JP7348977B2 - 変化するシステムパラメーターのリアルタイム補償を有する検査システム - Google Patents
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Description
(R1)被検体は、幾何学的な非線形性および材料の非線形性をもたらす幾何学的寸法および材料特性の変化を受ける;
(R2)荷重不足をもたらす制御要素間でのエネルギーの散逸;
(R3)過荷重又は制御不安定をもたらすシステムにエネルギーを加えるアクチュエーター構造の相互作用。
このシナリオでは、制御要素が所望の荷重を正確に与えることができるように、検査システムおよび被検体のダイナミクスを考慮することが重要である。
次に、この節では、下部アクチュエーター506によって被検体502に印加される様々な動的擾乱が存在する場合に上部アクチュエーター504によって被検体502に所望の荷重を印加する表3に列挙した制御方式の性能を示す。表4は、擾乱荷重ケース(上部アクチュエーター504が、平均2.0kN、振幅0.5kNおよび周波数0.25Hzを有する定速度の低速の周期的荷重を印加することが必要とされている間、下部アクチュエーターによって印加されるSED1)のパラメーターを示している。各検査ケースの結果は、2つのグラフの組に要約されている(例えば、図7は、下部アクチュエーター506によって印加される外乱SED1の時間履歴を表し、図8A~図8Cは、それぞれ、外乱SED1が存在する場合の所望の静的な周期的荷重を制御する際の上部アクチュエーター504に関する制御方式1(図8A)、制御方式2(図8B)、および制御方式3(図8C)の性能を示している)。ここでも、破線および点線を用いた図8A(a)、図8B(a)、8C(a)におけるプロットは、それぞれ荷重コマンドおよび荷重フィードバックを表し、図8A(b)、図8B(b)、8C(b)は、上部アクチュエーター504の変位フィードバックを表している。様々な動的擾乱が存在する場合に所望の静的荷重を印加する際の提案した実施形態の有効性は、従来技術よりも優れていることがわかる。以下に示す表4は、下部アクチュエーターに課される擾乱荷重ケースを提供する。
次に、この節では、本質的に動的な外乱が存在しない場合および存在する場合における被検体502に対する上部アクチュエーター504による動的な周期的荷重を制御する際の提案した制御方式の有効性の実証を検討する。ここでの目的は、被検体の幾何特性および材料特性が外乱に起因して変化するときであっても、高い忠実度で所望の荷重を制御する際の慣性および散逸に起因した荷重の影響を克服する本実施形態の有効性を示すことである。
繰り返しになるが、この節では、外乱が存在しない場合における動的な周期的荷重を制御する際の制御方式1~3の性能を検討する。プロットの詳細およびそれらの差異は同じままである。以下の表5は、制御方式1~3の有効性が検討される動的荷重ケース(DY1)を示している。図9A~図9Cは、それぞれ周波数3.0Hzを用いた動的荷重ケースDY1の制御方式1~3から取得された結果に対応する。レンジ1Hz~25Hzにわたって動的荷重を制御する際にも、制御方式3を有する本発明が他の2つの制御方式よりも利点を有する。
この節では、擾乱荷重(下部アクチュエーター506による)が存在する場合の被検体502に対する所望の荷重(上部アクチュエーター504による)を制御する際の制御方法1~3の性能を比較する。荷重ケース(DED1)は、表6(以下に示す)に要約されている。この荷重ケースに対応する結果は、2つの図の組に表示されている。例えば、荷重ケースDED1の場合、最初の図(図10)は、下部アクチュエーター506からの擾乱の時間履歴に対応し、残りの3つの図(図11A~図11C)は、それぞれ制御方法1~3によって制御された所望の荷重の時間履歴に対応する。図11D~図11Fは、図11A~図11Cのウィンドウ内のズームに対応する。これらの図から、動的な状況下では、制御の質および所望の荷重制御波形をレンダリングする忠実度の利点が本発明の使用によって得られることを結論付けることができる。以下の表6は、外乱が存在する場合の上部アクチュエーター504に課される動的荷重ケースを提供する。
図12は、提案した制御方式が、航空機翼型梯子構造物に対する荷重のシミュレーションを実証するために実施される検査リグを示し、カンチレバー翼構造物上の分散した荷重は、同時に印加され、複数のアクチュエーターを用いて制御される。検査リグは、アクチュエーター1~8と、Tスロットベッド9と、翼構造物が堅固に接続された支持柱10と、長手方向の3つのI型ビームおよび横手方向の9つのC型ビームから組み立てられた翼構造物11とを備える。図13は、分散した荷重を制御された方法で同時に印加することによる翼構造物に対する所望の荷重のシミュレーションにおける提案した制御方式の有効性を示している。印加される分散した荷重の詳細は、表7に示されている。
a.計算されたサーボ出力の主要な成分を用いて、予想システム応答を連続的に予測すること。
b.制御対象以外のフィードバックの測定を必要としない。例えば、荷重制御の場合、位置フィードバックの測定は必要とされない。
c.予測システム応答の計算は、システムの複雑な数値モデルを必要としない。
