JP4753439B2 - 複数のループ制御を行う振動試験装置 - Google Patents
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Description
を備えている。
C)前記演算された外力値による影響が前記試験体載置部及び前記試験体に及ばないようにする外力補償処理した値を前記ドライブ波形に加えること、
を特徴とするフィードバック式動電式振動試験方法。
簡略化した動電式振動試験装置1の全体構成を図1に示す。動電式振動試験装置1は、動電式振動発生機111、変位センサ131、加速度センサ133、電流計135、及び制御部141を有している。
動電式振動試験装置1の機能モデルを図2に示す。ここで、図2に示す動電式振動試験装置1の機能モデルと図1aに示す構成との対応関係を示す。試験体載置部21は試験体載置部121に、駆動部25は励磁コイル123、駆動コイル125及び励磁電源129に、減衰部27及び弾性部29はサスペンション127に、それぞれ対応する。
制御部141の動作について図4aを用いて説明する。制御部141のCPU411は、動電式試験体検査装置1の電源が入ると、各パラメータをハードディスク413からメモリ412にロードする(S401)。CPU411は、CD−ROMドライブ417を介してCD−ROM410から目標波形を獲得すると(S403)、ドライブ波形生成処理を実行する(S405)。CPU411は、ドライブ波形生成処理で生成したドライブ波形をD/A変換回路418を介して動電式振動発生機111へ出力する(S407)。
(1)外力値の考え方
外力算出処理にあたっては、a)試験体載置部21に載置された試験体が当該試験体載置部21に対して与える影響、及び、b)ダンパー27の減衰係数Cd及びバネ29の弾性係数Kdに基づくモデル化誤差、を考慮する。以下において、上記a)、b)をどのように考慮して、外力値を算出するのかを説明する。
試験体載置部21は、載置している試験体11からの相互作用として反力を受けている。試験体11からの反力については、試験体11を載置した試験体載置部21を振動させることによって初めて明らかとなり、各種センサ等を用いて直接的には正確な値を算出することが困難である。したがって、実際に試験体11を載置した試験体載置部21を振動させることによって得られるデータを用いて反力を算出することが必要となる。動電式振動試験装置1では、変位センサ131から得られる試験体載置部21の変位量及び加速度センサ133から得られる加速度値、及び電流計135から得られる駆動コイル125の電流値を用いて反力を算出する。
ダンパーの減衰係数及びバネの弾性係数に基づくモデル化誤差は、以下の理由により発生する。ダンパーの減衰係数Cdやバネの弾性係数Kdは、ある一つの値によって表される。これらの値は、ダンパーやバネの可動範囲のある範囲における値である。つまり、ダンパーの減衰係数Cdやバネの弾性係数Kdは、代表値であり、一般的にノミナル値と呼ばれている。このため、ノミナル値である減衰係数Cdや弾性係数Kdは、ダンパーやバネの実際の運動範囲の全てに適合するを代表する値ではない。ノミナル値であるダンパーの減衰係数Cd及びバネの弾性係数Kdを用いて試験体載置部の運動方程式を導いていることから、試験体載置部において運動方程式が表す運動と実際の運動とは、全ての運動範囲において必ずしも一致するわけではない。つまり、実際の運動を運動方程式でモデル化する際には、両者の間に誤差(モデル化誤差)が生ずる。これが、モデル化誤差が生ずる理由である。
CPU411が行う外力算出処理を図5aに示すフローチャートを用いて説明する。CPU411は、A/D変換部417を介して、変位センサ31から変位量、加速度センサ33から加速度値、及び電流計35から電流値を取得する(S501)。CPU411は、ステップS501で取得した各センサーの値、及び、ステップS401(図4a参照)で取得した各パラメータの値を用いて、数(7)より外力値dfを算出する(S503)。
