JP5311549B2

JP5311549B2 - 振動試験装置

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Publication number: JP5311549B2
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Inventors: 了古谷; 雄志浅野
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Description

本発明は、振動試験装置に関わり、特に、鉄道構造物や土木構造物等の耐震評価試験等に用いる振動試験装置に関する。

鉄道構造物や土木構造物等の被試験体の耐震評価試験に用いられる振動試験装置は、仕様上２次元、３次元の同時振動試験を可能とするものが多い。しかし、被試験体の特性把握等を目的とする場合には、１方向のみの加振試験（１次元の振動試験）で十分な場合も多い。
一方、振動試験装置の構成について言えば、振動テーブルに設置される油圧加振機の台数の増加は、材料及びデジタル制御装置等の増加に繋がり、その結果としてコスト高となる。このため、必要最低数の油圧加振機による装置構成が望まれる。従って、ある振動試験方向のみ油圧加振機１台とする装置構成となることもある。この時、継手等による振動テーブルの重心位置の偏心と被試験体のアンバランスの影響を受けて、油圧加振機が振動テーブルをモーメント加振し、回転振動が発生することがある。

発生する回転振動による外力に対して、非振動試験方向の油圧加振機は現在位置を保持するように制御ループが組込まれているが、油圧加振機特有の油柱共振特性の影響を受けてこの回転振動が励起されることがある。従って、モーメント加振による外力によって発生する回転振動に対するロバスト性に限界があり、ある１方向の振動試験の信頼性を低下させることになる。

特開２０００−２２７３８１号公報

これに対して、従来の振動試験装置について、特許文献１に記載された振動試験台のヨーイング制御装置は、振動テーブルに２基１対のアクチュエータを設置し、それぞれのアクチュエータの変位量の差分信号と加速度の差分信号を制御変数としてフィードバック制御することで、試験テーブルのヨーイング回転運動を抑制していることが記載されている。
しかし、この前記特許文献１に記載された振動試験台のヨーイング制御装置では、必ずしも油圧加振機自身の共振特性の影響を考慮しておらず、回転振動を十分に抑制できない可能性がある。
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、油圧加振機自身の油柱共振特性を制御的に見かけ上変化させることで、回転振動を抑制し、１方向の振動試験を高精度に実施することが可能な振動試験装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の振動試験装置は、被試験体を搭載する振動テーブルと、前記振動テーブルを加振する油圧加振機と、前記油圧加振機のピストン変位信号と差圧信号を用いて任意の目標波形通りにサーボ制御する制御回路とを備え、前記油圧加振機のピストン加速度信号と、前記ピストン加速度信号を用いて油圧シリンダの作動油圧縮性に起因する共振特性を制御する補償回路とを備えたものである。
また、上記本発明の振動試験装置は、前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台の前記油圧加振機を備えたものである。
また、上記本発明の振動試験装置の前記補償回路は前記ピストン加速度信号に乗じる補償ゲインと、前記油圧加振機のサーボ弁逆特性と、安定化ローパスフィルタとを備えたものである。
また、上記本発明の振動試験装置は、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号を用いて、前記補償回路に前記ピストン変位信号を前記ピストン加速度信号に変換する微分フィルタ回路とを備えたものである。
また、上記本発明の振動試験装置は、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号と、前記差圧信号と、前記油圧加振機の荷重信号とを用いて、前記補償回路に加速度信号変換フィルタ回路とを備えたものである。
また、上記本発明の振動試験装置は、前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台設置された前記油圧加振機のそれぞれの前記ピストン加速度信号の差分信号を用いたものである。

上記の目的を達成するために、本発明の振動試験装置は、被試験体を搭載する振動テーブルと、ピストンの往復運動によって前記振動テーブルを加振する油圧加振機と、前記振動テーブル若しくは油圧加振機の駆動状態を計測してセンサ信号を出力する制御用センサと、前記センサ信号を用いて目標波形信号通りに前記油圧加振機を制御する制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路に前記目標波形信号を出力する波形発生装置と，前記制御信号に応じて前記油圧加振機のピストンを往復させるサーボ弁とを備え，前記油圧加振機のピストンの加速度を検出しピストン加速度信号として出力するピストン加速度センサと、前記ピストン加速度信号に基づいて、前記油圧シリンダの作動油圧縮性に起因する共振特性を制御するための補償信号を出力する補償回路とを備え、前記制御回路は、加算処理部を備え、前記補償信号を前記制御信号に足し合わせて前記サーボ弁に出力する。
また，上記本発明の振動試験装置の前記補償回路は、前記ピストン加速度信号に補償ゲインを乗じる補償ゲイン乗算部と、前記油圧加振機のサーボ弁逆特性を乗じるサーボ弁逆特性乗算部と、ローパスフィルタと、を備えたものである。
また，上記本発明の振動試験装置は、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号を用いて、前記補償回路に前記ピストン変位信号を前記ピストン加速度信号に変換する微分フィルタ回路と、を備えたものである。
また，上記本発明の振動試験装置は、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号と、前記差圧信号と、前記油圧加振機の荷重信号とを用いて、前記補償回路に加速度信号変換フィルタ回路とを備えたものである。
また，上記本発明の振動試験装置は、前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台設置された前記油圧加振機のそれぞれの前記ピストン加速度信号の差分信号を用いたものである。
また，上記本発明の振動試験装置は、前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台の前記油圧加振機と、を備えたものである。

