JP7240340B2 - Vibration test equipment - Google Patents

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JP7240340B2 JP2020012149A JP2020012149A JP7240340B2 JP 7240340 B2 JP7240340 B2 JP 7240340B2 JP 2020012149 A JP2020012149 A JP 2020012149A JP 2020012149 A JP2020012149 A JP 2020012149A JP 7240340 B2 JP7240340 B2 JP 7240340B2
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本発明は、試験対象に振動試験を実施する振動試験装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration test apparatus for performing a vibration test on a test object.

構造物の耐震性能を評価するために、構造物の特性を模擬したモデル(以下、「供試体」とも呼ぶ)を加振して振動試験を実施する試験装置が知られている。振動試験装置は、地震波形などを再現して供試体を加振する必要があるため、応答性や駆動力に優れる油圧アクチュエータを利用することが多い。 2. Description of the Related Art In order to evaluate the seismic performance of a structure, there is known a test apparatus that performs a vibration test by vibrating a model simulating the characteristics of the structure (hereinafter also referred to as a "specimen"). Vibration test equipment often uses hydraulic actuators, which are excellent in responsiveness and driving force, because it is necessary to vibrate the test object by reproducing seismic waveforms.

振動試験装置が扱う試験パターンは、目標値と応答との間で、時系列での波形の一致率が重要である低周波試験と、試験対象に与えるエネルギの一致率が重要である高周波試験に大別できる。低周波試験では、地震波形などに代表される主に数Hz以下の振動を用いて加振する。一方、高周波試験では、数10Hz以上の振動も含めて加振する。このため、低周波から高周波までの様々な周波数を含む振動に対応できる振動試験装置が望まれている。 The test pattern handled by the vibration test equipment is divided into low-frequency tests where the matching rate of waveforms in time series is important between the target value and response, and high-frequency tests where the matching rate of the energy given to the test object is important. can be broadly classified. In the low-frequency test, vibrations of several Hz or less, typically represented by seismic waveforms, are applied. On the other hand, in the high-frequency test, vibrations including vibrations of several tens of Hz or more are applied. Therefore, there is a demand for a vibration test apparatus that can cope with vibrations including various frequencies from low frequencies to high frequencies.

振動試験装置は、ユーザが定めた所定の試験パターン(変位指令や加速度指令)に従って油圧アクチュエータを駆動することによって、振動試験を実施する。油圧アクチュエータは、油圧の特性や駆動部の摩擦などが変化する変動要素である。このため、振動試験装置は、適切な制御設計がなされていないと、油圧アクチュータの応答が遅れ、所望の試験パターンでの試験を実行できないという課題を持つ。また、振動試験装置は、様々な周波数帯を含む試験パターンに対応できることが望まれているため、可能な限り広い周波数帯に対して、振動試験を実施できるとともに、制御ループの安定性を確保する必要がある。 A vibration test apparatus performs a vibration test by driving a hydraulic actuator according to a predetermined test pattern (displacement command or acceleration command) defined by a user. Hydraulic actuators are variable elements in which the characteristics of hydraulic pressure, the friction of the driving part, and the like change. For this reason, if the vibration test apparatus is not designed appropriately for control, the response of the hydraulic actuator is delayed, and the test cannot be performed with a desired test pattern. In addition, since vibration test equipment is expected to be able to handle test patterns that include a variety of frequency bands, vibration tests can be performed over as wide a frequency band as possible while ensuring the stability of the control loop. There is a need.

振動試験装置のダイナミクスは、微分方程式で記述でき、複数回の積分によって変位応答を得ることができる。このため、制御系の閉ループ伝達関数のボード線図(周波数特性線図)は、図9に示すような特性を示す。 The dynamics of the vibration tester can be described by differential equations, and the displacement response can be obtained by multiple integrations. Therefore, the Bode diagram (frequency characteristic diagram) of the closed-loop transfer function of the control system shows characteristics as shown in FIG.

図9は、一般的な振動試験装置の応答を説明するボード線図である。図9において、上図はゲイン線図であり、下図は位相線図である。 FIG. 9 is a Bode diagram illustrating the response of a typical vibration tester. In FIG. 9, the upper diagram is a gain diagram and the lower diagram is a phase diagram.

図10Aは、図9に示す周波数Aにおける目標波形と応答波形の例である。図10Bは、図9に示す周波数Bにおける目標波形と応答波形の例である。図10Cは、図9に示す周波数Cにおける目標波形と応答波形の例である。図10A~10Cにおいて、実線は、目標波形(目標値)を示し、破線は、応答波形(実際の応答)を示している。 FIG. 10A is an example of the target waveform and response waveform at frequency A shown in FIG. FIG. 10B is an example of the target waveform and response waveform at frequency B shown in FIG. FIG. 10C is an example of the target waveform and response waveform at frequency C shown in FIG. In FIGS. 10A to 10C, solid lines indicate target waveforms (target values), and dashed lines indicate response waveforms (actual responses).

一般的に、振動試験装置の応答は、周波数が高くなるほど、ゲインが低下し、位相が遅れる傾向を示す。例えば、図9の周波数Aのように周波数が十分に低い指令の場合には、実際の応答は、図10Aに示すように目標値とほぼ一致する。周波数が高くなり図9の周波数Bになると、実際の応答は、図10Bに示すように、目標値よりも振幅が小さくなり、位相が遅れる。周波数がさらに高くなり図9の周波数Cになると、実際の応答は、図10Cに示すように、振幅がさらに小さくなり、位相の遅れがさらに大きくなる。このように、制御ループの応答が適切に調整されていないと、指令信号に振動試験装置の動きを追従させることができない。 In general, the response of the vibration tester shows a tendency that the higher the frequency, the lower the gain and the more the phase lags. For example, in the case of a sufficiently low frequency command, such as frequency A in FIG. 9, the actual response approximately matches the target value as shown in FIG. 10A. As the frequency increases to frequency B in FIG. 9, the actual response becomes smaller in amplitude and lags in phase than the target value, as shown in FIG. 10B. As the frequency is increased further to frequency C in FIG. 9, the actual response becomes even smaller in amplitude and more lagging in phase, as shown in FIG. 10C. Thus, unless the response of the control loop is properly tuned, the motion of the vibration tester cannot follow the command signal.

一般的な制御方法として、フィードバック制御の1つであるPID制御が広く知られている。PID制御では、比例、積分、及び微分のそれぞれの要素に対応するゲインを調整することで制御応答を調整することができる。しかし、PID制御では、ゲインの調整が容易ではない。また、PID制御のようなフィードバック制御のみで、制御ループの安定性の確保と加振周波数帯域の拡大を両立させることも容易ではない。 PID control, which is one of feedback controls, is widely known as a general control method. In PID control, the control response can be adjusted by adjusting gains corresponding to proportional, integral, and differential elements. However, in PID control, it is not easy to adjust the gain. Further, it is not easy to achieve both the stability of the control loop and the expansion of the excitation frequency band only by feedback control such as PID control.

特許文献1には、このような課題に対して、制御ループに入力する指令信号を補正する補正信号演算部と、位相進み補償器で構成される安定化補償器を備えた振動試験装置が開示されている。特許文献1に記載の振動試験装置は、補正信号演算部にて、指令信号と実際の応答の差に基づいて指令信号を補正し、さらに、位相進み補償器による位相遅れの改善によって加振周波数帯域を広げる構成を備える。 In order to solve such problems, Patent Document 1 discloses a vibration test apparatus equipped with a stabilization compensator composed of a correction signal calculation unit that corrects a command signal input to a control loop and a phase lead compensator. It is The vibration test apparatus described in Patent Document 1 corrects the command signal based on the difference between the command signal and the actual response in the correction signal calculation unit, and further corrects the excitation frequency by improving the phase delay with the phase lead compensator. It has a configuration that widens the band.

特開2008-102127号公報JP 2008-102127 A

特許文献1の振動試験装置では、補正信号演算部は、逆フーリエ変換を利用して制御対象の周波数特性を補償するため、試験加振時に取得した周波数以外の周波数に利用することができない。また、安定化補償器は、位相進み補償器を利用しているため、位相を進めた周波数以上の高周波帯でゲインが増加する。 In the vibration test apparatus of Patent Literature 1, the correction signal calculation section compensates for the frequency characteristics of the controlled object using inverse Fourier transform, so it cannot be used for frequencies other than the frequency obtained during test excitation. Also, since the stabilizing compensator uses a phase lead compensator, the gain increases in a high frequency band above the phase lead frequency.

図11Aは、位相進み補償器を利用した振動試験装置の応答を説明するボード線図である。図11Aにおいて、上図はゲイン線図であり、下図は位相線図であり、位相を進めた周波数を周波数Dで示している。なお、図11Aには、図9に示したゲインと位相を破線で示している。位相進み補償器を備える振動試験装置は、位相進み補償器が適切に設計されていないと、図11Aの実線で示すような周波数特性を示し、ゲインは、周波数が高くなると増加し、周波数Dにおいて0dBよりも大きくなる。 FIG. 11A is a Bode plot illustrating the response of a vibration tester utilizing a phase lead compensator. In FIG. 11A, the upper diagram is a gain diagram, the lower diagram is a phase diagram, and frequency D indicates the frequency with which the phase is advanced. Note that FIG. 11A shows the gain and phase shown in FIG. 9 with dashed lines. If the phase lead compensator is not properly designed, the vibration test apparatus equipped with the phase lead compensator exhibits frequency characteristics as indicated by the solid line in FIG. greater than 0 dB.

図11Bは、図11Aに示す周波数Dにおける目標波形と応答波形の例である。位相進み補償器が適切に設計されていない振動試験装置では、実際の応答は、図11Bに示すように、位相は目標値とほぼ一致するが、振幅は目標値よりも大きくなる。このような構成の振動試験装置は、高周波数において指令値(目標値)よりも大きな振幅(または速度や加速度)で駆動される恐れがある。振幅(変位)、速度、及び加速度は、試験対象である供試体に与える振動エネルギに比例するため、指令値以上の振幅(または速度や加速度)で加振することは望ましくない。 FIG. 11B is an example of the target waveform and response waveform at frequency D shown in FIG. 11A. In a vibration tester with an improperly designed phase lead compensator, the actual response will be approximately in phase with the target value but greater in amplitude than the target value, as shown in FIG. 11B. A vibration test apparatus with such a configuration may be driven at a high frequency with an amplitude (or velocity or acceleration) larger than the command value (target value). Since the amplitude (displacement), velocity, and acceleration are proportional to the vibration energy applied to the test object under test, it is not desirable to vibrate with an amplitude (or velocity or acceleration) greater than the command value.

以上のことから、特許文献1の振動試験装置は、地震波などの主に数Hzの低周波数の振動から構成される試験パターンには有用であるが、高周波数での振動で試験対象を加振する試験パターンには適用が困難であると判断できる。 From the above, the vibration test apparatus of Patent Document 1 is useful for test patterns mainly composed of low-frequency vibrations of several Hz such as seismic waves, but vibrates the test object with high-frequency vibrations. It can be judged that it is difficult to apply to the test pattern that

本発明の目的は、低周波から高周波までの周波数を含む振動から構成される試験パターンに対応できる振動試験装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibration test apparatus capable of coping with a test pattern composed of vibrations including frequencies from low to high frequencies.

本発明による振動試験装置は、目標波形を生成する加振目標生成装置と、センサ信号取得装置を備えるとともに、前記目標波形を入力するコントローラと、前記コントローラから出力された指令に従って試験対象を加振する加振部と、前記加振部に備えられたセンサとを備える。前記コントローラは、前記目標波形と、前記センサ信号取得装置が前記センサから取得した応答波形との差に基づいて制御入力を計算するフィードバック制御演算部と、前記目標波形のみに基づいて制御入力を計算するフィードフォワード制御演算部とを備える。前記フィードフォワード制御演算部は、ゲインを増加させずに位相を進めることができる周波数ωp以下の周波数に対して動作する第1補償部と、ゲインが0dBとなる周波数で、高周波試験で使用される最低周波数ω2以上の周波数に対して動作する第2補償部とを備える。 A vibration test apparatus according to the present invention includes a vibration target generation device that generates a target waveform, a sensor signal acquisition device, a controller that inputs the target waveform, and a test object that vibrates according to a command output from the controller. and a sensor provided in the vibrating section. The controller includes a feedback control calculation unit that calculates a control input based on the difference between the target waveform and a response waveform obtained by the sensor signal obtaining device from the sensor, and a control input that is calculated based only on the target waveform. and a feedforward control calculation unit. The feedforward control calculation unit includes a first compensating unit that operates for frequencies below the frequency ωp that can advance the phase without increasing the gain, and a frequency that provides a gain of 0 dB. and a second compensator that operates for frequencies equal to or higher than the lowest frequency ω2.

