JPH0593671A

JPH0593671A - 三次元振動台

Info

Publication number: JPH0593671A
Application number: JP3255467A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Harashima; 正吉原島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1993-04-16
Anticipated expiration: 2016-01-15
Also published as: JP3123784B2

Abstract

(57)【要約】【目的】制御精度が高く、大きな振幅を取れ、構造の簡
単な三次元振動台を提供することを目的とする。【構成】三次元振動台１０は、振動台１２に対して１本
の水平Ｘ軸加振機２０、互いに逆方向の回転モーメント
を与える２本の水平Ｙ軸加振機２２、２４、三角形の各
頂点の位置に配設された垂直Ｚ軸加振機２６、２８、３
０を備える。また、三次元振動台１０は、加速度計３２
ａ乃至３２ｆ等を使用して伝達関数を求め、伝達関数の
逆関数を使用するとともに、荷重検出手段３４ａ乃至３
４ｃ等からのフィードバック信号を使用する変位制御と
荷重制御を適切にゲイン配分する制御部を備える。した
がって、三次元振動台１０は、構造の簡単であるにも係
わらず精度良く地震等を再現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動を受ける部品に三
次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）の振動を与えて耐震
性を観察する三次元振動台に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、三次元方向の振動を部品に与
えて振動の影響を調べる振動試験機が、数多く提案され
ている。例えば、従来の三次元振動試験機として実公昭
６２−４２３５０号公報に記載のものがある。この三次
元振動試験機は、ベース面上に設けられたガイド面に対
して静圧軸受けを介してＸ軸方向にスライド可能に設け
られたＸ軸直動式アクチュエータと、前記Ｘ軸直動式ア
クチュエータ上に設けられたガイド面に対して静圧軸受
けを介してＹ軸方向にスライド可能に設けられたＹ軸直
動式アクチュエータと、前記Ｙ軸直動式アクチュエータ
上に設けられたガイド面に対して静圧軸受けを介してＺ
軸方向にスライド可能に設けられたＺ軸直動式アクチュ
エータとを備え、それぞれの直動式アクチュエータを駆
動することにより、三次元振動試験機の振動台に振動を
与える。

【０００３】この他にも、実公昭５６−１９７０６号公
報のように球面軸受けを介して水平と垂直の二方向から
のみ振動を与える２軸方向振動試験装置、あるいは実公
昭６１−１５７８４７号公報のようにＸ軸移動フレーム
とＹ軸移動フレームをＺ軸移動フレームに係合させるこ
とにより、三次元の振動を振動台に与える三次元振動試
験機等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの振動試験機
は、ガイド、球面軸受け、フレーム等が必要となり、構
造が複雑になる。また、球面軸受けを使用している振動
試験装置では、振幅が小さく、さらに、ガイドやフレー
ム等を使用している振動試験機では、振動台の振動に伴
って発生する慣性力が大きくなり、高周波域での振動制
御が困難となる。さらにまた、Ｘ軸直動式アクチュエー
タの上にＹ軸直動式アクチュエータ、Ｚ軸直動式アクチ
ュエータを載置する場合は、アクチュエータが加速度で
あおられ、高い制御精度を求めることができない。

