JP5650052B2 - 振動試験装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、振動試験装置が被試験体を加振するときの目標波形信号を生成するため、被試験体を加振した際に生じた振動による変位量や加速度をフィードバックして被試験体に加える振動の目標波形とする振動試験装置の技術が記載されている。
その際、実際に本番の被試験体の振動試験を実施する前にテーブルに固定された被試験体を加振して、油圧加振機、テーブル及び被試験体の動的特性を求め、この動的特性を用いてサーボ制御装置から油圧加振機に出力する指令波形を補正し、補正した振動波形で被試験体を加振している。
そして、第2の指令波形生成手段は、記憶手段に記憶された複数組の指令振幅と被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報を参照して、入力手段から入力された本番の振動試験の際の被試験体の目標の最大振幅を得るように、本番の振動試験の際の指令振幅とそれに対応する指令波形とを生成する。その生成された指令波形に基づいて加振機を作動させて本番の振動試験を行わせるので、被試験体が搭載されたテーブルの変位量の目標振動波形に対して加振機がテーブルに加えることができた変位量の実振動波形との合致度ではなく、被試験体の最大変位量や最大加速度の応答振幅を目標値に容易に実現できる。
本実施形態の振動試験装置100は、例えば、住宅や高層ビルや橋梁等の建築構造物そのもの、並びに、鉄道、モノレール等軌道上の移動体や、道路、空港等の地盤上の車両等の移動体を加振対象の被試験体13とする。また、例えば、前記した移動体に搭載される装置、器物等も被試験体13の対象となる。
そして、本実施形態の振動試験装置100では、被試験体13の固有振動数が不明又は変位量振幅や加速度振幅によって被試験体13の内部でズレなどが生じて固有振動数が変化する場合を想定している。また、被試験体13の振動特性が非線形であり、また、相当の時間を掛けて予め詳細な計算をしないと被試験体13の基部に加えられた振動波形が被試験体13の着目部位にどのように伝達されるか予測計算ができないような被試験体13の振動特性を予め予測計算することが困難な場合を想定している。
油圧加振機2内のピストンが油圧源(図示せず)で発生された油圧を、配管及びサーボ弁(図示せず)を経由してピストンで区画される油圧加振機2内の左右のピストン室(図示せず)の一方に加え、他方のピストン室の圧を抜き、逆に、油圧加振機2内の左右のピストン室(図示せず)の一方の油圧を抜き、他方のピストン室に圧を加えることで、図中左右方向にピストンが駆動される。その結果、そのピストンの左右方向の運動が駆動部2aを介してテーブル1の左右方向運動として伝達され、テーブル1が左右方向に加振される。
テーブル1には、加速度センサ6が取り付けられている。また、被試験体13の着目される部位には、変位センサ(第1の変位センサ)14、加速度センサ(第1の加速度センサ)15が取り付けられている。
図1では、変位センサ14、加速度センサ15が被試験体13にそれぞれ異なる部位に設置されるとしているが、これは単に模式的に表示したもののであり、場合によっては被試験体13の着目される部位に変位センサ14、加速度センサ15がともに設置されることもある。また、そのような被試験体13の変位量及び/又は加速度を測定したい着目部位が複数ある場合には、その数だけ変位センサ14及び/又は加速度センサ15が、その着目部位ごとでの計測したい変位量及び/又は加速度に応じて設置される。
以下では、図1に示すように被試験体13をそれぞれ別の着目部位に変位センサ14、加速度センサ15を別々に取り付ける場合を例に説明する。
駆動部2aには、変位センサ(第2の変位センサ、制御用センサ、テーブル応答センサ)5が設置されており、駆動部2aの移動量(変位量)を検出し、検出された変位量を示す応答変位信号S1は後記する加振制御装置4及びサーボ制御装置3に入力される。また、テーブル1と駆動部2a間には、テーブル1側からの反力(テーブルに加えられる荷重)を計測する荷重センサ11が取り付けられており、検出された反力を示す応答反力信号S3は、サーボ制御装置3に入力される。
油圧加振機2には、その他に油温を検出する温度センサや加振周波数等を検出するセンサ等の各種センサが、必要に応じて取付けられ、各種センサで検出した油温や加振周波数等がサーボ制御装置3に入力される。
また、被試験体を搭載するテーブル1には加速度センサ6が設定されており、テーブル1に加わる加速度を検出する。
また、サーボ制御装置3及び加振制御装置4の間は、双方向の通信回線、例えば、LAN(Local Area Network)等のネットワーク回線で接続しており、後記する加振制御装置4で生成した指令波形信号Wsをサーボ制御装置3に出力したり、サーボ制御装置3で受信した各種センサからの信号を転送受信したりできる。
また、少なくとも変位センサ5及び加速度センサ6から出力される応答変位信号S1及び応答加速度信号S2は、加振制御装置4のアナログ入力回路に入力される。そして、加振制御装置4は、応答変位信号S1及び応答加速度信号S2に基づいて油圧加振機2とテーブル1の状態量を計測する。