本発明によると、低周波から高周波までの周波数を含む振動から構成される試験パターンに対応できる振動試験装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vibration test apparatus capable of coping with a test pattern composed of vibrations including frequencies from low frequencies to high frequencies.

本発明の実施例による振動試験装置を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a vibration test apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例1による振動試験装置におけるコントローラの機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram of a controller in the vibration test apparatus according to Example 1 of the present invention; FF制御演算部の別の構成例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing another configuration example of the FF control calculation unit; 本発明の実施例2による振動試験装置におけるコントローラの機能ブロック図である。FIG. 7 is a functional block diagram of a controller in the vibration test apparatus according to Example 2 of the present invention; 本発明の実施例2による振動試験装置における、別形態のコントローラの機能ブロック図である。FIG. 9 is a functional block diagram of another form of controller in the vibration test apparatus according to Example 2 of the present invention. 実施例2による振動試験装置において、FF制御演算部のパラメータを定める処理を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing a process of determining parameters of the FF control calculation section in the vibration test apparatus according to Example 2. FIG. 図6に示したフローチャートの処理FC09において、FF補償器F1(s)を表す伝達関数の次数を変更可能な処理のフローチャートを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a flowchart of processing capable of changing the order of the transfer function representing the FF compensator F1(s) in the processing FC09 of the flowchart shown in FIG. 6; 本発明の実施例3による振動試験装置におけるコントローラの機能ブロック図である。FIG. 8 is a functional block diagram of a controller in the vibration test apparatus according to Example 3 of the present invention; 一般的な振動試験装置の応答を説明するボード線図である。It is a Bode diagram explaining the response of a general vibration test apparatus. 図9に示す周波数Aにおける目標波形と応答波形の例である。It is an example of a target waveform and a response waveform at frequency A shown in FIG. 図9に示す周波数Bにおける目標波形と応答波形の例である。It is an example of a target waveform and a response waveform at frequency B shown in FIG. 図9に示す周波数Cにおける目標波形と応答波形の例である。It is an example of a target waveform and a response waveform at frequency C shown in FIG. 位相進み補償器を利用した振動試験装置の応答を説明するボード線図である。FIG. 4 is a Bode diagram illustrating the response of a vibration tester using a phase lead compensator; 図11Aに示す周波数Dにおける目標波形と応答波形の例である。It is an example of a target waveform and a response waveform at frequency D shown in FIG. 11A. 振動試験の周波数(試験パターン)と周波数特性の関係を示すボード線図である。4 is a Bode diagram showing the relationship between the frequency (test pattern) of the vibration test and frequency characteristics; FIG. 位相進み量とゲイン増加量の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of phase lead and the amount of gain increase; 振動試験における目標波形と応答波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the target waveform and response waveform in a vibration test. 振動試験における目標波形と応答波形の別の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of target waveforms and response waveforms in a vibration test;

本発明による振動試験装置は、低周波数の振動に対する処理と高周波数の振動に対する処理とを切り替えることができ、低周波から高周波までの周波数を含む振動から構成される試験パターンで試験対象を加振する振動試験に対応できる。例えば、地震波形のように低い周波数で構成される試験パターンに対しては、目標波形と実際の応答との間で時系列での波形を一致させることができ、試験対象(供試体)に加える振動の再現性を向上させることができる。また、高周波振動に対する強度試験のように高い周波数で構成される試験パターンに対しては、目標波形と実際の応答との間でエネルギを一致させることができ、試験対象に与えるエネルギの再現性を向上させることができる。このため、本発明による振動試験装置は、低周波試験と高周波試験のどちらにも対応できる。 The vibration test apparatus according to the present invention can switch between processing for low-frequency vibration and processing for high-frequency vibration, and vibrates a test object with a test pattern composed of vibrations including frequencies from low to high frequencies. It can handle vibration tests that For example, for a test pattern composed of low frequencies such as seismic waveforms, it is possible to match the waveform in time series between the target waveform and the actual response, and add it to the test object (specimen). Vibration reproducibility can be improved. In addition, for test patterns composed of high frequencies such as strength tests for high-frequency vibration, the energy can be matched between the target waveform and the actual response, improving the reproducibility of the energy given to the test object. can be improved. Therefore, the vibration test apparatus according to the present invention can handle both low frequency tests and high frequency tests.

以下の説明では、フィードフォワードのことを「FF」と表し、フィードバックのことを「FB」と表す。 In the following description, feedforward is represented as "FF" and feedback is represented as "FB".

以下、本発明の実施例による振動試験装置を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例では、説明の簡略化のため、1軸の油圧駆動式の装置を例示して説明するが、本発明による振動試験装置は、1軸の油圧駆動式の装置に限定されるものではない。 A vibration test apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, a single-axis hydraulically driven device will be exemplified for the sake of simplification of explanation, but the vibration testing device according to the present invention is limited to a single-axis hydraulically driven device. not something.

図1は、本発明の実施例による振動試験装置を模式的に示す図である。振動試験装置は、油圧駆動式であり、加振目標生成装置1と、コントローラ2と、加振部11を備える。加振部11は、コントローラ2の制御対象であり、サーボアンプ3、サーボバルブ4、油圧源5、油圧シリンダ6、油圧ピストン7、カップリング8、及びテーブル9を備え、コントローラ2から出力された指令に従って試験対象を加振する。 FIG. 1 is a schematic diagram of a vibration test apparatus according to an embodiment of the present invention. The vibration test apparatus is hydraulically driven, and includes a vibration target generator 1 , a controller 2 , and a vibrator 11 . The vibrating unit 11 is a control target of the controller 2, and includes a servo amplifier 3, a servo valve 4, a hydraulic source 5, a hydraulic cylinder 6, a hydraulic piston 7, a coupling 8, and a table 9. Vibrate the test object according to the command.

加振目標生成装置1は、目的とする加振波形(目標波形)を生成する装置であり、シグナルジェネレータなどによって構成できる。なお、加振目標生成装置1が生成する加振波形は、変位指令の波形でもよく、速度指令の波形や加速度指令の波形でもよい。加振目標生成装置1は、過去に実際に起きた地震を再現する波形や、特定の挙動を励起するように設計された波形など、任意のパターンの加振波形を生成することができる。 The vibration target generation device 1 is a device that generates a target vibration waveform (target waveform), and can be configured by a signal generator or the like. The excitation waveform generated by the excitation target generation device 1 may be a displacement command waveform, a velocity command waveform, or an acceleration command waveform. The excitation target generation device 1 can generate excitation waveforms of arbitrary patterns, such as waveforms that reproduce earthquakes that actually occurred in the past and waveforms that are designed to excite specific behaviors.

コントローラ2は、センサ信号取得装置2bと制御指令演算装置2aを備え、加振目標生成装置1で生成された目標波形を入力し、目標波形通りに加振部11を動かすための各種制御演算を実行する。センサ信号取得装置2bは、後述のセンサS01~S05bが検出した値(実験データ)を取得する。制御指令演算装置2aは、加振目標生成装置1が生成した加振波形(目標波形)とセンサ信号取得装置2bが取得した実験データに基づき、加振部11の操作量を演算してサーボアンプ3に指令を出力する。コントローラ2は、例えばコンピュータで構成することができる。 The controller 2 includes a sensor signal acquisition device 2b and a control command calculation device 2a, inputs the target waveform generated by the vibration target generation device 1, and performs various control calculations for moving the vibration excitation unit 11 according to the target waveform. Execute. The sensor signal acquisition device 2b acquires values (experimental data) detected by sensors S01 to S05b, which will be described later. Based on the excitation waveform (target waveform) generated by the excitation target generation device 1 and the experimental data acquired by the sensor signal acquisition device 2b, the control command calculation device 2a calculates the operation amount of the vibration excitation unit 11 and controls the servo amplifier. Output the command to 3. The controller 2 can be configured by, for example, a computer.

サーボアンプ3は、コントローラ2から出力された指令(電圧値)を、サーボバルブ4を駆動するための電流値に変換する。 The servo amplifier 3 converts a command (voltage value) output from the controller 2 into a current value for driving the servo valve 4 .

サーボバルブ4は、サーボアンプ3から受け取った電流値に従って弁の開閉を行うことで、油圧源5から油圧シリンダ6に流れる圧油の流量を調整する。図1に示すように、サーボバルブ4は、2つのポートを備え、いずれか一方のポートから油圧シリンダ6に圧油を供給する。 The servo valve 4 adjusts the flow rate of pressure oil flowing from the hydraulic source 5 to the hydraulic cylinder 6 by opening and closing the valve according to the current value received from the servo amplifier 3 . As shown in FIG. 1, the servo valve 4 has two ports and supplies pressure oil to the hydraulic cylinder 6 from one of the ports.

油圧源5とサーボバルブ4の間には、圧油の温度を検出する温度センサS01が備えられる。 A temperature sensor S01 that detects the temperature of pressure oil is provided between the hydraulic source 5 and the servo valve 4 .

油圧シリンダ6には、油圧源5からサーボバルブ4を経て圧油が供給される。油圧シリンダ6は、2つの部分に分けられている。一方の部分は、サーボバルブ4の一方のポートから圧油が供給される。他方の部分は、サーボバルブ4の他方のポートから圧油が供給される。 Pressure oil is supplied to the hydraulic cylinder 6 from the hydraulic source 5 via the servo valve 4 . The hydraulic cylinder 6 is divided into two parts. One portion is supplied with pressure oil from one port of the servo valve 4 . The other portion is supplied with pressure oil from the other port of the servo valve 4 .

油圧ピストン7は、油圧シリンダ6の内部に設けられ、油圧シリンダ6に供給された圧油により駆動される。油圧ピストン7の駆動方向は、油圧シリンダ6の2つの部分のうちどちらの部分に圧油が供給されるかによって、変更される。 The hydraulic piston 7 is provided inside the hydraulic cylinder 6 and driven by pressure oil supplied to the hydraulic cylinder 6 . The driving direction of the hydraulic piston 7 is changed depending on which of the two portions of the hydraulic cylinder 6 is supplied with pressure oil.

サーボバルブ4と油圧シリンダ6の間には、サーボバルブ4から吐出された圧油の流量を検出する流量センサS02a、S02bが備えられる。油圧ピストン7の駆動方向によって圧油の流れる経路が変わるため、油圧ピストン7の駆動方向に応じて使用する流量センサS02a、S02bを選んでもよい。 Between the servo valve 4 and the hydraulic cylinder 6, flow rate sensors S02a and S02b for detecting the flow rate of pressure oil discharged from the servo valve 4 are provided. Since the flow path of the pressure oil changes depending on the driving direction of the hydraulic piston 7, the flow sensors S02a and S02b to be used may be selected according to the driving direction of the hydraulic piston 7. FIG.

油圧ピストン7は、カップリング8を介してテーブル9に力を加えることで、テーブル9を振動させる。油圧ピストン7は、変位センサS04と速度センサS03の少なくとも一方を備える。変位センサS04のみを備える場合には、変位センサS04の検出値の微分値を速度として利用することができる。速度センサS03のみを備える場合には、速度センサS03の検出値の積分値を変位として利用することができる。 The hydraulic piston 7 vibrates the table 9 by applying force to the table 9 via the coupling 8 . The hydraulic piston 7 has at least one of a displacement sensor S04 and a speed sensor S03. When only the displacement sensor S04 is provided, the differential value of the detection value of the displacement sensor S04 can be used as the velocity. When only the speed sensor S03 is provided, the integrated value of the detection value of the speed sensor S03 can be used as the displacement.

油圧シリンダ6は、油圧ピストン7による油圧を検出するための圧力センサS05a、S05bを備える。 The hydraulic cylinder 6 includes pressure sensors S05a and S05b for detecting the hydraulic pressure of the hydraulic piston 7. As shown in FIG.

テーブル9には、試験対象である構造物(供試体)が設置される。 A structure (specimen) to be tested is placed on the table 9 .

振動試験装置は、加振目標生成装置1が生成した加振波形(目標波形)とセンサS01~S05bが検出した実験データに基づいて供試体を加振することで、供試体に対して振動試験を実施する。 The vibration test apparatus vibrates the test piece based on the excitation waveform (target waveform) generated by the vibration target generation device 1 and the experimental data detected by the sensors S01 to S05b, thereby performing the vibration test on the test piece. to implement.

