JP7180506B2 - Material testing machine and control method for material testing machine - Google Patents
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本発明は、材料試験機、及び材料試験機の制御方法に関する。 The present invention relates to a material testing machine and a control method for the material testing machine.
材料の機械的な特性や性質を調べるための材料試験を行う材料試験機として、圧縮試験機、硬さ試験機、疲労試験機等の各種の試験機が知られている。
材料試験機は、一般に、試験対象に負荷として試験力を与える負荷機構と、負荷機構を制御する制御装置と、試験片に与えられている試験力を測定する試験力測定器と、試験材料に生じた所定の物理量の変化を測定する物理量測定器とを備える。また、材料試験中には、制御装置が試験力の測定値と試験力の目標値との偏差に基づいて、負荷機構をフィードバック制御する。また、フィードバック制御においては、各種の要因により、試験力の測定値が振動する現象、いわゆる「ハンチング」が発生することがある。
Various testing machines such as compression testing machines, hardness testing machines, and fatigue testing machines are known as material testing machines for performing material tests for examining mechanical properties and properties of materials.
A material testing machine generally includes a load mechanism that applies a test force as a load to a test object, a control device that controls the load mechanism, a test force measuring device that measures the test force applied to the test piece, and a test material. and a physical quantity measuring device for measuring a change in a predetermined physical quantity that has occurred. Also, during the material test, the controller feedback-controls the load mechanism based on the deviation between the measured test force and the target test force. Also, in feedback control, a phenomenon in which the measured value of the test force oscillates due to various factors, that is, so-called "hunting" may occur.
ハンチングを検出する手法には、次のようなものが知られている。すなわち、ハンチング検出対象信号の時系列データにおける振幅に基づいて検出する手法(例えば、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3参照)、及び、ハンチング検出対象信号の時系列データをFFT解析して検出する手法(例えば、特許文献4、及び特許文献5参照)等である。
The following methods are known for detecting hunting. That is, a method of detecting based on the amplitude in the time-series data of the signal for hunting detection (for example, see Patent Document 1,
しかしながら、特許文献1~特許文献5の各々に記載の圧縮試験機では、ハンチングを検出することは可能であるが、ハンチングの発生を抑制することができない場合がある。 However, although the compression testers described in each of Patent Documents 1 to 5 can detect hunting, the occurrence of hunting cannot be suppressed in some cases.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる材料試験機、及び材料試験機の制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a material testing machine capable of suppressing the occurrence of hunting in the material testing machine, and a control method for the material testing machine.
本発明の第1の態様は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御における少なくとも積分器のゲインを調整する調整部と、を備え、前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、前記調整部は、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する、材料試験機に関する。 A first aspect of the present invention is a material testing machine that applies a test force to a test material and deforms the test material to perform a material test, wherein the deviation indicates the difference between the measured value of the control object and the target value adjusts the gain of at least the integrator in the feedback control based on the feedback control unit that performs feedback control so that the is zero, the design response speed of the material testing machine, and the actual response speed of the material testing machine each of the design response speed and the actual response speed is defined by a delay time of a first-order delay system, and the adjustment unit includes a first delay time corresponding to the design response speed, and the and a second delay time corresponding to the actual response speed .
本発明の第2の態様は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機の制御方法であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップと、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御における少なくとも積分器のゲインを調整する調整ステップと、を含み、前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、前記調整ステップでは、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する、材料試験機の制御方法に関する。 A second aspect of the present invention is a control method for a material testing machine that performs a material test by applying a test force to a test material and deforming the test material, wherein the difference between the measured value of the controlled object and the target value Based on the feedback control step of executing feedback control so that the deviation indicating is zero, the design response speed of the material testing machine, and the actual response speed of the material testing machine, at least the integrator in the feedback control and an adjusting step of adjusting a gain, wherein each of the designed response speed and the actual response speed is defined by a delay time of a first-order lag system, and the adjusting step comprises a first delay corresponding to the designed response speed. The present invention relates to a material testing machine control method for adjusting the gain based on time and a second delay time corresponding to the actual response speed .
本発明の第1の態様によれば、調整部は、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。
例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
According to the first aspect of the present invention, the adjusting section adjusts the gain in the feedback control based on the designed response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine.
For example, if the actual response speed is too fast relative to the designed response speed, the feedback control gain is adjusted to be smaller. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hunting in the material testing machine.
本発明の第2の態様によれば、調整ステップにおいて、記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。
例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
According to the second aspect of the present invention, in the adjusting step, the gain in the feedback control is adjusted based on the designed response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine.
For example, if the actual response speed is too fast relative to the designed response speed, the feedback control gain is adjusted to be smaller. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hunting in the material testing machine.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[1.圧縮試験機の構成]
図1は、本実施形態に係る圧縮試験機1の構成の一例を示す図である。
本実施形態の圧縮試験機1は、試験材料TPに試験力Fを与えて、試料の圧縮強度、降伏点、歪み、絞りなどの機械的性質を測定する材料試験を行う。試験力Fは、圧縮力である。
圧縮試験機1は、試験対象の材料である試験材料TPに試験力Fを与えて圧縮試験を行う圧縮試験機本体2と、圧縮試験機本体2による圧縮試験動作を制御する制御ユニット4と、を備える。
なお、圧縮試験機1は、「材料試験機」の一例に対応する。
[1. Configuration of compression tester]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a compression tester 1 according to this embodiment.