【０００５】本発明は、この種の問題を解決するために
なされたものであって、制御精度が高く、大きな振幅を
得られる、構造の簡単な三次元振動台を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、上部に対象物を載置する振動台と、前
記振動台に振動を加える１本の水平Ｘ軸加振機と、互い
に逆方向の回転モーメントを振動台に加える２本の水平
Ｙ軸加振機と、三角形の各頂点の位置に配設され、該振
動台に上下動を与える３本の垂直Ｚ軸加振機と、加振機
の振動台に対する当接位置近傍に配設されるトランスデ
ューサと、予め定められたノイズと、該ノイズを加振手
段に入力してテスト加振した際に振動台に取り付けられ
たトランスデューサ群の出力とから伝達関数マトリクス
を求め、この伝達関数マトリクスの逆マトリクスを使用
して所望の加振状態を振動台に付与する信号を発信する
制御部と、を備えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の三次元振動台において、３本の垂直Ｚ
軸加振機は三角形の各頂点の位置に配設されているた
め、振動台をバランス良く支持することができるととも
に、伝達関数のマトリクスを求める際に垂直Ｚ軸加振機
を１本ずつ加振する時、他の２本の垂直Ｚ軸加振機を静
止させておくことが可能である。さらに、前記伝達関数
マトリクスの逆マトリクスを使用して、３本の垂直Ｚ軸
加振機が同一の出力を得られるように、また、２本の水
平Ｙ軸加振機が同一の出力を得られるように制御部で制
御することにより、振動台を水平に、かつ回転しないよ
うに制御できる。したがって、本発明の三次元振動台
は、６本の加振機とトランスデューサのみの単純な構造
で精度良い加振状態が得られる。

【０００８】

【実施例】本発明に係る三次元振動台について、好適な
実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

【０００９】図１乃至図３に本発明に係る三次元振動台
を示す。参照符号１０は、製品や建築構造物等のモデル
を振動台１２の上部に載置して試験するための三次元振
動台である。

【００１０】三次元振動台１０は、そのＸ軸方向にボー
ルジョイント１４ａ、加振ロッド１６ａ、ボールジョイ
ント１８ａを介して油圧で作動するアクチュエータ４４
ａおよびサーボ弁５４ａから構成される水平Ｘ軸加振機
２０と接続されている。同様に、三次元振動台１０のＹ
軸方向およびＺ軸方向にボールジョイント１４ｂ乃至１
４ｆ、加振ロッド１６ｂ乃至１６ｆ、ボールジョイント
１８ｂ乃至１８ｆを介して油圧で作動する２本の水平Ｙ
軸加振機２２、２４および３本の垂直Ｚ軸加振機２６、
２８、３０と接続されている。なお、水平Ｙ軸加振機２
２、２４は、加振される振動台１２の重心回りの回転モ
ーメントが互いに逆方向になるように配置されている。
また、図１並びに図３に示すように、垂直Ｚ軸加振機２
６、２８、３０は、振動台１２の底面に対して三角形の
各頂点の位置で連結するように配置されている。振動台
１２上において、各ボールジョイント１４ａ乃至１４ｆ
近傍には、トランスデューサである加速度計３２ａ乃至
３２ｆが設置されている。水平Ｘ軸加振機２０および水
平Ｙ軸加振機２２、２４は、それぞれの加振ロッド１６
ａ乃至１６ｃに圧力を検出するトランスデューサである
荷重検出手段３４ａ乃至３４ｃを有している。

【００１１】前記加速度計３２ａ乃至３２ｆおよび荷重
検出手段３４ａ乃至３４ｃで得られる信号を処理する制
御部を図４に示す。すなわち、水平Ｘ軸加振機２０で
は、加速度計３２ａによって振動台１２の振動による加
速度を検出し、検出信号を増幅するセンサアンプ３６ａ
と、該増幅された信号を変換するＡ／Ｄコンバータ３８
ａを備える一方、荷重検出手段３４ａによって加振ロッ
ド１６ａから振動台１２にかかる圧力を検出し、荷重フ
ィードバック信号を増幅するフィードバックアンプ４０
ａと、水平Ｘ軸加振機２０を構成するアクチュエータ４
４ａの端部に設けられた差動トランス４６ａによって振
動台１２の変位を検出し、変位フィードバック信号を増
幅するフィードバックアンプ４８ａと、制御部から送出
される指令信号を変換するＤ／Ａコンバータ５０ａとを
備え、それぞれの荷重フィードバック信号と変位フィー
ドバック信号と指令信号が入力される演算器４２ａと、
演算器４２ａから出力される信号を増幅するパワーアン
プ５２ａとを備える。水平Ｙ軸加振機２２、２４も同様
に構成されている。しかし、垂直Ｚ軸加振機２６、２
８、３０は、図５に示すように、荷重検出手段と、これ
に接続されるフィードバックアンプはない。

