JPH0727664A - 構造物の振動試験装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】アクチュエータの応答おくれを補償して振動試
験を可能とする。 【構成】アクチュエータ駆動部７ａには反力計測手段８
が設置され、試験対象構造物２に変位が加えられた場合
のアクチュエータ７への反力を計測する。外力と反力計
測値は一定時間刻みΔｔごとに解析手段１５に入力さ
れ、これに基づき振動応答信号算出手段１６はアクチュ
エータ設置点に応じた信号を算出する。振動応答信号出
力手段１７は反力計測値測定時刻のΔｔ後に信号を出力
する。計算機１１は振動応答信号出力値を取り込み、過
去のデータを利用して手段２１により時間δｔだけ先の
振動応答信号を予測計算し、予測信号は出力手段２０、
制御装置６を介してアクチュエータを駆動する。実際の
駆動変位は入力信号に対して遅れる為、計算機１１によ
る予測分と相殺され、ある時刻の変位として計算された
変位が所定の時刻に実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は構造物の振動試験装置及
び方法に係り、構造物の一部分のみの振動試験と他の部
分の振動応答数値解析を実時間で組み合わせて行う構造
物の振動試験において、試験対象に時間依存の反力が生
じる場合に応答おくれを含むアクチュエータを使用する
のに好適な振動試験装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の振動試験は振動台に対象
構造物全体を搭載し加振するものであったが、本技術で
は対象構造物が大型のものであると振動台の積載限界を
越える為、縮小モデル試験や、部分モデル試験を実施す
る必要があった。しかしながら、非線形構造物等相似則
が成立しにくい構造物や、周辺構造物との振動の連成が
大きな構造物においては、前記のような縮小、若しくは
部分モデルによる振動台試験は精度の悪いものになる可
能性があった。

【０００３】そこで、構造物の一部分のみのアクチュエ
ータによる振動試験と他の部分の振動応答数値解析を組
み合わせて行う構造物の振動試験が考えられている。

【０００４】構造物の一部分のみのアクチュエータによ
る振動試験と他の部分の振動応答数値解析を組み合わせ
て行う構造物の振動試験は、「準動的試験」或いは「仮
動的試験」等と呼ばれており、例えば、日本建築学会論
文報告集第２２９号（昭和５０年）７７頁から８３頁に
そのシステムの一例が記載されている。また、特開昭６
１−３４４３８号、特開昭６１−１３２８３５号、特開
昭６２−２２０８３１号各公報記載の技術もある。これ
らの試験装置では数値計算には中央差分法という手法が
用いられている。

【０００５】以下に、中央差分法を使用して、構造物の
一部分のみの振動試験と他の部分の振動応答数値解析を
組み合わせて行う構造物の振動試験について説明する。
例えば、図４に示されたような構造物１のうち、一部分
２のみを振動試験対象とする。試験対象以外の部分３の
運動方程式は、

【０００６】

【数２】

【０００７】と書ける。

【０００８】これを、数値的に一定時間刻みΔｔごとに
解くことを考える。ある時刻ｔｉにおいて（数２）が成
り立っているので、

【０００９】

【数３】

【００１０】である。

【００１１】時刻ｔｉ−１＝ｔｉ−Δｔと時刻ｔｉ＋１
＝ｔｉ＋Δｔの間で加速度が一定という仮定をおくと、

【００１２】

【数４】

【００１３】が得られる。

【００１４】（数４）を（数３）に代入し、｛ｘ｝ｉ＋
１について解くと、

【００１５】

【数５】

【００１６】となる。

【００１７】これが中央差分法で、時刻ｔｉ−１と時刻
ｔｉにおける変位ベクトルと、時刻ｔｉにおける外力ベ
クトル、反力ベクトルにより時刻ｔｉ＋１の変位ベクト
ルが求められる。

【００１８】構造物の一部分のみの振動試験と他の部分
の振動応答数値解析を組み合わせて行う構造物の振動試
験は図５のような構成になる。上述の振動応答解析は計
算機５によって行う。

【００１９】外力ベクトルは、例えば、地震力等のであ
り、通常の全体構造物を加振する振動試験における入力
にあたり、計算機内に予め保存しておくか、各時刻に計
算機に入力する。また、反力ベクトルは計算機５での時
刻ｔｉ−１における計算結果（ｔｉにおける変位ベクト
ル）のうち試験対象構造物２の両端（２ａ、２ｂ）の相
対変位（試験対象構造物２が基礎４に固定されている場
合は構造物３との境界点２ａそのものの変位）の駆動信
号を出力し、その信号をアクチュエータ制御装置６に入
力し、反力壁９に固定されたアクチュエータ７により試
験対象構造物２に加え、その変位に対する反力をアクチ
ュエータ駆動部７ａに取り付けられたロードセル等の反
力測定手段８により測定し、計算機に取り込む。

【００２０】こうして、時刻ｔｉにおけるデータが得ら
れるので、時刻ｔｉ＋１における変位ベクトルが計算で
きる。◆以上の方法により、一部分の振動試験を、構造
物全体の振動応答の影響を考えながら実施でき、また、
構造物全体の振動応答も評価することができる。

【００２１】準動的試験においては、振動試験における
時間軸が大きく引き延ばされており、変位に関する反力
のみが振動応答解析に用いられている。◆しかし、試験
対象構造物の反力の中に時間依存項（速度に関する反力
や、加速度に関する反力）が含まれている場合には不十
分であり、その場合には、実時間による加振、すなわ
ち、振動応答計算における時間軸と振動試験による時間
軸を一致させて加振することが必要となる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】実時間の加振は、振動
応答解析を行う計算機において、反力計測時間から一定
時間後の振動応答を計算し、その振動応答を実現する為
のアクチュエータ駆動信号を前記一定時間後にアクチュ
エータの制御装置に出力することで可能となる。

【００２３】しかし、振動試験装置に使用されるアクチ
ュエータは、例えば、油圧アクチュエータ等であり、駆
動信号に対して実際の変位応答にわずかな時間遅れが生
じるのは避けられない。

【００２４】以下に、アクチュエータの応答遅れの振動
試験に対する影響を述べる。振動試験対象構造物に加え
るべき変位が正弦波であるとする。すなわち、

【００２５】

【数６】

【００２６】となり、アクチュエータの応答遅れがあ
り、試験対象構造物がばね定数ｋの線形ばねであるとす
ると、計算機に入力される反力は

【００２７】

【数７】

【００２８】と書ける。

【００２９】一周期の振動でのこの要素に関するエネル
ギーの変動は

【００３０】

【数８】

【００３１】となる。

【００３２】すなわち、遅れ時間に比例するエネルギー
増加が発生する。このエネルギー変動を等価的な減衰係
数として表現すると、

【００３３】

【数９】

【００３４】となる。この負の減衰が試験対象構造物の
本来の減衰より大きいと振動がしだいに大きくなる発散
が生じる。また、発散が生じない場合でも振動応答を正
確に求めることができない。

【００３５】そこで、本発明の目的は、アクチュエータ
に応答遅れがあっても、振動応答解析に発散が生じず、
かつ、精度の高い振動試験装置及び振動試験方法を提供
することにある。◆また、アクチュエータのおくれは、
振幅・振動数等に依存する非線形性をもっている。その
為、ある一定の条件で発散が回避できても、加振条件が
変動すると発散する可能性がある。そこで、本発明の別
の目的は、広範囲の振動条件において振動応答の発散が
生じず、かつ、精度の高い振動試験装置、及び方法を提
供することである。

【００３６】更に、これらの試験装置を使用して、正確
に、また、発散の生じない安定な振動試験を実施するこ
とが必要であり、この為に好適な振動試験方法を提供す
ることが本発明の目的の一つである。◆また、前述の課
題を達成する為に、環境に応じて簡単にシステムを構成
することが必要であり、この為に好適な振動試験装置及
び方法を提供することも本発明の目的の一つである。

【００３７】また、振動試験においては加振対象部分の
振動応答データのみならず、数値モデル化された部分の
振動応答も重要である。そこで、本発明のさらに別の目
的は、数値モデル化された部分を含めての対象構造物全
体の振動応答評価が可能な振動試験装置、及び、方法を
提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の夫々の目
的を達成するために以下の特徴を有する。◆ （振動試験装置） （１）第１の計算機と第２の計算機と、試験対象構造物
を加振するアクチュエータと、アクチュエータの制御装
置と、アクチュエータに取り付けられた試験対象構造物
からアクチュエータに加わる反力の計測手段とを備えて
成る。

