be controlled, and the elongation of the test piece generated by the tensile load is continuously measured. Further, the physical quantity to be controlled may be determined by the displacement of the chuck to which the test piece is attached or the elongation generated in the test piece.
[0004]
The control mode of a material testing machine that uses a compressive load or tensile load as a control target physical quantity is called a load control mode, and the control mode that uses a chuck displacement as a control target physical quantity is called a displacement control mode. A control mode in which is a control target physical quantity is called an elongation control mode.
[0005]
In general, this type of feedback control type material testing machine includes target value function signal generating means for generating a target value function signal representing a target value function, and the target value function signal is inputted to the test piece. A control system is provided for controlling one selected physical quantity of the plurality of physical quantities so as to follow the target value function signal.
[0006]
Further, this control system is configured to selectively establish one of a plurality of control loops corresponding to each of a plurality of physical quantities. In many cases, the control system includes the following a. ~ F. Have
[0007]
That is, a. A plurality of sensors for detecting each of a plurality of physical quantities and generating sensor signals in accordance with the magnitudes of the detected physical quantities; b. Negative feedback signal generating means for generating a negative feedback signal corresponding to the magnitude of the sensor signal; c. Difference generating means for receiving a target value function signal and a negative feedback signal and generating an error signal proportional to the difference between the signals; d. An actuator drive signal generating means for receiving an error signal and generating an actuator drive signal corresponding to the error signal; e. An actuator system for applying a test operation to the test piece in response to the actuator drive signal; and f. Control mode selection means for selecting one of the plurality of control loops to be established and performing control using a physical quantity corresponding to the established control loop as a control target physical quantity.
[0008]
In the above, the physical quantity to be controlled includes, for example, the load applied to the test piece, the displacement of the chuck to which the test piece is attached, and the elongation generated in the test piece.
[0009]
As the actuator system, a hydraulic actuator provided with an electromagnetic servo valve that receives an actuator drive signal is usually used.
[0010]
Further, the negative feedback signal generation means, the difference generation means, and the actuator drive signal generation means can be configured as an analog circuit using an operational amplifier, but recently, a D / A converter and an A / D converter, A high-speed and high-performance microcomputer is used, and the microcomputer is configured to execute digital signal processing, so that these means are configured by software. In particular, the latter method is generally used for digital signals. It is called processing.
[0011]
When performing material testing using this type of feedback controlled material testing machine, control modes are often switched in a series of test sequences.
[0012]
For example, in a material test in which measurement is performed while applying a tensile load that changes according to the target value function to the test piece, the material testing machine is operated in the load control mode during measurement. Usually, the control mode is switched to the displacement control mode in order to remove the specimen from the machine.
[0013]
Switching of the control mode is performed by switching a plurality of control loops that can be selectively established by the control system, thereby changing the sensor used.
[0014]
For example, when switching from the load control mode to the displacement control mode, the sensor signal sent from the load sensor is used instead of the sensor signal sent from the load sensor until then. Become.
[0015]
Therefore, generally, when the control loop is switched, the magnitude of the negative feedback signal changes stepwise at that time, and as a result, the actuator drive signal changes suddenly. Therefore, if the control loop is simply switched, the actuator suddenly starts high-speed operation simultaneously with the switching, which may cause a harmful shock to the material testing machine or damage the test piece. Various inconveniences may occur.
[0016]
In order to avoid this inconvenience, previously, sudden switching of the actuator was prevented by controlling the hydraulic pressure of the actuator and / or the control system signal while monitoring the sensor signal when switching the control mode. I was trying to do it. However, this method has a problem that it takes time to start the operation in the new control mode, and the operation efficiency of the material test is lowered.
[0017]
Recently, many material testing machines that use digital signal processing technology to make the main part of the control system digital are used. In this case, it is relatively easy to add compensation to the control system signal. For this reason, a method different from the above method is used.
[0018]
The method is to add a compensation to the target value function signal when switching the control mode so that the magnitude of the actuator drive signal immediately after switching the control mode is the same as the magnitude of the actuator drive signal immediately before switching. Is.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, according to the conventional control mode switching method in which the actuator drive signal is compensated, the actuator drive signal generating means for generating the actuator drive signal according to the error signal is substantially configured as a proportional element. Gives good results.