The compression tester 1 of this embodiment applies a test force F to a test material TP to perform a material test for measuring mechanical properties such as compressive strength, yield point, strain, and reduction of area of the sample. The test force F is a compressive force.
The compression tester 1 includes a
The compression testing machine 1 corresponds to an example of a "material testing machine".
試験機本体2は、テーブル6と、このテーブル6上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹8、9と、これらのねじ棹8、9に沿って移動可能なクロスヘッド10と、このクロスヘッド10を移動させて試験材料TPに負荷を与える負荷機構12と、ロードセル14と、を備える。ロードセル14は、試験材料TPに与えられる圧縮力である試験力Fを測定し、試験力測定信号SG1を出力するセンサである。
The testing machine
一対のねじ棹8、9は、クロスヘッド10に挿通され、クロスヘッド10は、各ねじ棹8、9に対して連結されている。
負荷機構12は、各ねじ棹8、9の下端部に連結されるウォーム減速機16、17と、各ウォーム減速機16、17に連結されるサーボモータ18と、ロータリエンコーダ20と、を備える。ロータリエンコーダ20は、サーボモータ18の回転量を測定し、回転量に応じたパルス数の回転測定信号SG2を制御ユニット4に出力するセンサである。
そして負荷機構12は、ウォーム減速機16、17を介して、一対のねじ棹8、9にサーボモータ18の回転を伝達し、各ねじ棹8、9が同期して回転することにより、クロスヘッド10がねじ棹8、9に沿って昇降する。
A pair of threaded
The
The
クロスヘッド10には、試験材料TPの上端部に圧縮力を付与するための上圧縮板21が付設され、テーブル6には、試験材料TPの下端部を支持するための下圧縮板22が付設されている。試験機本体2は、圧縮試験の際、試験材料TPの両端部をこれらの上圧縮板21及び下圧縮板22により挟持した状態で、制御ユニット4の制御に従って、クロスヘッド10を下降させることにより、試験材料TPに試験力Fを与える。試験力Fは圧縮力である。
The
試験材料TPには、変位センサ15が配置される。変位センサ15は、試験材料TPの1対の標点の間の距離を測定することによって、歪み計測値EDを測定し、歪み測定信号SG3を出力するセンサである。歪み計測値EDは、歪みとして、試験材料TPの圧縮量を測定する。
A
制御ユニット4は、統括制御装置30と、表示装置32と、試験プログラム実行装置34と、を備える。
統括制御装置30は、当該試験機本体2を中枢的に制御する装置であり、試験機本体2との間で信号を送受信可能に接続される。試験機本体2から受信する信号は、ロードセル14が出力する試験力測定信号SG1、ロータリエンコーダ20が出力する回転測定信号SG2、変位センサ15が出力する歪み測定信号SG3、及び制御や試験に要する適宜の信号などである。
表示装置32は、統括制御装置30から入力される信号に基づいて各種情報を表示する装置であり、例えば、統括制御装置30は、圧縮試験の間、歪み測定信号SG3に基づいて試験材料TPの歪みの測定値である歪み計測値EDを表示装置32に表示する。また、例えば、統括制御装置30は、圧縮試験の間、回転測定信号SG2に基づくクロスヘッド10の変位を示す変位計測値XDを表示装置32に表示する。
The
The integrated
The
試験プログラム実行装置34は、圧縮試験の試験条件といった各種設定パラメータの設定操作や実行指示操作などのユーザ操作を受け付け、統括制御装置30に出力する機能や、試験力計測値FDのデータを解析する機能などを備えた装置である。
本実施形態の試験プログラム実行装置34はコンピュータを備え、このコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などのプロセッサと、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などのメモリデバイスと、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などのストレージ装置と、統括制御装置30や各種の周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備える。そして、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータプログラムである圧縮試験プログラムを実行することで、上述の各種の機能を実現する。
The test
The test
次いで、本実施形態の統括制御装置30について、更に詳述する。
統括制御装置30は、図1に示すように、信号入出力ユニット40と、制御回路ユニット50と、を備える。
信号入出力ユニット40は、試験機本体2との間で信号を送受する入出力インターフェース回路を構成するものであり、本実施形態では、第1センサアンプ42と、第2センサアンプ45と、カウンタ回路43と、サーボアンプ44とを有する。
第1センサアンプ42は、ロードセル14が出力する試験力測定信号SG1を増幅して制御回路ユニット50に出力する増幅器である。
第2センサアンプ45は、変位センサ15が出力する歪み測定信号SG3を増幅して制御回路ユニット50に出力する増幅器である。
カウンタ回路43は、ロータリエンコーダ20が出力する回転測定信号SG2のパルス数を計数し、サーボモータ18の回転量、すなわちサーボモータ18の回転によって昇降するクロスヘッド10の変位計測値XDを示す変位測定信号A3を制御回路ユニット50にデジタル信号で出力する。
サーボアンプ44は、制御回路ユニット50の制御に従って、サーボモータ18を制御する装置である。
Next, the integrated
The integrated
The signal input/
The
The
The
The
[2.制御回路ユニットの構成]
図2は、制御回路ユニット50の機能的構成を示すブロック図である。
制御回路ユニット50は、通信部51と、フィードバック制御部52と、フィルタ処理部53と、同定部54と、調整部55とを備える。
制御回路ユニット50は、CPUやMPUなどのプロセッサと、ROMやRAMなどのメモリデバイスと、HDDやSSDなどのストレージ装置と、信号入出力ユニット40とのインターフェース回路と、試験プログラム実行装置34と通信する通信装置と、表示装置32を制御する表示制御回路と、各種の電子回路と、を備えたコンピュータを備える。また、制御回路ユニット50のプロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶された制御プログラムを実行することで、図2に示す各機能部を実現する。
また、信号入出力ユニット40のインターフェース回路にはA/D変換器が設けられており、アナログ信号の試験力測定信号SG1及び歪み測定信号SG3がA/D変換器によってデジタル信号に変換される。
なお、制御回路ユニット50は、コンピュータに限らず、ICチップやLSIなどの集積回路といった1又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。
[2. Configuration of control circuit unit]
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the
The
The
An interface circuit of the signal input/
Note that the