これらの各種センサが検出した信号は、有線または無線でサーボ制御装置3又は加振制御装置4伝送される。この伝送においては、LAN等のネットワーク回線を用いることもできる。
入力装置10は、ユーザが振動試験装置100を操作するためのボタン等のスイッチ類を有したコンソールパネル、マウス、キーボード等のデバイス等であり、表示装置9の画面操作や加振制御装置4に接続された記憶媒体に記憶させる記録装置及びプリンタ(図示せず)等の操作に使用する。
次に、加振制御装置4の詳細な機能構成について説明する。図2は、図1における加振制御装置の機能ブロック構成図である。加振制御装置4は、CPUにおいて予めハードディスク等の後記する記憶部(記憶手段)46に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実現される機能部としての、入出力制御部41、指令波形生成部(第1の指令波形生成手段)42、指令波形出力制御部(制御出力手段)43、応答波形取得部44、応答波形計算処理部45、記憶部46、本振動試験条件設定部47、応答波形表示処理部48を有している。
入出力制御部41は、表示装置9への表示の制御、ユーザによる表示装置9又は入力装置10からの入力の受付け、入力装置10からの入力による加振指令に対する指令波形生成部42、指令波形出力制御部43、応答波形取得部44、応答波形計算処理部45、記憶部46、本振動試験条件設定部47、応答波形表示処理部48の制御機能を有する。
加振制御装置4は、前記したサーボ制御装置3への指令波形信号Wsを生成して加振制御するのに対して、次の2つの加振制御モード、(1)変位量振幅設定モード、(2)加速度振幅設定モードを選択して使用することが可能にされている。
ここで、開始周波数c1、終了周波数d1、周波数変化時間Tsが、特許請求の範囲に記載の「周波数変化情報」に対応する。
ここで、開始周波数c2、終了周波数d2、周波数変化時間Tsが、特許請求の範囲に記載の「周波数変化情報」に対応する。
先ず、変位量振幅設定モードの場合の加振制御装置4の各機能構成ブロックの機能について、図3から図7を参照しながら適宜、図1、図2を参照して説明する。図3から図5は、加振制御装置において指令変位量振幅に対する被試験体振動特性を取得して、本番の振動試験を行う制御の流れを示すフローチャートである。図6は、油圧加振機がテーブルに加える指令波形の説明図であり、(a)は、指令波形である指令変位量波形の説明図、(b)は、(a)の示す指令変位量波形に対応する加速度振幅波形の説明図である。
また、ステップS102でYesの場合、図2で矢印が省略されているが、入出力制御部41は、ステップS101において取得された開始加振変位量振幅a1、加振変位量振幅増加量b1、開始周波数c1、終了周波数d1、周波数変化時間Ts、終了被試験体変位量振幅e1の設定入力のデータを指令波形生成部42及び応答波形計算処理部45に入力する。
次いで、ステップS104では、指令波形生成部42は、ステップS101において取得された開始周波数c1、終了周波数d1、周波数変化時間Tsに基づいて、指令波形Xfを生成する(「指令変位量振幅Xとして、周波数変化の指令波形Xfの生成」)。そして、指令波形生成部42は、生成した指令波形Xfを指令波形出力制御部43に出力するとともに、指令変位量振幅Xを応答波形取得部44に、指令波形Xfを応答波形計算処理部45に入力する。
このステップS104が、特許請求の範囲に記載の「第1の指令波形生成手段」に対応する。
f(t)=c1+(d1−c1)t/Ts ・・・・・・・・・(1)
ちなみに、図6の(a)では、模式的に分かり易いように、例えば、加振によるテーブル1の変位量が、正弦波の半周期、つまり1/2・Tn(n=1〜5)ごとに周波数が変化するように表示し、正弦波の半周期ごとに周波数の異なる正弦波が滑らかに接続するように整形された指令波形Xfとし、T1>T2>T3>T4>T5と表示してある。しかし、指令波形Xfはこのような加振周波数f(t)の離散的な変化に制限されるものではなく、連続的に正弦波の周波数を変化させるものでも良い。従って、指令波形Xfは、厳密には、所定の時間幅で正弦波の形状をしている必要はない。
ステップS106では、応答波形取得部44が、加振によるテーブル1の変位量、テーブルの加速度、加振周波数f、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータを取得する。テーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータは、例えば、指令波形出力制御部43で自動的に設定されたサンプリング周期を用いて、それぞれ変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号をデジタルデータとして取得される。
ちなみに、加振周波数fは、ステップS101において設定された開始周波数c1、終了周波数d1、周波数変化時間Tsから式(1)によって、容易に取得できる。