【００３９】第１の計算機はデジタル計算機であって、
反力計測手段の計測値を入力する手段、外力信号の入力
手段及び／または外力時刻歴データの保存装置、構造物
の振動応答解析手段、振動応答信号算出手段、振動応答
信号の出力手段、解析及び信号入出力の時間管理手段を
有する。構造物の振動応答解析手段には構造物の数値モ
デルが入力されており、一定時間刻みごとに反力計測値
を入力し、この反力と、外力入力値及び／または外力時
刻歴の当該時刻のデータを用い、構造物振動応答解析手
段により、反力計測時刻から一定時間後の構造物の振動
応答を計算する。振動応答をもとに振動応答信号算出手
段により振動応答解析結果に応じた振動応答信号を算出
し、時間管理手段と振動応答信号出力手段により前記の
一定時間後に前記の算出信号を出力するものである。

【００４０】第２の計算機は、信号入力手段と、信号出
力手段と、アクチュエータ駆動信号算出手段と、データ
保存装置とを有する。第１の計算機の出力信号である振
動応答信号を信号入力手段により入力し、アクチュエー
タ駆動信号算出手段により該入力値とデータ保存装置に
保存された過去の入力値と予め入力されている予測パラ
メータを用いて予め定められた時間後の振動応答信号予
測値を算出し、アクチュエータの駆動信号として信号出
力手段により出力し、また、該入力値をデータ保存装置
に保存するものである。

【００４１】この出力信号はアクチュエータの制御装置
に入力され、アクチュエータを駆動することになる。

【００４２】この第１の発明においては次の態様が好ま
しい。◆ 第１の計算機の振動応答信号出力手段はＤ／Ａ変換機
であり、第２の計算機はアナログ計算機であって、アク
チュエータは電圧信号により駆動されるものであるこ
と。

【００４３】第１の計算機の振動応答信号出力手段は
Ｄ／Ａ変換機であり、第２の計算機はデジタル計算機で
あって、その信号入力装置はＡ／Ｄ変換機であり、その
信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、アクチュエータ駆
動信号予算出手段は第１の計算機の振動応答解析の時間
刻みと同じ若しくは異なる一定時間刻みごとに駆動信号
を算出するものであり、アクチュエータは電圧信号によ
り駆動されるものであること。

【００４４】第２の計算機はデジタル計算機であっ
て、アクチュエータ駆動信号予測手段は第１の計算機の
振動応答解析の時間刻みと同じ若しくは異なる一定時間
刻みごとに予測信号を算出するものであり、第１の計算
機の出力信号である駆動信号出力はデータバスを介して
第２の計算機に入力されるものであること。

【００４５】第１の計算機と第２の計算機の機能が、
並列計算機内の複数のＣＰＵにより分担されているこ
と。◆ 第１の計算機と第２の計算機の機能が、一つの計算機
内で順次実施されること。◆ 振動応答は変位であることを特徴とする構造物の振動
試験装置。

【００４６】第１の計算機は、反力計測値入力時刻ま
たは反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算
結果を、該一定時間後に出力する手段を有すること。◆ 第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予測
値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を保存
し、試験終了後処理する手段を有すること。

【００４７】（２）第１の計算機と第２の計算機と、試
験対象構造物を加振するアクチュエータと、アクチュエ
ータの制御装置と、アクチュエータに取り付けられた試
験対象構造物からアクチュエータに加わる反力の計測手
段とを備えて成る。

【００４８】第１の計算機はデジタル計算機であって、
反力予測値信号を入力する手段、外力信号の入力手段及
び／または外力時刻歴データの保存装置、構造物の振動
応答解析手段、アクチュエータ駆動信号算出手段、駆動
信号の出力手段、解析及び信号入出力の時間管理手段を
有する。構造物の振動応答解析手段には構造物の数値モ
デルが入力されており、一定時間刻みごとに第２の計算
機の出力信号である反力予測値を入力し、該信号値と、
外力入力値及び／または外力時刻歴の当該時刻のデータ
を用い、構造物振動応答解析手段により、反力計測時刻
から一定時間後の構造物の振動応答を計算する。そして
振動応答をもとにアクチュエータ駆動信号算出手段によ
り振動応答解析結果に応じたアクチュエータ駆動信号を
算出し、時間管理手段と駆動信号出力手段により前記の
一定時間後に駆動信号を出力するものである。この出力
信号は記アクチュエータの制御装置に入力され、アクチ
ュエータを駆動する。

【００４９】第２の計算機は、信号入力手段と、信号出
力手段と、反力信号予測手段とデータ保存装置とを有
し、反力計測手段による計測値を信号入力手段により入
力し、反力信号予測手段により該入力値と前記データ保
存装置に保存された過去の入力値と予め入力されている
予測パラメータを用いて予め定められた時間後の反力信
号予測値を算出し、第１の計算機の入力信号として信号
出力手段により出力し、また、該入力値をデータ保存装
置に保存する。

【００５０】この第２の発明においては次の態様が好ま
しい。◆ 第１の計算機の反力予測信号を入力する手段はＡ／Ｄ
変換機であり、第２の計算機はアナログ計算機であり、
反力計測手段の出力は電圧信号であること。

【００５１】第１の計算機の反力予測信号を入力する
手段はＡ／Ｄ変換機であり、第２の計算機はデジタル計
算機であって、その信号入力装置はＡ／Ｄ変換機であ
り、その信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、反力信号
予測手段は第１の計算機の振動応答解析の時間刻みと同
じ若しくは異なる一定時間刻みごとに予測信号を算出す
るものであり、反力計測手段の出力は電圧信号であるこ
と。

【００５２】第２の計算機はデジタル計算機であっ
て、反力信号予測手段は第１の計算機の振動応答解析の
時間刻みと同じ若しくは異なる一定時間刻みごとに予測
信号を算出するものであり、第２の計算機の出力信号で
ある反力予測信号はデータバスを介して第１の計算機に
入力されるものであること。

【００５３】第１の計算機と第２の計算機の機能が、
並列計算機内の複数のＣＰＵにより分担されているこ
と。◆ 第１の計算機と第２の計算機の機能が、一つの計算機
内で順次実施されること。◆ 振動応答は変位であることを特徴とする構造物の振動
試験装置。

【００５４】第１の計算機は、反力計測値入力時刻ま
たは反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算
結果を、該一定時間後に出力する手段を有すること。◆ 第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予測
値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を保存
し、試験終了後処理する手段を有すること。

【００５５】（３）第１の計算機と第２の計算機と第３
の計算機と、試験対象構造物を加振するアクチュエータ
と、アクチュエータの制御装置と、アクチュエータに取
り付けられた試験対象構造物からアクチュエータに加わ
る反力の計測手段と、アクチュエータの駆動部分の振動
応答の計測手段とを備えてなる。

【００５６】第１の計算機はデジタル計算機であって、
反力計測手段の計測値を一定時間刻みごとに入力する手
段と、外力信号の入力手段及び／または外力時刻歴デー
タの保存装置と、試験対象構造物を含む構造物の振動応
答解析手段と、振動応答解析結果に応じた振動応答信号
を算出する振動応答信号算出手段と、振動応答信号の出
力手段と、解析及び信号入出力の時間管理手段とを有す
る。構造物の振動応答解析手段は構造物の数値モデルが
入力されており、かつ前記反力と外力入力値及び／また
は外力時刻歴の当該時刻のデータを用いて反力計測時刻
から一定時間後の構造物の振動応答を計算するものであ
る。そして時間管理手段と信号出力手段とは前記一定時
間後に振動応答信号を出力する。

【００５７】第２の計算機は、第１の計算機の出力信号
である振動応答信号を入力する信号入力手段と、アクチ
ュエータ駆動信号として出力する信号出力手段と、予測
パラメータ入力手段と、アクチュエータ駆動信号算出手
段と、入力値を保存するデータ保存装置とを有するとと
もに、予測パラメータ入力手段により入力される第３の
計算機からの出力値を用いて予測時間及び／または予測
パラメータを逐次修正するものである。アクチュエータ
駆動信号算出手段は前記の入力値とデータ保存装置に保
存された過去の入力値を用いて定められた時間後の振動
応答信号予測値を算出する。出力信号はアクチュエータ
の制御装置に入力されてアクチュエータを駆動する。

【００５８】第３の計算機は、第１の計算機からのアク
チュエータ駆動信号とアクチュエータ駆動部振動応答計
測手段の出力値とを入力する複数信号の入力手段と、信
号の出力手段と、予測パラメータ修正手段とを有し、予
測パラメータ修正手段により予測パラメータ修正値を算
出して出力する。

【００５９】この第３の発明においては次の態様が好ま
しい。◆ 第２の計算機はアナログ計算機であって、第１の計算
機の振動応答信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、第３
の計算機はデジタル計算機であって信号の出力手段はＤ
／Ａ変換機であり、アクチュエータは電圧信号により駆
動されるものであること。