通信部51は、試験プログラム実行装置34との間で通信し、試験条件の設定や各種設定パラメータの設定値、圧縮試験の実行指示や中断指示などを試験プログラム実行装置34から受信する。また、通信部51は、歪み測定信号SG3に基づく歪み計測値ED、及び試験力測定信号SG1に基づく試験力計測値FDを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置34に送信する。また、通信部51は、回転測定信号SG2に基づく変位計測値XDを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置34に送信する。
The
[2-1.フィードバック制御部の構成]
フィードバック制御部52は、試験機本体2のサーボモータ18をフィードバック制御して圧縮試験を実行する。フィードバック制御部52は、サーボモータ18のフィードバック制御を実行する回路である。
フィードバック制御部52が位置制御を実行する場合には、フィードバック制御部52は、例えば、ロードセル14が出力する試験力計測値FDについて位置制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部52は、試験力計測値FDを試験力目標値FTに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。なお、試験力目標値FTは、試験力計測値FDの目標値を示す。
なお、本実施形態において、「位置制御」とは、センサ等によって測定された検出値を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
[2-1. Configuration of Feedback Control Unit]
The
When the
In this embodiment, the term "position control" refers to controlling a detected value measured by a sensor or the like to match its target value.
本実施形態では、試験力計測値FDについて位置制御を実行する場合について説明するが、変位計測値XDについて位置制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部52は、変位計測値XDを変位目標値XTに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。変位目標値XTは、変位計測値XDの目標値を示す。
また、変位センサ15によって測定された歪み計測値EDについて位置制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部52は、変位センサ15によって測定された歪み計測値EDを歪み目標値ETに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。なお、歪み目標値ETは、歪み計測値EDの目標値を示す。
In the present embodiment, the case where position control is performed for the measured test force value FD will be described, but the position control may be performed for the measured displacement value XD. In this case, the
Also, position control may be performed on the strain measurement value ED measured by the
また、本実施形態では、位置制御を実行する場合について説明するが、フィードバック制御部52が速度制御を実行してもよい。フィードバック制御部52は、例えば、ロードセル14が出力する試験力計測値FDについて速度制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部52は、試験力計測値速度VFを試験力速度目標値VFTに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。試験力計測値速度VFは、試験力計測値FDの単位時間当たりの変化量を示し、試験力速度目標値VFTは、試験力計測値速度VFの目標値を示す。
なお、本実施形態において、「速度制御」とは、センサ等によって測定された検出値の単位時間当たりの変化量を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
Also, in this embodiment, the case where position control is executed will be described, but the
In the present embodiment, "speed control" means controlling the amount of change per unit time of the detection value measured by a sensor or the like so as to match the target value.
また、ロータリエンコーダ20によって測定された変位計測値XDについて速度制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部52は、変位計測値速度Vを変位速度目標値VTに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。変位計測値速度Vは、変位計測値XDの単位時間当たりの変化量を示し、変位速度目標値VTは、変位計測値速度Vの目標値を示す。
また、変位センサ15によって測定された歪み計測値EDについて速度制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部52は、歪み計測値速度VEを歪み速度目標値VETに一致させるように変位計測値XDの指令値dXを演算し、当該指令値dXを示す指令信号A4(図1)をサーボアンプ44に出力する。歪み計測値速度VEは、変位センサ15によって測定された歪み計測値EDの単位時間当たりの変化量を示し、歪み速度目標値VETは、歪み計測値速度VEの目標値を示す。
Further, velocity control may be performed on the displacement measurement value XD measured by the
Further, speed control may be performed on the strain measurement value ED measured by the
図3は、フィードバック制御部52の構成の一例を示す図である。
フィードバック制御にはPID(Proportional-Integral-Differential)制御が用いられており、フィードバック制御部52は、比例器523、積分器524、及び微分器525を備える。
また、フィードバック制御部52は、減算器521、乗算器522、加算器526を備える。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the
PID (Proportional-Integral-Differential) control is used for feedback control, and the
The
減算器521は、試験力目標値FTから試験力計測値FDを減じて、第1偏差E1を算出する。第1偏差E1は、「偏差」の一例に対応する。
乗算器522は、第1偏差E1に制御コンプライアンスCPを乗じて、第2偏差E2を算出する。
制御コンプライアンスCPは、次の式(1)によって算出される。
CP(t)=ΔX(t)/ΔF(t) (1)
式(1)において、時間tは制御周期の実行タイミングを示す。また、制御コンプライアンスCP(t)は各制御周期における制御コンプライアンスCPを示す。また、移動量ΔX(t)は各制御周期におけるクロスヘッド10の移動量ΔXを示す。また、試験力変化量ΔF(t)は各制御周期における試験力変化量ΔFを示し、例えば今回の制御周期における試験力計測値FDと前回の制御周期における試験力計測値FDと差である。
The
A
The control compliance CP is calculated by the following formula (1).