[0020]
However, if the actuator drive signal generating means includes an integral element in order to remove the steady deviation that is inevitably associated with the proportional element, this conventional control mode switching method causes a problem.
[0021]
More specifically, when the actuator drive signal generating means is configured as a proportional element, the magnitude of the target value function signal is adjusted so that the magnitude of the actuator drive signal does not change before and after the control mode switching. As long as this is done, the control system is already in a steady state immediately after the control mode switching.
[0022]
On the other hand, when the actuator drive signal generating means includes an integral element, the control system is in a steady state immediately after the control mode switching when the target value function signal is adjusted as described above. In general, it is not in a steady state.
[0023]
Therefore, immediately after switching the control mode, the actuator that has been stationary until then starts an unintended operation aiming at the steady state of the control system, and an undesirable load is applied to the test piece. Sometimes it was damaged.
[0024]
In addition, in order to start operation control in the new control mode after switching, it is necessary to wait for the control system to settle down to a steady state, so the test takes time and the operating efficiency of the material testing machine is reduced. I was invited.
[0025]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a feedback control type material testing machine of the type described above even when the actuator drive signal generating means includes an integral element. In addition to preventing the material testing machine from being shocked when the control mode is switched, the control system is already in a steady state immediately after switching the control mode, so that the operation in the new control mode can be performed. The purpose is to enable the control to be started quickly.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object,
[0027]
And claim 1 In the feedback control type material testing machine according to the present invention described in the above, the compensation means performs offset compensation on the target value function signal so that the magnitude of the error signal immediately after switching the control mode becomes substantially zero. Means for applying, resetting the actuator drive signal generating means when the control mode is switched, and the magnitude of the actuator drive signal immediately after the control mode switch is substantially equal to the magnitude of the actuator drive signal immediately before the control mode switch. And means for performing offset compensation on the actuator drive signal so as to be equal to each other. The actuator drive signal generating means, the means for performing offset compensation on the actuator drive signal, and the feedback path of each physical quantity constituting a part of the plurality of control loops are respectively in a plurality of control modes. A plurality of them are provided individually in correspondence. It is characterized by that.
[0028]
[0029]
[0030]
Therefore, even when the actuator drive signal generating means includes an integral element, it is possible to suitably prevent the material testing machine from being shocked when the control mode is switched, and the control system is already in place immediately after the control mode is switched. It is possible to quickly start the operation control in the new control mode in the steady state.
[0031]
[0032]
Also,
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a
[0034]
First, the mechanical part of the material testing machine will be briefly described. This material testing machine includes a fixed side load loading part fixed to the testing machine frame so that the position can be adjusted, and a movable side load loading part driven by a hydraulic actuator system. The test piece is mounted between the load-loading portions via a chuck, and the operation of the hydraulic actuator system is controlled to apply a test operation to the test piece.
[0035]
However, for the present invention, since the configuration of the mechanical part of the material testing machine is not important, the entire mechanical part is not shown. In the figure, the servo valve S / V and the hydraulic actuator ACT of the hydraulic actuator system are simply shown. The chuck driven by the hydraulic actuator system and the test piece CHK / TP attached to the chuck are shown as one
[0036]
Therefore, the
[0037]
In the embodiment shown in FIG. 1, the physical quantities related to the test piece TP that can be controlled by the
[0038]
The load applied to the test piece TP is detected by a
[0039]
Further, the displacement of the chuck CHK to which the test piece TP is attached is detected by a
[0040]
Further, the elongation generated in the test piece TP is detected by the
[0041]
Among the components of the
[0042]
Each of the five digital signal processors DSP0 to DSP4 has a general configuration in which a CPU, a RAM, a ROM, a product-sum operation unit, etc. are combined, and its function is more important than its specific configuration. Therefore, in FIG. 1, the function of each digital signal processor is represented by a combination of several functional elements.
[0043]
It is obvious to those skilled in the art how to configure the digital signal processor hardware and how to create the program in order to obtain the functions of each digital signal processor described below. Therefore, description thereof is omitted.