【００６０】第１の計算機の振動応答信号出力手段は
Ｄ／Ａ変換機であり、第２の計算機はデジタル計算機で
あって、その信号入力装置はＡ／Ｄ変換機であり、その
信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、アクチュエータ駆
動信号算出手段は第１の計算機の振動応答解析の時間刻
みと同じ若しくは異なる一定時間刻みごとに駆動信号を
算出するものであり、アクチュエータは電圧信号により
駆動されるものであり、第３の計算機はデジタル計算機
であって信号の出力手段はＤ／Ａ変換機であること。

【００６１】第２の計算機はデジタル計算機であっ
て、アクチュエータ駆動信号算出手段は第１の計算機の
振動応答解析の時間刻みと同じ若しくは異なる一定時間
刻みごとに予測信号を算出するものであり、第１の計算
機の出力信号である振動応答信号出力、及び第３の計算
機の出力信号はデータバスを介して第２の計算機に入力
されるものであること。

【００６２】第１の計算機と第２の計算機と第３の計
算機の機能が、並列計算機内の複数のＣＰＵにより分担
されていること。◆ 第１の計算機と第２の計算機の機能が、一つの計算機
内で順次実施されること。◆ 第２の計算機と前記第３の計算機の機能が、一つの計
算機内で順次実施されること。

【００６３】第１の計算機と第２の計算機と第３の計
算機の機能が、一つの計算機内で順次実施されること。
◆ 振動応答は変位であること。◆ 第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予測
値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を、該一
定時間後に出力する手段を有すること。◆ (10)第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予
測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を保存
し、試験終了後処理する手段を有すること。

【００６４】（振動試験方法） （４）構造物の全体または一部分をアクチュエータで加
振する構造物の振動試験方法であって、アクチュエータ
に、試験対象構造物からアクチュエータへの反力を測定
する反力計測手段を設置し、アクチュエータへ入力され
る駆動信号は、反力計測値を入力する手段、外力信号の
入力手段及び／または外力時刻歴データの保存装置、構
造物の数値モデルが入力されている構造物振動応答解析
手段、振動応答信号算出手段、振動応答信号の出力手
段、解析及び信号入出力の時間管理手段を有するデジタ
ル計算機である第１の計算機によって、まずは一定時間
刻みごとに前記反力計測値を入力する。

【００６５】そして、該反力と、外力入力値及び／また
は外力時刻歴の当該時刻のデータを用い、構造物振動応
答解析手段により、反力計測時刻から一定時間後の構造
物の振動応答を計算し、解析結果に基づき前記振動応答
信号算出手段により振動応答信号を算出し、時間管理手
段と振動応答出力手段により該一定時間後に前記振動応
答信号を出力する。

【００６６】更に、信号入力手段と、信号出力手段と、
アクチュエータ駆動信号算出手段とデータ保存装置を有
する第２の計算機によって、第１の計算機の出力信号で
ある振動応答信号を、信号入力手段により入力し、この
入力値をデータ保存装置に保存し、アクチュエータ駆動
信号算出手段により入力値とデータ保存装置に保存され
た過去の入力値と予め入力されている予測パラメータを
用いて、予め定められたアクチュエータの応答おくれ時
間相当時間後の振動応答信号予測値を算出し、信号出力
手段により出力されることを、繰り返し実施する。

【００６７】（５）構造物の全体または一部分をアクチ
ュエータで加振する構造物の振動試験方法であって、ア
クチュエータに、試験対象構造物からアクチュエータへ
の反力を測定する反力計測手段を設置し、信号入力手段
と、信号出力手段と、アクチュエータ駆動信号算出手段
とデータ保存装置を有する第２の計算機によって、反力
計測手段の出力を信号入力手段により入力する。

【００６８】この入力値をデータ保存装置に保存し、ア
クチュエータ駆動信号算出手段により該入力値とデータ
保存装置に保存された過去の入力値と予め入力されてい
る予測パラメータを用いて、予め定められたアクチュエ
ータの応答おくれ時間相当時間後の反力測定値を算出
し、信号出力手段により出力する。

【００６９】第２の計算機の出力である反力予測値を入
力する手段、外力信号の入力手段及び／または外力時刻
歴データの保存装置、構造物の数値モデルが入力されて
いる構造物振動応答解析手段、アクチュエータ駆動信号
算出手段、前記駆動信号の出力手段、解析及び信号入出
力の時間管理手段を有するデジタル計算機である第１の
計算機によって、一定時間刻みごとに前記反力予測値を
入力する。

【００７０】該反力と、外力入力値及び／または外力時
刻歴の当該時刻のデータを用い、構造物振動応答解析手
段により、反力予測値入力時刻から一定時間後の構造物
の振動応答を計算し、解析結果に基づき前記駆動信号算
出手段によりアクチュエータ駆動信号を算出し、時間管
理手段と駆動信号出力手段により該一定時間後にアクチ
ュエータ駆動信号を出力し、アクチュエータ駆動信号を
アクチュエータの制御装置に入力することを繰り返し実
施する。

【００７１】（６）構造物の全体または一部分をアクチ
ュエータで加振する構造物の振動試験方法であって、ア
クチュエータに、試験対象構造物からアクチュエータへ
の反力を測定する反力計測手段を設置し、また、アクチ
ュエータにより加振される振動応答の計測手段を設置
し、アクチュエータへ入力される駆動信号を、反力計測
値を入力する手段、外力信号の入力手段及び／または外
力時刻歴データの保存装置、構造物の振動応答解析手
段、振動応答信号算出手段、前記信号の出力手段、解析
及び信号入出力の時間管理手段を有するデジタル計算機
である第１の計算機によって、まず一定時間刻みごとに
反力計測値を入力する。

【００７２】該反力と、外力入力値及び／または外力時
刻歴の当該時刻のデータを用い、構造物振動応答解析手
段により、反力計測時刻から一定時間後の構造物の振動
応答を計算し、振動応答をもとに前記振動応答信号算出
手段により振動応答信号を算出し、時間管理手段と信号
出力手段により該一定時間後に振動応答信号を出力し、
更に、信号入力手段と、信号出力手段と、予測パラメー
タ入力手段と、アクチュエータ駆動信号予測手段とデー
タ保存装置を有する第２の計算機によって、第１の計算
機の出力信号である振動応答信号を信号入力手段により
入力する。

【００７３】該入力値をデータ保存装置に保存し、アク
チュエータ駆動信号算出手段により該入力値とデータ保
存装置に保存された過去の入力値と予め入力されている
予測パラメータを用いて、予め定められたアクチュエー
タの応答おくれ時間相当時間後の振動応答信号予測値を
算出し、信号出力手段により出力されることを、繰り返
し実施する。

【００７４】複数の信号の入力手段と、信号の出力手段
と、予測パラメータ修正手段を有する第３の計算機によ
って、第１の計算機からの振動応答信号と、アクチュエ
ータ振動応答計測手段の出力値を信号入力手段により入
力し、予測パラメータ修正手段により予測パラメータ修
正値を算出し、信号出力手段により出力し、第２の計算
機はパラメータ入力手段により入力される第３の計算機
からの出力値を用いて、予測時間及び／または予測パラ
メータを逐次修正する。

【００７５】これらの本願第４、第５、第６の発明にお
いては次の態様が好ましい。◆ 第１の計算機と第２の計算機の機能、或いは第２の計
算機と前記第３の計算機の機能を、並列計算機内の複数
のＣＰＵにより分担して実施させること。◆ 第１の計算機と第２の計算機の機能、或いは第２の計
算機と前記第３の計算機の機能を、１つの計算機で順次
実施させること。

【００７６】第１の計算機、第２の計算機及び第３の
計算機の機能を、並列計算機内の複数のＣＰＵにより分
担して実施させること。◆ 第１の計算機、第２の計算機及び第３の計算機の機能
を、１つの計算機で順次実施させること。

【００７７】当該時刻のデータと、予め定められた個
数ｎ個の設定時間δｔ刻みごとの過去の信号値とを用い
て、時間のｎ次関数を求め、この関数により設定時間δ
ｔ後の信号の予測値の算出を行うこと。◆ 過去の信号値のデータ個数は２、３または４であるこ
と。◆ （数１）の左辺が０となるように予測時間を修正する
こと。

【００７８】第１の計算機により、反力計測値入力時
刻または反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答
計算結果を、該一定時間後に出力すること。

【００７９】第１の計算機により、反力計測値入力時
刻または反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答
計算結果を試験終了後処理可能なように保存すること。

【００８０】以上の本発明の重要な特徴点を目的に対応
させると、次の通りである。◆ （Ａ）振動応答解析に発散が生じない振動試験装置およ
び振動試験方法を実現することは、第１の計算機より出
力される振動応答信号のアクチュエータのおくれ時間相
当分だけ先の予測値を第２の計算機により計算し、駆動
信号としてアクチュエータの制御装置に入力することに
より達成される。