ステップS107では、応答波形計算処理部45は、被試験体振動特性計算を行う。
具体的には、ステップS107において、記憶部46に指令変位量振幅Xに対応させて記憶された変位センサ14からデジタルデータに基づいて、指令変位量振幅Xに対する被試験体固有振動数fs、被試験体最大変位量振幅Ymを算出する。
指令波形Xfが正弦波の場合は、ステップS104で生成した指令変位量振幅Xを用いる。被試験体固有振動数fsと被試験体最大変位量振幅Ymの計算方法には時間軸データによる方法と周波数軸データによる方法とがあり、ここでは両方の方法を用いる。
周波数軸データによる計算では、指令波形Xfおよび被試験体変位量応答波形Yfをフーリエ変換する。フーリエ変換された指令波形Xfの値をXfFT、フーリエ変換された被試験体変位量応答波形Yfの値をYfFTとすれば、XfFTは式(2)、YfFTは式(3)で表される。ここでFT(Xf)及びFT(Yf)はフーリエ変換を意味する。
XfFT(s)=FT(Xf) ・・・・・・・・・・・・・・(2)
YfFT(s)=FT(Yf) ・・・・・・・・・・・・・・(3)
G(s)=YfFT(s)/XfFT(s) ・・・・・・・・(4)
サーボ制御装置3から被試験体13までの伝達関数変位量振幅比G(s)の最大値をGmとすると、指令変位量振幅Xに対する被試験体最大変位量振幅Ymは、次式(5)で表される。
Ym=Gm・X ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
そして、伝達関数変位量振幅比G(s)の最大値Gmにおける周波数fを被試験体固有振動数fsとする。
この記憶するデータの内容例を図7に示す。図7は、指令変位量振幅に対して得られる被試験体振動特性の説明図である。被試験体振動特性のデータのマップ(指令振幅と被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報)51は、欄51aに示すように指令変位量振幅Xに対応させて、欄51bに被試験体固有振動数fs、欄51cに被試験体最大変位量振幅Ymを1つの組のデータとして保存される。データの符号X(指令変位量振幅),fs(被試験体固有振動数),Ym(被試験体最大変位量振幅)に( )内に数字を付加して表記しているのは、指令変位量振幅Xの値をそれぞれ変えて加振を繰り返すことから、その指令変位量振幅Xの値が変わっていることと、その指令変位量振幅Xの値に対応したfs,Ymの値であることを示している。
先ず、ステップS111では、被試験体13の本振動試験を実施するため、本振動試験条件設定部47は、ステップS108で記憶部46に保存された被試験体振動特性のデータ51を読み込む(「被試験体振動特性計算結果の読み込み」)。
そして、ステップS112では、本振動試験条件設定部47は、本振動試験条件の設定を行う。具体的には、被試験体目標変位量振幅Ytと、本振動試験において用いる正弦波の加振周波数ftを以下のように設定する。例えば、被試験体目標変位量振幅(被試験体の目標の最大振幅)Ytの値が被試験体最大変位量振幅Ym(1)の値とYm(2)の値の間にある場合、正弦波の加振周波数ftは次式(6)から求められる。
×(fs(2)−fs(1)) ・・・・・・・・・・・(6)
また、正弦波である指令波形Xftの目標変位量振幅Xtは次式(7)から求められる。
Xt=X(1)+(Yt−Ym(1))/(Ym(2)−Ym(1))
×(X(2)−X(1)) ・・・・・・・・・・・・・(7)
以上で、被試験体13を目標振幅で本振動試験するときに用いる指令波形Xftを生成する条件が設定される。
このとき加振時間も、例えば、所定のプリセット値に設定される。
ちなみに、指令波形Xftの加速度振幅は、加振周波数ft、目標変位量振幅Xtの正弦波である指令波形Xftの2次微分を得ることにより容易に算出できる。また、被試験体13の所定箇所(着目部位の)予測計算による変位量振幅は被試験体目標変位量振幅Ytである。
この表示装置9における表示画面では、入力装置10からの入力による修正の入力の受付けが可能となっており、例えば、「確認OK」、「修正入力終了」のアイコンボタンが用意されている。
ステップS115では、入出力制御部41は、本振動試験の指令波形Xftの加振周波数ft、目標変位量振幅Xt、加振時間の修正受付を行う(「入力による修正受付」)。ステップS116では、入出力制御部41は、修正入力終了」のアイコンボタンが押下されたか否か、つまり、修正入力終了か否かをチェックする。修正入力終了の場合(Yes)は、結合子(C)に従って、図5のステップS117へ進み、修正入力終了でない場合(No)は、ステップS115を繰り返す。
ちなみに、前記したステップS101〜S116は、本振動試験(本番の振動試験)のための準備であり、ステップS117〜S120が本振動試験の実行である。
ここで、ステップS112〜S117が、特許請求の範囲に記載の「第2の指令波形生成手段」に対応する。