振動試験装置は、コントローラ2に接続された操作端末10を備えることもできる。操作端末10は、オペレータ(作業員)が操作可能であり、オペレータが入力した指令をコントローラ2に送信することと、コントローラ2の演算結果をオペレータに表示することができる。オペレータは、操作端末10を介して指令を入力することで、コントローラ2の設定を変更したり、振動試験装置の動作状況を逐次監視したりすることができる。なお、操作端末10には、例えば、通常のパソコン(PC)、タブレットコンピュータ、または携帯情報端末などを用いることができる。操作端末10は、コントローラ2と物理的に接続せずに、ネットワークを経由して接続してもよい。また、操作端末10は、コントローラ2に組み込まれており、携帯できない構成を備えてもよい。 The vibration test apparatus can also have an operation terminal 10 connected to the controller 2 . The operation terminal 10 can be operated by an operator (worker), can transmit commands input by the operator to the controller 2, and can display the calculation results of the controller 2 to the operator. By inputting commands via the operation terminal 10, the operator can change the settings of the controller 2 and sequentially monitor the operation status of the vibration test apparatus. For the operation terminal 10, for example, a normal personal computer (PC), a tablet computer, a mobile information terminal, or the like can be used. The operation terminal 10 may be connected via a network instead of being physically connected to the controller 2 . Also, the operation terminal 10 may be incorporated in the controller 2 and may have a configuration that makes it unportable.

以下、本発明による振動試験装置の特徴を、具体的な実施例により詳しく説明する。なお、以下の実施例では、説明を簡単にするために、加振波形(目標波形)が変位で与えられる変位制御をコントローラ2が行う構成を例示する。コントローラ2のセンサ信号取得装置2bは、変位センサS04が検出した油圧ピストン7の変位を応答波形(実験データ)として取得する。コントローラ2は、加振波形が速度で与えられる速度制御や、加振波形が加速度で与えられる加速度制御を行うこともできる。本発明には、コントローラ2がこれらの制御を行う振動試験装置も含まれる。 Hereinafter, the features of the vibration test apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to specific examples. In addition, in the following embodiment, in order to simplify the explanation, a configuration in which the controller 2 performs displacement control in which an excitation waveform (target waveform) is given by displacement will be exemplified. The sensor signal acquisition device 2b of the controller 2 acquires the displacement of the hydraulic piston 7 detected by the displacement sensor S04 as a response waveform (experimental data). The controller 2 can also perform velocity control in which the excitation waveform is given as velocity, and acceleration control in which the excitation waveform is given as acceleration. The present invention also includes a vibration test apparatus in which the controller 2 performs these controls.

図2は、本発明の実施例1による振動試験装置におけるコントローラ2の機能ブロック図である。 FIG. 2 is a functional block diagram of the controller 2 in the vibration test apparatus according to Example 1 of the present invention.

制御指令演算装置2aは、フィードバック制御演算部(FB制御演算部)C01と、フィードフォワード制御演算部(FF制御演算部)C02を備える。制御指令演算装置2aの出力は、FB制御演算部C01の出力とFF制御演算部C02の出力の和によって算出される。コントローラ2は、FB制御演算部C01によるフィードバック制御と、FF制御演算部C02によるフィードフォワード制御、すなわち2自由度制御を行う。 The control command arithmetic unit 2a includes a feedback control arithmetic unit (FB control arithmetic unit) C01 and a feedforward control arithmetic unit (FF control arithmetic unit) C02. The output of the control command arithmetic unit 2a is calculated by the sum of the output of the FB control arithmetic unit C01 and the output of the FF control arithmetic unit C02. The controller 2 performs feedback control by the FB control calculation unit C01 and feedforward control by the FF control calculation unit C02, that is, two-degree-of-freedom control.

FB制御演算部C01は、加振目標生成装置1が生成した変位の目標波形rと、センサ信号取得装置2bが変位センサS04から取得した実際の変位y(応答波形)との差に基づいて、制御入力を計算する。FB制御演算部C01は、一般的に利用されるPID制御などで構成することができる。 Based on the difference between the displacement target waveform r generated by the vibration target generation device 1 and the actual displacement y (response waveform) obtained by the sensor signal acquisition device 2b from the displacement sensor S04, the FB control calculation unit C01 Calculate control inputs. The FB control calculation unit C01 can be configured by commonly used PID control or the like.

FF制御演算部C02は、加振目標生成装置1が生成した変位の目標波形rのみに基づいて、制御入力を計算する。FF制御演算部C02は、低周波数領域で動作する第1補償部C02aと、高周波数領域で動作する第2補償部C02bを備える。FF制御演算部C02は、第1補償部C02aの出力と第2補償部C02bの出力の和を出力する。 The FF control calculation unit C02 calculates a control input based only on the displacement target waveform r generated by the vibration target generation device 1 . The FF control calculator C02 includes a first compensator C02a that operates in a low frequency region and a second compensator C02b that operates in a high frequency region. The FF control calculator C02 outputs the sum of the output of the first compensator C02a and the output of the second compensator C02b.

第1補償部C02aは、ローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filter)とFF補償器F1(s)を備える。第2補償部C02bは、ハイパスフィルタ(HPF:High Pass Filter)とFF補償器F2(s)を備える。LPFにより、低周波数帯域の信号がFF補償器F1(s)を通過する。HPFにより、高周波数帯域の信号がFF補償器F2(s)を通過する。LPFが通過させる周波数帯域は、HPFが通過させる周波数帯域よりも低いものとする。すなわち、LPFの遮断周波数は、HPFの遮断周波数より低いものとする。 The first compensator C02a includes a low-pass filter (LPF) and an FF compensator F1(s). The second compensator C02b includes a high pass filter (HPF: High Pass Filter) and an FF compensator F2(s). The LPF causes the low frequency band signal to pass through the FF compensator F1(s). The HPF causes the high frequency band signal to pass through the FF compensator F2(s). It is assumed that the frequency band passed by the LPF is lower than the frequency band passed by the HPF. That is, the cutoff frequency of the LPF is assumed to be lower than the cutoff frequency of the HPF.

FF制御演算部C02は、LPFとHPFにより、変位の目標波形rの周波数に応じて、第1補償部C02aと第2補償部C02bの動作を切り替えることができる。 The FF control calculation unit C02 can switch between the operations of the first compensator C02a and the second compensator C02b according to the frequency of the target displacement waveform r by the LPF and HPF.

FF制御演算部C02の構成は、第1補償部C02aの出力と第2補償部C02bの出力の和を出力するものに限られない。例えば、FF制御演算部C02は、図3に示すような構成を備えることもできる。 The configuration of the FF control calculation unit C02 is not limited to outputting the sum of the output of the first compensation unit C02a and the output of the second compensation unit C02b. For example, the FF control calculation unit C02 can also have a configuration as shown in FIG.

図3は、FF制御演算部C02の別の構成例を示すブロック図である。FF制御演算部C02は、第1補償部C02aと、第2補償部C02bと、波形判断部C02eと、スイッチC02dを備える。 FIG. 3 is a block diagram showing another configuration example of the FF control calculation unit C02. The FF control calculator C02 includes a first compensator C02a, a second compensator C02b, a waveform determiner C02e, and a switch C02d.

第1補償部C02aは、LPFを備えず、FF補償器F1(s)のみを備える。第2補償部C02bは、HPFを備えず、FF補償器F2(s)のみを備える。波形判断部C02eは、変位の目標波形rに含まれる周波数成分に基づいてスイッチC02dを切り替えて、FF制御演算部C02の出力値を変更する。スイッチC02dが切り替わる周波数は、LPFとHPFの遮断周波数と同様に定めることができる。 The first compensator C02a does not have an LPF, but only an FF compensator F1(s). The second compensator C02b does not have an HPF and only has an FF compensator F2(s). The waveform determination unit C02e changes the output value of the FF control calculation unit C02 by switching the switch C02d based on the frequency component included in the displacement target waveform r. The frequency at which the switch C02d switches can be determined in the same manner as the cutoff frequencies of the LPF and HPF.

スイッチC02dが切り替わることにより、低周波数帯域の信号は、FF補償器F1(s)を通過し、高周波数帯域の信号は、FF補償器F2(s)を通過する。図3に示すFF制御演算部C02は、波形判断部C02eとスイッチC02dによって、図2に示したFF制御演算部C02と同様に、変位の目標波形rの周波数に応じて、第1補償部C02aと第2補償部C02bの動作を切り替えることができる。 By switching the switch C02d, the signal in the low frequency band passes through the FF compensator F1(s) and the signal in the high frequency band passes through the FF compensator F2(s). The FF control calculation unit C02 shown in FIG. 3 uses the waveform determination unit C02e and the switch C02d to perform the first compensation unit C02a according to the frequency of the displacement target waveform r, similarly to the FF control calculation unit C02 shown in FIG. and the operation of the second compensator C02b.

図3に示すFF制御演算部C02は、波形判断部C02eとスイッチC02dによってLPFとHPFの効果を得られるため、第1補償部C02aがLPFを備えず、第2補償部C02bがHPFを備えない。但し、図3に示すFF制御演算部C02は、図2に示したFF制御演算部C02と同様に、LPFとHPFを備えていてもよい。 The FF control calculation unit C02 shown in FIG. 3 can obtain the effects of the LPF and the HPF by the waveform determination unit C02e and the switch C02d. . However, the FF control calculation section C02 shown in FIG. 3 may have an LPF and an HPF, like the FF control calculation section C02 shown in FIG.

図2に戻り、第1補償部C02aのLPFとFF補償器F1(s)、及び第2補償部C02bのHPFとFF補償器F2(s)の具体的な設計指針を説明する。 Returning to FIG. 2, specific design guidelines for the LPF and FF compensator F1(s) of the first compensator C02a and the HPF and FF compensator F2(s) of the second compensator C02b will be described.

前述したように、低周波試験では、変位の目標波形rと実際の変位yとの間で時系列での波形が一致することが好ましいため、位相遅れがなく、かつゲインが増加も低下もしないことが望ましい。一方、高周波試験では、変位の目標波形rと実際の変位yとの間でエネルギが一致することが重要であるので、ゲインが増加も低下もしないのであれば、位相が遅れてもよい。 As described above, in the low-frequency test, it is preferable that the waveforms in time series match between the target displacement waveform r and the actual displacement y, so that there is no phase delay and the gain neither increases nor decreases. is desirable. On the other hand, in high frequency testing, it is important that the energy match between the displacement target waveform r and the actual displacement y, so the phase may be delayed if the gain neither increases nor decreases.

第1補償部C02aを設計するにあたっては、位相遅れを改善することが重要である。位相遅れを改善する方法として、式(1)の1次の位相進み補償が広く知られている。式(1)において、sはラプラス変換の演算子であり、α<1である。 In designing the first compensator C02a, it is important to improve the phase lag. As a method for improving the phase lag, first-order phase lead compensation of Equation (1) is widely known. In equation (1), s is the Laplace transform operator and α<1.

Figure 0007240340000001
Figure 0007240340000001

角周波数ωaにて位相をφaだけ進めるように式(1)の位相進み補償を設計すると、角周波数ωaにて増加するゲインKa、及び1/(αT)以上の角周波数にて増加するゲインKbは、それぞれ式(2)と式(3)で与えられる。なお、Tは、位相が進む周波数帯域を決定するパラメータであり、1/T<ωa<1/(αT)を満足する。 If the phase lead compensation of equation (1) is designed to advance the phase by φa at the angular frequency ωa, the gain Ka increases at the angular frequency ωa and the gain Kb increases at the angular frequency of 1/(αT) or higher. are given by equations (2) and (3), respectively. Note that T is a parameter that determines the frequency band in which the phase advances, and satisfies 1/T<ωa<1/(αT).

Figure 0007240340000002
Figure 0007240340000002

Figure 0007240340000003
Figure 0007240340000003

なお、周波数fと角周波数ωには、ω=2πfという関係が成り立ち、単位変換が必要である。ただし、説明の都合上、明確な区別が必要でない限り、周波数と角周波数を区別せずに「周波数」と呼ぶ。 Note that the relationship ω=2πf is established between the frequency f and the angular frequency ω, and unit conversion is required. However, for convenience of explanation, unless a clear distinction is required, frequency and angular frequency will be referred to as "frequency" without distinction.

図13は、式(2)、(3)でK=1としたとき(すなわち、式(1)でK=1としたとき)の、位相の進み量φaとゲインの増加量Ka、Kbの関係を示す図である。図13より、位相進み量φaを大きくすればするほど、ゲインの増加量Kaが大きくなることが分かる。なお、式(1)でKを1よりも小さな値にすれば、ゲインの増加は抑制できるが低周波数領域のゲインまで低下してしまう。従って、振動試験装置に位相進み補償器を適用する場合には、Kを1よりも小さな値にすることは現実的ではない。 FIG. 13 shows the phase lead amount φa and the gain increments Ka and Kb when K=1 in equations (2) and (3) (that is, when K=1 in equation (1)). FIG. 4 is a diagram showing relationships; It can be seen from FIG. 13 that the gain increase amount Ka increases as the phase advance amount φa increases. If K is set to a value smaller than 1 in equation (1), the increase in gain can be suppressed, but the gain in the low frequency region is reduced. Therefore, when applying a phase lead compensator to a vibration test apparatus, setting K to a value smaller than 1 is not practical.

以上に説明した、位相を進めることでゲインが増加するという特性は、式(1)に示した位相進み補償に限らず、一般的に成立する。 The characteristic that the gain increases as the phase advances as described above generally holds, not limited to the phase advance compensation shown in Equation (1).