【００８１】（Ｂ）振動応答解析に発散が生じない振動
試験装置および振動試験方法を実現することは、反力計
測装置より出力される反力計測値のアクチュエータのお
くれ時間分だけ先の予測値を第２の計算機により計算
し、第１の計算機に入力することにより達成される。

【００８２】（Ｃ）広範囲の振動条件において振動応答
の発散が生じない振動試験装置、及び方法を実現するこ
とは、第１の計算機より出力される振動応答信号と、第
２の計算機による予測値に対して実現されたアクチュエ
ータの変位を、第３の計算機により比較して両者が一致
するように第２の計算機における予測のためのパラメー
タを修正することにより達成される。

【００８３】（Ｄ）試験装置を容易に構成することは、
使用する環境に応じて、前記第１乃至第３の計算機の機
能を１つ乃至２つの計算機に実施させること、または並
列計算機を使用すること、或いはこれらの組み合わせる
ことにより達成される。

【００８４】（Ｅ）数値モデル化された部分を含めての
構造物の振動応答を評価することは、計算された振動応
答のうち必要な部分を計算機内に保存すること、若しく
は、計算機から出力することにより達成される。

【００８５】（Ｆ）前述の試験装置を使用して、正確
に、また、発散の生じない安定な振動試験を実施するこ
とは、当該時刻のデータと、予め定められた個数ｎ個の
設定時間δｔ刻みごとの過去の駆動信号値とを用いて、
時間のｎ次関数を求め、この関数により設定時間δｔ後
の駆動信号の予測値の算出を行うことにより、またその
信号値のデータ個数は２、３若しくは４個とすることに
より達成される。同様に、予測パラメータの修正に当た
っては、（数１）が０となるように予測時間を修正する
ことにより達成される。

【００８６】

【作用】上記の特徴点に対応させて作用を述べる。◆ （Ａ）第１の計算機より出力される振動応答信号のアク
チュエータのおくれ時間分だけ先の予測値を第２の計算
機により計算し、駆動信号としてアクチュエータの制御
装置に入力することにより、第１の計算機で計算された
変位と、アクチュエータが実現した変位が一致し、アク
チュエータの応答遅れに起因する発散を避けることがで
きる。

【００８７】（Ｂ）反力計測装置より出力される反力計
測信号のアクチュエータのおくれ時間分だけ先の予測値
を第２の計算機により計算し、第１の計算機に入力する
ことにより、第１の計算機で計算された変位と、入力さ
れる反力の発生時刻が一致し、アクチュエータの応答遅
れに起因する発散を避けることができる。

【００８８】（Ｃ）第１の計算機より出力される振動応
答信号と、第２の計算機による予測値に対して実現され
たアクチュエータの変位を、第３の計算機により比較し
て両者が一致するように第２の計算機における予測のた
めのパラメータを修正することにより、初期の遅れ補正
設定量が実際の遅れ量と異なる場合や、振動状況によっ
て遅れ量が変化する場合にも、適当な値に遅れ補正パラ
メータを変動させることができるので発散を避けること
ができる。

【００８９】（Ｄ）使用する環境に応じて、第１乃至第
３の計算機の機能を、１つ乃至２つの計算機に実施させ
ること、または並列計算機を使用すること、或いはこれ
らの組み合わせることにより、既存の機器、計算機等を
使用して試験装置を構成することができるので、簡単に
振動試験が実施できる。

【００９０】（Ｅ）計算された振動応答のうち必要な部
分を計算機内に保存すること、若しくは計算機から出力
することにより、振動試験中、及び後に、実際に振動試
験されている部分以外の振動応答を知ることができるの
で、構造物全体の振動応答の評価が可能となる。

【００９１】（Ｆ）当該時刻のデータと、予め定められ
た個数ｎ個の設定時間δｔ刻みごとの過去の駆動信号値
とを用いて、時間のｎ次関数を求め、この関数により設
定時間δｔ後の駆動信号の予測値の算出を行うことによ
り、正確な駆動信号の予測が可能となる。

【００９２】また、その信号値のデータ個数は２、３若
しくは４個とすることにより、広範囲の振動数に関して
安定な振動試験が可能となる。◆予測パラメータの修正
に当たっては、（数１）が０となるように予測時間を修
正することにより、精度の高い予測パラメータの修正が
可能となる。

【００９３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。◆構造物１のうち、試験対象構造物２は基礎４に
固定され、反力壁９に固定されたアクチュエータ７が据
え付けられていて変位を加えることができるようになっ
ている。アクチュエータの駆動部７ａには反力計測手段
８が設置されており、試験対象構造物２に変位が加えら
れた場合の、試験対象構造物２からアクチュエータ７へ
の反力が計測できる。試験対象構造物以外の構造物３は
数値モデル化され第１の計算機１０に入力されている。

【００９４】構造物１に加わる地震等の外力は、第１の
計算機１０内に設けられている外力時刻歴保存装置１４
に保存されているか、若しくは、外力信号入力手段１３
を介して入力される。時間管理手段１８により上記外力
と上記反力計測値は、一定時間刻みΔｔごとに振動応答
解析手段１５に入力される。

【００９５】振動応答解析手段１５には、例えば従来技
術の項で述べた中央差分法などの手法がプログラムされ
ており、また、構造物１のうち試験対象構造物２を除い
た部分３の数値モデルが入力されており、一定時間刻み
Δｔ後の振動応答が計算される。中央差分法の場合は、
振動応答は変位である。但し、振動応答解析手法は中央
差分法に限定されるものではなく、さまざまな手法を用
いることができ、また、計算する振動応答も変位に限定
されず、速度、加速度などであってもよい。

【００９６】この振動応答計算値に基づき、振動応答信
号算出手段１６は、構造物１のアクチュエータ設置点の
に応じた信号を算出する。振動応答信号出力手段１７
は、時間管理手段１８により、前記振動応答信号を反力
計測値測定時刻のΔｔ後に出力する。

【００９７】第２の計算機１１は、前記振動応答信号出
力値を、信号入力手段１９を介して取り込み、本入力信
号をデータ保存手段２９に保存するとともに、保存手段
に保存されている過去のデータを利用してアクチュエー
タ駆動信号算出手段２１により、ある時間δｔだけ先の
振動応答信号を、駆動信号算出手段２１にプログラムさ
れている手法に基づいて予測計算する。このδｔは、ア
クチュエータの応答遅れ時間にあわせて設定する。

【００９８】計算された予測信号は信号出力手段２０に
より出力され、アクチュエータ制御装置６に入力され
る。この信号に基づき、アクチュエータは駆動される
が、アクチュエータの実際の駆動変位は入力信号に対し
て遅れるため、第２の計算機による予測分と相殺され、
ある時刻の変位として計算された変位が所定の時刻に実
現される。振動応答計算値、駆動信号値、実際のアクチ
ュエータの変位の関係を図６に示す。

【００９９】本実施例によれば、アクチュエータの変位
を振動応答解析手段の時間軸と一致させることができる
ので、振動応答計算においてアクチュエータ応答遅れに
よるエネルギーの増加を避けることができ、構造物の振
動試験が正確、かつ、安定に実施することができる。

【０１００】別の、本発明の一実施例を図２を用いて説
明する。◆前述の実施例と同様であるが、第１の計算機
から出力される振動応答信号は直接アクチュエータ駆動
信号としてアクチュエータ制御装置６に入力される。

【０１０１】第２の計算機１１は、反力計測手段８の出
力値を、信号入力手段１９を介して取り込み、本入力信
号をデータ保存手段２９に保存するとともに、保存手段
に保存されている過去のデータを利用して反力予測値算
出手段２１により、ある時間δｔだけ先の反力を、反力
予測値算出手段２１にプログラムされている手法に基づ
いて予測計算する。このδｔは、アクチュエータの応答
遅れ時間に合わせて設定する。計算された予測信号は信
号出力手段２０により出力され、第１の計算機に入力さ
れる。

【０１０２】この信号に基づき、第１の計算機において
は振動応答計算が行われるが、アクチュエータの実際の
駆動変位は入力信号に対して遅れる為、第２の計算機に
よる予測分と相殺され、ある時刻の変位に対する反力相
当の値が所定の時刻に第１の計算機に入力される。

【０１０３】本実施例によっても、アクチュエータの変
位と第１の計算機に入力される反力値の時間軸を一致さ
せることができるので、振動応答計算においてアクチュ
エータ応答遅れによるエネルギーの増加を避けることが
でき、構造物の振動試験が正確、かつ、安定に実施する
ことができる。

