JP5718759B2 - 加振装置の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、流体圧式の加振装置と動電式の加振装置とにより、一つの振動板に載置される供試体を加振する加振装置の動作を制御する加振装置の制御システムに関する。

従来から、供試体（例えば、自動車等）を加振して、供試体の状態変化等を検査する際には、加振装置が用いられる。
加振装置には、流体（例えば、油や水等）の差圧により供試体を加振する流体圧式の加振装置や、磁界内に配置される駆動コイルに駆動電流を供給することにより供試体を加振する動電式の加振装置等がある。

流体圧式の加振装置は、高加振力および高周波加振を両立させて供試体を加振可能であるが、常に最大の圧力で流体が供給される。このため、その最大加振力よりも小さな加振力で供試体を加振する場合、そのエネルギー消費量が増大する。
動電式の加振装置は、励磁電流値や駆動電流値を調整することで加振力を調整できるため、加振力に応じてエネルギー消費量が減少するが、加振力を大きくした場合、加振速度が低下してしまう。このため、高加振力および高周波加振を両立できない。

そこで、高負荷（高加振力での加振）時に流体圧式および動電式の加振装置の加振力を同期させることで、各加振装置の容量を小さくし、高加振力および高周波加振を両立できるとともに、加振力に応じてエネルギー効率を向上できるハイブリッド式の加振装置を用いることが考えられる。

流体圧式および動電式の加振装置は、それぞれその応答性（指令信号を出してから動き出すまでの時間）等の特性が異なる。
従って、流体圧式および動電式の加振装置に同時に指令信号を出した場合、各加振装置の加振力の位相にずれが生じ、動力損失が発生してしまう。このため、流体圧式および動電式の加振装置を組み合わせたハイブリッド式の加振装置の動作を制御する制御システムが求められている。

特許文献１には、個別に駆動する複数のモータの軸の、回転数や回転方向等を同期させる技術が開示されている。
特許文献１に開示される技術では、各モータに対して送信される共通の位置指令および各モータの位置等に基づく位置補正量を算出する。そして、各位置補正量のうち、その補正量が大きい（最も応答の遅いモータの）位置補正量を全モータの位置補正量として設定する。

特許文献１に開示される技術を適用した場合、制御システムは、例えば、流体圧式および動電式の加振装置に共通の指令信号を出して各加振装置を駆動させ、各加振装置のうちいずれか一方の加振軸の加速度等を基準として、他方の加振軸の加速度等を補正する構成となる。

しかし、このような補正量をフィードバックするだけの構成では、周波数領域が高くなるにつれて、流体圧式および動電式の加振装置の特性（応答性等）の影響度合いが大きくなる。従って、高周波領域において、流体圧式および動電式の加振装置の加振力の位相にずれが生じる可能性がある。
つまり、従来の技術では、高周波領域で流体圧式および動電式の加振装置の加振力の位相を同期させることができなかった。

特開２０１０−１７８５１０号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、高周波領域で各加振部の加振力を同期できる加振装置の制御システムを提供するものである。

請求項１においては、流体の差圧により供試体を加振する流体圧式加振部と、磁界内に配置される駆動コイルに駆動電流を供給することにより前記供試体を加振する動電式加振部とにより、一つの振動板に載置される前記供試体を加振する加振装置の動作を制御する加振装置の制御システムであって、前記差圧に基づいて前記動電式加振部を動作させ、前記流体圧式加振部の加振力の位相に、前記動電式加振部の加振力の位相を合わせる動力同期制御部を具備し、前記動力同期制御部は、前記流体の差圧に基づいて前記動電式加振部の加振力に対応する駆動電流値を算出する変換部と、前記変換部によって算出される前記駆動電流値を、前記動電式加振部の駆動コイルへの駆動電圧値にフィードフォワードするフィードフォワード部と、前記供試体を加振するときに前記動電式加振部で発生する逆起電圧の大きさを、前記供試体の加速度に基づいて算出し、前記動電式加振部の駆動コイルへの駆動電圧値にフィードバックするフィードバック部と、を備える、ものである。

本発明は、差圧を動電式加振部への指令信号とすることで、油圧式加振部の加振力の位相に動電式加振部の加振力の位相を合わせることができるため、高周波領域で各加振部の加振力を同期できる、という効果を奏する。