ステップS119では、応答波形取得部44が、加振によるテーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータを取得する。テーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータは、例えば、指令波形出力制御部43で自動的に設定されたサンプリング周期を用いて、それぞれ変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号をデジタルデータとして取得される。
ステップS120で取得された前記各種センサからの信号は、目標変位量振幅Xtと対応させて記憶部46に記憶されるとともに、応答波形表示処理部48に送られる。応答波形表示処理部48は、前記各種センサからの信号のデジタルデータを波形表示処理し、入出力制御部41を介して表示装置9に変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号波形として時間軸に沿って表示させるとともに、加振時間が終了した段階で入力装置10からの指令入力に応じてプリンタ(図示せず)からプリント出力させる(「取得されたデータを表示及びプリント出力」)。
更に、過大な振動を被試験体13に加えるおそれがなく、振動試験を被試験体13の許容変位量振幅の加振で実施できる。本実施形態により、振動試験装置100の運用効率が高まる。
次に、加速度振幅設定モードの場合の加振制御装置4の各機能構成ブロックの機能について、図8から図12を参照しながら適宜、図1、図2を参照して説明する。図8から図10は、加振制御装置において指令加速度振幅に対する被試験体振動特性を取得して、本番の振動試験を行う制御の流れを示すフローチャートである。図11は、油圧加振機がテーブルに加える指令波形の説明図であり、(a)は、指令加速度波形の説明図、(b)は、(a)の示す指令加速度波形に対応する指令波形の説明図である。
また、ステップS202でYesの場合、図2で矢印が省略されているが、入出力制御部41は、ステップS201において取得された開始加振加速度振幅a2、加振加速度振幅増加量b2、開始周波数c2、終了周波数d2、周波数変化時間Ts、終了被試験体加速度振幅e2の設定入力のデータを指令波形生成部42及び応答波形計算処理部45に入力する。
次いで、ステップS204Aでは、指令波形生成部42は、ステップS201において取得された開始周波数c2、終了周波数d2、周波数変化時間Tsに基づいて、指令加速度波形Xfaを生成する(「指令加速度振幅Xaに対応する周波数変化の指令加速度波形Xfaの生成」)。そして、指令波形生成部42は、指令加速度振幅Xaを応答波形取得部44に、指令加速度波形Xfaを応答波形計算処理部45に入力する。
f(t)=c2+(d2−c2)t/Ts ・・・・・・・・(8)
ちなみに、図11の(a)では、模式的に分かり易いように、例えば、加振によるテーブル1の加振加速度が、正弦波の半周期、つまり、1/2・Tn(n=1〜5)ごとに周波数が変化するように表示し、正弦波の半周期ごとに周波数の異なる正弦波が滑らかに接続するように整形された指令加速度波形Xfaとし、T1>T2>T3>T4>T5と表示してある。しかし、指令加速度波形Xfaはこのような加振周波数f(t)の離散的な変化に制限されるものではなく、連続的に正弦波の周波数を変化させるものでも良い。従って、指令加速度波形Xfaは、厳密には、所定の時間幅で正弦波の形状をしている必要はない。
指令加速度波形Xfaの2重時間積分である指令波形Xfは、図11の(b)のようになる。図11の(a)に示したように指令加速度波形Xfaが模式的に正弦波の半周期ごとにその指令加速度振幅Xaを一定とし、正弦波が滑らかに接続するように整形されたものの場合でも、変位量の波形である指令波形Xfの振幅は、X1>X2>X3>X4>X5となる。そして、指令波形生成部42は、生成した指令波形Xfを指令波形出力制御部43に出力する。
ここで、ステップS204A,S204Bが、特許請求の範囲に記載の「第1の指令波形生成手段」に対応する。
ステップS206では、応答波形取得部44が、加振によるテーブル1の変位量、テーブルの加速度、加振周波数f、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータを取得する。テーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータは、例えば、指令波形出力制御部43で自動的に設定されたサンプリング周期を用いて、それぞれ変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号をデジタルデータとして取得される。
ちなみに、加振周波数fは、ステップS201において設定された開始周波数c2、終了周波数d2、周波数変化時間Tsから式(8)によって、容易に取得できる。
ステップS207では、応答波形計算処理部45は、被試験体振動特性計算を行う。
具体的には、ステップS207において、記憶部46に指令加速度振幅Xaに対応させて記憶された加速度センサ15からデジタルデータに基づいて、指令加速度振幅Xaに対する被試験体13の固有振動数fs、被試験体最大加速度振幅Yamを算出する。