【０１０４】次に、アクチュエータ駆動信号算出方法、
及び、反力予測値算出方法の実施例を述べる。両者は同
様であるので、アクチュエータ駆動信号で代表して説明
する。 ある時刻ｔまでの振動応答信号をもとにδｔ後
の駆動信号を予測する。その為に、δｔ刻みのデータを
通る補間関数を求め、その関数のｔ＋δｔの値を予測値
とする。補間関数作成に使用するデータの個数を（ｎ＋
１）個（現在時刻のデータ１個とデータ保存手段２９に
保存されている過去のデータｎ個）とすると、ｎ次の関
数が求められる。上記の考え方に基づいて、ｎ＝１〜５
について過去の駆動信号データを用いてδｔ後の駆動信
号を予測する式を数１０〜１４に示す。

【０１０５】尚、ｎ＝０は、時刻ｔの値をそのまま用い
ることであり、予測をしない場合に当たる。

【０１０６】

【数１０】

【０１０７】

【数１１】

【０１０８】

【数１２】

【０１０９】

【数１３】

【０１１０】

【数１４】

【０１１１】本実施例によれば、簡単な四則演算によっ
て予測値を算出できるので、一時間刻みという短い期間
の間に計算が可能であり、実時間の加振が可能となる。

【０１１２】これらの式により、応答アクチュエータの
おくれ時間がδｔである場合、δｔ後のデータを予測す
るとすると振幅Ａ、円振動数ωの正弦波は数１５〜１９
に示すような関数に変換される。

【０１１３】

【数１５】

【０１１４】

【数１６】

【０１１５】

【数１７】

【０１１６】

【数１８】

【０１１７】

【数１９】

【０１１８】これらの式からわかるようにわずかに予測
した正弦波の振幅がもとの正弦波と異なり、その誤差は
正弦波の円振動数ωとおくれ時間δｔの積で定義される
パラメータτによってきまる。予測値出力にあたって
は、もとの振幅に一致するように、前記式による予測値
に補正係数をかけて予測値として出力することも考えら
れる。

【０１１９】この予測処理では、おくれ時間δｔと振幅
の補正係数が予測に必要なパラメータとなる。以下、こ
れらを予測パラメータと呼ぶ。予測手段としては、他の
方法も用いることができ、その場合は予測パラメータは
別のもの、或いは、別の組み合わせになることもある。

【０１２０】また、パラメータτによっては、尚、負の
減衰が残る場合があり（以下、付加減衰と呼ぶ）、この
値が構造自体の減衰より絶対値が大きければ振動応答が
しだいに大きくなり発散することが考えられる。また、
予測に使用するデータにより付加減衰が負となる限界値
があり、その値をｎ＝１〜５について表１に示す。

【０１２１】

【表１】

【０１２２】この表からわかるように、ｎ＝１の場合は
全ての領域において負の付加減衰が加わる為、ｎ＝１は
使用できない。また、ｎ＝５では、τが０付近で負の付
加減衰となる為、不適当である。

【０１２３】また、夫々の場合において、入力振動数成
分の最大値について表１が成り立つようにすれば発散の
原因となる振動が生じない為、安定な実験が可能とな
る。

【０１２４】更に、負の付加減衰による発散は固有モー
ドについて生じることが多い。従って、試験対象構造物
２の質量・剛性などを想定して得られる全体構造物の固
有振動数のうち最高が表１を満たしていれば、発散の原
因となる固有振動数がないので安定な試験が実施可能と
なる。

【０１２５】以上述べた予測方法の実施例によれば、予
測誤差による付加減衰の為振動計算が発散することがな
く安定な振動試験が可能となる。

【０１２６】以上述べた実施例において、使用する計算
機等の構成は様々なものにすることが可能である。以
下、前記の実施例の試験装置の構成に関する実施例を述
べる。

【０１２７】図７は、図１の第１の計算機１０の振動応
答信号出力手段１７をＤ／Ａ変換機３０とし、第２の計
算機１１をアナログ計算機３１としたものである。ま
た、アナログ計算機３１の出力によりアクチュエータを
駆動する為、アクチュエータ７は電圧指令信号により駆
動されるものとしたものである。

【０１２８】本実施例によれば、駆動信号予測の為の第
２の計算機を既存の装置に簡便に導入することができ、
また、第２の計算機を安価に導入できる。

【０１２９】また、構成の別の実施例を図８により述べ
る。これは、図１の第２の計算機１１をデジタル計算機
３３にしたもので、それに伴い信号入力手段１９、信号
出力手段２０をそれぞれＡ／Ｄ変換機３４、Ｄ／Ａ変換
機３０としたものである。また、第１の計算機１０の振
動応答信号出力手段１７をＤ／Ａ変換機３０としたもの
である。この実施例によれば、前述の実施例の効果とと
もに、予測の為にアナログ計算機に比して複雑な手法を
用いることが可能となる。

【０１３０】更に別の構成例を図９に示す。これは、第
２の計算機１１をデジタル計算機とし、第１と第２の計
算機のデータをデータバス２８を介して受け渡すもので
ある。更に別の構成例を図１０に示す。これは、第１の
計算機１０、第２の計算機１１の機能を１つの並列計算
機３４の夫々別のＣＰＵ３５に分担させたものである。
これらの実施例によれば、駆動信号はデジタル値のまま
受け渡されるので、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換などにより生じ
る誤差や、電圧値に外部から入るノイズ等を避けること
ができる。

【０１３１】また、図１の第１と第２の計算機の機能を
一つの計算機で順次実施することも可能である。本実施
例によれば、簡便に本発明の振動試験装置を構成するこ
とができる。

【０１３２】以上の実施例において、駆動信号として出
力する振動応答は、第１の計算機１０におさめられてい
る振動応答解析手段によって、変位・速度・加速度及び
それらの組み合わせなどが考えられるが、これを変位と
することにより通常の変位制御アクチュエータを使用し
て本発明の振動試験装置を構成することができる。図７
〜１０で述べた実施例は、図２の実施例にも同様に適用
することができる。

【０１３３】次に、別の実施例を図３を用いて説明す
る。◆本実施例は、図１の実施例に加えて、第３の計算
機２３を設けたものである。第３の計算機２３は少なく
とも２つの信号入力手段２５をもち、少なくとも１つの
信号出力手段２５をもち、予測パラメータ修正手段２６
がおさめられている。また、アクチュエータ７または試
験対象構造物２には、変位計測手段２７が設置されアク
チュエータ７により試験対象構造物２に加えられている
振動応答が計測できるようになっている。第２の計算機
１１には予測パラメータ入力手段２２が設けられてい
る。

【０１３４】第３の計算機には、信号入力手段２４によ
り第１の計算機１０から出力される振動応答信号と変位
計測手段２７からの変位計測値を入力し、予測パラメー
タ修正手段２６により両者を比較処理して、両者が一致
するような第２の計算機で使用する予測パラメータの最
適値を求める。その値を信号出力手段２５により出力
し、第２の計算機１１に予測パラメータ入力手段２２を
介して入力される。この値に基づいてアクチュエータ駆
動信号算出手段２１に用いられている予測パラメータを
修正することによりより正確なアクチュエータの駆動が
可能となる。

【０１３５】本実施例によれば、第２の計算機１１へ初
期設定された予測パラメータが実際のアクチュエータ７
のおくれ時間と異なっていた場合や、振動数・振幅など
にアクチュエータのおくれ時間が依存するような場合で
も、おくれ時間に応じて予測パラメータが変更されるの
で、安定かつ精度の高い振動試験が可能となる。

【０１３６】予測パラメータの修正方法の一実施例につ
いて述べる。第１の計算機１０からのアクチュエータ駆
動信号が振幅Ａ、円振動数ωの正弦波、変位計測値が振
幅Ｂ、円振動数ωの正弦波でδｔ’だけおくれていたと
する。するとある特定の一周期において、

【０１３７】

【数２０】

【０１３８】

【数２１】

【０１３９】

【数２２】

【０１４０】

【数２３】

【０１４１】となる。

【０１４２】尚、図１１に上記の式の概念を示した。よ
って、これらの式により、おくれ時間の修正すべき量δ
ｔ’、振幅補正係数の補正すべき量（Ａ／Ｂ）が求めら
れる。また、他の予測方法を使用している場合でも数２
５が０になるように予測パラメータを修正すれば、予測
による誤差をなくすことができる。また、半周期ごとに
同様の処理を実施してもかまわない。

【０１４３】本実施例によれば一周期または半周期ごと
に予測パラメータを最適値に修正可能であるので、アク
チュエータの特性の変化や、最適予測パラメータの変化
に即時に対応できるので、精度の高い振動試験が可能と
なる。

【０１４４】図３以下で述べた実施例においても、使用
する計算機等の構成は様々なものにすることが可能であ
る。以下、これらの実施例の試験装置の構成に関する実
施例を述べる。

【０１４５】計算機の構成の一実施例を図１２により説
明する。本実施例は、図３の第２の計算機１１をアナロ
グ計算機３１とし、これに伴い、第１の計算機１０のア
クチュエータ駆動信号出力手段１７、第３の計算機の信
号出力手段２５はＤ／Ａ変換機３０としたものであり、
また、アクチュエータ７は電圧値により駆動されるもの
としたものである。