算出した外力値を排除するように、試験体11及び試験体載置部21の運動を制御することによって、試験中に、試験体11及び試験体載置部21の特性が変化し反力が変化した場合(例えば、試験体の一部が破損した場合)であっても、試験体11及び試験体載置部21の運動を制御することができる。また、ノミナル値を基準とした数学モデルでは実際の動電式振動試験装置1の全ての運動を表すことができない場合であっても、数学モデルと実際の運動との差をモデル化誤差として吸収することができるので、試験体11及び試験体載置部21の運動を制御することができる。
制御部41は、図5aのフローチャートにより算出した外乱値を用いて外力補償処理を行う。外力補償処理にあたり、パラメータR1、L1、B、Gaに対する摂動を加法的不確かさと考える。加法的不確かさを考慮した駆動コイル125のブロック図を図6に示す。また、R1、L1、B、Gaに対して設定する摂動範囲を図7に示す。
駆動コイル125の制御性能を改善するために、制御周波数帯のゲインをロバスト安定性が得られる中で大きくなるように、外力の抑制性能に対する重み関数Wsを設定する。
変位センサの一般的な伝達特性を図9に示す。図9から明らかなように、変位センサは、高周波帯域でのゲインが小さい。よって、変位センサは、高周波帯域でのSN比が低いので、高周波帯域でのゲインが小さくなるように、高周波に対する重み関数Wuhを設定する。
加速度センサの一般的な伝達特性を図10に示す。図10から明らかなように、加速度センサは、低周波帯域でのゲインが小さい。よって、加速度センサは、低周波帯域でのSN比が低いので、低周波帯域でのゲインが小さくなるように、低周波に対する重み関数Wulを設定する。
4.1. インナーループ制御とアウターループ制御との併用
動電式振動試験装置1では、外力算出処理及び外力補償処理に基づくフィードバック制御(閉ループ制御)をインナーループとし、さらに、ドライブ波形生成処理に基づく目標追従制御(開ループ制御)をアウターループとする二重ループ制御を行っている。動電式振動試験装置1における二重ループ制御の概要を図12に示す。
制御部141のCPU411が実行するドライブ波形生成処理を図12aを用いて説明する。CPU411は、目標波形を獲得すると、ハードディスク413から被制御系の逆関数を取得する(S1101)。ここで、被制御系の逆関数について説明する。試験を始める前に被制御系の伝達関数を測定するために、所定の波形を入力して試験体11及び試験体載置部21を加振する試加振を実行する。試加振の結果から、被制御系の伝達関数を算出する。算出した伝達関数の逆関数を算出し、ハードディスク413に記憶しておく。
(1)外力補償制御
前述の実施例1においては、外力補償制御にロバスト制御手法を用いたが、外力値を用いて外力補償ができるものであれば例示のものに限定されない。例えば、増幅器(Ga)の入力から駆動部25の出力までの逆特性と各種フィルタを用いて構成した簡易な制御系であってもよい。
前述の実施例1においては、サスペンション127の機能としてダンパー機能、及びバネ機能を例示した。しかし、いずれか一方の機能としてもよい。また、他の機能を付加し、数学モデルを形成するようにしてもよい。
前述の実施例1においては、外力値を算出するにあたり、駆動コイル125の加振力、ダンパー27の減衰力、バネ29の弾性力を考慮することしたが、他の力を考慮するようにしてもよい。
前述の実施例1においては、被制御系の状態量として、試験体載置部121の変位量、加速度値、及び、駆動コイル125の電流値を例示したが、取得できる状態量であれば他の状態量であってもよい。
前述の実施例1においては、ドライブ波形の修正にあたりドライブ補正項を用いることとしたが、他の方法によりドライブ波形を修正するようにしてもよい。
前述の実施例1においては、アウターループは、応答波形が目標波形に追従するように、制御誤差に基づきドライブ波形を修正する一重の開ループを例示したが、複数のループを形成するようにしてもよい。この場合、各ループにおいて、制御に必要な処理を行わせるようにすればよい。インナーループについても同様である。
11・・・試験体
121・・・試験体載置部
123・・・励磁コイル
125・・・駆動コイル
127・・・サスペンション
129・・・励磁電源
131・・・変位センサ
133・・・加速度センサ