CP(t)=ΔX(t)/ΔF(t) (1)
In equation (1), time t indicates the execution timing of the control cycle. Control compliance CP(t) indicates control compliance CP in each control cycle. Further, the movement amount ΔX(t) indicates the movement amount ΔX of the
第2偏差E2は、比例器523、積分器524、及び微分器525の各々に入力される。
比例器523は、第1操作量U1を出力し、積分器524は、第2操作量U2を出力し、微分器525は、第3操作量U3を出力する。
加算器526は、第1操作量U1と、第2操作量U2と、第3操作量U3とを加算して、操作量Uを算出する。
操作量Uは、試験機本体2に入力される。操作量Uは、例えば、サーボモータ18の回転量を示す。
The second deviation E2 is input to each of the
The
The
A manipulated variable U is input to the testing machine
なお、本実施形態では、微分器525を使用しない。換言すれば、微分器525のゲインは零である。
Note that the
図2に戻って、制御回路ユニット50の機能的構成について説明する。
フィルタ処理部53は、圧縮試験機1が圧縮試験を実行する際に、変位計測値XDから圧縮試験機1の固有振動数FAに対応する成分を低減する。
具体的には、変位計測値XDの検出信号をハイパスフィルタとローパスフィルタとを通過させることによって、変位計測値XDの検出信号に含まれる圧縮試験機1の固有振動数FAに対応する成分を低減する。ハイパスフィルタは、固有振動数FAより周波数ΔFAだけ高い周波数、すなわち周波数(FA+ΔFA)以上の周波数を通過させる。ローパスフィルタは、固有振動数FAより周波数ΔFBだけ低い周波数、すなわち周波数(FA-ΔFB)以下の周波数を通過させる。固有振動数FAは、例えば17.55kHzであり、周波数ΔFA及び周波数ΔFBの各々は、例えば、1kHzである。
Returning to FIG. 2, the functional configuration of the
The
Specifically, by passing the detection signal of the displacement measurement value XD through a high-pass filter and a low-pass filter, the component corresponding to the natural frequency FA of the compression tester 1 included in the detection signal of the displacement measurement value XD is reduced. do. The high-pass filter passes frequencies higher than the natural frequency FA by the frequency ΔFA, that is, frequencies equal to or higher than the frequency (FA+ΔFA). The low-pass filter passes frequencies that are lower than the natural frequency FA by the frequency ΔFB, that is, frequencies below the frequency (FA-ΔFB). The natural frequency FA is, for example, 17.55 kHz, and each of the frequencies ΔFA and ΔFB is, for example, 1 kHz.
[2-3.試験機の同定]
同定部54は、圧縮試験機本体2の実応答速度に基づいて、圧縮試験機本体2の特性を同定する。具体的には、同定部54は、試験力目標値FTの変化と、試験力計測値FDの変化とに基づいて、圧縮試験機本体2の特性を、例えば一次遅れ系として同定する。
[2-3. Identification of testing machine]
The
設計時における圧縮試験機本体2の特性を示す伝達関数GA(S)を次の式(2)で規定する。
GA(S)=1/(TA×S+1) (2)
ここで、第1遅れ時間TAは、設計応答速度に対応する遅れ時間を示す。第1遅れ時間TAは、例えば制御回路ユニット50のメモリデバイス又はストレージ装置に記憶される。
A transfer function GA(S) that indicates the characteristics of the compression tester
GA(S)=1/(TA×S+1) (2)
Here, the first delay time TA indicates the delay time corresponding to the designed response speed. The first delay time TA is stored, for example, in a memory device or storage device of the
材料試験を実行するときの圧縮試験機本体2の特性を示す伝達関数GB(S)を次の式(3)で規定する。
GB(S)=1/(TD×S+1) (3)
ここで、第2遅れ時間TDは、実応答速度に対応する遅れ時間を示す。同定部54は、第2遅れ時間TDを同定する。
A transfer function GB(S) that indicates the characteristics of the compression tester
GB(S)=1/(TD×S+1) (3)
Here, the second delay time TD indicates the delay time corresponding to the actual response speed. The
具体的には、同定部54は、例えばARMA(Autoregressive Moving Average)モデルに逐次最小二乗法を適用することによって伝達関数G2(S)を同定する。その結果、同定部54は、第2遅れ時間TDを算出する。
Specifically, the
なお、第1遅れ時間TAは、「設計応答速度」を示すパラメータの一例に対応し、第2遅れ時間TDは、「実応答速度」を示すパラメータの一例に対応する。例えば、第1遅れ時間TAが短い程、設計応答速度は速く、第2遅れ時間TDが短い程、実応答速度が速い。 The first delay time TA corresponds to an example of a parameter indicating "designed response speed", and the second delay time TD corresponds to an example of a parameter indicating "actual response speed". For example, the shorter the first delay time TA, the faster the designed response speed, and the shorter the second delay time TD, the faster the actual response speed.