【００１２】このように構成される三次元振動台１０
は、次のように作動する。

【００１３】上記三次元振動台１０において、水平Ｘ軸
加振機２０、水平Ｙ軸加振機２２、２４は変位制御と荷
重制御が併用されている。変位制御と荷重制御のゲイン
配分を適切に調整すれば、振動台１２に過大な荷重がか
かることを防ぐとともに、振動台１２を所定の位置に変
位できる。一方、垂直Ｚ軸加振機２６、２８、３０は変
位制御とする。

【００１４】以下、図６に示すフローチャートにしたが
って、本実施例の作用を単軸の場合で説明する。

【００１５】まず、ホワイトノイズ、１／ｆ²特性のノ
イズ、あるいは種々の実験の結果得られるあらかじめ定
められたノイズ信号をテスト信号ｘ_in(t) として印加し
て振動台１２を加振し、このときのトランスデューサか
らの出力信号ｙ_out(t) を計測し、該計測した出力信号
ｙ_out(t) とテスト信号ｘ_in(t) とから、両者のフーリ
エ変換の比である伝達関数Ｇ_a(f) を求める（ステップ
Ｓ１）。

【００１６】次に、伝達関数Ｇ_a(f) の逆関数Ｇ_b(f)
を演算し（ステップＳ２）、加振によって得たい出力信
号ｙ(t) をフーリエ変換する（ステップＳ３）。ステッ
プＳ３に続いて伝達関数Ｇ_b(f) に出力信号Ｙ(f) を乗
算してテスト信号Ｘ₍₀₎(f)を求め（ステップＳ４）、
該フーリエ変換されたテスト信号Ｘ₍₀₎(f) をフーリエ
逆変換してテスト信号の初期値ｘ₍₀₎(t) を得る（ステ
ップＳ５）。

【００１７】ついで反復修正によって補正計算を行う。
すなわちステップＳ５に続いてテスト信号ｘ₍₀₎(t) を
初期値とする信号ｘ_(n)(t) で加振した結果のトランス
デューサ出力信号ｙ_(n)(t) を測定して読み込む（ステ
ップＳ６）。次いでテスト信号ｘ_(n)(t) と読み込んだ
出力信号ｙ_(n)(t) をそれぞれフーリエ変換して、その
結果Ｘ_(n)(f) 、Ｙ_(n)(f)を得る（ステップＳ７）。
次いで［Ｙ(f) −Ｙ_(n ₎(f) ］を演算して誤差Ｅ
_(n)(f) を得る（ステップＳ８）。ステップＳ８に続い
て誤差Ｅ_(n)(f) の絶対値があらかじめ定められた許容
誤差ε未満の範囲に入っているか否かをチェックする
（ステップＳ９）。

【００１８】チェックの結果、誤差Ｅ_(n)(f) が許容誤
差ε未満でないと判別されたときは、ステップＳ９に続
いてＸ_(n)(f) をＥ_(n)(f) ・Ｇ_b(f) で補正する［Ｘ
_(n)(f) ＋Ｅ_(n)(f) ・Ｇ_b(f)］の補正演算を行い
（ステップＳ１０）、ついでＸ _(n+1)(f) をフーリエ変
換してタイムドメインに戻してｘ_(n+1)(t) を得て（ス
テップＳ１１）、ｎをインクリメントし（ステップＳ１
２）、続いてステップＳ６を実行する。

【００１９】ステップＳ９において、誤差Ｅ_(n)(f) が
許容誤差ε未満である判別されたときは、Ｘ_(n)(f) を
フーリエ逆変換してｘ_(n)(t) を得て（ステップＳ１
３）、そのｘ_(n)(t) で加振テストすることによって
（ステップＳ１４）、目標値の負荷を振動台１２に与え
ることができる。上記のように、テスト信号の初期値ｘ
₍₀ ₎(t) を求め、反復修正ルーチンにしたがってトラン
スデューサ出力信号の誤差を少なくして、目標値に漸近
させ、最終的に加振によって得たい目標値としての出力
信号ｙ(t) に対する加振（テスト）信号ｘ_(n)(t) を求
めている。

