JPH01269109A - 加振レベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加振レベル制御装置に係り、特に、例えば機
械構造物等の振動特性を明らかにするために、これを振
動させるのに好適な振動台の加振レベル制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば特公昭５７−２７４８３号公報記
載のように、予め振動台制御系の伝達関数を求めておき
、この伝達関数の逆伝達関数を目標入力波形に掛け、入
力データを全部加工したもので振動台を加振することに
より、振動台制御系の伝達関数の影響を排除して目標入
力波形を正確に再現するようになっていた。

また、特公昭５１−３７５４７号公報記載のものは、正
弦波による加振に限定し、振動加速度の大きさに相当す
る直流電圧指令値と、振動台の加速度検出器の出力を直
流変換した直流電圧出力値とを比較し、その偏差により
振動台に与える正弦波入力信号レベルを調整するように
なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特公昭５７−２７４８３号公報記載の従来技術は、
予め求めた振動台制御系の逆伝達関数を、振動台で再現
しようとする目標入力波形に掛は合わせ、入力データを
全部加工しておく必要がある。このため、比較的データ
長の短い地震波（一般的に３０〜１２０秒程度）等には
現実的な方法であるが、次のような問題があった。

１、自動車の実走行時の振動波形のようにデータ長の長
い波形（例えば３０分〜１時間）で加振する場合は、こ
れに振動台制御系の逆伝達関数を掛は合わせた膨大な量
の入力データを取扱うことが必要となり、装置が大規模
化する。

２、被試験体が同じ場合でも目標入力波形を変えた場合
は、振動台制御系の逆伝達関数を掛は合わせ、入力デー
タを全部加工する工程が必要となり、多大な時間を必要
とする。

また、特公昭５１−３７５４７号公報記載の従来技術で
は、加振波形が正弦波に限定されていて、ランダム波、
地震波には適用できないものである。正弦波の場合でも
、基本波周波数成分に重畳する高次の周波数成分により
、波形が歪んだ場合は、設定精度が著しく低下するなど
の点について配慮されていなかった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、目標入力波形のデータ長や種類に影響
されること無く、振動台制御系の伝達関数の影響を排除
して目標入力波形を正確に再現する加振レベル制御装置
を提供することを、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る加振レベル制
御装置の構成は、加振波信号の入力回路系と、入力電流
によって振動台に変位を与える加振機を備えたサーボ系
と、前記振動台から計測される状態量を入力側にフィー
ドバックする回路とからなる振動台制御系により、振動
台の振動レベルを制御する加振レベル制御装置において
、振動台に与えるべき加振波信号を発生する入力波信号
発生器と、その加振波信号の入力部に設けたディジタル
フィルタと、上記振動台制御系の伝達関数を求める伝達
関数測定器と、その伝達関数測定器により求めた、ディ
ジタルフィルタの特性を含まない振動台制御系の伝達関
数から、前記ディジタルフィルタの特性を、前記伝達関
数の逆伝達関数と等価になるように調整するゲインコン
トローラとを設けたものである。

〔作用〕

上記の技術的手段による働きは次のとおりである。

加振波信号に係る入力波信号を、ディジタルフィルタを
介して振動台のサーボ系に与えた場合の振動台制御系の
伝達関数は、ディジタルフィルタの伝達関数とサーボ系
の伝達関数との積として表わされる。

したがって、まず初めに、ディジタルフィルタを介さず
に振動台を加振し、このときの振動台制御系の伝達関数
を伝達関数測定器により求める。

ディジタルフィルタの特性は、この求めた伝達関数の逆
伝達関数と等価となるようにゲインコントローラで設定
する。

その後は、入力波信号をこのディジタルフィルタを介し
て振動台のサーボ系に与えれば、目標入力波形のデータ
長や種類に無関係に振動台制御系の伝達関数の影響を排
除して目標入力波形を正確に再現することが可能となる
。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第５図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る振動試験機に
おける加振レベル制御装置の全体構成を示す系統図、第
２図は、その要部のブロック図、第３図は、第１図の装
置に用いられるディジタルフィルタの構成を示すブロッ
ク図である。各図において、同一符号のものは、同一部
分である。

第１，２図において、１は、油圧式振動試験機の振動台
で、この振動台１は１例えば、図示しないが静圧軸受を
使用した油圧浮上装置により支持され、被加振体を搭載
するものである。

２は、振動台１に変位を与える加振機、３は。

入力電流ｉによって加振機２に供給される油圧源４の圧
油の方向と流量とを制御するためのサーボ弁であり、こ
れらによって振動台制御系の要部となる電気油圧サーボ
系を構成している。

５は、振動台１に与えるべき加振波信号を発生する入力
波信号発生器（以下単に信号発生器という）、６は、加
振波信号入力部に設けたディジタルフィルタで、発生信
号をその周波数に応じてフィルタリングする機能のもの
で詳細は後述する。