指令波形Xfが正弦波の場合は、ステップS204Aで生成した指令加速度波形Xfaの指令加速度振幅Xaを用いる。被試験体固有振動数fsと被試験体最大加速度振幅Yamの計算方法には時間軸データによる方法と周波数軸データによる方法とがあり、ここでは両方の方法を用いる。
周波数軸データによる計算では、指令加速度波形Xfaおよび被試験体加速度応答波形Yfaをフーリエ変換する。フーリエ変換された指令加速度波形Xfaの値をXfaFT、フーリエ変換された被試験体加速度応答波形Yfaの値をYfaFTとすれば、XfaFTは式(9)、YfaFTは式(10)で表される。ここでFT(Xfa)及びFT(Yfa)はフーリエ変換を意味する。
XfaFT(s)=FT(Xfa) ・・・・・・・・・・・・(9)
YfaFT(s)=FT(Yfa) ・・・・・・・・・・・・(10)
Ga(s)=YfaFT(s)/XfaFT(s) ・・・・・・(11)
サーボ制御装置3から被試験体13までの伝達関数加速度振幅比Ga(s)の最大値をGamとすると、指令加速度振幅Xaに対する被試験体最大加速度振幅Yamは、次式(12)で表される。
Yam=Gam・Xa ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(12)
そして、伝達関数加速度振幅比Ga(s)の最大値Gamにおける周波数fを被試験体固有振動数fsとする。
この記憶するデータの内容例を図12に示す。図12は、指令加速度振幅に対して得られる被試験体振動特性の説明図である。被試験体振動特性のデータのマップ(指令振幅と被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報)53は、欄53aに示すように指令加速度振幅Xaに対応させて、欄53bに被試験体固有振動数fs、欄53cに被試験体最大加速度振幅Yamを1つの組のデータとして保存される。データの符号Xa(指令加速度振幅)、fs(被試験体固有振動数)、Yam(被試験体最大加速度振幅)に( )内に数字を付加して表記しているのは、指令加速度振幅Xaの値をそれぞれ変えて加振を繰り返することから、その指令加速度振幅Xaの値が変わっていることと、その指令加速度振幅Xaの値に対応したfs,Yamの値であることを示している。
先ず、ステップS211では、被試験体13の本振動試験を実施するため、本振動試験条件設定部47は、ステップS208で記憶部46に保存された被試験体振動特性のデータ53を読み込む(「被試験体振動特性計算結果の読み込み」)。
そして、ステップS212では、本振動試験条件設定部47は、本振動試験条件の設定を行う。具体的には、被試験体13の目標加速度振幅Yatと、本振動試験において用いる正弦波の加振周波数ftを以下のように設定する。例えば、被試験体13の目標加速度振幅Yatの値が被試験体最大加速度振幅Yam(1)の値とYam(2)の値の間にある場合、正弦波の加振周波数ftは次式(13)から求められる。
×(fs(2)−fs(1)) ・・・・・・・・(13)
また、正弦波である指令加速度波形Xfatの目標加速度振幅Xatは次式(14)から求められる。
Xat=Xa(1)+(Yat−Yam(1))/(Yam(2)−Yam(1))
×(Xa(2)−Xa(1)) ・・・・・・・・・・・・・・・(14)
以上で、被試験体13を目標加速度振幅Xatで本振動試験するときに用いる指令加速度波形Xfatを生成する条件が設定される。
このとき加振時間も、例えば、所定のプリセット値に設定される。
ちなみに、本振動試験条件設定部47は、指令加速度波形Xfatを、目標加速度振幅Xatと、加振周波数ftを用いて2重時間積分をすることによって、目標変位量振幅Xtの正弦波である指令波形Xftを算出する。また、被試験体13の所定箇所(着目部位の)予測計算による加速度振幅は被試験体13の目標加速度振幅Yatである。
この表示装置9における表示画面では、入力装置10からの入力による修正の入力の受付けが可能となっており、例えば、「確認OK」、「修正入力終了」のアイコンボタンが用意されている。
ステップS215では、入出力制御部41は、本振動試験の指令加速度波形Xfatの加振周波数ft、目標加速度振幅Xat、加振時間の修正受付を行う(「入力による修正受付」)。ステップS216では、入出力制御部41は、修正入力終了」のアイコンボタンが押下されたか否か、つまり、修正入力終了か否かをチェックする。修正入力終了の場合(Yes)は、結合子(F)に従って、図10のステップS217へ進み、修正入力終了でない場合(No)は、ステップS215を繰り返す。
ちなみに、前記したステップS201〜S216は、本振動試験(本番の振動試験)のための準備であり、ステップS217〜S220が本振動試験の実行である。
ここで、ステップS212〜S217が、特許請求の範囲に記載の「第2の指令波形生成手段」に対応する。
