JPH0882572A - 励振力推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加振試験時の加振点のばらつきの影響を除去
でき、励振力推定値を正確に求めることができる励振力
推定装置を提供する。 【構成】 加振試験時にインパルスハンマ１２を用いて
被測定機器１１の励振力着力点Ａに既知の荷重を加え、
振動応答測定点Ｂにおける加速度応答を加速度検出器１
３により検出する。上記インパルスハンマ１２の励振力
及び加速度応答を第１のメモリ装置１４に記憶する。第
１の演算装置１５は、第１のメモリ装置１４に記憶した
加振試験時の励振力及び加速度応答に基づいて機器１１
の振動応答測定点Ｂと励振力着力点Ａとの間のインパル
ス応答関数を計算する。第２の演算装置１７は、上記イ
ンパルス応答関数と上記加速度検出器１３により検出さ
れる機器稼働時の加速度応答に基づいて複素ケプストラ
ム計算及びケフレンシウィンドウ処理を行なって機器１
１に負荷される励振力推定値を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジン等、稼
働時に衝撃的励振力が作用する機器における励振力を推
定する励振力推定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばエンジン等、稼働時に衝撃
的励振力が作用する機器における励振力を推定する励振
力推定装置は、図１０に示す離散フーリエ変換器１及び
離散フーリエ逆変換器２からなる励振力推定システムを
用いて励振力を推定している。

【０００３】上記離散フーリエ変換器１は、機器稼働時
の振動応答ｘ（ｔ）、ハンマリングにより計測した振動
応答測定点と励振力着力点の間のインパルス応答関数ｈ
（ｔ）に離散フーリエ変換を施し、周波数領域のデータ
に変換する。そして、離散フーリエ逆変換器２は、振動
応答スペクトルに離散フーリエ逆変換を施すことによ
り、励振力推定値を時系列として求める。

【０００４】構造系の振動応答ｘは、系の単位インパル
ス応答関数ｈと励振力ｆとの畳み込みで与えられる。こ
の関係を周波数領域で表現すると、振動応答のスペクト
ルＸは、振動応答測定点と励振力着力点の間の周波数応
答関数Ｈと励振力のスペクトルＦの積で与えられる。

【０００５】予め振動応答測定点と励振力着力点との間
の周波数応答関数Ｈを測定しておけば、機器稼働時の振
動応答のスペクトルＸを周波数応答関数Ｈで除すること
により、構造系に負荷される励振力のスペクトルＦを求
めることができる。

【０００６】一般に構造系の周波数応答関数は、図１１
に示すように多数の共振点（振幅がピークを与える部
分）、反共振点（振幅が落ち込む部分）を持ち、周波数
領域で正確な計算を行なうためには、これらの値を正確
に計算する必要がある。

【０００７】正確な周波数応答関数の計測のためには、
励振力着力点を正確に把握していなければならないが、
一般に励振力着力点を一意に同定し、更に加振試験で周
波数応答関数を計測する際に、正確に励振力着力点を加
振することは困難であることが多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示した従来の
励振力推定装置では、励振力着力点位置が正確に同定で
きないために、励振力着力点と応答測定点の間の周波数
応答関数が正確に測定できず、励振力推定値に誤差が生
じる。

【０００９】また、加振試験の際に励振力着力点を正確
に加振できないために、励振力着力点と応答測定点との
間の周波数応答関数が正確に測定できず、励振力推定値
に誤差が生じる。

【００１０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、加振試験時の加振点のばらつきの影響を除去でき、
励振力推定値を正確に求めることができる励振力推定装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、構造系の振動
応答測定点と励振力着力点との間のインパルス応答関数
を用いて構造系に負荷される励振力を推定する励振力推
定装置において、上記構造系の振動応答測定点の振動加
速度を検出する加速度検出器と、この加速度検出器によ
り検出された加速度応答及び加振試験時に上記構造系に
加えられる励振力を記憶するメモリ装置と、このメモリ
装置に記憶された加振試験時の励振力及び加速度応答に
基づいて上記構造系の振動応答測定点と励振力着力点と
の間のインパルス応答関数を計算する第１の演算手段
と、この第１の演算手段により計算されたインパルス応
答関数と上記加速度検出器により検出される機器稼働時
の加速度応答に基づいて構造系に負荷される励振力推定
値を計算する第２の演算手段とを具備したことを特徴と
する。

【００１２】

【作用】加振試験時にインパルスハンマ等を用いて構造
系の励振力着力点に既知の荷重を加え、振動応答測定点
における加速度応答を加速度検出器により検出する。そ
して、加振試験における励振力及び加速度応答をメモリ
装置に記憶する。第１の演算手段は、上記メモリ装置に
記憶した加振試験時の励振力及び加速度応答に基づいて
構造系の振動応答測定点と励振力着力点との間のインパ
ルス応答関数を計算する。第２の演算手段は、第１の演
算手段で計算したインパルス応答関数と上記加速度検出
器により検出される機器稼働時の加速度応答に基づいて
構造系に負荷される励振力推定値を例えば次のようにし
て計算する。