１２は切換器、７は加算器、８はサーボ増幅器で、これ
らは入力回路系を構成するものである。

９は変位検出器、１０は速度検出器、１１は加速度検出
器、１３は速度フィードバックのゲイン調整部、１４は
加速度フィードバックのゲイン調整部で、これらは、振
動台１の変位、速度および加速度を入力回路側にフィー
ドバックするフィードバック回路を構成するものである
。

上記入力回路系、電気油圧サーボ系、およびフィードバ
ック回路系により、振動台の振動レベルを制御する振動
台制御系が構成されている。

１５は、振動台制御系の周波数応答特性に係る伝達関数
を求める伝達関数測定器、１６は、詳細を後述するゲイ
ンコントローラである。

振動台１の変位に対する指令は、信号発生器５により電
気信号ｘ　（ｔ）として与えら九、切換器１２により直
接またはディジタルフィルタ６を介してｙ　（ｔ）とし
て出力される。

一方、実際の振動台１の変位は、変位検出器９によって
電気信号として検出され、加算機７にフィードバックさ
れ基準入力ｘ　（ｔ）またはｙ（ｔ）と比較される。そ
の差は、制御偏差としてサーボ増幅器８に伝えられ、増
幅されたのちサーボ弁３に送られる。サーボ弁３では１
．この入力電流ｉによって加振機２に供給する油圧源４
の圧油の方向と流量とを制御するので、振動台１は制御
偏差が小さく−なる方向に動かされる。

さらに、変位フィードバックのほかに、特性改善用とし
て振動台１の速度を速度検出器１０で、加速度を加速度
検出器１１で各々検出し、加算器７にフィードバックし
ている。

伝達関数測定器１５は、振動台１に対する基準入力ｘ　
（ｔ）と変位検出器９の出力信号Ｃ（ｔ）とを取込み、
２つの信号間の伝達関数Ｇｋ（ω）を求める。

この伝達関数ａｈ（ω）は、ゲインコントローラ１６に
送られ、そこでその逆伝達関数Ｇｋ−１（ω）を求める
。ゲインコントローラ１６は、ディジタルフィルタ６の
特性Ｈ（ω）をこの逆伝達関数Ｇ、−１（ω）に近似さ
せるように設定する。

第３図は、ディジタルフィルタ６の動作原理を説明する
ブロック図である。

信号発生器５からディジタルフィルタ６に入力される加
振波信号の加振波形ｘ　Ｄ）は、　Ａ／Ｄ変変変器換器
６２ィジタル量の入力信号ｘ　（ｎ）に変換され、トラ
ンスバーサル（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ）フィルタと呼
ばれる直接型ファイナイト　インパルス　レスポンス（
Ｆｉｎｉｔｅ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ）フ
ィルタ（Ｆ　Ｉ　Ｒフィルタ）６０で次式に基づく演算
を行い１周波数特性に係る出力信号を決める。

ｙ　（ｎ）　＝：　　ｈｂ−ｘ　（ｎ−ｉ）　　　　　
・＝（１）１＝０ 第４図は、ディジタルフィルタのＦＩＲフィルタにおけ
る演算処理を示すフロー図である。

第４図において、ｚ−１は単位遅延、ｘ　（ｎ）は入力
信号、　ｙ　（ｎ）は出力信号、そしてｈｉ（ｉ＝０〜
Ｎ−１なる正整数）はフィルタ係数（一般に実数）であ
る。

このように演算処理された出力信号ｙ　（ｎ）は、第３
図に示すＤ／Ａ変換器６３でアナログ信号ｙ　（ｔ）に
変換し出力される。

なお、入力部のアナログＬ　Ｐ　Ｆ　（Ｌｏｗ　Ｐａｓ
’５Ｆｉｌｔｅｒ）　６１は、ＡＤ変換時のアンチェイ
リアス用であり、出力部のアナログＬＰＦ６４は、ＤＡ
変換時のエイリアスを除くものである。

また、制御部６５は、ゲインコントローラ１６からの指
令で、（１）式のフィルタ係数ｈ１を設定するものであ
る。

次に、このような加振レベル制御装置の動作を説明する
。

まず、振動台１に被加振体を搭載した状態で、切換器１
２を信号発生器５の出力（加振波信号）ｘ　（ｔ）側に
し、直接加算器７に入力して加振する。このとき、伝達
関数測定器１５は、ｘ　（ｔ）と振動台１の変位出力ｅ
　（ｔ）とを取込み、この間の伝達関数０１（ω）を求
める。

ゲインコントローラ１６は、ディジタルフィルタ６の特
性Ｈ（ω）を０１（ω）の逆伝達関数０ｌ−１（ω）に
近似するように設定する。この後、切換器１２をディジ
タルフィルタ６の出力ｙ（ｔ）側に設定すれば、信号発
生器５からの加振波信号（加振波形の目標波形）　ｘ　
（ｔ）は、常にディジタルフィルタ６を介して振動台の
サーボ系に入力される。