本実施形態では、第1遅れ時間TAによって設計応答速度を規定し、第2遅れ時間TDによって実応答速度を規定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、特定周波数における応答速度によって、設計応答速度及び実応答速度の各々を規定してもよい。 In this embodiment, the design response speed is defined by the first delay time TA, and the actual response speed is defined by the second delay time TD, but the present invention is not limited to this. For example, each of the design response speed and the actual response speed may be defined by the response speed at a specific frequency.
また、本実施形態では、ARMAモデルに逐次最小二乗法を適用することによって第2遅れ時間TDを算出したが、本発明はこれに限定されない。その他の方法によって、第2遅れ時間TDを算出してもよい。 Moreover, in the present embodiment, the second delay time TD is calculated by applying the iterative least squares method to the ARMA model, but the present invention is not limited to this. Other methods may be used to calculate the second delay time TD.
また、本実施形態では、圧縮試験機本体2の応答特性を一次遅れ系で近似したが、本発明はこれに限定されない。圧縮試験機本体2の応答特性を伝達関数モデルで近似してもよいし、状態空間モデルで近似してもよい。また、圧縮試験機本体2の周波数毎の応答を示すボード線図によって、圧縮試験機本体2の応答特性を規定してもよい。
Moreover, in the present embodiment, the response characteristics of the compression tester
[2-4.調整係数の算出]
調整部55は、ゲインを調整する調整係数GDを算出する。具体的には、調整係数GDは、積分器524のゲインGIを調整する。
[2-4. Calculation of adjustment coefficient]
The
調整部55は、第2遅れ時間TDが次の式(4)を満たすか否かを判定する。
(TA/TD)-1≧SH (4)
ここで、閾値SHは、例えば0.1である。
The
(TA/TD)-1≧SH (4)
Here, the threshold SH is, for example, 0.1.
第2遅れ時間TDが式(4)を満たす場合に、調整部55は、次の式(5)によって調整係数GDを算出する。
GD=1-∫(TA-TD)dt (5)
ただし、式(5)の右辺の第2項は、第2遅れ時間TDが式(4)を満たした時間からから現時点までの第1遅れ時間TAと第2遅れ時間TDとの差の時間積分を示す。
When the second delay time TD satisfies the formula (4), the adjusting
GD=1-∫(TA-TD)dt (5)
However, the second term on the right side of Equation (5) is the time integral of the difference between the first delay time TA and the second delay time TD from the time when the second delay time TD satisfies Equation (4) to the present time. indicates
第2遅れ時間TDが式(4)を満たす場合に、調整部55は、積分器524のゲインGIを調整する。具体的には、調整部55は、ゲインGIを、ゲインGIに調整係数GDを乗じた値に置換する。
The
本実施形態では、調整部55が、積分器524のゲインGIを調整するが、本発明はこれに限定されない。調整部55が、比例器523及び積分器524の各々のゲインを調整してもよい。
In this embodiment, the
[3.実験結果]
[3-1.比較例における実験結果]
図4及び図5を参照して、ゴムの圧縮試験の試験結果について説明する。
図4は、比較例における制御コンプライアンスCP、第1遅れ時間TA、第2遅れ時間TD、及び偏差ΔFDの変化の一例を示すグラフである。
比較例では、積分器524のゲインGIを調整しない点で、本実施形態と相違している。換言すれば、比較例では、調整部55を備えない点で本実施形態の制御回路ユニット50と相違している。
[3. Experimental result]
[3-1. Experimental results in comparative example]
The test results of the rubber compression test will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
FIG. 4 is a graph showing an example of changes in control compliance CP, first delay time TA, second delay time TD, and deviation ΔFD in a comparative example.
The comparative example differs from the present embodiment in that the gain GI of the
図4の上段の図、中段の図、及び下段の図の横軸は、時間Tを示す。上段の図の縦軸は、制御コンプライアンスCPを示す。中段の図の縦軸は、第1遅れ時間TA、及び第2遅れ時間TDを示す。下段の図の縦軸は、偏差ΔFDを示す。偏差ΔFDは、試験力目標値FTと試験力計測値FDとの差を示す。 The horizontal axis of the upper, middle, and lower diagrams of FIG. 4 indicates time T. FIG. The vertical axis in the upper diagram indicates the control compliance CP. The vertical axis in the middle diagram indicates the first delay time TA and the second delay time TD. The vertical axis in the lower diagram indicates the deviation ΔFD. The deviation ΔFD indicates the difference between the target test force value FT and the measured test force value FD.
図4のグラフG11は、制御コンプライアンスCPの変化を示す。グラフG11に示すように、制御コンプライアンスCPは、時間Tの経過と共に減少した。 A graph G11 in FIG. 4 shows changes in the control compliance CP. As shown in graph G11, control compliance CP decreased as time T passed.
図4のグラフG12は、第1遅れ時間TAの変化を示す。グラフG12に示すように、第1遅れ時間TAは一定値であった。
図4のグラフG13は、第2遅れ時間TDの変化を示す。グラフG13に示すように、第2遅れ時間TDは、時間の経過と共に減少した。すなわち、圧縮試験機本体2は、時間Tの経過と共に応答速度が増大した。
A graph G12 in FIG. 4 shows changes in the first delay time TA. As shown in graph G12, the first delay time TA was a constant value.