ステップS219では、応答波形取得部44が、加振によるテーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータを取得する。テーブル1の変位量、テーブルの加速度、並びに被試験体の所定箇所(着目部位)の変位量及び加速度のデータは、例えば、指令波形出力制御部43で自動的に設定されたサンプリング周期を用いて、それぞれ変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号をデジタルデータとして取得される。
ステップS220で取得された前記各種センサからの信号は、目標加速度振幅Xatと対応させて記憶部46に記憶されるとともに、応答波形表示処理部48に送られる。応答波形表示処理部48は、前記各種センサからの信号のデジタルデータを波形表示処理し、入出力制御部41を介して表示装置9に変位センサ5、加速度センサ6、変位センサ14、加速度センサ15からの信号波形として時間軸に沿って表示させるとともに、加振時間が終了した段階で入力装置10からの指令入力に応じてプリンタ(図示せず)からプリント出力させる(「取得されたデータを表示及びプリント出力」)。
更に、過大な振動を被試験体に加えるおそれがなく、振動試験を被試験体13の許容加速度振幅の加振で実施できる。本実施形態により、振動試験装置100の運用効率が高まる。
また、本実施形態では、応答波形取得部44(図2参照)、被試験体13の応答波形計算処理部45(図2参照)や本振動試験条件設定部47(図2参照)の機能を加振制御装置4に設けているが、加振制御装置4と通信可能に接続されたコンピュータ等でこれらの機能を処理するようにしても良い。その場合、加振制御装置4とサーボ制御装置3とを一体化した制御装置としても良い。
2 油圧加振機(加振機)
2a 駆動部
3 サーボ制御装置
4 加振制御装置
5 変位センサ(制御用センサ、テーブル応答センサ、第2の変位センサ)
6 加速度センサ(テーブル応答センサ、第2の加速度センサ)
7 軸受
8 基礎
9 表示装置
10 入力装置(入力手段)
11 荷重センサ(制御用センサ)
12A,12B 圧力センサ(制御用センサ)
13 被試験体
14 変位センサ(被試験体応答センサ、第1の変位センサ)
15 加速度センサ(被試験体応答センサ、第1の加速度センサ)
41 入出力制御部
42 指令波形生成部(第1の指令波形生成手段、第1の指令波形生成手段)
43 指令波形出力制御部(制御出力手段)
44 応答波形取得部
45 応答波形計算処理部(振動特性演算手段)
46 記憶部(記憶手段)
47 本振動試験条件設定部(第2の指令波形生成手段)
48 応答波形表示処理部
51,53 マップ
100 振動試験装置
a1 開始加振変位量振幅
a2 開始加振加速度振幅
b1 加振変位量振幅増加量
b2 加振加速度振幅増加量
c1,c2 開始周波数
d1,d2 終了周波数
e1 終了被試験体変位量振幅
e2 終了被試験体加速度振幅
f 加振周波数
fs 被試験体固有振動数
ft 加振周波数
G 伝達関数変位量振幅比
Ga 伝達関数加速度振幅比
Ws 指令波形信号(加振指令信号)
X 指令変位量振幅(指令振幅)
Xf 指令波形
Xt 目標変位量振幅
Xa 指令加速度振幅(指令振幅)
Xft 本振動試験の指令波形
Xfa 指令加速度波形
Xat 目標加速度振幅
Xfat 指令加速度波形
Ym 被試験体最大変位量振幅
Yf 被試験体変位量応答波形
Yt 被試験体目標変位量振幅(被試験体の目標の最大振幅)
Yfa 被試験体加速度応答波形
Yam 被試験体最大加速度振幅
Yat 目標加速度振幅(被試験体の目標の最大振幅)
Claims (8)
- 被試験体を搭載するテーブルと、該テーブルを加振する加振機と、該加振機を制御するサーボ制御装置と、該サーボ制御装置に指令波形を加振指令信号として出力する加振制御装置と、前記加振機の変位量及び圧力、前記加振機から前記テーブルに加えられる荷重を検出する複数の制御用センサと、前記テーブルの変位量及び加速度の少なくともいずれかを検出するテーブル応答センサと、被試験体の変位量及び加速度の少なくともいずれかを検出する被試験体応答センサと、を備えた振動試験装置において、
前記加振制御装置は、
少なくとも前記指令波形の生成のための振動の変位量の振幅又は振動の加速度の振幅のいずれかである指令振幅と、前記指令波形の生成のための周波数変化情報の入力を受付ける入力手段と、
前記入力手段から入力された前記指令振幅を前記周波数変化情報に基づいて周波数を変化させて前記指令波形を生成する第1の指令波形生成手段と、
前記第1の指令波形生成手段において生成された前記指令波形に基づいて、前記サーボ制御装置に前記指令波形を加振指令信号として出力する制御出力手段と、
前記サーボ制御装置が前記加振指令信号に応じて前記加振機を作動させた際に、前記第1の指令波形生成手段で生成された前記指令波形の前記指令振幅と、前記被試験体応答センサからの信号と、を取得するとともに、前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数を演算並びに前記被試験体の変位量及び加速度の少なくともいずれかの最大振幅を演算する振動特性演算手段と、