[0044]
The DSP 0 has a
[0045]
The
[0046]
The target value function signal Ei (t) is generated as a ramp function for the tensile strength test or as a sine function for the fatigue strength test in accordance with a command from the
[0047]
The DSP 0 further includes an
[0048]
If the
[0049]
Accordingly, the
[0050]
All of the three digital signal processors DSP1 to DSP3 are controlled by the
[0051]
The DSP1 to DSP3 are input with sensor signals corresponding to the three physical quantities related to the above-described test piece TP, and the DSP1 to DSP3 control the respective physical quantities corresponding to the sensor signals. Part of the control loop.
[0052]
More specifically, the load sensor signal SLOAD is input to the
[0053]
These three digital signal processors DSP1 to DSP3 are generally set with different operating parameters, but their functions are similar to each other. Therefore, in the following description, only
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
Therefore, the A /
[0057]
The output of the A /
[0058]
The gain KC1 is a feedback gain in the load control loop, and is set to a value that optimizes the control characteristics of the load control loop. DSP2 and DSP3 also have similar A /
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
Therefore, the
[0062]
In particular, the
[0063]
The
[0064]
The proportionality factor (gain KF1) of the proportional / integral elements constituting the
[0065]
The actuator drive signal Ea1 can be reset by a command from the
[0066]
DSP2 and DSP3 also have similar
[0067]
The
[0068]
If the
[0069]
Therefore, the
[0070]
As for DSP2 and DSP3, those components are denoted by reference numerals obtained by changing the numbers of the first digits of the corresponding component reference numbers of DSP1 from “1” to “2” and “3”, respectively. Indicated.
[0071]
The functions of these DSP2 and DSP3 are similar to the functions of DSP1 as described. In particular, the
[0072]
In these DSP2 and DSP3, error signals are represented by Ee2 and Ee3, negative feedback signals are represented by FB2 and FB3, actuator drive signals are represented by Ea2 and Ea3, and offset signals are represented by AOS2 and AOS3.
[0073]
Negative feedback signals FB1 to FB3 of DSP1 to DSP3 are monitored by the
[0074]
The
[0075]
The actuator drive signal Ea0 output from the
[0076]
As is apparent from the above description, if, for example, the actuator drive signal Ea1 is selected from the actuator drive signals Ea1 to Ea3 sent from the DSP1 to DSP3, a load control loop including the
[0077]
Accordingly, the
[0078]
Further, as apparent from the above, the
[0079]
In the feedback control type material testing machine configured as described above, when the control mode is switched, the actuator drive signal changes stepwise simultaneously with the switching of the control mode, and the hydraulic actuator ACT suddenly starts high-speed operation. In order to prevent the inconvenience and the inconvenience that the hydraulic actuator ACT starts an unintended operation aiming at the steady state of the
[0080]
The procedure is such that the magnitude of the actuator drive signal Ea0 is substantially the same immediately before and immediately after the control mode switching, and the error signal is substantially zero immediately after the control mode switching. Compensation is performed on the signal of the
[0081]
This will be described below with reference to a specific example, and here, the process of applying the repeated load to the test piece TP, which has been performed in the load control mode for the fatigue strength test, is completed, A case will be described in which the load control mode is switched to the displacement control mode in order to remove the test piece TP from the material testing machine.
[0082]
When the control mode is switched, the
[0083]
Then, by setting the new offset signal DOS (new) to be output from the offset
[0084]
In this case, since the control is performed in the load control mode immediately before the switching, the error signal Ee1 of the load control loop is substantially zero. Therefore, using the value of the offset signal DOS (old) output from the offset
[0085]
In parallel with the above, the
[0086]
At the same time, the
[0087]
As a result, the magnitude of the actuator drive signal Ea1 used immediately before the switching of the control mode is substantially equal to the magnitude of the actuator drive signal Ea2 used immediately after the switching. Thus, the magnitude of the actuator drive signal Ea0 supplied to the servo valve S / V can be made substantially the same.