本発明によれば、振動試験装置の油圧加振機自身の油柱共振特性を制御的に見かけ上減衰させることで、振動テーブルの回転振動を抑制し、所定の１方向の振動試験を高精度に実施することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明の重複を避け、できるだけ説明を省略する。

図１ａと図１ｂによって、本発明の振動試験装置の一実施例の構成について説明する。図１ａは振動試験装置の上面図、図１ｂは振動試験装置の側面図である。
図１において、波形発生装置１４は、振動試験装置に所定のＸ方向の振動を加えるための目標信号２５−１をＸ油圧加振機５０−１の制御回路１２−１に出力し、所定のＹ方向の振動を加えるための目標信号２５−２をＹ１油圧加振機５０−２の制御回路１２−２及びＹ２油圧加振機５０−３の制御回路１２−３にそれぞれ出力する。
被試験体９９を搭載する振動テーブル１は、上記目標信号２５−１及び２５−２で変位するように、Ｘ−Ｙ水平面内で往復運動する。
そのため、振動テーブル１のＸ方向の側面中央部に、Ｘ方向に加振するＸ油圧加振機５０−１が１台設けられており、振動テーブル１のＹ方向の側面中央にＹ方向に加振するＹ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３が並んでそれぞれ１台ずつ設けられている。更に、振動テーブル１のＺ方向の底面中央に、転倒防止装置５１が２台並んで設けられている。この２台の転倒防止装置５１は、防振床１００Ｚ上に据付けられている。

Ｘ油圧加振機５０−１は、ピストン５−１、シリンダ６−１、サーボ弁７−１、荷重検出器４−１、ロの字型静圧継手３−１、コの字型静圧継手２−１、シリンダ圧力検出器９−１と１０−１、及びピストン変位検出器１１−１から構成される。
コの字型静圧継手２−１は、振動テーブル１のＸ方向の側面中央部に設置され、コの字型静圧継手２−１の摺動部を介してロの字型静圧継手３−１が設置される。
ロの字型静圧継手３−１とピストン５−１の間には、Ｘ油圧加振機５０−１の加振力を検出するための荷重検出器４−１が設置されている。
ピストン５−１は、シリンダ６−１内に組込まれ、サーボ弁７−１を介した作動油により、Ｘ方向に前後加振運動する。ピストン５−１がＸ方向に往復運動することにより、コの字型静圧継手２−１に固定された振動テーブル１がＸ方向に所定のストロークで往復して、前後加振運動する。
振動テーブル１と反対側（ピストン５−１の後位）の、シリンダ６−１の他端は、振動テーブル１に対して十分な加振力を与えられるように、防振床１００Ｘに固定される。

サーボ弁７−１は、制御回路１２−１内に組込まれたフィードバック制御回路１３−１から出力されるサーボ指令信号２４−１によって駆動する。フィードバック制御回路１３−１は、目標信号２５−１、ピストン変位センサ信号２３−１、シリンダ圧力センサ信号２１−１、シリンダ圧力センサ信号２２−１、及び、荷重センサ信号２６−１に基づいてサーボ指令信号２４−１を算出し、算出されたサーボ指令信号２４−１をサーボ弁７−１に出力する。

なお、ピストン変位センサ信号２３−１は、ピストン変位検出器１１−１から出力される。このピストン変位検出器１１−１は、ピストン５−１の後位とシリンダ６−１に設置され、その相対変位量を検出し、検出された相対変位量に基づいてピストン変位センサ信号２３−１を出力する。
また、荷重センサ信号２６−１は、荷重検出器４−１が検出したＸ方向の荷重である。

また、シリンダ圧力センサ信号２１−１は、シリンダ圧力検出器９−１から出力される。このシリンダ圧力検出器９−１は、シリンダ６−１内の振動テーブル１側の部屋１９−Ｘ１の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２１−１を出力するものである。同様に、シリンダ圧力センサ信号２２−１は、シリンダ圧力検出器１０−１から出力される。このシリンダ圧力検出器１０−１は、シリンダ６−１内の防振床１００Ｘ側の部屋１９−Ｘ２の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２２−１を出力する。

Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３についても、上述したＸ油圧加振機５０−１と同様である。即ち、Ｙ１油圧加振機５０−２は、ピストン５−２、シリンダ６−２、サーボ弁７−２、荷重検出器４−２、ロの字型静圧継手３−２、コの字型静圧継手２−２、シリンダ圧力検出器９−２と１０−２、及びピストン変位検出器１１−２から構成される。また、Ｙ２油圧加振機５０−３は、ピストン５−３、シリンダ６−３、サーボ弁７−３、荷重検出器４−３、ロの字型静圧継手３−３、コの字型静圧継手２−３、シリンダ圧力検出器９−３と１０−３、及びピストン変位検出器１１−３から構成される。
コの字型静圧継手２−２と２−３は、振動テーブル１のＹ方向の側面中央部に並んで設置され、コの字型静圧継手２−２と２−３のそれぞれの摺動部を介してロの字型静圧継手３−２と３−３がそれぞれ設置される。
ロの字型静圧継手３−２とピストン５−２の間、及び、ロの字型静圧継手３−３とピストン５−３の間には、荷重検出器４−２及び４−３がそれぞれ設置され、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３との加振力を検出する。
ピストン５−２は、シリンダ６−２内に組込まれ、サーボ弁７−２を介した作動油により、Ｙ方向に加振運動する。ピストン５−２がＹ方向に往復運動することにより、コの字型静圧継手２−２に固定された振動テーブル１がＹ方向に所定のストロークで往復して、前後加振運動する。同様に、ピストン５−３は、シリンダ６−３内に組込まれ、サーボ弁７−３を介した作動油により、Ｙ方向に前後加振運動する。ピストン５−３がＹ方向に往復運動することにより、コの字型静圧継手２−３に固定された振動テーブル１がＹ方向に所定のストロークで往復して、前後加振運動する。
シリンダ６−２の振動テーブル１と反対側の他端、及び、シリンダ６−３の振動テーブル１と反対側の他端は、それぞれ、振動テーブル１に対して十分な加振力を与えられるように、防振床１００Ｙに固定される。

サーボ弁７−２は、制御回路１２−２内に組込まれたフィードバック制御回路１３−２から出力されるサーボ指令信号２４−２によって駆動する。フィードバック制御回路１３−２は、目標信号２５−２、ピストン変位センサ信号２３−２、シリンダ圧力センサ信号２１−２、及び、シリンダ圧力センサ信号２２−２、及び、荷重センサ信号２６−２に基づいてサーボ指令信号２４−２を算出し、算出されたサーボ指令信号２４−２をサーボ弁７−２に出力する。同様に、サーボ弁７−３は、制御回路１２−３内に組込まれたフィードバック制御回路１３−３から出力されるサーボ指令信号２４−３によって駆動する。フィードバック制御回路１３−３は、目標信号２５−３、ピストン変位センサ信号２３−３、シリンダ圧力センサ信号２１−３、シリンダ圧力センサ信号２２−３、及び、荷重センサ信号２６−３に基づいてサーボ指令信号２４−３を算出し、算出されたサーボ指令信号２４−３をサーボ弁７−３に出力する。

なお、ピストン変位センサ信号２３−２は、ピストン変位検出器１１−２から出力される。このピストン変位検出器１１−２は、ピストン５−２の後位とシリンダ６−２に設置され、その相対変位量を検出し、検出された相対変位量に基づいてピストン変位センサ信号２３−２を出力する。同様に、ピストン変位センサ信号２３−３は、ピストン変位検出器１１−３から出力される。このピストン変位検出器１１−３は、ピストン５−３の後位とシリンダ６−３に設置され、その相対変位量を検出し、検出された相対変位量に基づいてピストン変位センサ信号２３−３を出力する。
また、荷重センサ信号２６−２は、荷重検出器４−２が検出した荷重であり、荷重センサ信号２６−３は、荷重検出器４−３が検出した荷重である。

また、シリンダ圧力センサ信号２１−２は、シリンダ圧力検出器９−２から出力される。このシリンダ圧力検出器９−２は、シリンダ６−２内の振動テーブル１側の部屋の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２１−２を出力するものである。また、シリンダ圧力センサ信号２２−２は、シリンダ圧力検出器１０−２から出力される。このシリンダ圧力検出器１０−２は、シリンダ６−２内の防振床１００Ｙ側の部屋の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２２−２を出力するものである。同様に、シリンダ圧力センサ信号２１−３は、シリンダ圧力検出器９−３から出力される。このシリンダ圧力検出器９−３は、シリンダ６−３内の振動テーブル１側の部屋の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２１−３を出力するものである。また、シリンダ圧力センサ信号２２−３は、シリンダ圧力検出器１０−３から出力される。このシリンダ圧力検出器１０−３は、シリンダ６−３内の防振床１００Ｙ側の部屋の圧力を検出し、検出された圧力に対応するシリンダ圧力センサ信号２２−３を出力するものである。