【０１４６】本実施例によれば、駆動信号算出の為の第
２の計算機を既存の装置に簡便に導入することができ、
また、第２の計算機を安価に導入できる。

【０１４７】更に別の計算機の構成の実施例を図１３で
説明する。本実施例では、第２、第３の計算機１１、２
２、をともにデジタル計算機３２とし、信号入力手段１
９、２４、をＡ／Ｄ変換機３３、信号出力手段をＤ／Ａ
変換機３０としたものである。また、アクチュエータ７
は電圧の駆動信号により駆動されるものとしている。

【０１４８】本実施例によれば、駆動信号の算出、ま
た、予測パラメータの修正に複雑な手段を用いることが
でき、精度が高く、かつ、安定な振動試験が可能とな
る。

【０１４９】別の実施例を図１４を用いて説明する。本
実施例では、第２、第３の計算機１１、２２はともにデ
ジタル計算機３２とし、第１の計算機１０及び第３の計
算機２２から第２の計算機１１への信号はデータバス２
８を介して行うものである。

【０１５０】更に別の実施例を図１５を用いて説明す
る。本実施例では、第１〜第３の計算機１０、１１、２
２の機能を一つの並列計算機３４の複数個のＣＰＵ３５
で分担したものである。

【０１５１】これらの実施例によれば、デジタル信号の
まま信号が伝達されるのでＤ／Ａ、Ａ／Ｄ変換に伴う誤
差や、アナログ信号に加わるノイズなどの影響を受けな
い為、精度の高い振動試験が可能となる。

【０１５２】また、第１の計算機１０、第２の計算機１
１の機能を一つの計算機で順次実施することもできる。
また、第２の計算機１１、第３の計算機２２の機能を一
つの計算機で実施することもできる。更に、第１の計算
機１０、第２の計算機１１、第３の計算機２２の機能を
一つの計算機で実施することも可能である。本実施例に
よれば、簡便に本発明の振動試験装置を構成することが
できる。

【０１５３】以上の実施例においても、出力する振動応
答信号は、第１の計算機１０におさめられている振動応
答解析手段によって、変位・速度・加速度及びそれらの
組み合わせなどが考えられるが、これを変位とすること
により通常の変位制御アクチュエータを使用して本発明
の振動試験装置を構成することができる。

【０１５４】別の実施例を図１６を用いて説明する。本
実施例は、第１の計算機１０による振動応答解析結果
を、アクチュエータ駆動の為の振動応答信号と同様に、
試験対象構造物とそれ以外の部分の境界点以外の位置の
振動応答を信号出力手段２０により例えば電圧信号とし
て出力するようにしたものである。

【０１５５】本実施例によれば、振動試験対象構造物の
応答を計測するだけではなく、構造物全体の振動応答を
計測することが可能となる。この実施例は、図２、３で
示した実施例にも適用可能である。

【０１５６】更に別の実施例を図１７を用いて説明す
る。本実施例は、第１の計算機による振動応答解析結果
を第１の計算機内の振動応答解析結果保存装置４０に保
存し、試験終了後にディスプレイ、キーボード、プリン
タ、外部記憶装置などの外部装置４１で処理が可能なよ
うにしたものである。この実施例も、図２、３で示した
実施例にも適用可能である。

【０１５７】本実施例によっても、振動試験対象構造物
の応答を計測するだけではなく、構造物全体の振動応答
を評価することが可能となる。

【０１５８】尚、これらの実施例では、試験対象構造物
及びアクチュエータが一組である場合を示したが、これ
らが複数組であっても差し支えない。その際、駆動信号
を予測する際２の計算機や、予測パラメータを修正する
第３の計算機は夫々一つであってもよいし、夫々のアク
チュエータに一つずつ設けても差し支えない。また、実
施例の説明では、アクチュエータによる加振は一方向の
並進であったが、試験対象構造物及び数値モデル化に応
じて、回転であっても、また、複数の方向を持つ加振で
あっても、また、並進と回転の組み合わせであっても差
し支えない。

【０１５９】要するに、本発明の主旨を逸脱しない範囲
で様々な構成とする事ができる。

【０１６０】

【発明の効果】本発明により、アクチュエータの応答遅
れによる振動応答解析の発散が生じなくなり、構造物の
一部分のみの振動試験と他の部分の振動応答数値解析を
実時間で組み合わせて行う構造物の振動試験が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図２】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図３】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図４】振動試験の対象の構造物の側面模色図である。

【図５】構造物の一部分のみの振動試験と他の部分の振
動応答数値解析を組み合わせて行う構造物の振動試験の
説明図である。

【図６】本発明の実施例の機能を説明する特性図であ
る。

【図７】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図８】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図９】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロック
図である。

【図１０】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１１】予測パラメータ修正方法の一実施例の概念図
である。

【図１２】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１３】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１４】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１５】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１６】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【図１７】本発明の実施例に係る振動試験装置のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…構造物、２…試験対象構造物、３…試験対象構造物
以外の構造物、４…基礎、５…計算機、６…アクチュエ
ータの制御装置、７…アクチュエータ、８…反力測定手
段、９…反力壁、１０…第１の計算機、１１…第２の計
算機、１２…反力計測値入力手段、１３…外力信号入力
手段、１４…外力時刻歴保存装置、１５…振動応答解析
手段、１６…アクチュエータ駆動信号算出手段、１７…
駆動信号出力手段、１８…時間管理手段、１９…信号入
力手段、２０…信号出力手段、２１…アクチュエータ駆
動信号予測手段、２２…予測パラメータ入力手段、２３
…第３の計算機、２４…信号入力手段、２５…信号出力
手段、２６…予測パラメータ修正手段、２７…振動応答
計測手段、２８…データバス、２９…データ保存手段、
３０…Ｄ／Ａ変換機、３１…アナログ計算機、３２…デ
ジタル計算機、３３…Ａ／Ｄ変換機、３４…並列計算
機、３５…並列計算機のＣＰＵ、４０…振動応答解析結
果保存手段、４１…外部記憶装置。