[0088]
Therefore, since the magnitude of the actuator drive signal Ea0 does not change before and after the control mode switching, there is no possibility that the hydraulic actuator ACT suddenly starts high-speed operation at the time of control mode switching, and the error signal is immediately after the control mode switching. Therefore, the control loop corresponding to the new control mode is already in a steady state at that time, so even if the control loop includes an integral element, the hydraulic actuator ACT is An unintended operation is not started aiming at the steady state of the
[0089]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a
[0090]
Also in the second embodiment, the physical quantity relating to the test piece TP that can be controlled by the control system 10 'includes the load applied to the test piece TP, the displacement of the chuck CHK to which the test piece TP is attached, and the test piece. This is the elongation generated in TP, and one of these physical quantities is selected as the control target physical quantity and becomes the output of this control system 10 '.
[0091]
In addition, the
[0092]
Among the constituent elements of the
[0093]
Each of the two digital signal processors DSP0 ′ and DSP1 ′ has a general configuration in which a CPU, a RAM, a ROM, and a sum-of-products calculator are combined, and its function is more than the specific configuration. In FIG. 2, the function of each digital signal processor is represented by a combination of several functional elements.
[0094]
It is obvious to those skilled in the art how to configure the digital signal processor hardware and how to create the program in order to obtain the functions of each digital signal processor described below. Therefore, description thereof is omitted.
[0095]
The DSP 0 ′ has a
[0096]
The
[0097]
The target value function signal Ei (t) is generated as a ramp function for the tensile strength test or as a sine function for the fatigue strength test in accordance with a command from the control computer 20 '. It may also be generated as another suitable function for loading and unloading the specimen TP.
[0098]
Unlike the DSP0 of the embodiment of FIG. 1, the DSP0 ′ of FIG. 2 does not include means for performing offset compensation on the target value function signal Ei (t).
[0099]
The other digital signal processor DSP1 ′ performs a function substantially corresponding to the whole of the four digital signal processors DSP1 to DSP4 in the embodiment of FIG. 1, and among the functional elements of the DSP1 ′, the DSP1 The components corresponding to the functional elements included in the
[0100]
The
[0101]
Therefore, the load sensor signal SLOAD, the displacement sensor signal SDISP, and the extension sensor signal SELNG are input to the
[0102]
The
[0103]
Therefore, these A /
[0104]
The outputs of these A /
[0105]
The
[0106]
If the
[0107]
Therefore, the
[0108]
The
[0109]
The
[0110]
The
[0111]
Therefore, the
[0112]
Similar to the
[0113]
The
[0114]
The proportional coefficient (that is, forward gain KF0) and the integration time constant (that is, T0) of the proportional / integral element constituting the
[0115]
Unlike the DSP1, DSP2, and DSP3 in the embodiment of FIG. 1, the
[0116]
The negative feedback signals FB1 to FB3 of the
[0117]
The
[0118]
The analog actuator drive signal Ea0 output from the D /
[0119]
As is clear from the above description, if, for example, the negative feedback signal FB1 is selected from the negative feedback signals FB1, FB2, and FB3 transmitted from the A /
[0120]
Accordingly, the
[0121]
Further, as is clear from the above, the control system 10 'is configured to selectively establish one of a plurality of control loops corresponding to each of a plurality of physical quantities related to the test piece TP, One selected physical quantity is controlled to follow the target value function signal.
[0122]
In the feedback control type material testing machine configured as shown in FIG. 2, when the control mode is switched, the actuator drive signal changes stepwise simultaneously with the switching of the control mode, and the hydraulic actuator ACT suddenly starts high-speed operation. In order to prevent the inconvenience that the hydraulic actuator ACT starts an unintended operation aiming at the steady state of the
[0123]
The outline of the procedure is similar to the case of the feedback control type material testing machine of the first embodiment, and the magnitude of the actuator drive signal Ea0 is substantially the same immediately before and immediately after the control mode switching, and Compensation is performed on the signal of the control system 10 'so that the error signal becomes substantially zero immediately after switching the control mode. However, details of the procedure are described in the first embodiment. Different from the ones.
[0124]
This will be described in accordance with the same situation as illustrated with respect to the first embodiment, that is, the repeated load applied to the test piece TP that has been performed in the load control mode for the fatigue strength test. A case will be described in which the application process is completed and the load control mode is switched to the displacement control mode in order to remove the test piece TP from the material testing machine.