加振装置の制御システムの全体的な構成を示すブロック図。 動力同期制御部の構成を示すブロック図。 本実施形態の加振装置および各加振部の加振力の位相を示す図。 動電式加振部の等価回路を示す図。 逆起電圧が作用した場合の各加振部の加振力の位相を示す図。 加振装置の全体的な構成を示す断面図。 油圧式加振部の構成を示す断面図。 各加振部に同時に指令信号を送った場合の各加振部の加振力の位相を示す図。

以下では、本実施形態の加振装置１０の制御システム１について説明する。

図１に示すように、加振装置１０（図６参照）の制御システム１（以下、単に「制御システム１」と表記する）は、油圧式および動電式の加振装置を組み合わせたハイブリッド式の加振装置の動作を制御するときに用いられる。

まず、加振装置１０の構成について説明する。
図６に示すように、加振装置１０は、供試体Ｗの振動試験等に用いられ、供試体Ｗを加振するものである。加振装置１０は、振動板２０、油圧式加振部３０、および動電式加振部４０等を具備する。

なお、以下では、説明の便宜上、図６における紙面の上下方向を基準として「加振装置１０の上下方向」を規定する。

振動板２０は、上部が略円板状に形成される。振動板２０の下部は、振動板２０の上部より振動板２０の中心に向けて縮径しながら下方向に延出する。振動板２０の下端部は、加振軸３３の上端部に連結される。振動板２０の上面には、供試体Ｗが載置される。

本実施形態の供試体Ｗは、重量の異なる自動車（例えば、小型車や大型車等）であるものとするが、これに限定されるものでない。
本実施形態のように供試体Ｗが自動車である場合、自動車の各車輪が複数の加振装置１０の振動板２０に載置される。

油圧式加振部３０は、油圧によって供試体Ｗを加振するものである。油圧式加振部３０は、動電式加振部４０の内側に位置する。図７に示すように、油圧式加振部３０は、シリンダスリーブ３１、ピストン３２、加振軸３３、二つの軸受３４・３４、二つの油圧サーボ弁３６・３６、および二つのバイパス弁３８・３８を備える。

シリンダスリーブ３１は、中空の略筒状の部材であり、振動板２０の下方に位置する。シリンダスリーブ３１は、その内側にピストン３２を収容する。シリンダスリーブ３１の上部および下部の外周面は、それぞれ二箇所ずつ外部に開口し、各開口部分と中空部分とが連通している。

ピストン３２は、シリンダスリーブ３１内を上下方向に摺動可能な形状を有する。ピストン３２の上側には、加振軸３３の下端部が連結される。ピストン３２の下側には、加振軸３３の外径と同一の外径を有する連結軸３５が連結される。
なお、ピストン３２、加振軸３３、および連結軸３５は、一体的に構成される構造であっても構わない。

加振軸３３は、その軸方向が上下方向に対して平行に配置される。加振軸３３は、その上端部が振動板２０に連結され、振動板２０を支持する。加振軸３３の外径は、シリンダスリーブ３１の内径よりも小さい。つまり、加振軸３３の外周面とシリンダスリーブ３１の内周面との間には所定の隙間が形成される。

シリンダスリーブ３１の内側においては、シリンダスリーブ３１と加振軸３３との隙間がピストン３２により上下方向に分割され、各分割された隙間が油室として形成される。
本実施形態では、シリンダスリーブ３１のピストン３２を挟んだ上側の油室が第一油室３１ａ、下側の油室が第二油室３１ｂとして形成される。

各軸受３４・３４は、それぞれ既存の油圧式の静圧軸受であり、シリンダスリーブ３１の上側および下側に配置され、供試体Ｗを加振するときに加振軸３３および連結軸３６にかかる横荷重およびモーメントを支持する。

各油圧サーボ弁３６・３６は、それぞれ各油室３１ａ・３１ｂに流体を供給するものである。

なお、本実施形態で各油室３１ａ・３１ｂに供給する流体は油であるものとするが、これに限定されるものでなく、例えば、水等であっても構わない。

各油圧サーボ弁３６・３６は、それぞれシリンダスリーブ３１の外周面に取り付けられるとともに、ホースおよび配管等を介して油圧源と連通する。
各油圧サーボ弁３６・３６には、それぞれその内側に各油室３１ａ・３１ｂと連通する内部通路が形成されるとともに、内部通路の油圧源側（各油室３１ａ・３１ｂと離間する側）の端部に複数のポートが形成される。