また、図１ａと図１ｂにおいて、転倒防止装置５１は、コの字型静圧継手２−４及び２−５とから構成され、振動テーブル１のＺ方向（底面中央）に２台並んで設置され、それらのコの字型静圧継手２−５が、それぞれ防振床１００Ｚに設置されている。

次に、図２と図３を用いて、振動テーブルの回転振動が発生するメカニズムについて説明する。図２は、振動テーブル１、Ｘ油圧加振機５０−１の一部であるコの字型静圧継手２−１、Ｙ１油圧加振機５０−２の一部であるコの字型静圧継手２−２、及びＹ２油圧加振機５０−３の一部であるコの字型静圧継手２−３の部分だけを図示した平面図で、図３はＹ１油圧加振機５０−２及びＹ２油圧加振機５０−３で発生する振動の共振周波数特性を示す図である。実線がＹ１油圧加振機５０−２の共振周波数特性で破線がＹ２油圧加振機５０−３の共振周波数特性である。
まず、振動試験の種類としては、加振方向で分類すると、（１）Ｘ方向のみの振動試験、（２）Ｙ方向のみの振動試験、（３）Ｘ方向とＹ方向同時振動試験が考えられる。また、図１ａと図１ｂに示した振動試験装置では不可能であるが、更にＺ方向の振動試験を加えると、組合わせが増える。
（１）のケースでは、Ｘ方向の目標信号２５−１を任意の地震波等の振動波形信号として入力し、Ｙ方向の目標信号２５−２をゼロ目標とした試験を実施する。
（２）のケースでは、Ｙ方向の目標信号２５−２を任意の地震波等の振動波形信号として入力し、Ｘ方向の目標信号２５−１をゼロ目標とした試験を実施する。
（３）のケースでは、Ｘ方向の目標信号２５−１と、Ｙ方向の目標信号２５−２をそれぞれ任意の地震波等の振動波形信号とした試験を実施する。

図２に示すように、（１）のケースの場合には、Ｘ油圧加振機５０−１の加振軸方向（矢印８１）と、振動テーブル重心位置８０とがずれているために、振動テーブル１にモーメント加振力８４が発生する。
モーメント加振力８４により、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３には、加振軸方向と振動テーブル重心位置８０で定まる外力（Ｙ１油圧加振機外力８２及びＹ２油圧加振機外力８３）が加わる。
なお、矢印の長さは、力を大きさを相対的に表すものではない。また、矢印の方向も参考である。
また、振動テーブル１の重心位置８０は、コの字型静圧継手２−１、２−２、及び２−３の影響や、被試験体９９のアンバランスの影響により、振動テーブル１の形状的な中心位置からずれているのが普通である。

上述の理由から、Ｙ１油圧加振機の外力８２とＹ２油圧加振機の外力８３は、図３に示すような油柱共振特性を励起する。このように、Ｙ１油圧加振機５０−２の油柱共振特性のピーク周波数とＹ２油圧加振機５０−３の油柱共振特性のピーク周波数がずれているため、振動テーブル１に回転振動が発生することになる。

次に、図４と図５を用いて、本発明の油柱共振特性のピークを減衰させる原理について説明する。図４と図５は、サーボ弁の作動油の流量を入力としてシリンダのピストン可動部の移動速度を出力としたブロック図である。

図４において、加算処理部４０１には、サーボ弁の作動油の流量と、ピストン可動部質量の運動によるシリンダの単位時間あたりの体積増加量９６（ピストン受圧面積と可動部速度の積）と、シリンダ間の差圧によって生じるシリンダ間の漏れ流量９７（差圧とシリンダ間の漏れ流量係数の積）が入力され、サーボ弁の作動油の流量から、抵抗流量である体積増加量９６とシリンダ間の漏れ流量９７が減算された値が剛性定数算出部４０２に出力される。
剛性定数算出部４０２は、加算部４０１の出力値に、駆動系の剛性を表す定数を乗算し、積分処理部４０３に出力する。積分処理部４０３は、積分要素を乗算することで、ピストン受圧面積９１に作用する圧力（差圧）を算出して、駆動力算出部４０４と漏れ流量算出部４０９に出力する。
駆動力算出部４０４は入力された差圧にピストン受圧面積９１を乗算して、駆動力として加算処理部４０５に出力する。
また上述したように、漏れ流量算出部４０９は、入力された差圧にシリンダ間の漏れ流量係数を乗算した漏れ流量９７を算出して、加算処理部４０１に出力することになる。