[0125]
When switching the control mode, the
[0126]
Then, using the value of the negative feedback signal and the value of the offset signal EOS1 of the load control loop, the value of the offset signal EOS2 to be output from the offset signal generator 246 of the displacement control loop immediately after switching is appropriately determined. Thus, the error signal Ee0 of the new control loop (displacement control loop) is made substantially zero immediately after the control mode is switched.
[0127]
In this case, the error signal Ee0 is substantially zero because the control is performed in the load control mode immediately before the switching of the control mode. Therefore, if the value of EOS2 is determined so that FB1 + EOS1 = FB2 + EOS2, the magnitude of the negative feedback signal input to the
[0128]
Further, since the
[0129]
Therefore, since the magnitude of the actuator drive signal Ea does not change before and after the control mode switching, there is no possibility that the hydraulic actuator ACT suddenly starts a high-speed operation when the control mode is switched, and the error signal is immediately after the control mode switching. Therefore, the control loop corresponding to the new control mode is already in a steady state at that time, so even if the control loop includes an integral element, the hydraulic actuator ACT is An unintended operation is not started aiming at the steady state of the control system 10 '.
[0130]
When this switching procedure is completed, the
[0131]
Here, the difference in operational effects between the first embodiment and the second embodiment will be described. In both of the
[0132]
In the first embodiment, the dedicated
[0133]
On the other hand, in the second embodiment, since the same
[0134]
However, since the features of the present invention can be incorporated simply by applying offset compensation to the negative feedback signals FB1 to FB3, the present invention can be implemented with a slight modification to the existing feedback controlled material testing machine. When the present invention is incorporated by retrofit, it can be said that it is generally more advantageous than the first embodiment.
[0135]
【The invention's effect】
[0136]
For this reason, by compensating the control system signal at the time of switching the control mode, the magnitude of the actuator drive signal becomes substantially the same immediately before and immediately after the control mode switching, and the control mode Immediately after switching, the error signal can be substantially zero. For this reason, even when the actuator drive signal generating means includes an integral element, it is possible to suitably prevent the material testing machine from being shocked when the control mode is switched, and the control system is already in place immediately after the control mode is switched. The operation control in the new control mode can be started promptly in the steady state.
[0137]
Also,
[0138]
Accordingly, the compensation means comprises means for performing offset compensation on the target value function signal, means for resetting the actuator drive signal generating means, and means for performing offset compensation on the actuator drive signal. Therefore, when the target value function signal generation means and the actuator drive signal generation means are configured by a digital signal processor having a program memory and a product-sum operation unit as is usually the case, the digital value processor The present invention can be implemented only by changing the signal processor program.
[0139]
Also,
[0140]
Therefore, since the compensation means comprises means for performing offset compensation on the negative feedback signal, the present invention can be implemented only by monitoring the negative feedback signal and controlling the load signal generating means. The present invention can be easily retrofitted with minimal modifications to existing feedback material testing machines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a control system of a feedback control type material testing machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of a feedback control type material testing machine according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 10 'control system
14 Load sensor
16 Displacement sensor
18 Elongation sensor
20 Control computer
22 Function signal generator
24 Adder
26 Offset signal generator
32 comparator
34 Signal processor
40 selector
42 D / A Converter
130, 230, 330 A / D converter
132,232,332 comparator
134, 234, 334 Signal processor
136 Adder
138 Offset signal generator
144, 244, 344 Adder
146, 246, 346 Offset signal generator
S / V servo valve
ACT Hydraulic actuator
CHK chuck
TP specimen
DSP0 to DSP4 Digital signal processor
DSP0 ', DSP1' Digital signal processor
Claims (2)
前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、
前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された1つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、
前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、
前記制御系は、
a.前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、
b.前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、
c.前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、
d.前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、
e.前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、
f.前記複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、
g.制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有し、
前記補償手段は、
制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、
制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、
制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、
前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられている、
ことを特徴とするフィードバック制御式材料試験機。In the feedback controlled material testing machine that controls the physical quantity to be controlled of the test piece so as to follow the target value function by the feedback control method,
Target value function signal generating means for generating a target value function signal representing the target value function;
A control system that receives the target value function signal and controls a physical quantity selected from among a plurality of physical quantities related to the test piece so as to follow the target value function signal;