位相遅れを改善するためにはゲインの増加が避けられない、ということに注意すると、低周波試験で使用される最高角周波数ω1における位相遅れφ1とゲイン増加量K1は、K=1としたときの式(2)より、次の関係式(4)を満足する必要がある。 Note that increasing the gain is unavoidable in order to improve the phase lag. The phase lag φ1 and the gain increase K1 at the highest angular frequency ω1 used in the low-frequency test are given when K=1. (2), it is necessary to satisfy the following relational expression (4).

Figure 0007240340000004
Figure 0007240340000004

図12は、振動試験の周波数(試験パターン)と周波数特性の関係を示すボード線図である。前述したように、低周波試験では、変位の目標波形rと実際の変位yとの間で時系列での波形が一致すること(すなわち、位相遅れがなく、かつゲインが増加も低下もしないこと)が好ましく、高周波試験では、変位の目標波形rと実際の変位yとの間でエネルギが一致すること(すなわち、位相が遅れていても、ゲインが増加も低下もしないこと)が好ましい。 FIG. 12 is a Bode diagram showing the relationship between the frequency (test pattern) of the vibration test and frequency characteristics. As described above, in the low-frequency test, the waveforms in time series must match between the target displacement waveform r and the actual displacement y (i.e., there must be no phase lag and neither increase nor decrease in gain). ), and for high frequency testing, it is preferable to have energy matching between the displacement target waveform r and the actual displacement y (ie, the gain neither increases nor decreases with phase lag).

図12の周波数特性において、式(4)の左辺と右辺が等しくなる角周波数、つまり式(5)が成立する角周波数をωpとする。角周波数ωpにおける位相遅れをφpで表し、ゲイン増加量をKpで表す。 In the frequency characteristics of FIG. 12, let ωp be the angular frequency at which the left side and the right side of Equation (4) are equal, that is, the angular frequency at which Equation (5) holds. A phase delay at the angular frequency ωp is represented by φp, and a gain increase amount is represented by Kp.

Figure 0007240340000005
Figure 0007240340000005

この角周波数ωpは、低周波試験で使用される最高角周波数ω1以上であり、かつ高周波試験で使用される最低角周波数ω2以下であるように設定する(ω1≦ωp≦ω2)。FB制御演算部C01が適切に設計されていると、ω1≦ωp≦ω2を満足するように角周波数ωpを設定することができる。以後、角周波数ωpを「所定周波数」と呼ぶことがある。 This angular frequency ωp is set to be equal to or higher than the highest angular frequency ω1 used in the low frequency test and equal to or lower than the lowest angular frequency ω2 used in the high frequency test (ω1≦ωp≦ω2). If the FB control calculation unit C01 is appropriately designed, the angular frequency ωp can be set so as to satisfy ω1≦ωp≦ω2. Hereinafter, the angular frequency ωp may be called "predetermined frequency".

図12に示すように、角周波数がωp(ω1≦ωp≦ω2)であると、位相遅れがφpであり、ゲインが-Kpである。従って、式(5)が成立する所定周波数ωpで位相進み補償を行って位相遅れを解消すると、ゲインは、Kpだけ増加して0dBとなり、0dBを超えない。すなわち、角周波数がωpでありゲインの増加がKpである位相進み補償を行うと、ゲインを増加させずに位相を進めて位相遅れを解消することができる。 As shown in FIG. 12, when the angular frequency is ωp (ω1≦ωp≦ω2), the phase delay is φp and the gain is −Kp. Therefore, if the phase lead compensation is performed at the predetermined frequency ωp at which equation (5) holds to eliminate the phase delay, the gain increases by Kp to 0 dB and does not exceed 0 dB. That is, if phase lead compensation is performed with an angular frequency of ωp and a gain increase of Kp, the phase can be advanced without increasing the gain to eliminate the phase lag.

なお、角周波数ωpをω1≦ωp≦ω2となるように設定できない場合(ωp<ω1またはωp>ω2となる場合)には、実施例3で説明するように、FB制御演算部C01が行うフィードバック制御のパラメータ(例えば、PID制御の各ゲイン)を調整する。 When the angular frequency ωp cannot be set so as to satisfy ω1≦ωp≦ω2 (when ωp<ω1 or ωp>ω2), as described in the third embodiment, the feedback performed by the FB control calculation unit C01 is Control parameters (for example, each gain of PID control) are adjusted.

以下、FB制御演算部C01が適切に設計されており、所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足するようにフィードバック制御が調整されていることを前提として、説明を行う。 The following description is based on the premise that the FB control calculation unit C01 is appropriately designed and the feedback control is adjusted so that the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2.

本実施例では、オペレータが、操作端末10を介して、所定周波数ωpと、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)と第2補償部C02bのFF補償器F2(s)の制御パラメータ(例えば、実施例2で説明するような制御パラメータ)を設定する。 In this embodiment, the operator, through the operation terminal 10, controls the predetermined frequency ωp, the FF compensator F1(s) of the first compensator C02a, and the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b. (for example, control parameters as described in the second embodiment) are set.

第1補償部C02aは、低周波試験を対象とした応答改善を行うように設計する。このため、LPFは、遮断周波数が、低周波試験で使用される最高角周波数ω1であるのが望ましい。 The first compensator C02a is designed to improve response for low frequency tests. For this reason, it is desirable that the LPF have a cutoff frequency equal to the highest angular frequency ω1 used in the low frequency test.

第2補償部C02bは、高周波試験を対象とした応答改善を行うように設計する。このため、HPFは、遮断周波数が、高周波試験で使用される最低角周波数ω2であるのが望ましい。ω2は、低周波試験の最高角周波数ω1よりも高い周波数である。 The second compensator C02b is designed to improve response for high frequency tests. For this reason, it is desirable that the HPF has a cutoff frequency that is the lowest angular frequency ω2 used in high frequency tests. ω2 is a frequency higher than the highest angular frequency ω1 of the low frequency test.

LPFの遮断周波数がω1であり、HPFの遮断周波数がω2(>ω1)であるため、低周波試験時には、HPFの出力が0(ゼロ)になり、FF補償器F2(s)が動作せず、FF補償器F1(s)のみが動作する。高周波試験時には、LPFの出力が0(ゼロ)になり、FF補償器F1(s)が動作せず、FF補償器F2(s)のみが動作する。このような構成をとることで、試験パターンの周波数帯域に応じて、適切な補償器を動作させることができる。 Since the cutoff frequency of the LPF is ω1 and the cutoff frequency of the HPF is ω2 (>ω1), the output of the HPF becomes 0 (zero) during the low frequency test, and the FF compensator F2(s) does not operate. , FF compensator F1(s) only operates. During the high frequency test, the output of the LPF becomes 0 (zero), the FF compensator F1(s) does not operate, and only the FF compensator F2(s) operates. By adopting such a configuration, an appropriate compensator can be operated according to the frequency band of the test pattern.

オペレータは、操作端末10を介して、所定周波数ωpを、ω1≦ωp≦ω2という関係を満たすように設定する。 The operator sets the predetermined frequency ωp via the operation terminal 10 so as to satisfy the relationship ω1≦ωp≦ω2.

第1補償部C02aのFF補償器F1(s)は、ω1が所定周波数ωp以下の周波数であるため、ゲインを増加させることなく、位相遅れを解消するように設計することが可能である。すなわち、第1補償部C02aは、ωp以下の周波数でゲインを増加させずに位相を進めることができるように設計される。例えば、FF補償器F1(s)は、位相進み補償と同じ処理をするように設計すればよい。FF補償器F1(s)を設計するには、パラメータの調整後に周波数応答を確認する操作を繰り返してもよいし、実施例2で説明するように実験データを利用してパラメータ設計を実施してもよい。 The FF compensator F1(s) of the first compensator C02a can be designed to eliminate the phase delay without increasing the gain because ω1 is a frequency equal to or lower than the predetermined frequency ωp. That is, the first compensator C02a is designed to advance the phase without increasing the gain at frequencies below ωp. For example, the FF compensator F1(s) may be designed to perform the same processing as phase lead compensation. To design the FF compensator F1(s), the operation of checking the frequency response after adjusting the parameters may be repeated, or the parameters may be designed using experimental data as described in Example 2. good too.

FF補償器F2(s)は、ω2が所定周波数ωp以上の周波数であるため、位相遅れを解消しようとするとゲインの増加が伴ってしまう。ただし、高周波試験では、変位の目標波形rと実際の変位yとの間で、時系列での波形の一致よりも、エネルギの一致を優先する。このため、FF補償器F2(s)では、閉ループ系が安定である限り、位相遅れの改善を優先しなくてもよいと考えることができる。 In the FF compensator F2(s), since ω2 is a frequency equal to or higher than the predetermined frequency ωp, an attempt to eliminate the phase delay entails an increase in gain. However, in the high-frequency test, between the displacement target waveform r and the actual displacement y, priority is given to energy matching over time-series waveform matching. For this reason, in the FF compensator F2(s), as long as the closed loop system is stable, it can be considered that priority is not given to improving the phase delay.

図14Aと図14Bは、振動試験における目標波形と応答波形の例を示す図である。図14Aには、目標波形(変位の目標波形r)と応答波形(実際の変位y)との間で、位相が一致しているが、振幅(ゲイン)が一致してしない例を示している。図14Bには、目標波形と応答波形との間で、位相が一致していないが、振幅が一致している例を示している。高周波試験では、図14Bに示す波形の方が、図14Aに示す波形に比べて、目標波形と応答波形との間でエネルギが一致しており、供試体に与えるエネルギの再現性が優れていると判断できる。 14A and 14B are diagrams showing examples of target waveforms and response waveforms in vibration tests. FIG. 14A shows an example in which the target waveform (displacement target waveform r) and the response waveform (actual displacement y) match in phase but do not match in amplitude (gain). . FIG. 14B shows an example in which the target waveform and the response waveform do not match in phase but match in amplitude. In the high-frequency test, the waveform shown in FIG. 14B is more consistent in energy between the target waveform and the response waveform than the waveform shown in FIG. 14A, and the reproducibility of the energy applied to the specimen is excellent. can be judged.

以上の観点より、第2補償部C02bのFF補償器F2(s)は、ω2以上の周波数でゲインが0dBとなるように設計される。FF補償器F2(s)を設計するには、FF補償器F1(s)の設計と同様に、パラメータの調整後に周波数応答を確認する操作を繰り返してもよいし、実施例2で説明するように実験データを利用してパラメータ設計を実施してもよい。 From the above point of view, the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b is designed to have a gain of 0 dB at frequencies equal to or higher than ω2. In order to design the FF compensator F2(s), similar to the design of the FF compensator F1(s), the operation of checking the frequency response after adjusting the parameters may be repeated. Parameter design may be performed using experimental data.

以上のことから、第1補償部C02aは、目標波形rの周波数が、所定周波数ωp以下の周波数である場合に動作する。すなわち、第1補償部C02aは、ゲインを増加させずに位相を進めることができる所定周波数ωp以下の周波数に対して動作する。第2補償部C02bは、目標波形rの周波数が、高周波試験で使用される最低周波数ω2以上である場合に動作する。すなわち、第2補償部C02bは、ゲインが0dBとなる周波数であってω2以上の周波数に対して動作する。 From the above, the first compensator C02a operates when the frequency of the target waveform r is equal to or lower than the predetermined frequency ωp. In other words, the first compensator C02a operates on frequencies below the predetermined frequency ωp at which the phase can be advanced without increasing the gain. The second compensator C02b operates when the frequency of the target waveform r is equal to or higher than the lowest frequency ω2 used in the high frequency test. That is, the second compensator C02b operates with respect to the frequency at which the gain becomes 0 dB and is equal to or greater than ω2.

本実施例による振動試験装置は、以上の構成を備え、低周波から高周波までの周波数を含む振動から構成される試験パターンで試験対象を加振する振動試験に対応でき、例えば、地震波形のように低い周波数で構成される試験パターンに対しても、高周波振動に対する強度試験のように高い周波数で構成される試験パターンに対しても、対応できる。 The vibration test apparatus according to the present embodiment has the above configuration, and can handle vibration tests in which a test object is vibrated with a test pattern composed of vibrations including frequencies from low frequencies to high frequencies. It is possible to cope with both a test pattern composed of very low frequencies and a test pattern composed of high frequencies such as a strength test against high-frequency vibration.

