JPH02148102A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、例えば材料試験機の制ｉ’ＪＭ装胃に係り
、特に、試験片に所定の負荷を作用させるための電気油
圧サーボＲ横の負帰還側ｉ２−に関する。

［１，従来技術 従来、この種の制ｉ２１装置は、制御精度を向上さ・Ｕ
る観点から、基本的にはＰＩＤ（比例・積分・微分）制
ｉｌｌを行っている。第５図は、従来装置の概略構成を
示した制御ｎブロック図である。

即ち、従来の制御装置は、Ｐ　Ｉ　Ｄ　１ｌｊ１１２置
部ｌと、ｌｉｔ記ＰＩＤ制’＋１１部ｌからの操作１ｉ
ｖに基づいて試験ハ（図示せず）に所定の荷重を負荷す
る油圧アクチュエータ２と、前記試験片に作用する荷１
１を検出するロードセルのような荷重検出２１３とが縦
列ＩＩ続された構成になっている。荷重検出器３の検出
信号である制１７１ｆｆｉｃは帰還されて差分回ｒＢ４
に負人力として与えられる。差分回路４には、正入力と
して設定信号１が与えられる。差分回路４は、設定信号
１と制御ｆｆ１Ｃとの差分信号ｅをＩ）　ＩＤ制御３１
部Ｉに出力すル、ソシテ、ＰＩＤ制御ｎ部ｌは、前記差
分信号ｅが零になるような操作１ｉｖを決定してアクチ
ュエータ２に出力する。このようにして、設定信号１に
応じた荷重が試験片に負荷される。

Ｃ０発明が解決しようとするｉ！ＫＢ しかしながら、上述した従来装置には次のような問題点
がある。

−７３１に、この種の制御装置は、高周波域において、
信号レベルの低下があるため、設定信号１として、例え
ば地震波形や橋脚の振動波形などのように高周波成分を
含む信号を用いた場合に、高周波域での制御精度を＆書
保することができないという問題点がある。

高周波域での制御精度を上げるために、ＰＩＤ制御部ｌ
の微分（Ｄ）係数を大きく設定することも考えられるが
、そうすると制御Ｉ系が雑音の影響を受けやすくなると
いう別異の問題点が生じる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、ＰＩＤ制御部の微分係数を大きく設定することな
く、高周波域での制御ｌｌ精度を向上させることができ
る制御２１装置を提供することを１」的としている。

０８課題を解決するための手段 −ｍに、この種の制御系は、第２図に示すような、３次
以上の遅れ要素を持っている。このような制御系は、時
間遅れτを持つ制ｊｎ系と等価と考えられる。この発明
は、このような制ｉｌｌ系の等価的な時間遅れτを利用
して、高周波域での制１２１ｔｆｆ度を向上させている
。

以下、第１図を参照して、この発明の詳細な説明する。

即ら、この発明は、制御対象の物理量を検出する検出器
Ａの出力を制１１１ｆｆｔｃとし、この制１１ｆｆｉｃ
と設定信号１との差分（３号ｅをＰＩＤＩＩｊ１１部Ｂ
に与えることに基づき、設定信号ムに応じて制御２１対
象の物理量が変化するように制御操作手段Ｃを制御する
装置において、現在の制御量Ｃの変化速度成分ＣＳを求
める第１処理手段りと、制御系の等価的な遅れ時間に相
当する期間にわたり設定信号の速度成分Ｉｓ’を保持す
る第２処理手段Ｅと、現在の設定信号の速度成分ＩＳを
求める第３処理手段Ｆと、前記現在の制御量の速度成分
ｃｓと前記遅れ時間だけ過去の設定信号の速度成分Ｉｓ
’との比率を算出する第１演算手段Ｇと、前記第１演算
手段Ｇの演算結果を前記現在の設定信号の速度成分ＩＳ
に乗算する第２演算手段Ｉと、前記第２演算手段Ｈの演
算結果Ｖ′をＰＩＤ制御２１部Ｂの出力信号ｅ′に加算
することによって前記出力信号ｅ′を補正し、その結果
を制１２１１！！作手段Ｃに操作１ｉ１ｖとして与える
補正手段１とを備えたことを特徴としている。