The control system is configured to selectively establish one of a plurality of control loops corresponding to each of the plurality of physical quantities,
The control system is
a. A plurality of sensors for detecting each of the plurality of physical quantities and generating sensor signals according to the magnitudes of the detected physical quantities;
b. Negative feedback signal generating means for generating a negative feedback signal according to the magnitude of the sensor signal;
c. Difference generating means for receiving the target value function signal and the negative feedback signal and generating an error signal proportional to the difference between the signals;
d. Actuator drive signal generating means for receiving the error signal and generating an actuator drive signal corresponding to the error signal, the actuator drive configured to include an integral component of the error signal to which the generated actuator drive signal is input Signal generating means;
e. An actuator system for applying a test operation to the test piece in response to the actuator drive signal;
f. Control mode selection means for performing control using a physical quantity corresponding to the established control loop as a control target physical quantity by selecting and establishing one of the plurality of control loops;
g. The signal of the control system so that the magnitude of the actuator drive signal is substantially the same immediately before and after the control mode switching, and the error signal is substantially zero immediately after the control mode switching. and a compensating means for performing compensation for,
The compensation means includes
Means for performing offset compensation on the target value function signal so that the magnitude of the error signal immediately after the control mode switching becomes substantially zero;
Means for resetting the actuator drive signal generating means at the time of control mode switching;
Means for performing offset compensation on the actuator drive signal so that the magnitude of the actuator drive signal immediately after the control mode switching is substantially equal to the magnitude of the actuator drive signal immediately before the control mode switch,
The actuator drive signal generating means, the means for performing offset compensation on the actuator drive signal, and the feedback path of each physical quantity constituting a part of the plurality of control loops correspond to each of the plurality of control modes. Are provided individually,
A feedback-controlled material testing machine.
前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、Target value function signal generating means for generating a target value function signal representing the target value function;
前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された1つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、A control system that receives the target value function signal and controls a physical quantity selected from a plurality of physical quantities related to the test piece so as to follow the target value function signal;
前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの1つを選択的に確立できるように構成されており、The control system is configured to selectively establish one of a plurality of control loops corresponding to each of the plurality of physical quantities,
前記制御系は、The control system is
a.前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、a. A plurality of sensors for detecting each of the plurality of physical quantities and generating sensor signals according to the magnitudes of the detected physical quantities;
b.前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、b. Negative feedback signal generating means for generating a negative feedback signal according to the magnitude of the sensor signal;
c.前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、c. Difference generating means for receiving the target value function signal and the negative feedback signal and generating an error signal proportional to the difference between the signals;
d.前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生すd. The error signal is input and an actuator drive signal corresponding to the error signal is generated. るアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、An actuator drive signal generating means configured to include an integral component of an error signal to which the generated actuator drive signal is input, and
e.前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、e. An actuator system for applying a test operation to the test piece in response to the actuator drive signal;
f.前記複数の制御ループのうちの1つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、f. Control mode selection means for performing control using a physical quantity corresponding to the established control loop as a control target physical quantity by selecting and establishing one of the plurality of control loops;
g.制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有し、g. The control system signal so that the magnitude of the actuator drive signal is substantially the same immediately before and immediately after the control mode switching, and the error signal is substantially zero immediately after the control mode switching. Compensation means for compensating for
前記補償手段は、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、The compensation means includes means for performing offset compensation on the negative feedback signal so that the magnitude of the negative feedback signal immediately after the control mode switching is substantially equal to the magnitude of the negative feedback signal immediately before the control mode switching.
前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、The actuator drive signal generating means is composed of a single element common to a plurality of control modes,
前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられている、A plurality of the compensation means and a plurality of feedback paths of each physical quantity constituting a part of the plurality of control loops are individually provided corresponding to each of a plurality of control modes,
ことを特徴とするフィードバック制御式材料試験機。A feedback-controlled material testing machine.
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