A graph G13 in FIG. 4 shows changes in the second delay time TD. As shown in graph G13, the second delay time TD decreased over time. That is, the response speed of the compression tester
図4のグラフG14は、偏差ΔFDの変化を示す。グラフG14に示すように、偏差ΔFDは、時間の経過と共に減少し、時間TS以降においてハンチングHTが発生した。ハンチングHTの振幅は、時間Tの経過と共に増大した。
このように、比較例における実験結果では、時間Tの経過と共に圧縮試験機本体2の応答速度が増大し、圧縮試験機本体2の制御が不安定になったため、時間TS以降においてハンチングHTが発生した。
なお、本実施形態において、「ハンチング」とは、試験力計測値FD等の測定値が振動する現象を示す。
A graph G14 in FIG. 4 shows changes in the deviation ΔFD. As shown in graph G14, the deviation .DELTA.FD decreased over time, and hunting HT occurred after time TS. The amplitude of hunting HT increased with time T.
Thus, in the experimental results of the comparative example, the response speed of the compression tester
In this embodiment, "hunting" indicates a phenomenon in which measured values such as the test force measured value FD vibrate.
[3-2.本実施形態における実験結果]
図5は、本実施形態おける調整係数GD、第1遅れ時間TA、第2遅れ時間TD、及び偏差ΔFDの変化の一例を示すグラフである。
図5の上段の図、中段の図、及び下段の図の横軸は、時間Tを示す。上段の図の縦軸は、調整係数GDを示す。中段の図の縦軸は、第1遅れ時間TA、及び第2遅れ時間TDを示す。下段の図の縦軸は、偏差ΔFDを示す。偏差ΔFDは、試験力目標値FTと試験力計測値FDとの差を示す。
[3-2. Experimental results in the present embodiment]
FIG. 5 is a graph showing an example of changes in the adjustment coefficient GD, first delay time TA, second delay time TD, and deviation ΔFD in this embodiment.
The horizontal axis in the upper, middle, and lower diagrams of FIG. 5 indicates time T. FIG. The vertical axis in the upper diagram indicates the adjustment factor GD. The vertical axis in the middle diagram indicates the first delay time TA and the second delay time TD. The vertical axis in the lower diagram indicates the deviation ΔFD. The deviation ΔFD indicates the difference between the target test force value FT and the measured test force value FD.
図5のグラフG21は、調整係数GDの変化を示す。調整係数GDは、時間T2までは一定であり、時間T2から時間Tの経過と共に減少した。
時間T2は、グラフG22及びグラフG23を参照して後述するように、第1遅れ時間TAが第2遅れ時間TDの1.1倍に到達した時間であった。
A graph G21 in FIG. 5 shows changes in the adjustment factor GD. The adjustment factor GD was constant until time T2, and decreased as time T elapsed from time T2.
Time T2 was the time when the first delay time TA reached 1.1 times the second delay time TD, as will be described later with reference to graphs G22 and G23.
図5のグラフG22は、第1遅れ時間TAの変化を示す。グラフG22に示すように、第1遅れ時間TAは一定値であった。
図5のグラフG23は、調整部55が積分器524のゲインGIを調整しない場合の第2遅れ時間TDの変化を示す。グラフG23に示すように、積分器524のゲインGIを調整しない場合には、第2遅れ時間TDは、時間T1以降において、時間Tの経過と共に減少した。
また、時間T2において、第1遅れ時間TAが第2遅れ時間TDの1.1倍に到達した。すなわち、図5に示す時間差ΔTD1は、第1遅れ時間TAの0.1倍を示す。時間差ΔTD1は、時間T2における第1遅れ時間TAと第2遅れ時間TDとの差を示す。
A graph G22 in FIG. 5 shows changes in the first delay time TA. As shown in graph G22, the first delay time TA was a constant value.
A graph G23 in FIG. 5 shows changes in the second delay time TD when the
Also, at time T2, the first delay time TA reaches 1.1 times the second delay time TD. That is, the time difference ΔTD1 shown in FIG. 5 indicates 0.1 times the first delay time TA. The time difference ΔTD1 indicates the difference between the first delay time TA and the second delay time TD at time T2.
図5のグラフG24は、調整部55が積分器524のゲインGIを調整する場合の第2遅れ時間TDの変化を示す。調整部55が調整係数GDを乗じることによって積分器524のゲインGIを調整する。グラフG21に示すように、調整係数GDは、時間T2から時間Tの経過と共に減少した。
その結果、第2遅れ時間TDは、グラフG24に示すように、時間T1から時間T3までは、時間Tの経過と共に減少したが、時間T3以降は、時間の結果と共に増加し、第1遅れ時間TAに近づいた。
A graph G24 in FIG. 5 shows changes in the second delay time TD when the
As a result, as shown in the graph G24, the second delay time TD decreases with the passage of time T from time T1 to time T3, but increases with the time after time T3, reaching the first delay time TD. approached TA.