したがって、加振波信号による目標波形ｘ（ｔ）。

この目標波形がディジタルフィルタ６を経た波形の出力
ｙ（ｔ）、および振動台１の変位出力信号すなわち応答
波形Ｃ（ｔ）のそれぞれのフーリエ変換をＸ（ω）、Ｙ
（ω）、およびＣ（ω）とすれば、次の関係が成り立つ
。

Ｙ（ω）＝Ｇｘ−’（ω）・Ｘ（ω）　　　　　　　−
（２）Ｃ（ω）　−Ｇｌ（ω）・Ｙ（ω）　　　　　　
　・・・（３）−・−Ｃ（ω）＝Ｇｘ（ω）・Ｇｔ−’
（ω）・Ｘ（ω）＝Ｘ（ω）−（４）すなわち、応答波
形Ｃ（ｔ）は、振動台サーボ系の伝達関数Ｇｌ（ω）の
影響を排除して、目標波形ｘ　（ｔ）を正確に再現でき
る。

このように本実施例の加振レベル制御装置によれば、試
加振により求めた振動台サーボ系の伝達関数の逆伝達関
数をディジタルフィルタで近似し、目標波形ｘ　（ｔ）
はこれを介してサーボ系に入力するので、この伝達関数
の影響を排除して目標入力波形を正確に再現できる。さ
らに、逆伝達関数は、ディジタルフィルタが近似するた
め、予め入力データを加工しておく工程が不要となり、
装置の規模が目標入力波形のデータ長に影響されること
も無く、波形の種類に影響されることも無くなり、制御
性能および操作性が向上するなど、その効果は大なるも
のがある。

次に、本発明の他の実施例を第５図を参照して説明する
。

第５図は、本発明の他の実施例に係る加振レベル制御装
置に用いるビジュアル装置の表示画面の一例を示す図で
ある。

第５図（ａ）では、ディジタルフィルタ６を介さない振
動台サーボ系の伝達関数０１（ω）を実線、ディジタル
フィルタ６で近似したこれの逆伝達関数Ｇｌ−Ｑω）を
破線で示し、第５図（ｂ）では、目標入力波形ｘ　（ｔ
）をディジタルフィルタ６を介しサーボ系に入力したと
きの伝達関数ａｚ（ｃｖ）を示している。

ゲインコントローラ１６に、視覚表示手段に係るビジュ
アル装置を設け、第Ｓ図に示すように、ディジタルフィ
ルタ６をＧｌ−’（ω）に近似し、この合成した伝達関
数Ｇｚ（ω）を表示すれば、このディジタルフィルタ６
を介して加振したときの特性が事前に視覚によって確認
でき、近似計算時のエラーや近似度も把握することが可
能となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、目標入力波形のデ
ータ長や種類に影響されることなく、振動台制御系の伝
達関数の影響を排除して目標入力波形を正確に再現する
加振レベル制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る振動試験機における
加振レベル制御装置の全体構成を示す系統図、第２図は
、その要部のブロック図、第３図は、第１図の装置に用
いられるディジタルフィルタの構成を示すブロック図、
第４図は、ディジタルフィルタの演算処理を示すフロー
図、第５図は、本発明の他の実施例に係る加振レベル制
御装置に用いるビジュアル装置の表示画面の一例を示す
図である。 １・・・振動台、２・・・加振機、３・・・サーボ弁、
５・・・信号発生器、６・・・ディジタルフィルタ、９
・・・変位検出器、１０・・・速度検出器、１１・・・
加速度検出器、１５・・・伝達関数測定器、１６・・・
ゲインコントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加振波信号の入力回路系と、入力電流によつて振動
   台に変位を与える加振機を備えたサーボ系と、前記振動
   台から計測される状態量を入力側にフィードバックする
   回路とからなる振動台制御系により、振動台の振動レベ
   ルを制御する加振レベル制御装置において、 振動台に与えるべき加振波信号を発生する入力波信号発
   生器と、 その加振波信号の入力部に設けたディジタルフィルタと
   、 上記振動台制御系の伝達関数を求める伝達関数測定器と
   、 その伝達関数測定器により求めた、ディジタルフィルタ
   の特性を含まない振動台制御系の伝達関数から、前記デ
   ィジタルフィルタの特性を、前記伝達関数の逆伝達関数
   と等価になるように調整するゲインコントローラとを 設けたことを特徴とする加振レベル制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ゲイン
   コントローラは、ディジタルフィルタの特性を最適値に
   調整したのちの振動台制御系への特性を、あらかじめ表
   示しうる視覚表示手段を備えたことを特徴とする加振レ
   ベル制御装置。