次に、加算部４０５では、入力された駆動力から、可動部質量を運動させる際の抵抗力（可動部質量の粘性抵抗係数と可動部質量の速度の積）を減算して、加速度算出部４０６に出力する。
加速度算出部４０６は、入力された駆動力に速度可動部質量の逆数を乗算し加速度を算出して、積分処理部４０７に出力する。積分処理部４０７は、更に積分要素を乗算することで、シリンダのピストン可動部の移動速度を算出し、ピストンの可動部速度を出力する。この移動速度（ピストンの可動部速度）は、また、増加量算出部４１０と粘性抵抗算出部４０８とにフィードバックされる。
粘性抵抗算出部４０８は、入力された移動速度に可動部質量の粘性抵抗係数を乗算して可動部質量の粘性抵抗を算出して、加算器４０５に出力する。また増加量算出部４１０は、ピストン受圧面積を乗算することによって体積増加量９６を算出し、加算処理部４０１に出力する。

図４のブロック構成図においては、ピストンの可動部質量と作動油の圧縮性に起因するばね要素とが作用して油柱共振特性が現れる。振動系の共振時の応答は、減衰を付加することにより低減することが可能である。
この油柱共振特性に、見かけ上の減衰を付加するために、図５のブロック構成図を提案する。図５のブロック構成図は、図４のブロック構成に対して、補償ゲイン算出部４１１と加算処理部４１２を追加したものである。
即ち、図５において、加速度算出部４０６の出力（ピストンの可動部質量の加速度）を、補償ゲイン算出部４１１に出力し、補償ゲイン算出部４１１を通過させて生成した補償流量を加算処理部４１２において、増加量算出部４１０の出力である体積増加量９６と加算して、加算処理部４０１に出力して、油圧シリンダにフィードバックするものである。
図５に示した補償ゲインを適切に設定することで、図６に示すようにＹ１油圧加振機の油柱共振特性（実線）とＹ２油圧加振機の油柱共振特性（破線）を見かけ上制御することが可能となり，振動テーブル１に発生する回転振動を抑制することができる。

次に、図７を用いて、本発明の振動試験装置における具体的な回転抑止手段について説明する。図５に示した補償方法では、ピストン可動部質量の加速度に対して補償ゲインに比例した作動油を供給する変換器が必要となるため、図７に示すような構成を設けることによって、制御回路に変換機能を持たせる。
図７の実施例は、図１ａと図１ｂの振動試験装置のＹ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３のピストン５−２、５−３それぞれに、ピストン加速度センサ８−２と８−３を設け、ピストン加速度センサ８−２と８−３からピストン加速度センサ信号２０−２、２０−３をそれぞれ出力し、出力されたピストン加速度センサ信号２０−２、２０−３に基づいてピストン５−３、５−３をそれぞれ補償制御する補償回路４０を設け、かつ、補償回路４０から補償制御するための補償信号を出力し、制御回路１５−２、１５−３にそれぞれ設けた加算処理部１６−２、１６−３によって足し合わせて、サーボ弁７−２、７−３にそれぞれ出力するようにしたものである。なお、図７では、被試験体９９の他、Ｘ油圧加振機５０−１の制御系、及び波形発生装置１４とその信号線２５−１、２５−２は省略し、図示していない。

図７において、Ｙ１油圧加振機５０−２のピストン加速度センサ８−２は、ピストン５−２の加速度を検出して、検出した加速度をピストン加速度センサ信号２０−２として補償回路４０に出力する。同様に、Ｙ２油圧加振機５０−３のピストン加速度センサ８−３は、ピストン５−３の加速度を検出して、検出した加速度をピストン加速度センサ信号２０−３として補償回路４０に出力する。
補償回路４０では、油柱共振特性のピークを減衰させるために、以下の処理を行う。先ず、入力されたピストン加速度センサ信号２０−２と２０−３それぞれに対して、補償ゲイン乗算部４１−２と４１−３において補償ゲインをそれぞれ乗じる。次に、サーボ弁逆特性乗算部４２−２、４２−３において、サーボ弁７−２と７−３の電圧−流量特性に関するサーボ弁逆特性をそれぞれ乗じる。
次に、システムを安定化させるための安定化ローパスフィルタ４３−２、４３−３を通過させ、不要な周波数成分を除去する。
こうして生成された補償信号４７−２及び４７−３は、それぞれ、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３のサーボ指令信号に足し合わされて、新たな出力信号２４−２としてサーボ弁７−２に入力され、かつ、新たな出力信号２４−２としてサーボ弁７−３に入力される。