【００２０】上記は単軸の場合で説明したが、６軸の場
合は次のように行われる。先ず、水平Ｘ軸加振機２０を
単独で試験的に加振し、トランスデューサである各加速
度計３２ａ乃至３２ｆからの出力信号を求め、各出力信
号を水平Ｘ軸加振機２０の入力信号で除算する。このよ
うな操作を６基の加振機２０、２２、２４、２６、２
８、３０のそれぞれに行い、伝達関数マトリクス〔Ｇ〕
（図７参照）を求める。続いて、〔Ｇ〕のマトリクス
〔Ｇ〕^-1を求め、図７に示すマトリクス演算によってそ
れぞれの加振機２０、２２、２４、２６、２８、３０の
フーリエ変換した目標信号マトリクス〔Ｙ〕（Ｙ₁〜Ｙ
₆）に対応する一回目のフーリエ変換されたテスト信号
群〔Ｘ〕（Ｘ₁〜Ｘ₆）を求める。これをフーリエ逆変
換したテスト信号で実際に加振機２０、２２、２４、２
６、２８、３０を加振する。

【００２１】ここで、目標信号マトリクスとトランスデ
ューサで測定された出力信号群のフーリエ変換である出
力信号マトリクスの差である誤差マトリクスを求め、前
記誤差マトリクスに伝達関数マトリクスの逆マトリクス
〔Ｇ〕^-1を乗じて求められた補正信号を加えた新たなテ
スト信号群で振動台１２を加振する。以下、単軸の場合
と同様に反復修正ルーチンを繰り返して所定の誤差範囲
内になるまで繰り返す。このようにして求めたテスト信
号群により実振動のシミュレーションを行なうことがで
きる。

【００２２】上記のようにして求めた伝達関数マトリク
ス〔Ｇ〕の逆マトリクス〔Ｇ〕^-1を用いて、各種加振モ
ードに対応した加振テストを行う。この場合、振動台１
２のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりの回転運動を阻止するた
め、垂直Ｚ軸加振機２６、２８、３０には相互に同一の
目標信号ｙ(t) が、また、水平Ｙ軸加振機２２、２４に
は相互に同一の目標信号ｙ(t) が与えられる。このそれ
ぞれの目標信号ｙ(t) を基に制御部で上記のようにして
精度の高い加振信号ｘ（ｔ）を求め、前記加振信号ｘ
（ｔ）によってそれぞれの加振機２０、２２、２４、２
６、２８、３０を加振する。したがって、振動台１２の
水平状態を保持し、Ｚ軸回りの回転運動についてはこれ
を生じさせないことが可能となる。

【００２３】さらに、三次元振動台１０は、垂直Ｚ軸加
振機２６、２８、３０において、各々、差動トランス４
６ｄ乃至４６ｆからの変位フィードバック信号を演算器
４２ｄ乃至４２ｆに送出し、ここで、コンピュータから
送出される信号と演算して振動台１２が所定位置に変位
するように制御している。さらに、水平Ｘ軸加振機２
０、水平Ｙ軸加振機２２、２４においては、前記変位フ
ィードバック信号だけでなく、荷重検出手段３４ａ乃至
３４ｃから荷重フィードバック信号を演算器４２ａ乃至
４２ｃに送出し、ここで、コンピュータから送出される
信号と演算する。その際、荷重制御と変位制御を適切な
ゲイン配分に調節しているため、振動台１２を所定位置
に変位可能であるとともに、振動台１２に過大荷重がか
かることも阻止可能である。