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の計算機と第２の計算機と、試験対象
   構造物を加振するアクチュエータと、該アクチュエータ
   の制御装置と、前記アクチュエータに取り付けられた前
   記試験対象構造物から前記アクチュエータに加わる反力
   の計測手段とを備えて成り、前記第１の計算機はデジタ
   ル計算機であって、前記反力計測手段の計測値を一定時
   間刻みごとに入力する手段と、外力信号の入力手段及び
   ／または外力時刻歴データの保存装置と、構造物の数値
   モデルが入力されている振動応答解析手段と、振動応答
   解析結果に応じた信号を算出する振動応答信号算出手段
   と、前記振動応答信号の出力手段と、解析及び信号入出
   力の時間管理手段とを有し、前記振動応答解析手段は前
   記反力と前記外力入力値及び／または外力時刻歴の当該
   時刻のデータを用いて、反力計測時刻から一定時間後の
   前記構造物の振動応答を計算するものであり、前記時間
   管理手段と前記振動応答信号出力手段とは前記一定時間
   後に前記算出信号を出力するものであり、前記第２の計
   算機は、前記第１の計算機の出力信号である振動応答信
   号を入力する信号入力手段と、前記アクチュエータの駆
   動信号を出力する信号出力手段と、アクチュエータ駆動
   信号算出手段と、前記信号入力手段による入力値を保存
   するデータ保存装置とを有し、前記アクチュエータ駆動
   信号算出手段は該入力値と前記データ保存装置に保存さ
   れた過去の入力値と予め入力されている予測パラメータ
   を用いて予め定められた時間後の振動応答信号予測値を
   算出するものであり、前記出力信号は前記アクチュエー
   タの制御装置に入力されて前記アクチュエータを駆動す
   るものであることを特徴とする構造物の振動試験装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第１の計算機の振
   動応答信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、前記第２の
   計算機はアナログ計算機であって、前記アクチュエータ
   は電圧信号により駆動されるものであることを特徴とす
   る構造物の振動試験装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記第１の計算機の振
   動応答信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、前記第２の
   計算機はデジタル計算機であって、その信号入力装置は
   Ａ／Ｄ変換機であり、その信号出力手段はＤ／Ａ変換機
   であり、前記アクチュエータ駆動信号予算出手段は第１
   の計算機の振動応答解析の時間刻みと同じ若しくは異な
   る一定時間刻みごとに駆動信号を算出するものであり、
   前記アクチュエータは電圧信号により駆動されるもので
   あることを特徴とする構造物の振動試験装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記第２の計算機はデ
   ジタル計算機であって、前記アクチュエータ駆動信号予
   測手段は前記第１の計算機の振動応答解析の時間刻みと
   同じ若しくは異なる一定時間刻みごとに予測信号を算出
   するものであり、前記第１の計算機の出力信号である駆
   動信号出力は、データバスを介して前記第２の計算機に
   入力されるものであることを特徴とする構造物の振動試
   験装置。
5. 【請求項５】第１の計算機と第２の計算機と、試験対象
   構造物を加振するアクチュエータと、該アクチュエータ
   の制御装置と、前記アクチュエータに取り付けられた前
   記試験対象構造物からアクチュエータに加わる反力の計
   測手段とを備えてなり、前記第１の計算機はデジタル計
   算機であって、一定時間刻みごとに前記第２の計算機の
   出力信号である反力予測値を入力する手段と、外力信号
   の入力手段及び／または外力時刻歴データの保存装置
   と、構造物の数値モデルが入力されている振動応答解析
   手段と、振動応答解析結果に応じたアクチュエータ駆動
   信号を算出するアクチュエータ駆動信号算出手段と、前
   記駆動信号の出力手段と、解析及び信号入出力の時間管
   理手段とを有し、前記構造物振動応答解析手段は前記反
   力予測信号値と前記外力入力値及び／または外力時刻歴
   の当該時刻のデータを用いて、反力計測時刻から一定時
   間後の前記構造物の振動応答を計算するものであり、前
   記時間管理手段と前記駆動信号出力手段とは前記一定時
   間後に前記駆動信号を出力するものであり、該出力信号
   は前記アクチュエータの制御装置に入力されて前記アク
   チュエータを駆動するものであり、前記第２の計算機
   は、前記反力計測手段による計測値を入力する信号入力
   手段と、前記第１の計算機の入力信号として出力する信
   号出力手段と、反力信号予測手段と、前記入力値を保存
   するデータ保存装置とを有し、前記反力信号予測手段は
   該入力値と前記データ保存装置に保存された過去の入力
   値と予め入力されている予測パラメータを用いて予め定
   められた時間後の反力信号予測値を算出するものである
   ことを特徴とする構造物の振動試験装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記第１の計算機の反
   力予測信号を入力する手段はＡ／Ｄ変換機であり、前記
   第２の計算機はアナログ計算機であり、前記反力計測手
   段の出力は電圧信号であることを特徴とする構造物の振
   動試験装置。
7. 【請求項７】請求項５において、前記第１の計算機の反
   力予測信号を入力する手段はＡ／Ｄ変換機であり、前記
   第２の計算機はデジタル計算機であって、その信号入力
   装置はＡ／Ｄ変換機であり、その信号出力手段はＤ／Ａ
   変換機であり、反力信号予測手段は第１の計算機の振動
   応答解析の時間刻みと同じ若しくは異なる一定時間刻み
   ごとに予測信号を算出するものであり、前記反力計測手
   段の出力は電圧信号であることを特徴とする構造物の振
   動試験装置。
8. 【請求項８】請求項５において、前記第２の計算機はデ
   ジタル計算機であって、前記反力信号予測手段は前記第
   １の計算機の振動応答解析の時間刻みと同じ若しくは異
   なる一定時間刻みごとに予測信号を算出するものであ
   り、前記第２の計算機の出力信号である反力予測信号
   は、データバスを介して第１の計算機に入力されるもの
   であることを特徴とする構造物の振動試験装置。
9. 【請求項９】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記
   第１の計算機と前記第２の計算機の機能が、並列計算機
   内の複数のＣＰＵにより分担されていることを特徴とす
   る構造物の振動試験装置。
10. 【請求項１０】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前
    記第１の計算機と前記第２の計算機の機能が、一つの計
    算機内で順次実施されることを特徴とする構造物の振動
    試験装置。
11. 【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記振動応答は変位であることを特徴とする構造物の振
    動試験装置。
12. 【請求項１２】第１の計算機と第２の計算機と第３の計
    算機と、試験対象構造物を加振するアクチュエータと、
    該アクチュエータの制御装置と、前記アクチュエータに
    取り付けられた試験対象構造物からアクチュエータに加
    わる反力の計測手段と、アクチュエータの駆動部分の振
    動応答の計測手段とを備えてなり、前記第１の計算機は
    デジタル計算機であって、前記反力計測手段の計測値を
    一定時間刻みごとに入力する手段と、外力信号の入力手
    段及び／または外力時刻歴データの保存装置と、試験対
    象構造物を含む構造物の振動応答解析手段と、振動応答
    解析結果に応じた振動応答信号を算出する振動応答信号
    算出手段と、前記振動応答信号の出力手段と、解析及び
    信号入出力の時間管理手段とを有し、前記構造物の振動
    応答解析手段は構造物の数値モデルが入力されており、
    かつ前記反力と前記外力入力値及び／または外力時刻歴
    の当該時刻のデータを用いて、反力計測時刻から一定時
    間後の前記構造物の振動応答を計算するものであり、前
    記時間管理手段と前記信号出力手段とは前記一定時間後
    に前記振動応答信号を出力するものであり、前記第２の
    計算機は、前記第１の計算機の出力信号である振動応答
    信号を入力する信号入力手段と、アクチュエータ駆動信
    号として出力する信号出力手段と、予測パラメータ入力
    手段と、アクチュエータ駆動信号算出手段と、前記入力
    値を保存するデータ保存装置とを有するとともに、前記
    予測パラメータ入力手段により入力される前記第３の計
    算機からの出力値を用いて、前記予測時間及び／または
    予測パラメータを逐次修正するものであり、前記アクチ
    ュエータ駆動信号算出手段は前記入力値と前記データ保
    存装置に保存された過去の入力値を用いて定められた時
    間後の振動応答信号予測値を算出するものであり、該出
    力信号は前記アクチュエータの制御装置に入力されて前
    記アクチュエータを駆動するものであり、前記第３の計
    算機は、前記第１の計算機からのアクチュエータ駆動信
    号とアクチュエータ駆動部振動応答計測手段の出力値と
    を入力する複数信号の入力手段と、信号の出力手段と、
    予測パラメータ修正手段とを有し、前記予測パラメータ
    修正手段により予測パラメータ修正値を算出して出力す
    ることを特徴とする構造物の振動試験装置。
13. 【請求項１３】請求項１２において、前記第２の計算機
    はアナログ計算機であって、前記第１の計算機の振動応
    答信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、前記第３の計算
    機はデジタル計算機であって信号の出力手段はＤ／Ａ変
    換機であり、前記アクチュエータは電圧信号により駆動
    されるものであることを特徴とする構造物の振動試験装
    置。
14. 【請求項１４】請求項１２において、前記第１の計算機
    の振動応答信号出力手段はＤ／Ａ変換機であり、前記第
    ２の計算機はデジタル計算機であって、その信号入力装
    置はＡ／Ｄ変換機であり、その信号出力手段はＤ／Ａ変
    換機であり、前記アクチュエータ駆動信号算出手段は第
    １の計算機の振動応答解析の時間刻みと同じ若しくは異
    なる一定時間刻みごとに駆動信号を算出するものであ
    り、アクチュエータは電圧信号により駆動されるもので
    あり、第３の計算機はデジタル計算機であって信号の出
    力手段はＤ／Ａ変換機であることを特徴とする構造物の
    振動試験装置。
15. 【請求項１５】請求項１２において、前記第２の計算機