本発明の実施例2による振動試験装置について説明する。以下では、実施例1による振動試験装置と異なる構成を主に説明する。実施例1による振動試験装置では、オペレータが、所定周波数ωpと、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)と第2補償部C02bのFF補償器F2(s)の制御パラメータを設定する。本実施例による振動試験装置では、コントローラ2が、取得した実験データに基づいて、所定周波数ωpを求めて、FF補償器F1(s)とFF補償器F2(s)の制御パラメータを設定する。 A vibration test apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. Below, the configuration different from that of the vibration test apparatus according to the first embodiment will be mainly described. In the vibration test apparatus according to the first embodiment, the operator sets the predetermined frequency ωp and the control parameters of the FF compensator F1(s) of the first compensator C02a and the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b. . In the vibration test apparatus according to this embodiment, the controller 2 obtains the predetermined frequency ωp based on the obtained experimental data, and sets the control parameters of the FF compensator F1(s) and the FF compensator F2(s).

図1に示したように、振動試験装置は、センサS01~S05bを備え、これらのセンサS01~S05bが検出した信号は、コントローラ2内に格納される。 As shown in FIG. 1, the vibration test apparatus includes sensors S01-S05b, and signals detected by these sensors S01-S05b are stored in the controller 2. FIG.

図4は、本実施例による振動試験装置におけるコントローラ2の機能ブロック図である。本実施例でのコントローラ2は、実施例1でのコントローラ2(図2)に、動作切替部C02cと制御応答調整部C03が加わった構成を備える。 FIG. 4 is a functional block diagram of the controller 2 in the vibration test apparatus according to this embodiment. The controller 2 of this embodiment has a configuration in which an operation switching unit C02c and a control response adjustment unit C03 are added to the controller 2 (FIG. 2) of the first embodiment.

動作切替部C02cは、FF制御演算部C02に設けられ、LPFとHPFを備える。実施例1でのコントローラ2では、LPFとHPFは、それぞれ第1補償部C02aと第2補償部C02bに備えられている。本実施例でのコントローラ2では、LPFとHPFは、第1補償部C02aと第2補償部C02bに備えられておらず、これらから独立して動作切替部C02cに備えられている。動作切替部C02cは、LPFとHPFにより、目標波形rの周波数に応じて第1補償部C02aと第2補償部C02bの動作を切り替えることができる。 The operation switching unit C02c is provided in the FF control calculation unit C02 and has an LPF and an HPF. In the controller 2 according to the first embodiment, the LPF and HPF are provided in the first compensator C02a and the second compensator C02b, respectively. In the controller 2 of this embodiment, the LPF and HPF are not provided in the first compensation section C02a and the second compensation section C02b, but are provided in the operation switching section C02c independently of them. The operation switching unit C02c can switch the operations of the first compensating unit C02a and the second compensating unit C02b according to the frequency of the target waveform r by the LPF and HPF.

制御応答調整部C03は、制御指令演算装置2aに設けられ、周波数応答解析部C03a、第1パラメータ設計部C03c、第2パラメータ設計部C03d、及び第3パラメータ設計部C03bを備え、FF制御演算部C02の制御パラメータを調整する。 The control response adjustment unit C03 is provided in the control command calculation device 2a, includes a frequency response analysis unit C03a, a first parameter design unit C03c, a second parameter design unit C03d, and a third parameter design unit C03b, and an FF control calculation unit Adjust the control parameters of C02.

周波数応答解析部C03aは、センサ信号取得装置2bから、振動試験装置による実験で得られたセンサS01~S05bの検出値(応答波形)を取得し、この検出値を用いて供試体の周波数応答を解析し、周波数に対するゲインと位相との関係(図9に示すような周波数特性)を得て、所定周波数ωp(式(5)が成立する角周波数)を算出する。本実施例のように、振動試験装置が変位制御で駆動されている場合には、周波数応答解析部C03aは、振動試験装置の変位データ(変位センサS04が取得した実際の変位y)を解析して所定周波数ωpを算出する。 The frequency response analysis unit C03a acquires the detection values (response waveforms) of the sensors S01 to S05b obtained in the experiment using the vibration test device from the sensor signal acquisition device 2b, and uses the detection values to determine the frequency response of the test piece. Then, the relationship between the gain and the phase with respect to the frequency (frequency characteristic as shown in FIG. 9) is obtained, and the predetermined frequency ωp (the angular frequency at which equation (5) holds) is calculated. As in this embodiment, when the vibration test apparatus is driven under displacement control, the frequency response analysis unit C03a analyzes the displacement data of the vibration test apparatus (actual displacement y acquired by the displacement sensor S04). to calculate the predetermined frequency ωp.

第3パラメータ設計部C03bは、周波数応答解析部C03aが算出した所定周波数ωpを利用して、動作切替部C02cのLPFとHPFの遮断周波数を定める。具体的には、LPFの遮断周波数をωpより低い周波数に定め、HPFの遮断周波数をωpよりも高い周波数に定める。第3パラメータ設計部C03bで定められたLPFとHPFのパラメータ(遮断周波数)は、動作切替部C02cのLPFとHPFに反映される。 The third parameter design unit C03b uses the predetermined frequency ωp calculated by the frequency response analysis unit C03a to determine cutoff frequencies of the LPF and HPF of the operation switching unit C02c. Specifically, the cutoff frequency of the LPF is set to a frequency lower than ωp, and the cutoff frequency of the HPF is set to a frequency higher than ωp. The parameters (cutoff frequencies) of the LPF and HPF determined by the third parameter design section C03b are reflected in the LPF and HPF of the operation switching section C02c.

なお、実施例1で説明したように、LPFの遮断周波数を低周波試験で使用される最高角周波数ω1とし、HPFの遮断周波数を高周波試験で使用される最低角周波数ω2とする場合には、LPFとHPFの遮断周波数が予め分かっている。このような場合には、制御応答調整部C03は、図5に示すように周波数応答解析部C03aと第3パラメータ設計部C03bを備えなくてもよい。 As described in Example 1, when the cutoff frequency of the LPF is set to the highest angular frequency ω1 used in the low frequency test, and the cutoff frequency of the HPF is set to the lowest angular frequency ω2 used in the high frequency test, The cutoff frequencies of the LPF and HPF are known in advance. In such a case, the control response adjustment section C03 does not have to include the frequency response analysis section C03a and the third parameter design section C03b as shown in FIG.

図5は、本実施例による振動試験装置における、別形態のコントローラ2の機能ブロック図である。図5に示すコントローラ2は、図4に示したコントローラ2において周波数応答解析部C03aと第3パラメータ設計部C03bを備えない構成を備える。図5に示す構成では、制御応答調整部C03は、ω1≦ωp≦ω2となるように所定周波数ωpを定める。 FIG. 5 is a functional block diagram of another form of controller 2 in the vibration test apparatus according to the present embodiment. The controller 2 shown in FIG. 5 has a configuration that does not include the frequency response analysis unit C03a and the third parameter design unit C03b in the controller 2 shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 5, the control response adjuster C03 determines the predetermined frequency ωp so that ω1≦ωp≦ω2.

図4に戻って、制御応答調整部C03の説明を続ける。 Returning to FIG. 4, the description of the control response adjustment unit C03 is continued.

第1パラメータ設計部C03cは、センサ信号取得装置2bから、振動試験装置による実験で得られたセンサS01~S05bの検出値(応答波形)を取得し、この検出値を用いて第1補償部C02aのFF補償器F1(s)に関する制御パラメータを調整する。具体的には、FF補償器F1(s)が式(6)の2次遅れ系の伝達関数で表現されたとき、第1パラメータ設計部C03cは、式(6)中の制御パラメータρ0~ρ4を調整する。 The first parameter design unit C03c acquires the detection values (response waveforms) of the sensors S01 to S05b obtained in the experiment using the vibration test device from the sensor signal acquisition device 2b, and uses the detection values to obtain the first compensation unit C02a. adjust the control parameters for the FF compensator F1(s) of . Specifically, when the FF compensator F1(s) is represented by the transfer function of the second-order delay system of Equation (6), the first parameter design unit C03c calculates the control parameters ρ0 to ρ4 to adjust.

Figure 0007240340000006
Figure 0007240340000006

このパラメータρ0~ρ4の調整には、既存のデータ駆動制御を利用することができる。データ駆動制御は、実験データに基づいて、任意の評価関数の値を最小化する制御パラメータを直接設計する手法であり、例えば以下の文献に記載されている。
金子,中村,池崎:二自由度制御系におけるフィードフォワード制御器更新の新しいアプローチ,計測自動制御学会論文集,Vol.54,No.12,pp.857-874(2018)。
Existing data driven control can be used for adjusting these parameters ρ0 to ρ4. Data-driven control is a method of directly designing control parameters that minimize the value of an arbitrary evaluation function based on experimental data, and is described, for example, in the following documents.
Kaneko, Nakamura, Ikezaki: A New Approach to Updating Feedforward Controllers in Two Degrees of Freedom Control Systems, Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 54, No. 12, pp. 857-874 (2018).

第1補償部C02aのFF補償器F1(s)は、変位の目標波形rと実際の変位y(応答y)との間で時系列での波形が一致することを目的として設計する。このため、第1パラメータ設計部C03cは、式(7)で表される評価関数J1(ρ)の値を最小化するようにパラメータρ0~ρ4を算出することが望ましい。式(7)は、データ駆動制御で一般的に用いられる評価関数である。 The FF compensator F1(s) of the first compensator C02a is designed so that the waveforms in time series match between the target displacement waveform r and the actual displacement y (response y). Therefore, it is desirable that the first parameter design unit C03c calculate the parameters ρ0 to ρ4 so as to minimize the value of the evaluation function J1(ρ) represented by Equation (7). Equation (7) is an evaluation function generally used in data driven control.

Figure 0007240340000007
Figure 0007240340000007

なお、式(7)において、下付きのiは実験データのインデックスであり、i=1は初期時刻を、i=Nは終了時刻を意味する。また、y(ρ)は制御パラメータρ0~ρ4を変更した際に得られる応答である。ただし、ρはベクトルを意味し、式(7)においてはρ=[ρ0,ρ1,ρ2,ρ3,ρ4]である。以下の説明においても、ρはベクトルとして定義されている。 In equation (7), the subscript i is the index of the experimental data, i=1 means the initial time, and i=N means the end time. Also, y(ρ) is the response obtained when the control parameters ρ0 to ρ4 are changed. However, ρ means a vector, and ρ=[ρ0, ρ1, ρ2, ρ3, ρ4] in Equation (7). Also in the following description, ρ is defined as a vector.

式(7)の評価関数J1(ρ)は、各時刻における目標波形rの値と応答y(ρ)の値の差の二乗の累積値で表されるため、応答yに位相遅れがあると値が大きくなる。このため、評価関数J1(ρ)の値を最小化すると、位相遅れが改善されるように制御パラメータρ0~ρ4の値が求められる。また、目標波形rと応答yとの間で、位相が一致し、ゲイン(振幅)が不一致である場合も、評価関数J1(ρ)の値が大きくなる。よって、評価関数J1(ρ)の値を最小化することで、位相だけでなく、ゲインも一致させることができる。これは、周波数が所定周波数ωp以下の低周波数領域にあるため、実現できる特性である。 Since the evaluation function J1(ρ) in Equation (7) is represented by the cumulative value of the square of the difference between the value of the target waveform r and the value of the response y(ρ) at each time, if there is a phase delay in the response y value increases. Therefore, when the value of the evaluation function J1(ρ) is minimized, the values of the control parameters ρ0 to ρ4 are obtained so as to improve the phase lag. Also, when the target waveform r and the response y are in phase and the gain (amplitude) is inconsistent, the value of the evaluation function J1(ρ) increases. Therefore, by minimizing the value of the evaluation function J1(ρ), not only the phase but also the gain can be matched. This is a characteristic that can be realized because the frequency is in the low frequency region below the predetermined frequency ωp.

第1パラメータ設計部C03cが求めた制御パラメータρは、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)に反映される。 The control parameter ρ obtained by the first parameter design section C03c is reflected in the FF compensator F1(s) of the first compensator C02a.

第2パラメータ設計部C03dは、センサ信号取得装置2bから、振動試験装置による実験で得られたセンサS01~S05bの検出値(応答波形)を取得し、この検出値を用いて第2補償部C02bのFF補償器F2(s)に関する制御パラメータを調整する。具体的には、FF補償器F2(s)が式(8)の2次遅れ系の伝達関数で表現されたとき、第2パラメータ設計部C03dは、式(8)中の制御パラメータθ0~θ4を調整する。 The second parameter design unit C03d acquires the detection values (response waveforms) of the sensors S01 to S05b obtained in the experiment using the vibration test device from the sensor signal acquisition device 2b, and uses the detection values to obtain the second compensation unit C02b. adjust the control parameters for the FF compensator F2(s) of . Specifically, when the FF compensator F2(s) is expressed by the transfer function of the second-order delay system of Equation (8), the second parameter design unit C03d calculates the control parameters θ0 to θ4 to adjust.