図７の実施例によれば、補償ゲイン４１−２及び４１−３、サーボ弁逆特性４２−２及び４２−３、並びに、安定化ローパスフィルタ４３−２及び４３−３とからなる補償回路４０は、ピストン加速度センサ信号２０−２に対して補償信号４７−２をフィードバック制御回路１３−２に出力し、フィードバック制御回路１３−２から出力されるＹ１油圧加振機５０−２のサーボ指令信号２４−２に対して補償を加える。同様に、補償回路４０は、ピストン加速度センサ信号２０−３に対して補償信号４７−３をフィードバック制御回路１３−３に出力し、フィードバック制御回路１３−３から出力されるＹ２油圧加振機５０−３のサーボ指令信号２４−３に対して補償を加える。
これによって、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３の油柱共振特性のピークを減衰させることで、振動テーブル１の回転振動を抑制し、１方向の振動試験の信頼性を低下させることなく高精度に実施できる。
なお、図７の実施例の補償回路４０では、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３両方を補償する構成であった。しかし、補償回路を複数用意し、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３とを別々に補償するようにしても良い。

次に、本発明の別の実施例について説明する。図８は、本発明の振動試験装置の補償回路の一実施例の概要について示したものである。
図７の実施例では、ピストン加速度センサ８−２と８−３を設け、このピストン加速度センサ８−２と８−３から出力されるピストン加速度センサ信号２０−２、２０−３を補償回路４０に入力した。これに対して、図８の実施例では、ピストン変位センサ信号２３−２、２３−３それぞれを補償回路４０１に入力する。
補償回路４０１に入力されたピストン変位センサ信号２３−２と２３−３に対して二階微分フィルタ４４−２と４４−３をそれぞれに実行し、ピストン加速度センサ信号に変換する。
ピストン加速度センサ信号に対して、補償ゲイン４１−２、４１−３をそれぞれ乗じ、次にサーボ弁逆特性４２−２、４２−３をそれぞれ乗じ、安定化ローパスフィルタ４３−２、４３−３にそれぞれ通過させる。こうして生成された補償信号４７１−２及び４７１−３は、それぞれＹ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３のサーボ指令信号にそれぞれ足し合わされて、新たなサーボ指令信号２４−２と２４−３としてサーボ弁７−２と７−３にそれぞれ入力される（図７参照）。

図８の実施例によれば、ピストン加速度検出器を必要としないため、コスト低下でき、振動テーブル１の回転振動を抑制し、１方向の振動試験の信頼性を低下させることなく高精度に実施できる。

次に本発明の別の実施例について説明する。図９は、本発明の振動試験装置の補償回路の別の実施例の概要について示したものである。
本実施例では、図７の実施例に対して、ピストン変位センサ信号２３−２及び２３−３、シリンダ圧力センサ信号２１−２及び２１−３、シリンダ圧力センサ信号２２−２及び２２−３、並びにロードセル荷重信号（荷重センサ信号）２６−２及び２６−３を補償回路４０２に入力する。
補償回路４０２に入力されたピストン変位センサ信号２３−２及び２３−３、シリンダ圧力センサ信号２１−２及び２１−３、シリンダ圧力センサ信号２２−２及び２２−３、並びに、ロードセル荷重信号２６−２及び２６−３に対して、加速度信号変換フィルタ４５−２、４５−３をそれぞれ通過させ、ピストン加速度センサ信号に変換する。
加速度信号変換フィルタ４５−２、４５−３では、それぞれ、シリンダ圧力センサ信号２１−２及び２１−３、シリンダ圧力センサ信号２２−２及び２２−３をそれぞれ差分する。これによって、シリンダ６−２及び６−３のそれぞれの差圧信号を生成し、ピストン受圧面積を乗じることで加振力信号に変換する。そして、この加振力信号から荷重センサ信号２６−２及び２６−３とピストン変位センサ信号２３−２及び２３−３それぞれの一階微分フィルタに、可動部質量の粘性抵抗係数９５を乗じた信号を、抵抗信号として差し引いた力の次元の信号に対して、各ピストン可動部質量の逆数９２を乗じてピストン加速度センサ信号に変換する。
このピストン加速度センサ信号に対して補償ゲイン４１−２及び４１−３をそれぞれ乗じ、次に、サーボ弁逆特性４２−２及び４２−３をそれぞれ乗じ、更に安定化ローパスフィルタ４３−２及び４３−３をそれぞれ通過させる。
こうして生成された補償信号４７２−２及び４７２−３は、それぞれ、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３のサーボ指令信号に足し合わされて、新たなサーボ指令信号２４−２及び２４−３としてサーボ弁７−２及び７−３にそれぞれ入力される（図７参照）。