油圧式加振部３０は、各油圧サーボ弁３６・３６の内部に上下摺動自在に設けられるスプール３７を移動させることで各ポートの開閉を行い、各ポートより各油室３１ａ・３１ｂに高圧の流体を供給するとともに、各油室３１ａ・３１ｂから油圧源に流体を戻す。これにより生じる各油室３１ａ・３１ｂの圧力差で、ピストン３２を上下方向に摺動させる。

このように、油圧式加振部３０は、流体の差圧により供試体Ｗを加振する流体圧式加振部として機能する。

各バイパス弁３８・３８は、それぞれ第一油室３１ａに流体を供給する経路である第一供給経路Ｃ１と、第二油室３１ｂに流体を供給する経路である第二供給経路Ｃ２と、を連通する、あるいは各供給経路Ｃ１・Ｃ２の連通状態を解除するものである。
各バイパス弁３８・３８は、それぞれ各供給経路Ｃ１・Ｃ２における各油圧サーボ弁３６・３６とシリンダスリーブ３１との間に位置する。

各供給経路Ｃ１・Ｃ２は、それぞれその流動方向中途部にて、各バイパス弁３８・３８に向けて分岐する。当該分岐する側の端部は、各バイパス弁３８・３８と連通する。

各バイパス弁３８・３８は、それぞれその内側に上下方向に摺動自在なロックブロック３９が配置され、ロックブロック３９を上下方向に摺動させることで、各供給経路Ｃ１・Ｃ２を連通する経路であるバイパス経路Ｃ３・Ｃ３の開閉を行う。
各バイパス弁３８・３８は、それぞれ油圧式加振部３０によって供試体Ｗを加振するとき、各バイパス経路Ｃ３・Ｃ３を閉塞する。

図６に示すように、動電式加振部４０は、磁界４０ａと駆動コイル４３との作用により、供試体Ｗを加振するものである。動電式加振部４０は、取付部材を介して油圧式加振部３０の上側に連結される。動電式加振部４０は、本体４１、励磁コイル４２、および駆動コイル４３を備える。

本体４１は、油圧式加振部３０をその内側に収容可能な略円筒状の部材である。本体４１の上側は、本体４１の径方向内側に向けて突出する収容部４１ａとして形成される。

収容部４１ａには、本体４１の筒軸方向に沿った断面形状が略矩形状となるとともに、収容部４１ａの形状に沿って略円環状に連続して形成される中空部が形成される。収容部４１ａの上側には、隙間部４１ｂが形成される。
隙間部４１ｂは、本体４１を上方から見たときに略円環状に形成される本体４１の開口部であり、収容部４１ａの中空部と連通する。
収容部４１ａは、磁性体（例えば、鉄等）によって構成される。

励磁コイル４２は、上下方向に沿って並んだ状態で収容部４１ａに環状に配置されるとともに、所定の電源より励磁電流（直流電流）が供給される。

駆動コイル４３は、その上端部がコイルホルダ４３ａを介して振動板２０の外側端部に連結される。駆動コイル４３の下端部は、隙間部４１ｂを通って収容部４１ａおよび励磁コイル４２の間に形成される隙間に配置される。

動電式加振部４０は、励磁コイル４２に励磁電流を供給することで収容部４１ａを励磁して、励磁コイル４２により隙間部４１ｂに直交する磁界４０ａを形成する。このとき、駆動コイル４３は、隙間部４１ｂに直交する磁界４０ａ内に配置される。
そして、動電式加振部４０は、駆動コイル４３に駆動電流を供給することにより駆動コイル４３を上下方向に往復移動させ、供試体Ｗを加振する。

このように、加振装置１０は、一つの振動板２０に載置される供試体Ｗを各加振部３０・４０により加振する。

各加振部３０・４０の最大加振力は、それぞれ加振装置１０の最大加振力よりも小さい加振力が設定されている。本実施形態の各加振部３０・４０は、それぞれその最大加振力が加振装置１０の最大加振力の５０％の加振力まで加振可能に構成される。
従って、各加振部３０・４０は、それぞれ加振装置１０の最大加振力に対応する加振力を出力可能な各加振部３０・４０と比較して、その容量が小さい。