Figure 0007240340000008
Figure 0007240340000008

このパラメータθ0~θ4は、パラメータρ0~ρ4と同様に、既存のデータ駆動制御を利用し評価関数の値を最小化することで調整できる。ただし、上述の通り、FF補償器F2(s)は、高周波試験向けの補償器であり、位相遅れの改善ではなく、変位の目標波形rと実際の変位y(応答y)との間でエネルギを一致させるために利用される。このため、パラメータθ0~θ4の調整には、式(7)とは異なる評価関数を用いることが望ましく、例えば、式(9)で表される評価関数J2(θ)を用いるのが望ましい。 These parameters θ0 to θ4 can be adjusted by minimizing the value of the evaluation function using existing data-driven control, like the parameters ρ0 to ρ4. However, as described above, the FF compensator F2(s) is a compensator for high-frequency tests, and does not improve the phase delay, but rather the energy difference between the displacement target waveform r and the actual displacement y (response y). used to match Therefore, it is desirable to use an evaluation function different from the formula (7) for adjusting the parameters θ0 to θ4, for example, it is desirable to use the evaluation function J2(θ) expressed by the formula (9).

Figure 0007240340000009
Figure 0007240340000009

式(9)において、y(θ)は制御パラメータθ0~θ4を変更した際に得られる応答である。ただし、θはベクトルを意味し、式(9)においてはθ=[θ0,θ1,θ2,θ3,θ4]である。以下の説明においても、θはベクトルとして定義されている。 In equation (9), y(θ) is the response obtained when the control parameters θ0-θ4 are changed. However, θ means a vector, and θ=[θ0, θ1, θ2, θ3, θ4] in equation (9). Also in the following description, θ is defined as a vector.

式(9)の評価関数J2(θ)は、各時刻における目標波形rの値の二乗和と応答y(θ)の値の二乗和の差で表されている。このため、変位の目標波形rと実際の変位y(応答y)との間で、位相が一致していなくてもゲイン(振幅)さえ一致していれば、評価関数J2(θ)の値が小さくなる。そこで、第2パラメータ設計部C03dは、評価関数J2(θ)の値を最小化することで、変位の目標波形rと実際の変位y(応答y)との間でエネルギが一致するように制御パラメータθ0~θ4の値を算出することができる。 The evaluation function J2(θ) of Equation (9) is expressed by the difference between the sum of squares of the values of the target waveform r and the sum of squares of the values of the response y(θ) at each time. Therefore, even if the phases do not match between the target waveform r of the displacement and the actual displacement y (response y), as long as the gain (amplitude) matches, the value of the evaluation function J2(θ) is become smaller. Therefore, the second parameter design unit C03d minimizes the value of the evaluation function J2(θ) so that the energy between the target displacement waveform r and the actual displacement y (response y) matches. Values of the parameters θ0 to θ4 can be calculated.

第2パラメータ設計部C03dが求めた制御パラメータθは、第2補償部C02bのFF補償器F2(s)に反映される。 The control parameter θ obtained by the second parameter design section C03d is reflected in the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b.

なお、周波数応答解析部C03a、第3パラメータ設計部C03b、第1パラメータ設計部C03c、及び第2パラメータ設計部C03dが利用する実験データは、すべて同じものでもよい。但し、これらの解析部と設計部の特性を考慮すると、それぞれが扱う周波数に応じてそれぞれに対して個別に実験データを用意したほうが好ましい制御特性が得られる。 The experimental data used by the frequency response analysis unit C03a, the third parameter design unit C03b, the first parameter design unit C03c, and the second parameter design unit C03d may all be the same. However, considering the characteristics of the analysis unit and the design unit, it is better to prepare experimental data individually for each of the frequencies handled by each, so that desirable control characteristics can be obtained.

図6は、本実施例による振動試験装置において、FF制御演算部C02のパラメータを定める処理を示すフローチャートである。図6を用いて、制御応答調整部C03が備える周波数応答解析部C03a、第3パラメータ設計部C03b、第1パラメータ設計部C03c、及び第2パラメータ設計部C03dの処理を説明する。 FIG. 6 is a flow chart showing the process of determining the parameters of the FF control calculation section C02 in the vibration test apparatus according to this embodiment. Processing of the frequency response analysis unit C03a, the third parameter design unit C03b, the first parameter design unit C03c, and the second parameter design unit C03d included in the control response adjustment unit C03 will be described with reference to FIG.

FC01で、コントローラ2が供試体の周波数特性データを有しているか否かを選択する。振動試験装置が既に供試体に振動試験を行っており、コントローラ2が供試体の周波数解析を実施して周波数特性データを有している場合には、FC06に遷移する。一方、振動試験装置が新設であったり供試体が変更されたりしてコントローラ2が供試体の周波数特性データを有していない場合には、FC02に遷移する。また、定期メンテナンスなどで供試体の周波数特性を再度取得する場合もFC02に遷移する。この選択は、オペレータが操作端末10上のGUI(Graphical User Interface)により選択することが望ましい。 In FC01, it is selected whether or not the controller 2 has the frequency characteristic data of the test piece. If the vibration test apparatus has already performed a vibration test on the test piece and the controller 2 has performed frequency analysis of the test piece and has frequency characteristic data, the process transitions to FC06. On the other hand, when the controller 2 does not have the frequency characteristic data of the test piece because the vibration test apparatus is newly installed or the test piece is changed, the process transitions to FC02. Also, when the frequency characteristics of the test piece are to be acquired again for periodic maintenance or the like, the transition is made to FC02. This selection is preferably made by the operator using a GUI (Graphical User Interface) on the operation terminal 10 .

FC02では、供試体の周波数特性を取得するために、所望の周波数領域を含む広域周波数の試験パターンで供試体に振動試験を実施する。試験パターンでの加振波形は、チャープ波形やランダム波形が望ましい。オペレータは、操作端末10のGUIでコントローラ2を操作することで、供試体を加振して振動試験を実施する。加振は、試験パターンの終了時刻に合わせて自動で停止してもよいし、オペレータが操作端末10で指示することにより停止してもよい。 In FC02, in order to acquire the frequency characteristics of the test piece, a vibration test is performed on the test piece with a wide frequency test pattern including a desired frequency range. A chirp waveform or a random waveform is desirable for the excitation waveform in the test pattern. The operator operates the controller 2 using the GUI of the operation terminal 10 to vibrate the specimen and perform the vibration test. Vibration may be automatically stopped in accordance with the end time of the test pattern, or may be stopped by an operator's instruction through the operation terminal 10 .

FC03では、制御指令演算装置2aは、FC02での振動試験の開始から終了までにセンサ信号取得装置2bが得た実験データを取得する。取得した実験データにノイズが含まれる場合には、制御指令演算装置2aは、取得したデータにノイズ除去処理を実施してもよい。 In FC03, the control command calculation device 2a acquires experimental data obtained by the sensor signal acquisition device 2b from the start to the end of the vibration test in FC02. If noise is included in the acquired experimental data, the control command calculation device 2a may perform noise removal processing on the acquired data.

FC04では、周波数応答解析部C03aは、FC03で制御指令演算装置2aが取得したデータを分析し、周波数応答を解析し、周波数に対するゲインと位相との関係(図9に示すような周波数特性)を得て、所定周波数ωpを算出する。この処理では、オペレータは操作をしない。 In FC04, the frequency response analysis unit C03a analyzes the data acquired by the control command calculation device 2a in FC03, analyzes the frequency response, and determines the relationship between the gain and phase with respect to frequency (frequency characteristics as shown in FIG. 9). Then, the predetermined frequency ωp is calculated. In this process, the operator does not operate.

FC05では、第3パラメータ設計部C03bは、FC04での周波数解析の結果に従って、動作切替部C02cのLPFとHPFに関するパラメータを設定する。具体的には、第3パラメータ設計部C03bは、FC04で求めた所定周波数ωpを利用して、LPFとHPFの遮断周波数を定める。この処理では、オペレータは操作をしない。 In FC05, the third parameter designing unit C03b sets parameters relating to the LPF and HPF of the operation switching unit C02c according to the frequency analysis result in FC04. Specifically, the third parameter design unit C03b uses the predetermined frequency ωp obtained in FC04 to determine the cutoff frequencies of the LPF and HPF. In this process, the operator does not operate.

FC06では、低周波試験時に動作するFF補償器F1(s)の設計が必要であるか否かを選択する。試験装置が既存の試験パターンのみを実行し、かつFF補償器F1(s)が既に求まっている場合には、FF補償器F1(s)の設計が不要であるので、FC10に遷移する。試験装置が新設でありFF補償器F1(s)が未設計の場合には、FF補償器F1(s)の設計が必要であるので、FC07に遷移する。また、FF補償器F1(s)が設計済みであっても新しい試験パターンで試験装置を駆動する場合には、FF補償器F1(s)を再設計したほうが制御性能の向上が期待できるので、FC07に遷移する。FF補償器F1(s)の設計が必要であるか否かの選択は、オペレータが操作端末10上のGUIにより選択することが望ましい。 In FC06, it is selected whether or not it is necessary to design the FF compensator F1(s) that operates during the low frequency test. If the test apparatus executes only the existing test pattern and the FF compensator F1(s) has already been obtained, the FF compensator F1(s) does not need to be designed, so the process transitions to FC10. If the test apparatus is new and the FF compensator F1(s) has not been designed, the FF compensator F1(s) must be designed, so the process transitions to FC07. Further, even if the FF compensator F1(s) has already been designed, when driving the test apparatus with a new test pattern, redesigning the FF compensator F1(s) can be expected to improve the control performance. Transition to FC07. It is desirable for the operator to select whether or not the design of the FF compensator F1(s) is necessary using the GUI on the operation terminal 10. FIG.

FC07では、低周波試験での(すなわち、低周波数の)試験パターンで供試体に振動試験を実施する。この振動試験は、実際に実行する低周波試験での試験パターン(例えば、地震波形を再現する試験パターン)で実施することが望ましい。ただし、供試体が破損する恐れがある場合には、供試体が破損しない程度に試験パターンのゲインを下げて振動試験を行ってもよい。オペレータは、操作端末10のGUIを用いて振動試験を実施する試験パターンや試験パターンの信号レベル(ゲイン)を選択し、FC02での処理と同様に振動試験を実施する。 In FC07, the specimen is subjected to a vibration test in a low frequency (ie, low frequency) test pattern. This vibration test is desirably performed with a test pattern (for example, a test pattern that reproduces seismic waveforms) in a low-frequency test that is actually performed. However, if there is a risk of damage to the test piece, the vibration test may be performed by lowering the gain of the test pattern to the extent that the test piece is not damaged. Using the GUI of the operation terminal 10, the operator selects the test pattern for executing the vibration test and the signal level (gain) of the test pattern, and executes the vibration test in the same manner as in the FC02.

FC08では、制御指令演算装置2aは、FC03での処理と同様にして、実験データを取得する。 In FC08, the control command arithmetic unit 2a acquires experimental data in the same manner as in FC03.

FC09では、第1パラメータ設計部C03cは、FC08で取得した実験データを利用して、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)に関する制御パラメータを調整する。例えば、第1パラメータ設計部C03cは、式(7)で表される評価関数J1(ρ)の値を最小化するように、式(6)中のパラメータρを求める。この処理では、オペレータが操作をする必要はないが、後述のようにFF補償器F1(s)を表す伝達関数の次数を変更する場合には、オペレータが操作をしてもよい。 In FC09, the first parameter designing unit C03c uses the experimental data obtained in FC08 to adjust control parameters for the FF compensator F1(s) of the first compensating unit C02a. For example, the first parameter design unit C03c obtains the parameter ρ in Equation (6) so as to minimize the value of the evaluation function J1(ρ) represented by Equation (7). In this processing, the operator does not need to operate, but the operator may operate when changing the order of the transfer function representing the FF compensator F1(s) as described later.

FC10では、高周波試験時に動作するFF補償器F2(s)の設計が必要であるか否かを選択する。試験装置が既存の試験パターンのみを実行し、かつFF補償器F2(s)が既に求まっている場合には、FF補償器F2(s)の設計が不要であるので、FC14に遷移する。試験装置が新設でありFF補償器F2(s)が未設計の場合には、FF補償器F2(s)の設計が必要であるので、FC11に遷移する。また、FF補償器F2(s)が設計済みであっても新しい試験パターンで試験装置を駆動する場合には、FF補償器F2(s)を再設計したほうが制御性能の向上が期待できるので、FC11に遷移する。FF補償器F2(s)の設計が必要であるか否かの選択は、オペレータが操作端末10上のGUIにより選択することが望ましい。 In FC10, it is selected whether or not it is necessary to design the FF compensator F2(s) that operates during the high frequency test. If the test apparatus executes only the existing test pattern and the FF compensator F2(s) has already been obtained, the FF compensator F2(s) does not need to be designed, so the process transitions to FC14. If the test apparatus is new and the FF compensator F2(s) has not been designed yet, the FF compensator F2(s) must be designed, so the process transitions to FC11. Further, even if the FF compensator F2(s) has already been designed, when the test apparatus is driven with a new test pattern, redesigning the FF compensator F2(s) can be expected to improve the control performance. Transition to FC11. It is desirable for the operator to select whether or not the design of the FF compensator F2(s) is necessary using the GUI on the operation terminal 10. FIG.