d.サーボ制御に必要とされる全ての計算は、問題になっているチャネルに限定される。これによって、(i)各アクチュエーターの変位を測定することのないマルチチャネル荷重制御検査(例えば、飛行荷重のマルチアクチュエーター航空機翼検査)と、(ii)力の測定も圧力の測定も必要としない多軸加振台検査(例えば、剛性のようなシステムパラメーターを測定する、地震荷重を受けた土木構造物の検査)とが可能になる。
e.予測システム応答関数は、追加の測定パラメーター(制御フィードバック以外)も、その微分も含まないので、サーボ制御のレンダリング品質は、そのようなフィードバックチャネルの信号雑音の影響を受けない。これは、特に検査周波数が高いほど重要である。
f.サーボ出力補正は、予測応答特性に基づいているので、制御とフィードバックとの間の位相遅れを、従来のPIDF方式のようにフィードフォワード方式に依拠することなく除去することができる。
g.予測システム応答計算は、これに限定されるものではないが瞬時のシステム剛性を含むパラメーターを考慮するので、本方式は、位置波形忠実度を改善し位相遅れを除去することによって、位置制御の下でもサーボ応答を改善することができる。
h.これは、本質的に、システム応答の連続的な変化を考慮し、それによって、手動の調節を冗長とすることが可能な自動調節システムである。
i.予測システム応答追従を通じてサーボ応答のレイテンシーを実質上除去することによって、航空機構造物のフルスケール検査の場合のように、マルチチャネルサーボ制御システムにおける最大検査周波数のかなりの増加が可能になる。
9 Tスロットベッド
10 支持柱
11 翼構造物
100 検査システム
200 検査システム
300 検査システム
302 被検体
304 加算結合部
306 コントローラー
308 駆動ユニット
310 アクチュエーター
406 アクチュエーター
500 検査システム
502 被検体
504 上部アクチュエーター
506 下部アクチュエーター
508 圧縮プレート
510 圧縮プレート
512 力センサーおよび変位センサー
Claims (9)
- 被検体を検査する検査システムであって、
制御された所望の荷重を被検体に印加するアクチュエーターと、
前記アクチュエーターに接続された駆動ユニットと、
前記駆動ユニットに接続されたコントローラーであって、前記被検体から受信されたフィードバックと、入力コマンドと前記フィードバックとの間で導出された誤差とに基づいて前記駆動ユニットの駆動信号を生成するコントローラーと、
を備え、
前記コントローラーは、
前記入力コマンドと、被検体から受信されたフィードバックとに基づいて誤差を求め、
前記誤差を用いることによって、比例利得、積分利得、フィードバック微分利得及びフィードフォワード利得を計算し、
前記比例利得、前記積分利得、前記フィードバック微分利得及び前記フィードフォワード利得に基づいて第1の出力を計算し、
前記第1の出力及び前記フィードバックに基づいて予測システム応答パラメーターを計算し、
前記予測システム応答パラメーター及び前記第1の出力に基づいて第2の出力を計算し、
前記第2の出力を処理して、処理された出力を取得し、
前記積分利得、ディザー成分及び前記処理された出力に基づいて前記駆動信号を生成するように構成されている検査システム。 - 前記アクチュエーターは、
前記被検体に対して前記制御された所望の荷重を印加する上部アクチュエーターと、
前記被検体の変位を変化させることによって外乱を生み出す下部アクチュエーターと、
を含む、請求項1に記載の検査システム。 - 前記上部アクチュエーターは、前記下部アクチュエーターに支持された前記被検体に対する荷重制御の有効性を確認するのに用いられる力センサー及び変位センサーの双方を搭載し、前記下部アクチュエーターは、ストローク制御下で独立に動作して、前記上部アクチュエーターによって感知されるランダムに可変のシステム剛性をシミュレーションする、請求項2に記載の検査システム。
- 前記上部アクチュエーター及び前記下部アクチュエーターの自由端に接続された圧縮プレートを更に備え、前記被検体は、該圧縮プレートの間に配置される、請求項2に記載の検査システム。
- 変化する前記予測システム応答パラメーターは、
幾何学的寸法及び材料特性の変化を受ける前記被検体に起因して導入される第1のパラメーターと、
荷重不足をもたらす制御要素間でのエネルギーの散逸に起因して導入される第2のパラメーターと、
過荷重又は制御不安定をもたらすシステムにエネルギーを加える前記アクチュエーターの構造の相互作用に起因して導入される第3のパラメーターと、
を含む、請求項1に記載の検査システム。 - 前記コントローラーは、以下の式に基づいて第1の出力を計算するように適合され、
- 前記コントローラーは、前記第1の出力に基づいて以下の式を用いて予測システム応答パラメーターR(t)を計算するように適合され、
- 前記コントローラーは、前記予測システム応答パラメーターを用いて以下の式に基づいて第2の出力SC(t)を計算するように適合され、
- 前記コントローラーは、以下の式に基づいて前記駆動信号を生成するように適合され、
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