図5のグラフG25は、調整部55が積分器524のゲインGIを調整しない場合の偏差ΔFDの変化を示す。グラフG25に示すように、偏差ΔFDは、時間T1以降において、時間の経過と共に減少した。
図5のグラフG26は、調整部55が積分器524のゲインGIを調整する場合の偏差ΔFDの変化を示す。グラフG26に示すように、偏差ΔFDは、時間T1から時間T2まで減少し、時間T2以降は時間の経過と共に増加した。
A graph G25 in FIG. 5 shows changes in the deviation ΔFD when the
A graph G26 in FIG. 5 shows changes in the deviation ΔFD when the
以上、図5を参照して説明したように、調整部55が積分器524のゲインGIを調整した結果、第2遅れ時間TDが過度に小さくなることが抑制され、ハンチングの発生を抑制できた。
As described above with reference to FIG. 5, as a result of the
[4.制御装置の処理]
次に、図6を参照して、制御回路ユニット50の処理について説明する。
まず、ステップS101において、制御回路ユニット50は、第1遅れ時間TAを取得する。具体的には、制御回路ユニット50は、メモリデバイス又はストレージ装置から第1遅れ時間TAを読み出す。
次に、ステップS103において、同定部54は、試験力目標値FTの変化を取得する。
次に、ステップS105において、同定部54は、試験力計測値FDの変化を取得する。
次に、ステップS107において、同定部54は、試験力目標値FTの変化と、試験力計測値FDの変化とに基づいて、圧縮試験機本体2の特性を示す伝達関数GB(S)を同定し、第2遅れ時間TDを算出する。
[4. Processing of control device]
Next, the processing of the
First, in step S101, the
Next, in step S103, the
Next, in step S105, the
Next, in step S107, the
次に、ステップS109において、調整部55は、第2遅れ時間TDが第1遅れ時間TAに対して、所定値以上小さいか否かを判定する。所定値は、例えば第1遅れ時間TAの10%である。
第2遅れ時間TDが第1遅れ時間TAに対して所定値以上小さくはないと調整部55が判定した場合(ステップS109;NO)には、処理がステップS115に進む。第2遅れ時間TDが第1遅れ時間TAに対して所定値以上小さいと調整部55が判定した場合(ステップS109;YES)には、処理がステップS111に進む。
Next, in step S109, the
When the
そして、ステップS111において、調整部55が、調整係数GDを算出する。具体的には、図2を参照して説明した式(5)によって調整係数GDを算出する。
次に、ステップS113において、調整部55が、積分器524のゲインGIをゲインGIに調整係数GDを乗じた値に置換することによって、積分器524のゲインGIを調整する。
次に、ステップS115において、制御回路ユニット50は、材料試験が終了したか否かを判定する。
材料試験が終了していないと制御回路ユニット50が判定した場合(ステップS115;NO)には、処理がステップS103に戻る。材料試験が終了したと制御回路ユニット50が判定した場合(ステップS115;YES)には、処理が終了する。
Then, in step S111, the
Next, in step S113, the
Next, in step S115, the
When the
ステップS113は、「調整ステップ」の一例に対応する。 Step S113 corresponds to an example of an "adjustment step."
[5.態様と効果]
上述した実施形態及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[5. mode and effect]
It will be understood by those skilled in the art that the above-described embodiments and modifications are specific examples of the following aspects.
(第1項)
一態様に関わる材料試験機は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整部と、を備える、材料試験機である。
(Section 1)
A material testing machine according to one aspect is a material testing machine that performs a material test by applying a test force to a test material and deforming the test material, wherein the deviation indicating the difference between the measured value of the controlled object and the target value A feedback control unit that performs feedback control so that is zero, and an adjustment unit that adjusts the gain in the feedback control based on the design response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine. is a material testing machine comprising:
第1項に記載の材料試験機によれば、調整部は、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。 According to the material testing machine according to item 1, the adjusting section adjusts the gain in the feedback control based on the design response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine. For example, if the actual response speed is too fast relative to the designed response speed, the feedback control gain is adjusted to be smaller. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hunting of the material testing machine.
(第2項)
第1項に記載の材料試験機において、前記設計応答速度に対して前記実応答速度が閾値速度以上速い場合に、前記調整部は、前記ゲインを調整する。
(Section 2)
In the material testing machine according to item 1, when the actual response speed is faster than the design response speed by a threshold speed or more, the adjusting section adjusts the gain.
第2項に記載の材料試験機によれば、ゲインを適正に調整できる。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
According to the material testing machine of
(第3項)
第1項又は第2項に記載の材料試験機において、前記調整部は、前記設計応答速度に対して前記実応答速度が速い程、前記ゲインを低減する。
(Section 3)
In the material testing machine according to
第3項に記載の材料試験機によれば、ゲインを更に適正に調整できる。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。 According to the material testing machine described in item 3, the gain can be adjusted more appropriately. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hunting in the material testing machine.
(第4項)
第1項から第3項のいずれか1項に記載の材料試験機において、前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、前記調整部は、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する。
(Section 4)
3. In the material testing machine according to any one of items 1 to 3, each of the design response speed and the actual response speed is defined by a delay time of a first-order lag system, and the adjustment unit controls the design The gain is adjusted based on a first delay time corresponding to the response speed and a second delay time corresponding to the actual response speed.
第4項に記載の材料試験機によれば、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整するため、簡素な構成で、ゲインを適正に調整できる。
According to the material testing machine according to
(第5項)
第4項に記載の材料試験機において、前記調整部は、前記第1遅れ時間と前記第2遅れ時間との差の積算値に基づいて、前記ゲインを調整する。
(Section 5)
In the material testing machine according to
第5項に記載の材料試験機によれば、前記第1遅れ時間と前記第2遅れ時間との差の積算値に基づいて、前記ゲインを調整するため、ゲインを更に適正に調整できる。 According to the material testing machine of item 5, since the gain is adjusted based on the integrated value of the difference between the first delay time and the second delay time, the gain can be adjusted more appropriately.