FC11では、高周波試験での(すなわち、高周波数の)試験パターンで供試体に振動試験を実施する。この振動試験は、実際に実行する高周波試験での試験パターン(例えば、限界加振試験での試験パターン)で実施することが望ましい。ただし、供試体が破損する恐れがある場合には、供試体が破損しない程度に試験パターンのゲインを下げて振動試験を行ってもよい。オペレータは、操作端末10のGUIを用いて振動試験を実施する試験パターンや試験パターンの信号レベル(ゲイン)を選択し、FC02での処理と同様に振動試験を実施する。 In FC11, the specimen is subjected to a vibration test in a high frequency (ie, high frequency) test pattern. This vibration test is desirably performed with a test pattern for a high-frequency test that is actually performed (for example, a test pattern for a limit excitation test). However, if there is a risk of damage to the test piece, the vibration test may be performed by lowering the gain of the test pattern to the extent that the test piece is not damaged. Using the GUI of the operation terminal 10, the operator selects the test pattern for executing the vibration test and the signal level (gain) of the test pattern, and executes the vibration test in the same manner as in the FC02.

FC12では、制御指令演算装置2aは、FC03での処理と同様にして、実験データを取得する。 In FC12, the control command calculation unit 2a acquires experimental data in the same manner as in FC03.

FC13では、第2パラメータ設計部C03dは、FC12で取得した実験データを利用して、第2補償部C02bのFF補償器F2(s)に関する制御パラメータを調整する。例えば、第2パラメータ設計部C03dは、式(9)で表される評価関数J2(θ)の値を最小化するように、式(8)中のパラメータθを求める。この処理では、オペレータが操作をする必要はないが、後述のようにFF補償器F2(s)を表す伝達関数の次数を変更する場合には、オペレータが操作をしてもよい。 In FC13, the second parameter design unit C03d uses the experimental data acquired in FC12 to adjust the control parameters related to the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b. For example, the second parameter design unit C03d obtains the parameter θ in equation (8) so as to minimize the value of the evaluation function J2(θ) represented by equation (9). In this processing, the operator does not need to operate, but the operator may operate when changing the order of the transfer function representing the FF compensator F2(s) as described later.

FC14では、コントローラ2は、求められたパラメータ(LPFとHPFの遮断周波数、ρ、及びθ)をFF制御演算部C02に反映する。 In FC14, the controller 2 reflects the obtained parameters (LPF and HPF cutoff frequencies, ρ, and θ) in the FF control calculation unit C02.

なお、図6に示したフローチャートにおいて、低周波試験時に動作するFF補償器F1(s)の設計に関する処理FC06~FC09と、高周波試験時に動作するFF補償器F2(s)の設計に関する処理FC10~FC13は、実施する順番が逆でもよい。 In the flowchart shown in FIG. 6, the processing FC06 to FC09 for designing the FF compensator F1(s) that operates during the low frequency test and the processing FC10 to FC09 for designing the FF compensator F2(s) that operates during the high frequency test The FC13 may be performed in the reverse order.

上述の説明では、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)と第2補償部C02bのFF補償器F2(s)は、それぞれ式(6)と式(8)に示した2次遅れ系の伝達関数で表現されることを仮定していた。当然であるが、FF補償器F1(s)とFF補償器F2(s)は、2次遅れ系で表現されるものに限定されない。FF補償器の次数が上がるほど、式(7)と式(9)で表される評価関数の値を小さくできる可能性が高くなる。ただし、FF補償器の次数が大きいと、制御パラメータρとθを計算するための時間が増加するので、FF補償器の次数が必要以上に大きいのは望ましくない。 In the above description, the FF compensator F1(s) of the first compensator C02a and the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b have the second-order lags shown in equations (6) and (8), respectively. It was assumed to be expressed by the transfer function of the system. Naturally, the FF compensator F1(s) and the FF compensator F2(s) are not limited to those represented by second-order lag systems. As the order of the FF compensator increases, the possibility of reducing the value of the evaluation function represented by Equations (7) and (9) increases. However, if the order of the FF compensator is large, the time for calculating the control parameters ρ and θ increases, so it is not desirable to have the FF compensator with a larger order than necessary.

そこで、FF補償器F1(s)を設計する第1パラメータ設計部C03cと、FF補償器F2(s)を設計する第2パラメータ設計部C03dは、それぞれ、制御パラメータρと制御パラメータθを求めるのに伝達関数の次数を変更できるのが望ましい。 Therefore, the first parameter design unit C03c that designs the FF compensator F1(s) and the second parameter design unit C03d that designs the FF compensator F2(s) obtain the control parameter ρ and the control parameter θ, respectively. It is desirable to be able to change the order of the transfer function to

以下では、第1パラメータ設計部C03cが、第1補償部C02aのFF補償器F1(s)を表す伝達関数の次数を変更可能である構成の例を説明する。第2パラメータ設計部C03dも、第1パラメータ設計部C03cと同様な構成を取ることにより、第2補償部C02bのFF補償器F2(s)を表す伝達関数の次数を変更可能である。 An example of a configuration in which the first parameter design unit C03c can change the order of the transfer function representing the FF compensator F1(s) of the first compensator C02a will be described below. The second parameter design section C03d can also change the order of the transfer function representing the FF compensator F2(s) of the second compensator C02b by adopting the same configuration as the first parameter design section C03c.

図7は、図6に示したフローチャートの処理FC09(第1パラメータ設計部C03cがFF補償器F1(s)の制御パラメータを調整する処理)において、FF補償器F1(s)を表す伝達関数の次数を変更可能な処理のフローチャートを示す図である。 FIG. 7 shows the transfer function representing the FF compensator F1(s) in the process FC09 (the process in which the first parameter design unit C03c adjusts the control parameters of the FF compensator F1(s)) in the flowchart shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of processing that can change the order;

FC09aで、第1パラメータ設計部C03cは、評価関数J1(ρ)の値を最小化する最適化計算を行い、初期設定での次数でFF補償器F1(s)に関する制御パラメータρを調整する。初期設定での次数は、式(6)に示したような2次遅れでもよく、1次遅れでもよい。 In FC09a, the first parameter design unit C03c performs optimization calculation to minimize the value of the evaluation function J1(ρ), and adjusts the control parameter ρ related to the FF compensator F1(s) with the default order. The order in the initial setting may be a second-order lag as shown in equation (6) or a first-order lag.

FC09bで、コントローラ2は、FC09aで求められた制御パラメータρでの結果を操作端末10に表示する。例えば、コントローラ2は、FC09aで求められた制御パラメータρで得られた評価関数J1(ρ)の値や、FC09aで求められた制御パラメータρを用いて実行した、振動試験の予測シミュレーションで得られた応答を、操作端末10のGUIに表示する。 In FC09b, the controller 2 displays on the operation terminal 10 the result of the control parameter ρ obtained in FC09a. For example, the controller 2 uses the value of the evaluation function J1(ρ) obtained with the control parameter ρ obtained in FC09a and the value of the evaluation function J1(ρ) obtained in the predictive simulation of the vibration test executed using the control parameter ρ obtained in FC09a. The response received is displayed on the GUI of the operation terminal 10 .

FC09cで、オペレータは、操作端末10のGUIに表示された結果を見て、FF補償器F1(s)が要求性能を達成できているか否かを判断する。例えば、評価関数J1(ρ)の値が十分に0(ゼロ)に近い(または、評価関数J1(ρ)の値が閾値未満である)場合には、オペレータは、FF補償器F1(s)が要求性能を達成できていると判断する。要求性能が達成されているとオペレータが判断した場合には、FC09の処理を終了する。要求性能が未達であるとオペレータが判断した場合には、FC09dに遷移する。 In FC09c, the operator looks at the results displayed on the GUI of the operation terminal 10 and determines whether or not the FF compensator F1(s) has achieved the required performance. For example, when the value of the evaluation function J1(ρ) is sufficiently close to 0 (or the value of the evaluation function J1(ρ) is less than the threshold value), the operator selects the FF compensator F1(s) has achieved the required performance. If the operator determines that the required performance has been achieved, the processing of FC09 is terminated. If the operator determines that the required performance has not been achieved, the process transitions to FC09d.

FC09dで、第1パラメータ設計部C03cは、FF補償器F1(s)の次数を増加させる。例えば、オペレータが、操作端末10を操作し、コントローラ2に予め保存されていた伝達関数の中から、必要な次数を持つ伝達関数を選択することで、第1パラメータ設計部C03cは、FF補償器F1(s)の次数を増やすことができる。例えば、FC09cにて要求性能が未達であると判断されたときのFF補償器F1(s)の次数が2であれば、第1パラメータ設計部C03cは、FF補償器F1(s)の伝達関数を式(10)のように3次遅れ系の伝達関数で表現し、式(10)中のパラメータρ0~ρ6を調整する。 In FC09d, the first parameter design unit C03c increases the order of the FF compensator F1(s). For example, the operator operates the operation terminal 10 and selects a transfer function having a required order from the transfer functions stored in advance in the controller 2, so that the first parameter design unit C03c can perform the FF compensator The order of F1(s) can be increased. For example, if the order of the FF compensator F1(s) is 2 when FC09c determines that the required performance is not achieved, the first parameter design unit C03c transfers the FF compensator F1(s) The function is expressed by a transfer function of a third-order delay system as in Equation (10), and the parameters ρ0 to ρ6 in Equation (10) are adjusted.

Figure 0007240340000010
Figure 0007240340000010

FF補償器F1(s)の伝達関数の制御パラメータの数は、FF補償器F1(s)が式(6)の2次遅れ系の伝達関数で表現されているとρ0~ρ4の5つであるが、FF補償器F1(s)が式(10)の3次遅れ系の伝達関数で表現されているとρ0~ρ6の7つである。このため、FF補償器F1(s)は、パラメータ数の増加により最適化計算(評価関数J1(ρ)の値を最小化する計算)の時間が増加するが、高い自由度の応答を実現できる。 The number of control parameters for the transfer function of the FF compensator F1(s) is five, ρ0 to ρ4, if the FF compensator F1(s) is represented by the transfer function of the second-order delay system of Equation (6). However, if the FF compensator F1(s) is represented by the transfer function of the third-order delay system of Equation (10), there are seven ρ0 to ρ6. For this reason, the FF compensator F1(s) increases the optimization calculation time (calculation to minimize the value of the evaluation function J1(ρ)) due to an increase in the number of parameters, but can realize a response with a high degree of freedom. .

FC09eで、第1パラメータ設計部C03cは、FC09aでの処理と同様に、評価関数J1(ρ)の値を最小化する最適化計算を行い、増加させた次数でFF補償器F1(s)に関する制御パラメータρを調整する。前述の通り、FC09eでは、FC09aよりも多くの計算時間を要する。FC09eで制御パラメータρが求められたら、FC09bに戻る。 In FC09e, the first parameter design unit C03c performs optimization calculations to minimize the value of the evaluation function J1(ρ) in the same manner as in FC09a, Adjust the control parameter ρ. As described above, FC09e requires more computation time than FC09a. After the control parameter ρ is obtained in FC09e, the process returns to FC09b.

FC09bで、コントローラ2は、次数を増加させる前と増加させた後について、制御パラメータρで得られた評価関数J1(ρ)の値や、制御パラメータρを用いて実行した、振動試験の予測シミュレーションで得られた応答を、操作端末10のGUIに表示する。オペレータは、操作端末10のGUIに表示された、次数を増加させる前後の結果を比べて、FF補償器F1(s)が要求性能を達成できているか否かを判断する。 In FC09b, the controller 2 performs predictive simulation of the vibration test executed using the value of the evaluation function J1(ρ) obtained with the control parameter ρ and the control parameter ρ before and after the order is increased. is displayed on the GUI of the operation terminal 10 . The operator compares the results before and after increasing the order displayed on the GUI of the operation terminal 10 to determine whether the FF compensator F1(s) has achieved the required performance.

FC09bからFC09eの処理を複数回繰り返すと、次数を増加させても、操作端末10のGUIに表示された、次数を増加させる前後の結果が、ほぼ一致するようになる。このような結果が得られた場合は、それ以上次数を増加させても、FF補償器F1(s)の制御性能が向上する見込みは低い。このため、コントローラ2は、次数を増加させる前後の結果が一致したら、結果が一致したことをオペレータに通知する機能を備えていることが望ましい。 When the processing from FC09b to FC09e is repeated a plurality of times, even if the degree is increased, the results displayed on the GUI of the operation terminal 10 before and after increasing the degree almost match. If such a result is obtained, it is unlikely that the control performance of the FF compensator F1(s) will be improved even if the order is further increased. Therefore, it is desirable that the controller 2 has a function of notifying the operator that the results match when the results before and after increasing the order match.