本実施形態の加振装置１０は、高負荷時（より詳細には、油圧式加振部３０の最大加振力よりも大きい加振力で供試体Ｗを加振するとき）に、各加振部３０・４０で供試体Ｗを加振する。このとき、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期させて供試体Ｗを加振する。

すなわち、加振装置１０は、高加振力および高周波加振を両立できるとともに、加振力に応じてエネルギー効率を向上できるハイブリッド式の加振装置である。

ここで、「各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期させる」とは、図３に示すように、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２の位相Ｔ１・Ｔ２を互いに合わせる、あるいは実用範囲まで各位相差を小さくすることをいう。

図６に示すように、各加振部３０・４０で供試体Ｗを加振するとき、油圧式加振部３０は、その最大加振力で供試体Ｗを加振し、動電式加振部４０は、残りの加振力を補う（図６に示す加振装置１０の加振力Ｆおよび各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２参照）。
例えば、油圧式加振部３０の最大加振力の１２０％の加振力で供試体Ｗを加振する場合、油圧式加振部３０で１００％、動電式加振部４０で残り２０％の加振力を出力する。

ここで、各加振部３０・４０は、それぞれその応答性（指令信号を出してから動き出すまでの時間）等の特性が異なる。
従って、各加振部３０・４０に同時に指令信号を出した場合、図８に示すように、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２の位相Ｔ１・Ｔ２にずれが生じる。つまり、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期できず、動力損失が発生してしまう。

制御システム１は、加振装置１０の動作を制御するものである。図１に示すように、制御システム１は、油圧制御部２および動力同期制御部３等を具備する。

油圧制御部２は、油圧式加振部３０を動作させるものである。油圧制御部２は、加速度信号や変位信号等の制御信号に基づいて指令信号（サーボ指令）を生成する（図１に示す制御装置およびＳ／Ｖ参照）。そして、油圧制御部２は、指令信号に基づいて油圧式加振部３０を動作させる（図１に示すＨ−ＡＣＴ参照）。

制御システム１は、供試体Ｗの速度（ｄｘ／ｄｔ）を油圧式加振部３０にフィードバックするとともに、供試体Ｗの位置ベクトルｘや速度等を制御信号にフィードバックして、指令信号に対応する加振動作を行う。

油圧式加振部３０の加振力Ｆ１は、第一油室３１ａの圧力をＰ１、第二油室３１ｂの圧力をＰ２、差圧をＰＬ、ピストン３２の有効断面積をＡとした場合、以下の式（１）によって求められる（図７参照）。
Ｆ１＝（Ｐ１−Ｐ２）×Ａ＝ＰＬ×Ａ・・・（１）

つまり、油圧式加振部３０は、その加振力Ｆ１が差圧ＰＬに対応している。
制御システム１では、既存の圧力センサ等により差圧ＰＬを測定している。また、測定した差圧ＰＬは、動力同期制御部３の変換部４に入力される。

動力同期制御部３は、油圧式加振部３０の加振力Ｆ１の位相Ｔ１に、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２を合わせるとともに、所望の加振力で供試体Ｗを加振するように動電式加振部４０の動作を制御するものである。図２に示すように、動力同期制御部３は、変換部４、フィードフォワード部５、動電制御部６等、およびフィードバック部７を備える。

変換部４は、差圧ＰＬを入力値として、入力された差圧ＰＬに基づいて、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の大きさを算出し、算出した動電式加振部４０の加振力Ｆ２に対応する駆動電流値ｉを出力するものである。

動電式加振部４０の加振力Ｆ２は、隙間部４１ｂの磁束密度をＢ、駆動コイル４３の長さをｌ、駆動電流値をｉ、磁束密度Ｂと駆動コイル４３の長さｌとの積をΨとした場合、以下の式（２）によって求められる。
Ｆ２＝Ｂ×ｌ×ｉ＝Ψ×ｉ・・・（２）

動電式加振部４０は、磁界４０ａ内に配置される駆動コイル４３に駆動電流を供給することで供試体Ｗを加振する。すなわち、磁束密度Ｂおよび駆動コイル４３の長さｌはそれぞれ一定値である。
つまり、動電式加振部４０は、その加振力Ｆ２が駆動電流値ｉに対応している。

各加振部３０・４０で供試体Ｗを加振する場合、動電式加振部４０の加振力Ｆ２は、供試体Ｗを加振するときの加振力Ｆと油圧式加振部３０の加振力Ｆ１とによって決まる。
具体的には、１０ＫＮの加振力で供試体Ｗを加振するときに、油圧式加振部３０が８ＫＮの加振力を出力する場合、動電式加振部４０は２ＫＮの加振力を出力する。