前記入力手段から入力された前記指令振幅に対応させて、前記振動特性演算手段において演算された前記被試験体の固有振動数及び最大振幅を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数組の前記指令振幅と、前記被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報を参照して、前記入力手段から入力された本番の振動試験の際の前記被試験体の目標の最大振幅を得るように、本番の振動試験の際の前記指令振幅とそれに対応する前記指令波形とを生成し、前記制御出力手段に前記加振指令信号として出力する第2の指令波形生成手段と、を有し、
前記制御出力手段が前記第2の指令波形生成手段から出力された前記指令波形を前記サーボ制御装置に加振指令信号として出力し、前記加振機を作動させて本番の振動試験を行わせるとともに、
前記サーボ制御装置が、前記複数の制御用センサ及びテーブル応答センサからの信号に基づいて前記加振機が前記制御出力手段から出力された前記指令波形の振動を前記テーブルに加えるようにフィードバック制御することを特徴とする振動試験装置。 - 被試験体を搭載するテーブルと、該テーブルを加振する加振機と、該加振機を制御するサーボ制御装置と、該サーボ制御装置に指令波形を加振指令信号として出力する加振制御装置と、前記加振機の変位量及び圧力、前記加振機から前記テーブルに加えられる荷重を検出する複数の制御用センサと、前記テーブルの変位量及び加速度の少なくともいずれかを検出するテーブル応答センサと、被試験体の変位量及び加速度の少なくともいずれかを検出する被試験体応答センサと、を備えた振動試験装置における制御方法であって、
前記加振制御装置は、入力手段、第1の指令波形生成手段、制御出力手段、振動特性演算手段、記憶手段、第2の指令波形生成手段を有し、
前記入力手段から少なくとも前記指令波形の生成のための振動の変位量の振幅及び振動の加速度の振幅のいずれかである指令振幅と、前記指令波形の生成のための周波数変化情報の入力を受付け、
前記第1の指令波形生成手段は、前記入力手段から入力された前記指令振幅を前記周波数変化情報に基づいて周波数を変化させて前記指令波形を生成し、
前記制御出力手段は、前記第1の指令波形生成手段において生成された前記指令波形に基づいて、前記サーボ制御装置に前記指令波形を加振指令信号として出力し、
前記振動特性演算手段は、前記サーボ制御装置が前記加振指令信号に応じて前記加振機を作動させた際に、前記第1の指令波形生成手段で生成された前記指令波形の前記指令振幅と、前記被試験体応答センサからの信号と、を取得するとともに、前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数を演算並びに前記被試験体の変位量及び加速度の少なくともいずれかの最大振幅を演算し、更に、前記入力手段から入力された前記指令振幅に対応させて、前記振動特性演算手段において演算された前記被試験体の固有振動数及び最大振幅を前記記憶手段に記憶させ、
前記第2の指令波形生成手段は、前記記憶手段に記憶された複数組の前記指令振幅と前記被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報を参照して、前記入力手段から入力された本番の振動試験の際の前記被試験体の目標の最大振幅を得るように、本番の振動試験の際の前記指令振幅とそれに対応する前記指令波形とを生成し、前記制御出力手段に前記加振指令信号として出力し、
前記制御出力手段が前記第2の指令波形生成手段から出力された前記指令波形を前記サーボ制御装置に加振指令信号として出力し、前記加振機を作動させて本番の振動試験を行わせるとともに、
前記サーボ制御装置が、前記複数の制御用センサ及びテーブル応答センサからの信号に基づいて前記加振機が前記制御出力手段から出力された前記指令波形の振動を前記テーブルに加えるようにフィードバック制御することを特徴とする振動試験装置における制御方法。 - 被試験体をテーブルに搭載し、加振機で加振し、前記被試験体の応答振動を検出して振動試験する振動試験装置において、
前記加振機を制御するサーボ制御装置と、
前記サーボ制御装置を制御する加振制御装置と、
前記被試験体の所定の部位の前記応答振動における応答変位量を検出する第1の変位センサと、
前記被試験体の所定の部位の前記応答振動における応答加速度を検出する第1の加速度センサと、
を備え、
前記加振制御装置は、
少なくとも指令波形の生成ための指令振幅と、前記指令波形の生成のための周波数変化情報の入力を受付ける入力手段と、
前記入力手段から入力された前記指令振幅を前記周波数変化情報に基づいて周波数を変化させて前記指令波形を生成する第1の指令波形生成手段と、
前記第1の指令波形生成手段において生成された前記指令波形に基づいて、前記サーボ制御装置に前記指令波形を加振指令信号として出力する制御出力手段と、
前記サーボ制御装置が前記加振指令信号に応じて前記加振機を作動させた際に、前記第1の指令波形生成手段で生成された前記指令波形の前記指令振幅と、前記第1の変位センサ又は前記第1の加速度センサからの信号と、を取得するとともに、前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数及び最大振幅を演算する振動特性演算手段と、