巳１作用 第３図を参照する。同図（ａ）は設定信号ｌの波形図、
同図（ｂ）は設定信号１に対して等価的にτ時間の遅れ
をもつ制御２１ｆｆｔｃの波形図である。

等価的な遅れ時間ｒを持つ制御系において、現在（１＝
０）の制ｆ２１１ｆｆｉｃは、前記遅れ時間だけ過去（
【＝−τ）の設定信号ｉに」、って支配されていると男
えられる。しかし、一般に制御ｆｌｃは、設定信号１が
減衰された形で現れる。したがって、第１処理手段りか
ら得られる現在の制御量の速度成分ｃｓ（第３図（ｂ）
の１す１きθに相当する）と、第２処理手段Ｅから得ら
れる遅れ時間だけ過去の設定信号の速度成分ＩＳ′　（
第３図（ａ）の団きθ′に相当する）とを第１演算手段
Ｇに与え、両者の比率を求めることにより、設定信号１
がどのように減衰されて制御７１　ｆｉ　ｃに反映され
ているかを知ることができる。そして、第１演算手段Ｃ
によって得られた結果を、第３処理手段Ｇから得られた
現在の設定信号の速度成分Ｉｓに乗算するごとにより、
制ｉｌｌ系の減衰量を見込んだ補正ｆｆ１Ｖ’を求める
。

この補正ｆｆ１Ｖ’をＩｌｌ正手段ｌに与えて、ＰＩＤ
制御部Ｂの出力信号ｅ′と加算して、制ｉ２１操作手段
Ｃに与えることによって、１時間未来に生じる制御ｆｉ
ｃの値を、現在の設定信号１に応じた値にすることがで
きる。

Ｆ、実施例 以下、この発明を電気油圧サーボ式の材＄４　！ｉｔ：
験機に適用した例を、図面に基づいて説明する。

第４図は、この発明の一実施例の構成の概略を示したブ
ロック図である。

同図において、第５図と同一符号で示した部分は従来装
置と同一部分であるから、ここでの説明は省略する。

図中、符号ｌＯは、この実施例の特徴部分である補正処
理ユニットを示す、補正処理ユニットｌＯは、現在の制
御ｌｃの速度成分と、制御系の等価的な遅れ時間だけ過
去の設定信号ｌの速度成分との多きさを比較して、Ｐ　
Ｉ　Ｄ　ｆｆｔｌ＋御部ｌの出力信号ｅ′を補正するた
めの処理ユニットである。

制御量ｃは差分回路４に負帰還されるとともに、へ／Ｄ
変ＩＡ器１１ａでデジタル信号に変１桑されてバッファ
メモ’Ｊ１２ａに格納される。バッファメモリ１２ａに
格納された現在の制御量Ｃは、微分処理部１３ａで微分
処理されることによって、その速度成分Ｃ３が算出され
る。この微分処理部１３ａは、第１図における第１処理
手段りに対応する。

設定信号１は差分回路４に与えられるとともに、Ａ／Ｄ
変換器１１ｂでデジタル信号に変換されてリングバッフ
ァメモ１月２ｂに格納される。リングバッツァメモリ１
２ｂは、少なくとも制御系の遅れ時間τに相当する期間
にわたって、サンプリングされた設定信号１のデータを
格納する記憶領域を備えており、格納されているデータ
をデータサンプリングごとに順に移動させていく、微分
処理部１３ｂは、遅れ時間ｒだけ過去のデータを記憶し
ているデータエリアから、そのデータを与えられ、これ
を微分処理することによって、その速度成分ｌＳ′を求
める。遅れ時間Ｔに相当するデータエリアは、制御系の
遅れ時間τとサンプリングタイムに応じて予め定められ
ている。したがって、リングバッファメモ１月２ｂおよ
び微分処理部１３ｂは、第１図における第２処理手段已
に対応する。

微分処理部１３ｃは、リングバッファメモ１月２ｂの最
初のデータエリアに格納された現在の設定信号１のデー
タを与えられ、これを微分処理することによって、その
速度成分Ｉｓを求める。この微分処理部１３ｃは、第１
図にお＋Ｊる第３処理手段ｌ？に対応する。