以下では、このような油圧式加振部３０の加振力Ｆ１に対する動電式加振部４０の加振力Ｆ２の割合を、「分配係数γ」と表記する。

変換部４は、差圧ＰＬと分配係数γとに基づいて、動電式加振部４０の加振力Ｆ２を算出する。具体的には、上記式（１）に基づいて差圧ＰＬから油圧式加振部３０の加振力Ｆ１を算出し、当該算出結果に対して分配係数γを乗算する。
そして、変換部４は、上記式（２）に基づいて算出した動電式加振部４０の加振力Ｆ２に対応する駆動電流値ｉを出力する。
出力した駆動電流値ｉは、フィードフォワード部５に入力される。

フィードフォワード部５は、変換部４によって算出される駆動電流値ｉを、動電式加振部４０の駆動コイル４３への駆動電圧値ｅにフィードフォワードするものである。
フィードフォワード部５は、入力される駆動電流値ｉに対して所定の計算を行い、駆動電圧値ｅを出力する。出力した駆動電圧値ｅは、動電制御部６に入力される。
なお、フィードフォワード部５による計算の内容に関しては後述する。

動電制御部６は、入力された駆動電圧値ｅに基づいて、動電式加振部４０を動作させるものである。

図４に示すように、動電式加振部４０の等価回路は、駆動コイル４３の抵抗Ｒおよび駆動コイル４３のインダクタンスＬが直列に配置されるとともに、駆動電圧値ｅに対して駆動コイル４３に逆起電圧Ｅｂ（駆動電流の増減を妨げる自己誘導起電力）が作用する。

逆起電圧Ｅｂは、駆動コイル４３の長さｌと磁束密度Ｂと供試体Ｗの速度との積によって求められる。

このため、供試体Ｗの位置ベクトルをｘ、時間をｔとした場合、動電式加振部４０の等価回路に印加する駆動電圧値ｅは、以下の式（３）によって求められる。
ｅ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＋Ｒ×ｉ＋Ｅｂ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＋Ｒ×ｉ＋Ψ×ｄｘ／ｄｔ・・・（３）
図２に示す動電制御部６にて行われる演算は、上記式（３）の右辺（つまり、上記式（３）の「Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＋Ｒ×ｉ＋Ψ×ｄｘ／ｄｔ」の部分）に対応している。なお、図２に示す「Ｓ」は、ラプラス演算子である。

このように、動力同期制御部３では、差圧ＰＬに対応する駆動電流値ｉを変換部４によって算出し、算出した駆動電流値ｉに対応する駆動電圧値ｅをフィードフォワード部５によって算出する。
そして、駆動電圧値ｅに対応する駆動電圧を、動電制御部６にて動電式加振部４０の等価回路に印加し、差圧ＰＬに対応する駆動電流値ｉを駆動コイル４３に供給する（図２に示す動電制御部６の出力値である駆動電流値ｉ参照）。
これにより、動電式加振部４０は、差圧ＰＬに対応する加振力Ｆ２で供試体Ｗを加振する（図２に示すΨおよび加振力Ｆ２参照）。

つまり、制御システム１は、供試体Ｗの加速度等に基づく補正量を駆動電圧値ｅにフィードバックするのではなく、予め差圧ＰＬに対応する駆動電圧値ｅをフィードフォワードし、動電式加振部４０を動作させる構成である。

これにより、制御システム１は、各加振部３０・４０の特性（応答性等）の影響を受けることなく、差圧ＰＬの位相に駆動電流値ｉの位相を合わせることができる。
差圧ＰＬおよび駆動電流値ｉは、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２に対応している。このため、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２の位相差がなくなり、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期できる。

このように、動力同期制御部３は、図３に示すように、差圧ＰＬに基づいて動電式加振部４０を動作させ、油圧式加振部３０の加振力Ｆ１の位相Ｔ１に、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２を合わせる（あるいは実用範囲となるまで各位相差を小さくする）。

仮に、供試体Ｗに与える加振力Ｆの大きさが変わった場合、分配係数γにより、フィードフォワード部５への入力値である駆動電流値ｉも変わる。
また、周波数が変わった場合、動力同期制御部３の変換部４に入力される差圧ＰＬが、周波数に応じて変わる。