少なくとも前記指令波形の前記指令振幅と、前記振動特性演算手段により演算された前記被試験体の固有振動数及び最大振幅と、を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする振動試験装置。 - 前記加振制御装置は、
前記入力手段から入力された前記指令振幅に対応させて、前記振動特性演算手段において演算された前記被試験体の固有振動数及び最大振幅を記憶する記憶手段と、
前記記憶された複数組の前記指令振幅と前記被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報を参照して、前記入力手段から入力された本番の振動試験の際の前記被試験体の目標の最大振幅を得るように、本番の振動試験の際の前記指令振幅とそれに対応する前記指令波形とを生成し、前記制御出力手段に前記加振指令信号として出力する第2の指令波形生成手段と、を有し、
前記制御出力手段が前記第2の指令波形生成手段から出力された前記指令波形を前記サーボ制御装置に加振指令信号として出力し、前記加振機を作動させて本番の振動試験を行わせることを特徴とする請求項3に記載の振動試験装置。 - 前記指令振幅と、前記被試験体の最大振幅とは、
前記加振機が前記テーブルに加える前記指令波形における変位量の目標振幅と、前記第1の変位センサが設置された前記被試験体の部位における前記第1の変位センサにより検出された前記応答変位量の最大振幅、
又は、前記加振機が前記テーブルに加える前記指令波形における加速度の目標振幅と、前記第1の加速度センサが設置された前記被試験体の部位における前記第1の加速度センサにより検出された前記応答加速度の最大振幅
のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の振動試験装置。 - 前記振動特性演算手段は、
前記指令振幅が、前記加振機が前記テーブルに加える前記指令波形における変位量の目標振幅の場合は、
前記サーボ制御装置が前記加振指令信号に応じて前記加振機を作動させた際に、前記第1の指令波形生成手段に入力された前記指令振幅に対し、少なくとも前記第1の変位センサが検出した前記応答変位量を取得するとともに、前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数及び前記第1の変位センサが検出した前記応答変位量の最大振幅を演算し、
複数組の前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数及び前記第1の変位センサが検出した前記応答変位量の最大振幅の対応関係を、前記指令振幅と前記被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報として前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の振動試験装置。 - 前記振動特性演算手段は、
前記指令振幅が、前記加振機が前記テーブルに加える前記指令波形における加速度の目標振幅の場合は、
前記サーボ制御装置が前記加振指令信号に応じて前記加振機を作動させた際に、前記第1の指令波形生成手段に入力された前記指令振幅に対し、少なくとも前記第1の加速度センサが検出した前記応答加速度を取得するとともに、前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数及び前記第1の加速度センサが検出した前記応答加速度の最大振幅を演算し、
複数の前記指令振幅に対する前記被試験体の固有振動数及び前記第1の加速度センサが検出した前記応答加速度の最大振幅の対応関係を前記指令振幅と前記被試験体の固有振動数及び最大振幅との対応関係の情報として前記記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の振動試験装置。 - 前記指令波形に基づく前記加振機による前記テーブルの変位量を検出する第2の変位センサと、
前記指令波形に基づく前記加振機による前記テーブルの加速度を検出する第2の加速度センサと、
前記指令波形に基づく前記テーブルに前記加振機から加えられる荷重を検出する荷重センサと、を備え、
前記サーボ制御装置は、前記制御出力手段からの前記指令波形に基づいて、前記加振機を制御するとき、
前記指令波形が、前記テーブルに前記加振機が加える変位量の目標振幅に基づいて生成されている場合は、前記荷重センサからの信号と前記第2の変位センサからの信号をフィードバックして、前記指令波形となるように前記加振機を制御し、
前記指令波形が、前記テーブルに前記加振機が加える加速度の目標振幅に基づいて生成されている場合は、前記荷重センサからの信号と前記第2の加速度センサからの信号をフィードバックして、前記指令波形となるように前記加振機を制御することを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれか1項に記載の振動試験装置。
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