図９の実施例によれば、ピストン加速度検出器を必要としないため、コスト低下でき、振動テーブル１の回転振動を抑制し、１方向の振動試験の信頼性を低下させることなく高精度に実施できる。

次に本発明の別の実施例について図１０、図１１、図１２を用いて説明する。図１０〜図１２は、本発明の振動試験装置の補償回路の別の実施例の概要について示したものである。
まず、図１０の実施例では、図７の実施例に対して、補償回路４０３に入力されるピストン変位センサ信号２３−２及び２３−３を、比較器４６−２及び４６−３に共に入力して、ピストン加速度差分信号を生成するものである。
図１０の実施例の補償回路４０３は、生成されたピストン加速度差分信号それぞれを、図７で説明した補償回路４０に入力した実施例と同等である。

また、図１１の実施例の補償回路４０４は、図８で説明した補償回路４０１と同様に、ピストン変位センサ信号２３−２、２３−３それぞれを入力した後、変換された加速度センサ信号を、比較器４６−２及び４６−３に共に入力して、ピストン加速度差分信号生成するものであり、以降の処理は、図８の実施例と同等である。

次に図１２の実施例の補償回路４０５は、図９の実施例の補償回路４０２と同様に、ピストン変位センサ信号２３−２及び２３−３、シリンダ圧力センサ信号２１−２及び２１−３、シリンダ圧力センサ信号２２−２及び２２−３、並びにロードセル荷重信号（荷重センサ信号）２６−２及び２６−３を補償回路４０５に入力する。その後も図９の実施例と同様に、加速度信号変換フィルタ４５−２、４５−３をそれぞれ通過させ、ピストン加速度センサ信号に変換する。
変換された各ピストン加速度センサ信号に対して、比較器４６−２または４６−３により生成されたピストン加速度差分信号に対して、補償ゲイン４１−２及び４１−３をそれぞれ乗じ、次にサーボ弁逆特性４２−２及び４２−３をそれぞれ乗じ、更に安定化ローパスフィルタ４３−２及び４３−３をそれぞれ通過させるものである。

図１０〜図１２において、上述のように生成された補償信号４７３−２及び４７３−３、４７４−２及び４７４−３、並びに４７５−２及び４７５−３は、それぞれ、Ｙ１油圧加振機５０−２とＹ２油圧加振機５０−３のサーボ指令信号にそれぞれ足し合わされて、新たなサーボ指令信号２４−２及び２４−３として、サーボ弁７−２及び７−３にそれぞれ入力される（図７参照）。

上記図１０〜図１２の実施例によれば、ピストン加速度差分信号を用いることでピストン加速度センサ信号を直接フィードバックする補償方法よりも振動テーブル１の回転振動をより小さく抑制することが可能となり、１方向の振動試験の信頼性を低下させることなく高精度に実施できる。

上記実施例の如く、本発明は、被試験体を搭載する振動テーブルと、ピストンの往復運動によって前記振動テーブルを加振する油圧加振機と、前記振動テーブル若しくは油圧加振機の駆動状態を計測してセンサ信号を出力する制御用センサと、前記センサ信号を用いて目標波形信号通りに前記油圧加振機を制御する制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路に前記目標波形信号を出力する波形発生装置と、前記制御信号に応じて前記油圧加振機のピストンを往復させるサーボ弁と、を備えた振動試験装置において、前記油圧加振機のピストンの加速度を検出しピストン加速度信号として出力するピストン加速度センサと、前記ピストン加速度信号に基づいて、前記油圧シリンダの作動油圧縮性に起因する共振特性を制御するための補償信号を出力する補償回路とを備え、前記制御回路は、加算処理部を備え、前記補償信号を前記制御信号に足し合わせて前記サーボ弁に出力する振動試験装置である。

なお、上述の実施例では、（１）のケースについて説明した。しかし、（２）及び（３）のケースの場合には、目標信号に加えて、補償信号を追加すれば同様の補償が可能である。
また、上述の実施例では、Ｙ方向の油圧加振機を２台としているが、Ｘ方向の油圧加振機を２台としても良く、どちらかが２台以上具備すれば、他方は何台あっても良いことは自明である。

本発明の振動試験装置の概要を示すブロック図（上面図）。本発明の振動試験装置の概要を示すブロック図（側面図）。振動テーブルの回転メカニズムを説明するための図。油柱共振特性を示す図。作動油流量から可動部速度までのブロック線図。図４に油圧共振特性を減衰させる補償を加えたブロック線図。油柱共振特性のピークが抑制されていることを示す図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す概要図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す補償回路の概要図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す補償回路の概要図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す補償回路の概要図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す補償回路の概要図。本発明の振動試験装置の一実施例を示す補償回路の概要図。