【００１３】(a) 第１の演算手段で計算した機器のイン
パルス応答関数の複素ケプストラム及び機器稼働時の加
速度応答の複素ケプストラムを計算する。 (b) 計算した複素ケプストラムにショートパスケフレン
シウィンドウ処理を施す。

【００１４】(c) 応答の複素ケプストラムとインパルス
応答関数の複素ケプストラムの差を取り、入力推定値の
複素ケプストラムを計算する。 (d) 複素ケプストラムを時系列に変換する。複素ケプス
トラム＾ｘ（τ）は、時系列ｘ（ｔ）フーリエ変換の複
素対数の逆フーリエ変換で与えられる。定義式は、次に
示すように

【００１５】

【数１】 Ｆ［…］：［…］のフーリエ変換で示される。

【００１６】インパルス応答関数計測時の励振力着力点
位置のばらつきは、周波数応答関数スペクトルの概形に
は変化を与えず、変動成分にのみ影響を与えるので、複
素ケプストラム上では、長ケフレンシ領域に影響が現れ
る。ショートパスケフレンシウィンドウ処理（短ケフレ
ンシ領域だけを残す窓関数処理）により、これらの影響
を除去する。

【００１７】周波数領域で、入力と周波数応答関数の積
の形で与えられた振動応答は、複素対数を取ることによ
り、入力の複素ケプストラムとインパルス応答関数の複
素ケプストラムの和で与えられるようになるため、ケフ
レンシウィンドウ処理を施したインパルス応答関数の複
素ケプストラムの差を取ることにより、励振力波形の複
素ケプストラムを得ることができる。これを時系列に変
換して励振力波形を得る。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る励振力推定装
置の構成を示すブロック図である。

【００１９】図１において、１１は構造系、つまり、被
計測機器で、加振試験を行なう際、励振力着力点Ａにイ
ンパルスハンマ１２により既知の荷重（インパルス）が
加えられる。また、被測定機器１１には、振動応答測定
点Ｂに加速度検出器１３を設け、上記インパルスハンマ
１２により荷重が加えられた際の加速度応答を検出して
いる。上記インパルスハンマ１２の励振力及び加速度検
出器１３により検出した加速度応答は、第１のメモリ装
置１４に記憶され、第１の演算装置１５に送られる。こ
の第１の演算装置１５は、上記入力信号に基づいてイン
パルス応答関数計算を行ない、この計算によって得られ
たインパルス応答関数を第２のメモリ装置１６に出力す
る。

【００２０】また、この第２のメモリ装置１６には、被
測定機器１１の稼働時における加速度応答が加速度検出
器１３により検出されて記憶される。そして、第２のメ
モリ装置１６に記憶された機器稼働時の加速度応答及び
インパルス応答関数は、第２の演算装置１７に入力され
る。この第２の演算装置１７は、上記入力信号に基づい
て複素ケプストラム計算及びケフレンシウィンドウ処理
を行なって、励振力波形推定値を計算する。

【００２１】上記のように励振力推定装置は、インパル
ス応答関数を計測する第１段階及び機器稼働時の励振力
推定値を計算する第２段階からなり、次の動作を行な
う。 （１）．加速度検出器１３は、以下の信号検出を行な
う。

【００２２】（第１段階）：インパルスハンマ１２等を
用いて励振力着力点Ａに既知の荷重を加えたときの振動
応答測定点Ｂにおける加速度応答を検出する。 （第２段階）：機器稼働時の振動応答測定点Ｂにおける
加速度応答を検出する。 （２）．第１のメモリ装置１４及び第２のメモリ装置１
６は、以下の信号を記憶する。

【００２３】（第１段階）：加振試験における励振力及
び加速度応答を第１のメモリ装置１４に記憶する。 （第２段階）：第１段階で計算した機器のインパルス応
答関数及び機器稼働時における振動応答測定点Ｂの加速
度応答信号を第２のメモリ装置１６に記憶する。 （３）．第１の演算装置１５及び第２の演算装置１７
は、以下の演算を行なう。

【００２４】（第１段階）：第１の演算装置１５は、励
振力及び加速度応答より、励振力着力点と振動応答測定
点との間のインパルス応答関数を計算する。 （第２段階）：第２の演算装置１７は、 (a) 第１段階で計算した機器のインパルス応答関数の複
素ケプストラム及び機器稼働時の加速度応答の複素ケプ
ストラムを計算する。

【００２５】(b) 計算した複素ケプストラムにショート
パスケフレンシウィンドウ処理を施す。 (c) 応答の複素ケプストラムとインパルス応答関数の複
素ケプストラムの差を取り、入力推定値の複素ケプスト
ラムを計算する。