【００２４】このように本実施例の三次元振動台１０
は、加振機２０、２２、２４、２６、２８、３０の加振
ロッド１６ａ乃至１６ｆのみによって変位させているた
め、振幅も大きく取れる。さらに、垂直Ｚ軸加振機２
６、２８、３０を振動台１２に対して三角形の各頂点の
位置に配設しているため、振動台１２をバランス良く支
持できるとともに、前記伝達関数マトリクスを求める際
に、各々の垂直Ｚ軸加振機２６、２８、３０の１本だけ
を変位させても他の２本を静止させておくことが可能で
ある（同一軸方向に４本以上の加振機を設置すると、そ
のうちの１本が変位した場合に、他の３本を静止させて
おくのは不可能である）。さらに、垂直Ｚ軸加振機２
６、２８、３０の全てに同一の出力信号が得られるよう
に、また、水平Ｙ軸加振機２２、２４の全てに同一の出
力信号が得られるように、入力信号を与えることによ
り、振動台１２のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回動を阻止で
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る三次元振動台によれば、以
下の効果が得られる。

【００２６】三次元振動台の制御部において、求められ
た伝達関数マトリクスの逆マトリクスを使用することに
より、精度良く加振状態を制御できる。また、振動台は
加振ロッドのみによって変位させられているため、振幅
を大きくとれる。さらに、振動台に対して３本の垂直Ｚ
軸加振機のそれぞれを三角形の各頂点の位置に配設して
いるため、振動台をバランス良く支持するとともに、前
記伝達関数マトリクスを求める際に、３本の垂直Ｚ軸加
振機の１本だけを変位させても他の２本を静止させてお
くことが可能である。さらにまた、前記伝達関数マトリ
クスの逆マトリクスを使用して、３本の垂直Ｚ軸加振機
が同一の出力を得られるように、また、振動台に対して
互いに逆方向のモーメントを付与する２本の水平Ｙ軸加
振機が同一の出力を得られるように制御部で制御するこ
とにより、振動台を水平に、かつ回転しないように制御
できる。したがって、三次元振動台は、６本の加振機と
トランスデューサのみの単純な構造で構成できるととも
に、地震等を精度良く再現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三次元振動台の斜視図である。

【図２】本発明に係る三次元振動台の側面図である。

【図３】本発明に係る三次元振動台の平面図である。

【図４】本発明に係る三次元振動台の加振機の制御部の
説明図である。

【図５】本発明に係る三次元振動台の加振機の制御部の
説明図である。

【図６】本発明において、伝達関数を用いて入力信号を
求めるフロチャートである。

【図７】本発明において、伝達関数マトリクスにより三
次元振動台のテスト信号を求めるときの説明に供する模
式図である。

【符号の説明】

１０…三次元振動台１２…振動台１６…加振ロッド２０、２２、２４、２６、２８、３０…加振機３２…加速度計３４…荷重検出手段４４…アクチュエータ４６…差動トランス

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】この他にも、実公昭５６−１９７０６号公
報のように球面軸受けを介して水平と垂直の二方向から
のみ振動を与える２軸方向振動試験装置、あるいは実開
昭６１−１５７８４７号公報のようにＸ軸移動フレーム
とＹ軸移動フレームをＺ軸移動フレームに係合させるこ
とにより、三次元の振動を振動台に与える三次元振動試
験機等がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部に対象物を載置する振動台と、前記振動台に振動を加える１本の水平Ｘ軸加振機と、互いに逆方向の回転モーメントを振動台に加える２本の
水平Ｙ軸加振機と、三角形の各頂点の位置に配設され、該振動台に上下動を
与える３本の垂直Ｚ軸加振機と、加振機の振動台に対する当接位置近傍に配設されるトラ
ンスデューサと、予め定められたノイズと、該ノイズを加振手段に入力し
てテスト加振した際に振動台に取り付けられたトランス
デューサ群の出力とから伝達関数マトリクスを求め、こ
の伝達関数マトリクスの逆マトリクスを使用して所望の
加振状態を振動台に付与する信号を発信する制御部と、を備えることを特徴とする三次元振動台。