符号の説明

１：振動テーブル、２−１、２−２、２−３：コの字型静圧継手、３−１、３−２、３−３：ロの字型静圧継手、４−１、４−２、４−３：荷重検出器、５−１、５−２、５−３：ピストン、６−１、６−２、６−３：シリンダ、７−１、７−２、７−３：サーボ弁、８−２、８−３：ピストン加速度センサ、９−１、９−２、９−３、１０−１、１０−２、１０−３：シリンダ圧力検出器、１１−１、１１−２、１１−３：ピストン変位検出器、１２−１、１２−２、１２−３：制御回路、１３−１、１３−２、１３−３：フィードバック制御回路、１４：波形発生装置、１５−２、１５−３：制御回路、１６−２、１６−３：加算処理部、２０−２、２０−３：ピストン加速度センサ信号、２１−１、２２−１：シリンダ圧力センサ信号、２３−１：ピストン変位センサ信号、２４−１、２４−２、２４−３：サーボ指令信号、２５−１、２５−２：目標信号、２６−１、２６−２、２６−３：荷重センサ信号、４０：補償回路、４１−２、４１−３：補償ゲイン乗算部、４２−２、４２−３：サーボ弁逆特性乗算部、４３−２、４３−３：安定化ローパスフィルタ、４４−２、４４−３：二階微分フィルタ、４５−２、４５−３：加速度信号変換フィルタ、４６−２、４６−３：比較器、４７−２、４７−３：補償信号、５０−１、５０−２、５０−３：油圧加振機、５１：転倒防止装置、８０：振動テーブル重心位置、８１：Ｘ油圧加振機加振力、８２：Ｙ１油圧加振機外力、８３：Ｙ２油圧加振機外力、８４：モーメント加振力、９０：駆動系の剛性を表す定数、９１：ピストン受圧面積、９２：可動部質量の逆数、９３：積分要素、９４：シリンダ間の漏れ流量係数、９５：可動部質量の粘性抵抗係数、９６：単位時間あたりの体積増加量、９７：シリンダ間の漏れ流量、９８：補償ゲインブロック、９９：被試験体、１００Ｘ、１００Ｙ、１００Ｚ：防振床、４０１：加算処理部、４０２：剛性定数算出部、４０３：積分処理部、４０４：駆動力算出部、４０５：加算処理部、４０６：速度算出部、４０７：積分処理部、４０８：粘性抵抗算出部。４０９：漏れ流量算出部、４１０：増加量算出部、４１１：補償ゲイン算出部、４１２：加算処理部、４７１−２、４７１−３、４７２−２、４７２−３、４７１−３、４７３−３、４７４−２、４７４−３、４７５−２、４７５−３：補償信号。

Claims

被試験体を搭載する振動テーブルと、ピストンの往復運動によって前記振動テーブルを加振する油圧加振機と、制御回路に目標波形信号を出力する波形発生装置と、前記振動テーブル若しくは油圧加振機の駆動状態を計測してセンサ信号を出力する制御用センサと、前記センサ信号を用いて目標波形信号通りに前記油圧加振機を制御する制御信号を出力する前記制御回路と、前記制御回路に前記目標波形信号を出力する波形発生装置と、前記制御信号に応じて前記油圧加振機のピストンを往復させるサーボ弁と、を備えた振動試験装置において、
前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台の前記油圧加振機のピストンの加速度を検出しピストン加速度信号として出力するピストン加速度センサと、
前記ピストン加速度の差分信号に基づいて、前記油圧シリンダの作動油圧縮性に起因する共振特性を制御するための補償信号を出力する補償回路とを備え、
前記制御回路は、加算処理部を備え、前記補償信号を前記制御信号に足し合わせて前記サーボ弁に出力することを特徴とする振動試験装置。
請求項１記載の振動試験装置において、前記補償回路は、前記ピストン加速度信号に補償ゲインを乗じる補償ゲイン乗算部と、前記油圧加振機のサーボ弁逆特性を乗じるサーボ弁逆特性乗算部と、ローパスフィルタと、を備えたことを特徴とする振動試験装置。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の振動試験装置において、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号を用いて、前記補償回路に前記ピストン変位信号を前記ピストン加速度信号に変換する微分フィルタ回路と、を備えたことを特徴とする振動試験装置。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の振動試験装置において、前記ピストン加速度信号の代わりに前記ピストン変位信号と、前記差圧信号と、前記油圧加振機の荷重信号とを用いて、前記補償回路に加速度信号変換フィルタ回路とを備えたことを特徴とする振動試験装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の振動試験装置において、前記振動テーブルの少なくとも１方向の加振方向に少なくとも２台の前記油圧加振機と、を備えたことを特徴とする振動試験装置。