135・・・電流計
141・・・制御部
Claims (4)
- A)減衰部および弾性部を介して保持され、試験体を載置する試験体載置部、
B)励磁コイルによって生成された磁界内で、ドライブ波形に基づいて決定した駆動電流を駆動コイルに与えて、前記試験体載置部を加振する加振部、
C)前記試験体載置部の変位量、前記試験体載置部の加速度値、及び前記駆動電流値を獲得する振動状態量獲得部、
D)前記試験体の目標波形が与えられると、前記加振部に与えるドライブ波形を算出するドライブ波形算出部であって、前記試験体載置部が前記ドライブ波形に目標追従するよう制御するドライブ波形算出部、
を備えた動電式振動試験装置であって、
E)以下の式3を用いて式1を変形させ、さらに低周波領域のゲイン調整を行うパラメータを加えた式に、前記試験体載置部の変位量、加速度値及び前記駆動電流値を代入して外力値dfを演算する外力値算出部、
F)前記演算された外力値による影響が前記試験体載置部及び前記試験体に及ばないようにする外力補償処理した値を前記ドライブ波形に加える外力補償部、
を備えた動電式振動試験装置。 - A)減衰部および弾性部を介して保持され、試験体を載置する試験体載置部、
B)励磁コイルによって生成された磁界内で、ドライブ波形に基づいて決定した駆動電流を駆動コイルに与えて、前記試験体載置部を加振する加振部、
C)前記試験体載置部の変位量および前記駆動電流値を獲得する振動状態量獲得部、
D)前記試験体の目標波形が与えられると、前記加振部に与えるドライブ波形を算出するドライブ波形算出部であって、前記試験体載置部が前記ドライブ波形に目標追従するよう制御するドライブ波形算出部、
を備えた動電式振動試験装置であって、
E)以下の式3を用いて式1を変形させ、さらに低周波領域のゲイン調整を行うパラメータを加えた式に前記試験体載置部の変位量及び前記駆動電流値を代入して外力値dfを演算する外力値算出部、
F)前記演算された外力値による影響が前記試験体載置部及び前記試験体に及ばないようにする外力補償処理した値を前記ドライブ波形に加える外力補償部、
を備えた動電式振動試験装置。 - A)減衰部および弾性部を介して保持され、試験体を載置する試験体載置部、
B)励磁コイルによって生成された磁界内で、ドライブ波形に基づいて決定した駆動電流を駆動コイルに与えて、前記試験体載置部を加振する加振部、
C)前記試験体載置部の加速度値及び前記駆動電流値を獲得する振動状態量獲得部、
D)前記試験体の目標波形が与えられると、前記加振部に与えるドライブ波形を算出するドライブ波形算出部であって、前記試験体載置部が前記ドライブ波形に目標追従するよう制御するドライブ波形算出部、
を備えた動電式振動試験装置であって、
E)以下の式3を用いて式1を変形させ、さらに低周波領域のゲイン調整を行うパラメータを加えた式に、前記試験体載置部の加速度値及び前記駆動電流値を代入して外力値dfを演算する外力値算出部、
F)前記演算された外力値による影響が前記試験体載置部及び前記試験体に及ばないようにする外力補償処理した値を前記ドライブ波形に加える外力補償部、
を備えた動電式振動試験装置。 - A)以下のa1)〜a2)を有する動電式振動試験装置にて、試験体の目標波形が与えられると、加振部に与えるドライブ波形を算出するとともに、前記試験体載置部が前記ドライブ波形に目標追従するよう制御するフィードバック式動電式振動試験方法であって、
a1)減衰部および弾性部を介して保持され、試験体を載置する試験体載置部、
a2)励磁コイルによって生成された磁界内で、入力波形に基づいて決定した駆動電流を駆動コイルに与えて、前記試験体載置部を加振する加振部、
B)以下の式1および式2を変形させて、さらに低周波領域のゲイン調整を行うパラメータを加えた式に、前記試験体載置部の変位量、加速度値及び前記駆動電流値を代入して外力値dfを演算し、
C)前記演算された外力値による影響が前記試験体載置部及び前記試験体に及ばないようにする外力補償処理した値を前記ドライブ波形に加えること、
を特徴とするフィードバック式動電式振動試験方法。
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