(第6項)
一態様に関わる材料試験機の制御方法は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機の制御方法であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップと、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整ステップと、を含む、材料試験機の制御方法である。
(Section 6)
A control method for a material testing machine according to one aspect is a control method for a material testing machine that performs a material test by applying a test force to a test material and deforming the test material, wherein a measured value and a target value of a controlled object are Based on the feedback control step of executing feedback control so that the deviation indicating the difference between is zero, the design response speed of the material testing machine, and the actual response speed of the material testing machine, the gain in the feedback control and an adjusting step of adjusting the
第6項に記載の材料試験機の制御方法によれば、第1項に記載の材料試験機と同様の効果を奏する。 According to the material testing machine control method of the sixth item, the same effects as those of the material testing machine of the first item are obtained.
[6.その他の実施形態]
本実施形態では、材料試験機が圧縮試験機1である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。材料試験機が試験材料TPに試験力を付与し、試験材料TPを変形させて材料試験を行えばよい。例えば、材料試験機が、引張試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
[6. Other embodiments]
In this embodiment, the case where the material testing machine is the compression testing machine 1 has been described, but the present invention is not limited to this. A material test may be performed by applying a test force to the test material TP by the material testing machine to deform the test material TP. For example, the material testing machine may be a tensile tester, bend tester, or torsion tester.
また、本実施形態では、制御回路ユニット50が制御装置として機能する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置は、コンピュータを備えればよい。例えば、パーソナルコンピュータが、制御装置として機能してもよいし、タブレット端末が制御装置として機能してもよい。
Moreover, although the case where the
なお、本実施形態に係る圧縮試験機1は、あくまでも本発明に係る材料試験機の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。 The compression tester 1 according to this embodiment is merely an example of a material testing machine according to the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the gist of the present invention.
1 圧縮試験機(材料試験機)
2 圧縮試験機本体
4 制御ユニット
10 クロスヘッド
12 負荷機構
14 ロードセル
15 変位センサ
18 サーボモータ
20 ロータリエンコーダ
21 上圧縮板
22 下圧縮板
30 統括制御装置
32 表示装置
34 試験プログラム実行装置
40 信号入出力ユニット
42 第1センサアンプ
43 カウンタ回路
44 サーボアンプ
45 第2センサアンプ
50 制御回路ユニット
51 通信部
52 フィードバック制御部
53 フィルタ処理部
54 同定部
55 調整部
521 減算器
522 乗算器
523 比例器
524 積分器
525 微分器
526 加算器
CP 制御コンプライアンス
dX 指令値
E1 第1偏差(偏差)
E2 第2偏差
FD 試験力計測値
FT 試験力目標値
GD 調整係数
GI ゲイン
SG1 試験力測定信号
SG2 回転測定信号
SG3 歪み測定信号
SH 閾値
TA 第1遅れ時間
TB 第2遅れ時間
U 操作量
U1 第1操作量
U2 第2操作量
U3 第3操作量
TP 試験材料
XD 変位計測値
XT 変位目標値
ΔF 試験力変化量
ΔX 移動量
1 Compression tester (material tester)
2 compression
E2 second deviation FD test force measurement value FT test force target value GD adjustment factor GI gain SG1 test force measurement signal SG2 rotation measurement signal SG3 strain measurement signal SH threshold TA first delay time TB second delay time U manipulated variable U1 first Operation amount U2 Second operation amount U3 Third operation amount TP Test material XD Displacement measurement value XT Displacement target value ΔF Test force change amount ΔX Movement amount
Claims (5)
制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、
前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御における少なくとも積分器のゲインを調整する調整部と、
を備え、
前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、
前記調整部は、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する、材料試験機。 A material testing machine that applies a test force to a test material and deforms the test material to perform a material test,
a feedback control unit that performs feedback control so that the deviation indicating the difference between the measured value and the target value of the controlled object becomes zero;
an adjusting unit that adjusts at least the gain of the integrator in the feedback control based on the designed response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine;
with
Each of the design response speed and the actual response speed is defined by the delay time of a first-order lag system,
The material testing machine, wherein the adjustment section adjusts the gain based on a first delay time corresponding to the designed response speed and a second delay time corresponding to the actual response speed.
制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップと、
前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御における少なくとも積分器のゲインを調整する調整ステップと、
を含み、
前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、
前記調整ステップでは、前記設計応答速度に対応する第1遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第2遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する、材料試験機の制御方法。 A control method for a material testing machine that applies a test force to a test material and deforms the test material to perform a material test,
a feedback control step of performing feedback control so that the deviation indicating the difference between the measured value of the controlled object and the target value becomes zero;
an adjusting step of adjusting at least the gain of the integrator in the feedback control based on the designed response speed of the material testing machine and the actual response speed of the material testing machine;
including
Each of the design response speed and the actual response speed is defined by the delay time of a first-order lag system,
The method of controlling a materials testing machine, wherein the adjustment step adjusts the gain based on a first delay time corresponding to the design response speed and a second delay time corresponding to the actual response speed.
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