微分処理部１３ａによって得られた現在の制御量Ｃの速
度成分ｃｓは割算処理部１４の一方入力として与えられ
る。また、微分処理部１３ｂによって得られた遅れ時間
τだけ過去の設定信号ｌの速度成分Ｉｓ’は割算処理部
１４の他方入力として与えられる０割算処理部１４は、
これらの比率（Ｉｇ’／Ｉｃ）を算出する。この割算処
理部１４は、第１図における第１演算手段Ｇに対応する
。

割算処理部１４から出力された１ｉｌｌ算結果Ｋｖは、
平均化処理部１５において適当なデータ数について平均
化処理されて、乗算処理部１６の一方入力として与えら
れる。また、前記微分処理部１３ｃによって１）られた
現在の設定信号１の速度成分Ｉｓは乗算処理部１６の他
方入力として与えられる６乗算処理部１Ｇは、現在の設
定信号１の速度成分Ｉｓに、現在の制御ｆｌｃの速度成
分ｃｓと遅れ時間τだけ過去の設定信号Ｉｓ’との比率
の平均化結果を乗算する。この乗算処理部１６は、第１
図における第２演算手段１１に対応している。

乗算処理部１６の演算結果である補正量ν′は、Ｄ／Ａ
変換器１７でアナログ信号に変換された後、加算回路１
８の一方入力しζ与えられる。加算回路１８は、ＰＩＤ
制御部１の出力信号ｅ′に、前記）ｉｆｆ正ｆｆｔＶ’
を加算して、その加算結果を操作ｆｉｖとして油圧アク
チュエータ２に出力する。この加１１回路１８は、第１
図における補正手段１に対応している。ここで、現在の
設定信号１の速度成分にＫＶを乗じて得られた補正量ν
′を、油圧アクチュエータ２の前段で加えるのは、油圧
アクチュエータ２が積分要素を含むため、これによって
前記速度成分に係る補正ｆｆ１Ｖ’が積分されて、本来
の設定信号に対応した形で制御１１世に反映されるから
である。

上述した説明から明らかなように、補正ｆｆ１Ｖ’は次
式で与えられる。

ここで、Ｋｖは割算処理部１４の出力で、で与えられる
。

上式において、（ｄｉ／ｄＬ）　ｙ−０は、現在の設定
信号１の速度成分で、微分処理部１３ｃの出力Ｌｔ　４
ｊ１ｓに相当する。　　（ｄｉ／ｄＬ）　＊−８は、遅
れ時間（Ｌ＝　−ｒ）だけ過去の設定信号ｌの速度成分
で、微分処理部１３ｂの出力信号Ｉｓ’に相当する。

（ｄｉ　／ｄｉ）い・は、現在の制１２１ｆｌｔｃの速
度成分で、微分処ｐ１部１３ａの出力信号ｃｓに相当す
る。

以上のように、現在の制御ｆｆ１ｃの速度成分と、遅れ
時間τだけ過去の設定信号ｌの速度成分との比率Ｋｖを
求め、この比率にνを現在の設定信号の速度成分ＩＳに
乗じて得られた１ｆｔｔ正ｍｖ’によ−ｙで、ＰＩＤＩ
Ｉ１１部１　（７１出力ｂｔ　号ｅ　’　ヲｊｆ１３　
ｎｔ　ルことによって、制ｊｎ系の高周波域での信号レ
ベルの低下が補正され、制御精度を高めることができな
お、上述の実施例では、制ｊｉｌｔ系の遅れ時間τが既
知であり、この遅れ時間に対応したデータエリアをリン
グバッファメモ１月２ｂに予め設定し、そのデータエリ
アに格納されているデータを、遅れ時間τだけ過去の設
定信号として、微分処理部１１ｂに与えた。しかし、制
御系の遅れ時間が未知である場合、あるいは、制御系の
遅れ時間を精度良く設定したい場合には、第４図に符号
２０で示したような遅れ時間検出処理ユニットを付加す
るようにしてもよい。