実施例1と実施例2による振動試験装置では、FB制御演算部C01が適切に設計されており、所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足することを前提としていた。オペレータが制御調整に精通していれば、このようなFB制御を容易に設計できる。しかし、オペレータが非熟練者の場合には、FB制御の調整に多くの工数と時間を必要とすることが予想される。 In the vibration test apparatuses according to the first and second embodiments, the FB control calculation unit C01 is appropriately designed, and it is assumed that the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2. If the operator is familiar with control adjustment, such FB control can be designed easily. However, if the operator is an unskilled person, it is expected that many man-hours and time will be required to adjust the FB control.

本発明の実施例3による振動試験装置は、この課題を解消するために、所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足するようにFB制御演算部C01を設計する構成を備える。 In order to solve this problem, the vibration test apparatus according to the third embodiment of the present invention has a configuration in which the FB control calculation section C01 is designed so that the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2.

図8は、本実施例による振動試験装置におけるコントローラ2の機能ブロック図である。本実施例でのコントローラ2は、実施例2でのコントローラ2(図4)において、制御応答調整部C03に第4パラメータ設計部C03eが加わった構成を備える。 FIG. 8 is a functional block diagram of the controller 2 in the vibration test apparatus according to this embodiment. The controller 2 of the present embodiment has a configuration in which a fourth parameter design section C03e is added to the control response adjustment section C03 in the controller 2 (FIG. 4) of the second embodiment.

第4パラメータ設計部C03eは、センサ信号取得装置2bから、振動試験装置による実験で得られたセンサS01~S05bの検出値(応答波形)を取得し、この検出値を用いてFB制御演算部C01の制御パラメータ(例えば、PID制御の各ゲイン)を調整する。FB制御演算部C01は、この制御パラメータを用いてフィードバック制御を行う。 The fourth parameter design unit C03e acquires the detection values (response waveforms) of the sensors S01 to S05b obtained in the experiment using the vibration test device from the sensor signal acquisition device 2b, and uses the detection values to obtain the FB control calculation unit C01. control parameters (for example, each gain of PID control). The FB control calculation unit C01 performs feedback control using this control parameter.

以下、第4パラメータ設計部C03eの処理について、簡単に説明する。 The processing of the fourth parameter design unit C03e will be briefly described below.

第4パラメータ設計部C03eは、第1パラメータ設計部C03cや第2パラメータ設計部C03dと同様に、既存のデータ駆動制御を利用して最適制御設計を実行する。具体的には、第4パラメータ設計部C03eは、FB制御演算部C01のPID制御のパラメータを、評価関数の値を最小化することで調整し、ω1≦ωp≦ω2となる所定周波数ωpを求める。 The fourth parameter designing unit C03e executes optimal control design using existing data-driven control, like the first parameter designing unit C03c and the second parameter designing unit C03d. Specifically, the fourth parameter design unit C03e adjusts the parameters of the PID control of the FB control calculation unit C01 by minimizing the value of the evaluation function, and obtains the predetermined frequency ωp that satisfies ω1≦ωp≦ω2. .

FB制御演算部C01が式(11)のようなPID制御で構成されていると、第4パラメータ設計部C03eは、比例ゲインKp、積分ゲインKi、及び微分ゲインKdのそれぞれを、データ駆動制御を利用して設計する。式(11)中のηは、微分時間に関するパラメータである。 When the FB control calculation unit C01 is configured by PID control as in Equation (11), the fourth parameter design unit C03e sets each of the proportional gain Kp, the integral gain Ki, and the differential gain Kd by data-driven control. Use and design. η in equation (11) is a parameter relating to the differential time.

Figure 0007240340000011
Figure 0007240340000011

第4パラメータ設計部C03eは、データ駆動制御に利用する理想応答ydが望みの周波数特性を持つように伝達関数Gdes(s)を設計し、式(12)で表される評価関数J3(K)を最小化するように各ゲインを算出する。 The fourth parameter design unit C03e designs the transfer function Gdes(s) so that the ideal response yd used for data-driven control has desired frequency characteristics, and the evaluation function J3(K) expressed by Equation (12): Each gain is calculated so as to minimize

Figure 0007240340000012
Figure 0007240340000012

Figure 0007240340000013
Figure 0007240340000013

式(12)において、Kはゲインをまとめたベクトルを意味し、K=[Kp,Ki,Kd]である。理想応答の伝達関数Gdes(s)は、実用上、式(14)のように設計すると、多くの場合に所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足する。 In equation (12), K means a vector of gains, and K=[Kp, Ki, Kd]. Practically, when the transfer function Gdes(s) of the ideal response is designed as in Equation (14), the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2 in many cases.

Figure 0007240340000014
Figure 0007240340000014

第4パラメータ設計部C03eは、所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足するようにFB制御演算部C01を設計するため、図6のFC02とFC03での処理と同様に、広域周波数の試験パターンでの振動実験で得られたデータを利用することが望ましい。このようにすると、FB制御演算部C01の設計に必要な実験データを新たに取得する必要がないため、オペレータの負担が増えないという利点がある。 The fourth parameter design unit C03e designs the FB control calculation unit C01 so that the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2. It is desirable to use data obtained from vibration experiments at In this way, there is no need to acquire new experimental data necessary for designing the FB control calculation unit C01, so there is an advantage that the burden on the operator does not increase.

第4パラメータ設計部C03eは、フィードバック制御のみを行う閉ループ系のボード線図が図12に示す特性を満足するように(例えば、所定周波数ωpがω1≦ωp≦ω2を満足するように)、FB制御演算部C01の制御パラメータを調整する。このため、第4パラメータ設計部C03eの処理は、フィードフォワード制御のパラメータを調整する第1パラメータ設計部C03cと第2パラメータ設計部C03dの処理よりも先に実行される必要がある。 The fourth parameter design unit C03e adjusts the FB so that the Bode diagram of a closed loop system that performs only feedback control satisfies the characteristics shown in FIG. 12 (for example, the predetermined frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2). Adjust the control parameters of the control calculation unit C01. Therefore, the processing of the fourth parameter designing unit C03e needs to be executed prior to the processing of the first parameter designing unit C03c and the second parameter designing unit C03d that adjust the parameters of the feedforward control.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, the above embodiments have been described in detail in order to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to aspects having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or to add or replace another configuration.

1…加振目標生成装置、2…コントローラ、2a…制御指令演算装置、2b…センサ信号取得装置、3…サーボアンプ、4…サーボバルブ、5…油圧源、6…油圧シリンダ、7…油圧ピストン、8…カップリング、9…テーブル、10…操作端末、11…加振部、C01…FB制御演算部、C02…FF制御演算部、C02a…第1補償部、C02b…第2補償部、C02c…動作切替部、C02d…スイッチ、C02e…波形判断部、C03…制御応答調整部、C03a…周波数応答解析部、C03b…第3パラメータ設計部、C03c…第1パラメータ設計部、C03d…第2パラメータ設計部、C03e…第4パラメータ設計部、S01…温度センサ、S02a、S02b…流量センサ、S03…速度センサ、S04…変位センサ、S05a、S05b…圧力センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vibration target generation apparatus, 2... Controller, 2a... Control command calculation apparatus, 2b... Sensor signal acquisition apparatus, 3... Servo amplifier, 4... Servo valve, 5... Hydraulic source, 6... Hydraulic cylinder, 7... Hydraulic piston , 8... coupling, 9... table, 10... operation terminal, 11... vibration unit, C01... FB control calculation unit, C02... FF control calculation unit, C02a... first compensation unit, C02b... second compensation unit, C02c ... operation switching section, C02d ... switch, C02e ... waveform determination section, C03 ... control response adjustment section, C03a ... frequency response analysis section, C03b ... third parameter design section, C03c ... first parameter design section, C03d ... second parameter Design part, C03e... Fourth parameter design part, S01... Temperature sensor, S02a, S02b... Flow rate sensor, S03... Speed sensor, S04... Displacement sensor, S05a, S05b... Pressure sensor.

Claims (4)

目標波形を生成する加振目標生成装置と、
センサ信号取得装置を備えるとともに、前記目標波形を入力するコントローラと、
前記コントローラから出力された指令に従って試験対象を加振する加振部と、
前記加振部に備えられたセンサと、
を備え、
前記コントローラは、
前記目標波形と、前記センサ信号取得装置が前記センサから取得した応答波形との差に基づいて制御入力を計算するフィードバック制御演算部と、
前記目標波形のみに基づいて制御入力を計算するフィードフォワード制御演算部と、
を備え、
前記フィードフォワード制御演算部は、
ゲインを増加させずに位相を進めることができる周波数ωp以下の周波数に対して動作する第1補償部と、
ゲインが0dBとなる周波数で、高周波試験で使用される最低周波数ω2以上の周波数に対して動作する第2補償部と、
を備える、
ことを特徴とする振動試験装置。
a vibration target generation device that generates a target waveform;
a controller that includes a sensor signal acquisition device and inputs the target waveform;
a vibrating unit that vibrates the test object according to a command output from the controller;
a sensor provided in the vibrating unit;
with
The controller is
a feedback control calculation unit that calculates a control input based on a difference between the target waveform and a response waveform obtained from the sensor by the sensor signal obtaining device;
a feedforward control calculation unit that calculates a control input based only on the target waveform;
with
The feedforward control calculation unit is
a first compensating unit that operates for a frequency equal to or lower than the frequency ωp that can advance the phase without increasing the gain;
a second compensator that operates at a frequency at which the gain is 0 dB and that is equal to or higher than the lowest frequency ω2 used in the high frequency test;
comprising a
A vibration test apparatus characterized by:
前記コントローラは、前記フィードフォワード制御演算部の制御パラメータを調整する制御応答調整部を備え、
前記フィードフォワード制御演算部は、前記目標波形の周波数に応じて前記第1補償部と前記第2補償部の動作を切り替える動作切替部を備え、
前記制御応答調整部は、
前記応答波形を用いて前記試験対象の周波数応答を解析し、前記周波数ωpを算出する周波数応答解析部と、
前記応答波形を用いて前記第1補償部の制御パラメータを調整する第1パラメータ設計部と、
前記応答波形を用いて前記第2補償部の制御パラメータを調整する第2パラメータ設計部と、
前記動作切替部が前記第1補償部と前記第2補償部の動作を切り替える周波数を、前記周波数ωpを用いて定める第3パラメータ設計部と、
を備える、
請求項1に記載の振動試験装置。
The controller includes a control response adjustment unit that adjusts control parameters of the feedforward control calculation unit,
The feedforward control calculation unit includes an operation switching unit that switches operations of the first compensation unit and the second compensation unit according to the frequency of the target waveform,
The control response adjustment unit is
a frequency response analysis unit that analyzes the frequency response of the test object using the response waveform and calculates the frequency ωp;
a first parameter design unit that adjusts a control parameter of the first compensator using the response waveform;
a second parameter design unit that adjusts a control parameter of the second compensator using the response waveform;
a third parameter design unit that determines, using the frequency ωp, a frequency at which the operation switching unit switches the operations of the first compensator and the second compensator;
comprising a
The vibration test apparatus according to claim 1.
前記制御応答調整部は、前記応答波形を用いて前記フィードバック制御演算部の制御パラメータを調整する第4パラメータ設計部を備え、
前記第4パラメータ設計部は、低周波試験で使用される最高周波数をω1とすると、前記周波数ωpがω1≦ωp≦ω2となるような前記フィードバック制御演算部の制御パラメータを求め、
前記第4パラメータ設計部の処理は、前記第1パラメータ設計部と前記第2パラメータ設計部の処理よりも先に実行される、
請求項2に記載の振動試験装置。
The control response adjustment unit includes a fourth parameter design unit that adjusts control parameters of the feedback control calculation unit using the response waveform,
The fourth parameter design unit obtains control parameters for the feedback control calculation unit such that the frequency ωp satisfies ω1≦ωp≦ω2, where ω1 is the highest frequency used in the low-frequency test,
The processing of the fourth parameter design unit is executed prior to the processing of the first parameter design unit and the second parameter design unit,
The vibration test apparatus according to claim 2.
前記コントローラに接続された操作端末を備え、
前記操作端末は、オペレータが入力した指令を前記コントローラに送信することと、前記コントローラの演算結果を表示することができ、
前記コントローラは、前記オペレータによる前記操作端末の操作によって、前記第1補償部を表す伝達関数と前記第2補償部を表す伝達関数の次数を、変更可能である、
請求項1に記載の振動試験装置。
An operation terminal connected to the controller,
The operation terminal is capable of transmitting commands input by an operator to the controller, and displaying calculation results of the controller,
The controller can change the order of the transfer function representing the first compensator and the order of the transfer function representing the second compensator by the operation of the operation terminal by the operator.
The vibration test apparatus according to claim 1.
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