つまり、制御システム１は、どの加振力領域や周波数領域においても、各加振部３０・４０の特性の影響を受けることなく、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期できる。

これによれば、制御システム１は、高周波領域で各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を互いに同期でき、動力損失が発生することなく供試体Ｗを加振できる（図３に示す加振装置１０の加振力Ｆの位相Ｔ参照）。

前述のように、動電制御部６では、駆動電圧値ｅに対して逆起電圧Ｅｂが作用する（上記式（３）参照）。
すなわち、動電制御部６は、逆起電圧Ｅｂ（つまり、供試体Ｗに対する負荷）によって駆動電圧値ｅから駆動電流値ｉまでの伝達特性が変化する。

仮に、フィードフォワード部５にて、逆起電圧Ｅｂを考慮しなかった場合、逆起電圧Ｅｂが作用する分だけ動電式加振部４０の加振力Ｆ２が低下し、その位相Ｔ２もずれてしまう。
すなわち、図５に示すように、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２において、その振幅が所望の振幅よりも小さくなってしまう（図５に二点鎖線で示す動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２参照）。また、油圧式加振部３０の加振力Ｆ１の位相Ｔ１に対して、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２が所定時間だけずれてしまう。

つまり、本実施形態のように差圧ＰＬに対応する駆動電圧値ｅを動電制御部６にフィードフォワードする場合、制御システム１は、予め逆起電圧Ｅｂの影響度合いを考慮した駆動電圧値ｅを動電制御部６に入力する必要がある。

図２に示すように、フィードバック部７は、逆起電圧Ｅｂによる駆動電圧値ｅの変動を補正するためのものである。
制御システム１は、既存の加速度センサにより供試体Ｗの加速度ａを測定し、測定した加速度ａをフィードバック部７に入力する。

フィードバック部７は、供試体Ｗの加速度ａを時間で積分して速度を算出する（図２に示す１／Ｓ参照）。
そして、フィードバック部７は、駆動コイル４３の長さｌと磁束密度Ｂと算出した速度との積より、逆起電圧Ｅｂの大きさを算出する（図２のフィードバック部７の内側に示すΨ参照）。算出結果は、フィードフォワード部５の出力値である駆動電圧値ｅに合算される。

このように、フィードバック部７は、供試体Ｗを加振するときに動電式加振部４０で発生する逆起電圧Ｅｂの大きさを、供試体Ｗの加速度ａに基づいて算出する。
そして、フィードバック部７は、算出した逆起電圧Ｅｂを駆動コイル４３への駆動電圧値ｅにフィードバックする。

このようにしてフィードバック部７は、逆起電圧Ｅｂによる駆動電圧値ｅの変動を補正する。つまり、フィードバック部７は、駆動電圧値ｅに作用する逆起電圧Ｅｂの影響を打ち消す。
このような逆起電圧Ｅｂのフィードバック制御を行うことで、上記式（３）は、以下の式（４）に変形できる。
ｅ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＋Ｒ×ｉ・・・（４）

上記式（４）から明らかなように、逆起電圧Ｅｂのフィードバック制御を行うことで、フィードフォワード部５では、逆起電圧Ｅｂの影響を考慮する必要がなくなる。

従って、フィードフォワード部５では、上記式（４）に基づいて駆動電流値ｉに対応する駆動電圧値ｅを算出すればよい。つまり、フィードフォワード部５では、上記式（４）の逆伝達関数を計算する。

これによれば、動電制御部６は、差圧ＰＬに対応する駆動電流値ｉ（フィードフォワード部５の入力値である駆動電流値ｉ）と同一の大きさの駆動電流値ｉ（動電制御部６の出力値である駆動電流値ｉ）を、駆動コイル４３に供給できる。

従って、制御システム１は、所望の加振力Ｆ２で供試体Ｗを加振するように、動電式加振部４０の動作を制御できる。つまり、図３に示すように、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２において、所望の振幅を設定できる。
また、油圧式加振部３０の加振力Ｆ１の位相Ｔ１に対する動電式加振部４０の加振力Ｆ２の位相Ｔ２のずれを小さくできる。