    はデジタル計算機であって、前記アクチュエータ駆動信
    号算出手段は前記第１の計算機の振動応答解析の時間刻
    みと同じ若しくは異なる一定時間刻みごとに予測信号を
    算出するものであり、前記第１の計算機の出力信号であ
    る振動応答信号出力、及び前記第３の計算機の出力信号
    はデータバスを介して前記第２の計算機に入力されるも
    のであることを特徴とする構造物の振動試験装置。
16. 【請求項１６】請求項１２において、前記第１の計算機
    と前記第２の計算機と前記第３の計算機の機能が、並列
    計算機内の複数のＣＰＵにより分担されていることを特
    徴とする構造物の振動試験装置。
17. 【請求項１７】請求項１２において、前記第１の計算機
    と前記第２の計算機の機能が、一つの計算機内で順次実
    施されることを特徴とする構造物の振動試験装置。
18. 【請求項１８】請求項１２において、前記第２の計算機
    と前記第３の計算機の機能が、一つの計算機内で順次実
    施されることを特徴とする構造物の振動試験装置。
19. 【請求項１９】請求項１２において、前記第１の計算機
    と前記第２の計算機と前記第３の計算機の機能が、一つ
    の計算機内で順次実施されることを特徴とする構造物の
    振動試験装置。
20. 【請求項２０】請求項１２乃至１９のいずれかにおい
    て、前記振動応答は変位であることを特徴とする構造物
    の振動試験装置。
21. 【請求項２１】請求項１乃至２０のいずれかにおいて、
    前記第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予
    測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を、該
    一定時間後に出力する手段を有することを特徴とする構
    造物の振動試験装置。
22. 【請求項２２】請求項１乃至２０のいずれかにおいて、
    前記第１の計算機は、反力計測値入力時刻または反力予
    測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結果を保存
    し、試験終了後処理する手段を有することを特徴とする
    構造物の振動試験装置。
23. 【請求項２３】構造物の全体または一部分をアクチュエ
    ータで加振する構造物の振動試験方法であって、アクチ
    ュエータに、試験対象構造物からアクチュエータへの反
    力を測定する反力計測手段を設置し、前記アクチュエー
    タへ入力される駆動信号は、反力計測値を入力する手
    段、外力信号の入力手段及び／または外力時刻歴データ
    の保存装置、構造物の数値モデルが入力されている構造
    物振動応答解析手段、振動応答信号算出手段、前記振動
    応答信号の出力手段、解析及び信号入出力の時間管理手
    段を有するデジタル計算機である第１の計算機によっ
    て、一定時間刻みごとに前記反力計測値を入力し、該反
    力と、前記外力入力値及び／または外力時刻歴の当該時
    刻のデータを用い、前記構造物振動応答解析手段によ
    り、反力計測時刻から一定時間後の構造物の振動応答を
    計算し、解析結果に基づき前記振動応答信号算出手段に
    より振動応答信号を算出し、前記時間管理手段と前記振
    動応答出力手段により該一定時間後に前記振動応答信号
    を出力し、更に、信号入力手段と、信号出力手段と、ア
    クチュエータ駆動信号算出手段とデータ保存装置を有す
    る第２の計算機によって、前記第１の計算機の出力信号
    である振動応答信号を、前記信号入力手段により入力
    し、該入力値をデータ保存装置に保存し、アクチュエー
    タ駆動信号算出手段により該入力値と前記データ保存装
    置に保存された過去の入力値と予め入力されている予測
    パラメータを用いて、予め定められたアクチュエータの
    応答おくれ時間相当時間後の振動応答信号予測値を算出
    し、信号出力手段により出力されることを、繰り返し実
    施することを特徴とする構造物の振動試験方法。
24. 【請求項２４】構造物の全体または一部分をアクチュエ
    ータで加振する構造物の振動試験方法であって、アクチ
    ュエータに、試験対象構造物からアクチュエータへの反
    力を測定する反力計測手段を設置し、信号入力手段と、
    信号出力手段と、アクチュエータ駆動信号算出手段とデ
    ータ保存装置を有する第２の計算機によって、前記反力
    計測手段の出力を、前記信号入力手段により入力し、該
    入力値をデータ保存装置に保存し、アクチュエータ駆動
    信号算出手段により該入力値と前記データ保存装置に保
    存された過去の入力値と予め入力されている予測パラメ
    ータを用いて、予め定められたアクチュエータの応答お
    くれ時間相当時間後の反力測定値を算出し、信号出力手
    段により出力し、第２の計算機の出力である反力予測値
    を入力する手段、外力信号の入力手段及び／または外力
    時刻歴データの保存装置、構造物の数値モデルが入力さ
    れている構造物振動応答解析手段、アクチュエータ駆動
    信号算出手段、前記駆動信号の出力手段、解析及び信号
    入出力の時間管理手段を有するデジタル計算機である第
    １の計算機によって、一定時間刻みごとに前記反力予測
    値を入力し、該反力と、前記外力入力値及び／または外
    力時刻歴の当該時刻のデータを用い、前記構造物振動応
    答解析手段により、反力予測値入力時刻から一定時間後
    の構造物の振動応答を計算し、解析結果に基づき前記駆
    動信号算出手段によりアクチュエータ駆動信号を算出
    し、前記時間管理手段と前記駆動信号出力手段により該
    一定時間後に前記アクチュエータ駆動信号を出力し、該
    アクチュエータ駆動信号を前記アクチュエータの制御装
    置に入力することを繰り返し実施することを特徴とする
    構造物の振動試験方法。
25. 【請求項２５】構造物の全体または一部分をアクチュエ
    ータで加振する構造物の振動試験方法であって、アクチ
    ュエータに、試験対象構造物からアクチュエータへの反
    力を測定する反力計測手段を設置し、また、アクチュエ
    ータにより加振される振動応答の計測手段を設置し、前
    記アクチュエータへ入力される駆動信号を、反力計測値
    を入力する手段、外力信号の入力手段及び／または外力
    時刻歴データの保存装置、構造物の振動応答解析手段、
    振動応答信号算出手段、前記信号の出力手段、解析及び
    信号入出力の時間管理手段を有するデジタル計算機であ
    る第１の計算機によって、一定時間刻みごとに前記反力
    計測値を入力し、該反力と、前記外力入力値及び／また
    は外力時刻歴の当該時刻のデータを用い、前記構造物振
    動応答解析手段により、反力計測時刻から一定時間後の
    構造物の振動応答を計算し、振動応答をもとに前記振動
    応答信号算出手段により振動応答信号を算出し、前記時
    間管理手段と前記信号出力手段により該一定時間後に前
    記振動応答信号を出力し、更に、信号入力手段と、信号
    出力手段と、予測パラメータ入力手段と、アクチュエー
    タ駆動信号予測手段とデータ保存装置を有する第２の計
    算機によって、前記第１の計算機の出力信号である振動
    応答信号を、前記信号入力手段により入力し、該入力値
    をデータ保存装置に保存し、アクチュエータ駆動信号算
    出手段により該入力値と前記データ保存装置に保存され
    た過去の入力値と予め入力されている予測パラメータを
    用いて、予め定められたアクチュエータの応答おくれ時
    間相当時間後の振動応答信号予測値を算出し、信号出力
    手段により出力されることを、繰り返し実施し、複数の
    信号の入力手段と、信号の出力手段と、予測パラメータ
    修正手段を有する第３の計算機によって、第１の計算機
    からの振動応答信号と、前記アクチュエータ振動応答計
    測手段の出力値を前記信号入力手段により入力し、前記
    予測パラメータ修正手段により予測パラメータ修正値を
    算出し、信号出力手段により出力し、第２の計算機はパ
    ラメータ入力手段により入力される第３の計算機からの
    出力値を用いて、前記予測時間及び／または予測パラメ
    ータを逐次修正することを特徴とする構造物の振動試験
    方法。
26. 【請求項２６】請求項２３乃至２５のいずれかにおい
    て、前記第１の計算機と前記第２の計算機の機能を、並
    列計算機内の複数のＣＰＵにより分担して実施させるこ
    とを特徴とする構造物の振動試験方法。
27. 【請求項２７】請求項２３乃至２５のいずれかにおい
    て、前記第１の計算機と前記第２の計算機の機能を、１
    つの計算機で順次実施させることを特徴とする構造物の
    振動試験方法。
28. 【請求項２８】請求項２５において、前記第２の計算機
    と前記第３の計算機の機能を、並列計算機内の複数のＣ
    ＰＵにより分担して実施させることを特徴とする構造物
    の振動試験方法。
29. 【請求項２９】請求項２５において、前記第２の計算機
    と前記第３の計算機の機能を、１つの計算機で順次実施
    させることを特徴とする構造物の振動試験方法。
30. 【請求項３０】請求項２５において、前記第１の計算
    機、前記第２の計算機及び前記第３の計算機の機能を、
    並列計算機内の複数のＣＰＵにより分担して実施させる
    ことを特徴とする構造物の振動試験方法。
31. 【請求項３１】請求項２５において、前記第１の計算
    機、前記第２の計算機及び前記第３の計算機の機能を、
    １つの計算機で順次実施させることを特徴とする構造物
    の振動試験方法。
32. 【請求項３２】請求項２３乃至３１のいずれかにおい
    て、当該時刻のデータと、予め定められた個数ｎ個の設
    定時間δｔ刻みごとの過去の信号値とを用いて、時間の
    ｎ次関数を求め、この関数により設定時間δｔ後の信号
    の予測値の算出を行うことを特徴とする構造物の振動試
    験方法。
33. 【請求項３３】請求項３２において、過去の信号値のデ
    ータ個数は２、３または４であることを特徴とする構造
    物の振動試験方法。
34. 【請求項３４】請求項２５乃至３１のいずれかにおい
    て、 【数１】 の左辺が０となるように予測時間を修正することを特徴
    とする構造物の振動試験方法。
35. 【請求項３５】請求項２３乃至３４のいずれかにおい
    て、前記第１の計算機により、反力計測値入力時刻また
    は反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結
    果を、該一定時間後に出力することを特徴とする構造物
    の振動試験方法。
36. 【請求項３６】請求項２３乃至３４のいずれかにおい
    て、前記第１の計算機により、反力計測値入力時刻また
    は反力予測値入力時刻から一定時間後の振動応答計算結
    果を試験終了後処理可能なように保存することを特徴と
    する構造物の振動試験方法。