厘れ時間処理ユニット２０は、デジタル信号に変換され
た現在の制’ａ　ｉｔ　ｃを一時的に格納するバッファ
メモリ２１と、デジタル信号に変換された設定信号ｌを
、少なくとも遅れ時間ｒよりも長い期間にわたっ°Ｃ順
次格納するリングバッフ７メモリ２２と、自己相関検出
回路２３を含む、自己操作検出回路２３は、バッファメ
モリ２２に格納された現在の制ｆｆ１ｆｆｔｃと、リン
グバッファメモリ２２に記憶されている所定時間だけ過
去から現在に至る設定（３号１の各１−夕とについて、
それぞれ相関の強さを演算し、最も相関の強いデータを
検出する。このデータが、現在のｆｌＩＩＩｉｆｌｌｆ
ｆｔｃを支配する過去の設定信号である。このようにし
て遅れ時間τに対応したデータが検出されると、自己相
関検出回路２３は、そのデータエリアのアドレス信号を
、補正処理ユニット１０のリングバッファメモ１月２ｂ
に伝送す、る。

この場合、リングバッファメモ１月２ｂも前述したリン
グバッファメモリ２２と同じアドレスを持っており、リ
ングバッファメモリ２２と同ル１して設定信号１のデー
タが順次に格納されている。したがって、自己相関検出
回路２３から指定されたアドレスのデータは、正６゛傷
な遅れ時間τだけ過去の設定信号であるから、このデー
タを微分処理部１３ｂに与えることによって、制ｉｌｌ
　ｔ１１１度を一層高めることができる。

さらに、上述の実施例では、バッファメモリ１２ａやリ
ングバッファメモ１月２ｂに、微分処１１前のデータを
それぞれ格納したが、各メモリ１２ａおよび１２ｂの前
段に微分処理部を設置し、微分処理によっ°ζ得られた
速度成分を各メモリに格納するようにしてもよい。

また、実施例では、デジタル・データ処理によって装置
を構成する場合を例にとって説明したが、本発明はアナ
ログ処理によって実現することも可能である。この場合
、遅れ時間だけ過去の設定信号は、適当な遅延時間に設
定した遅延回路を通ずことによって得ることができる。

さらに、実施例では制［とし°Ｃ試験片に作用する荷盾
を例に採って説明したが、これは変位Ｍやその他の負荷
を使用するものであってもよく、しかも、この発明は材
料試験機に限らず、積分要素を含む制御操作手段に対し
て種々の帰還側ｍを必要とする制御装置に適用すること
ができる。

Ｇ３発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る制御装
置は、制御２を系の等価的な遅れ時間を利用して、現在
の制御量と、これに対応する遅れ時間だけ過去の設定信
号の比率を求め、その比率を現在の設定信号の速度成分
に乗じで得られた補正量でもって、ＰＩＤ制御部ｌの出
力信号を増減し、その結果を制御操作手段に操作量とし
て与えているから、ＰＩＤ制御ｎ部の微分係数を大きく
設定することなく、高周波域での信号レベルの低下を改
善することができ、制御精度を比較的部ｒｌｘに向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、この発明の説明図であり、第１
図はこの発明に係る制御装置のブロック図、第２図は時
間遅れを伴う制御系の応答特性図、第３図はこの発明の
作用説明に供する波形図である。第４図はこの発明の一
実施例の概略制御ブｒＩツク図である。 第５図は従来装置の概略制御ブロック図である。 ｌ・・・ＰＩＤ制御部 ２・・・油圧アクチュエータ ３・・・荷重検出器 ４・・・差分回路 １２ａ・・・バッツァメモリ １２ｂ・・・リングバッファメモリ １３ａ＝１３ｅ・・・微分処理部 １４・・・割算処理部 １６・・・乗算処理部 第１図 第２図 箪価遍れ時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御対象の物理量を検出する検出器の出力を制御
   量とし、この制御量と設定信号との差分信号をＰＩＤ制
   御部に与えることに基づき、設定信号に応じて制御対象
   の物理量が変化するように制御操作手段を制御する装置
   において、現在の制御量の変化速度成分を求める第１処
   理手段と、制御系の等価的な遅れ時間に相当する期間に
   わたり設定信号の速度成分を保持する第２処理手段と、
   現在の設定信号の速度成分を求める第３処理手段と、前
   記現在の制御量の速度成分と前記遅れ時間だけ過去の設
   定信号の速度成分との比率を算出する第１演算手段と、
   前記第１演算手段の演算結果を前記現在の設定信号の速
   度成分に乗算する第２演算手段と、前記第２演算手段の
   演算結果をＰＩＤ制御部の出力信号に加算することによ
   って前記出力信号を補正し、その結果を前記制御操作手
   段に操作量として与える補正手段とを備えたことを特徴
   とする制御装置。