なお、制御システム１は、駆動電圧値ｅを油圧式加振部３０の指令信号とするのではなく、本実施形態のように、差圧ＰＬを動電式加振部４０の指令信号とすることが好ましい。
これは、動電式加振部４０の応答性が油圧式加振部３０の応答性よりも高い点、および、動電式加振部４０が線形性を持っている（つまり、駆動電流値ｉを変えるだけで確実に所望の加振力Ｆ２となる）点に起因する。

つまり、差圧ＰＬを動電式加振部４０の指令信号とすることで、制御システム１の構成をより簡素にできるとともに、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２の位相差をより小さくできる。

また、動電式加振部４０は、エネルギー効率をより向上できるという観点から、その加振力Ｆ２の大きさに応じて励磁電流値を段階的に切り替える構成であることが好ましい。
仮に、励磁電流値を変更した場合、磁束密度Ｂの大きさが変わる。この場合、変えた磁束密度Ｂの分だけ駆動電流値ｉも変更する必要がある（上記式（２）参照）。

このような場合においても、制御システム１によれば、フィードフォワード部５にて変わった磁束密度Ｂで駆動電圧値ｅを算出できる。つまり、動電式加振部４０の加振力Ｆ２の大きさに応じて励磁電流値を切り替える構成であっても、制御システム１にて加振装置１０の動作を制御できる。
従って、制御システム１によって動作を制御される加振装置１０のエネルギー効率をより向上できる。

ここで、従来技術においては、流体圧式および動電式の加振装置のそれぞれで、加速度等を測定する必要がある。従って、供試体Ｗに対して二つの入力点を持つこととなる。
この場合、供試体Ｗの特性（例えば、質量やバネ定数等）の影響で、各入力点でそれぞれどれだけの加速度や変位量を与えているか管理できない。

一方、本実施形態の制御システム１では、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２を同期させるために、各加振部３０・４０のそれぞれで加速度等を測定する必要はない。

従って、制御システム１によって動作を制御される加振装置１０は、各加振部３０・４０から供試体Ｗへの入力点を一つにできる。つまり、一つの振動板２０に載置される供試体Ｗを加振する構成にできる（図６参照）。
これによれば、供試体Ｗの特性を考慮して（具体的には、入力点から出力点までの伝達関数の逆伝達関数により）、所望の振動を供試体Ｗに与えることができる。

なお、周波数領域が低い場合、制御システム１は、駆動コイル４３の駆動電流値ｉをフィードバックして、差圧ＰＬに対応する駆動電流値ｉと比較しても構わない。

仮に、フィードバックした駆動電流値ｉが、差圧ＰＬに対応する駆動電流値ｉと比較して差異がある場合、制御システム１は、この差異を考慮してフィードフォワード部５にて駆動電圧値ｅを再計算する。
このように構成することで、各加振部３０・４０の加振力Ｆ１・Ｆ２の位相差をより小さくできる。

１ 制御システム
３ 動力同期制御部
４ 変換部
５ フィードフォワード部
７ フィードバック部
１０ 加振装置
２０ 振動板
３０ 油圧式加振部（流体圧式加振部）
４０ 動電式加振部
４０ａ 磁界
４３ 駆動コイル
ｅ 駆動電圧値
ｉ 駆動電流値
ＰＬ 差圧
Ｔ１ 油圧式加振部の加振力の位相
Ｔ２ 動電式加振部の加振力の位相
Ｗ 供試体

Claims (1)

1. 流体の差圧により供試体を加振する流体圧式加振部と、磁界内に配置される駆動コイルに駆動電流を供給することにより前記供試体を加振する動電式加振部とにより、一つの振動板に載置される前記供試体を加振する加振装置の動作を制御する加振装置の制御システムであって、
   前記差圧に基づいて前記動電式加振部を動作させ、前記流体圧式加振部の加振力の位相に、前記動電式加振部の加振力の位相を合わせる動力同期制御部を具備し、
   前記動力同期制御部は、
   前記流体の差圧に基づいて前記動電式加振部の加振力に対応する駆動電流値を算出する変換部と、
   前記変換部によって算出される前記駆動電流値を、前記動電式加振部の駆動コイルへの駆動電圧値にフィードフォワードするフィードフォワード部と、
   前記供試体を加振するときに前記動電式加振部で発生する逆起電圧の大きさを、前記供試体の加速度に基づいて算出し、前記動電式加振部の駆動コイルへの駆動電圧値にフィードバックするフィードバック部と、
   を備える、
   加振装置の制御システム。

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