【００２６】(d) 複素ケプストラムを時系列に変換す
る。上記第２の演算装置１７について、更に図２により
詳細に説明する。第２の演算装置１７は、図２に示すよ
うに離散フーリエ変換器２１、複素対数変換器２２、離
散フーリエ逆変換器２３、短ケフレンシ域抽出器２４、
離散フーリエ変換器２５、複素指数変換器２６、離散フ
ーリエ逆変換器２７からなっている。

【００２７】上記離散フーリエ変換器２１は、機器稼働
時の振動応答ｘ（ｔ）、ハンマリングにより計算した振
動応答測定点Ｂと励振力着力点Ａの間のインパルス応答
関数ｈ′（ｔ）に離散フーリエ変換を施し、周波数領域
のデータに変換する。応答は、時間領域では励振力と系
のインパルス応答の畳み込みで与えられるが（i.e. ｘ
（ｔ）＝ｆ（ｔ）＊ｈ（ｔ））、第１の演算装置１５を
通して周波数領域に変換することにより、励振力スペク
トルと周波数応答関数の積で与えられるようになる（i.
e. Ｘ（ω）＝Ｆ（ω）×Ｈ（ω））。複素対数変換器
２２は、応答スペクトルＸ（ω）と、周波数応答関数ス
ペクトルＨ′（ω）の複素対数をとる。応答スペクトル
の複素対数は、励振力スペクトルの複素対数と周波数応
答関数の複素対数の和で与えられる（i.e. ＾Ｘ（ω）
＝＾Ｆ（ω）×＾Ｈ（ω））。離散フーリエ逆変換器２
３は、応答の対数スペクトル＾Ｘ（ω）と、対数周波数
応答関数＾Ｈ′（ω）に離散フーリエ逆変換を施し、ケ
フレンシ領域のデータ（複素ケプストラム）に変換す
る。図３は、このインパルス応答関数の複素ケプストラ
ムの例を示したものである。

【００２８】短ケフレンシ域抽出器２４は、複素ケプス
トラムに短いケフレンシのデータだけ抽出する窓関数処
理を施す。図４は、この窓関数処理、つまり、ケフレン
シウィンドウ処理を施した複素ケプストラムの例を示し
たものである。

【００２９】離散フーリエ変換器２５は、窓関数処理を
施した応答とインパルス応答関数それぞれの複素ケプス
トラムの演算により、励振力推定値の複素ケプストラム
を求め、これにフーリエ変換を施し、周波数領域に変換
する。図５は、ケフレンシウィンドウ処理を施した周波
数応答関数の例を示したものである。複素指数変換器２
６は、励振力推定値スペクトルの複素対数を真数に変換
する。

【００３０】離散フーリエ逆変換器２７は、励振力推定
値スペクトルに離散フーリエ逆変を施すことにより、励
振力推定値を時系列として求める。上記のように第２の
演算装置１７では、振動応答及びインパルス応答関数を
複素ケプストラムに変換し、ケフレンシ領域で励振力の
推定を行なう。

【００３１】この場合、振動応答及びインパルス応答関
数の複素ケプストラムにケフレンシ領域でショートパス
ケフレンシウィンドウ処理を施し、スムージングを行な
うことにより、インパルス応答関数計測時の励振力着力
点のばらつきの影響を除去し、安定した動作を行なわせ
ることができる。

【００３２】励振力着力点Ａが一意に同定できない場
合、もしくは機器運動部の影響で励振力着力点Ａが変化
する場合、あるいは機器の構造上の制約で励振力着力点
Ａと振動応答測定点Ｂとの間の周波数応答関数の正確な
計測が不可能な場合、一般には励振力着力点位置を仮定
し、あるいは極力励振力着力点位置の近傍に加振試験の
対象点をとり、平均化処理等を用いて周波数応答関数の
近似値を求める。図６は励振力着力点Ａと振動応答測定
点Ｂとの間の周波数応答関数の例を示し、図７は励振力
着力点Ａ近傍の点と振動応答測定点Ｂとの間の平均周波
数応答関数の例を示したものである。なお、図７は、本
来の励振力着力点Ａから約２０ｍｍ離れた周囲の４点と
振動応答測定点Ｂとの間の周波数応答関数の平均値であ
る。

【００３３】この両者のスペクトル形状は、充分な精度
で一致しているように見られるが、平均周波数応答を用
いて従来の方法により励振力を推定すると、図８に示す
ように平均化の影響による誤差が生じ、推定値にいわゆ
る「尾引き」と呼ばれる振動成分が残留する。即ち、従
来方法で励振力同定精度を向上させるには、より正確な
周波数応答関数の評価が必要となる。

【００３４】しかし、本発明によれば、ケフレンシウィ
ンドウ処理により加振試験時の励振力着力点のばらつき
の影響を除去しているため、安定性が強く、図９に示す
ように振幅、発生タイミング、持続時間共妥当な推定結
果が得られる。従って、本発明による励振力推定装置
は、安定性を有し、加振試験時の加振点のばらつきの影
響を除去することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、加
振試験時の加振点のばらつきの影響を除去でき、励振力
推定値を正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る励振力推定装置の構成
を示すブロック図。

【図２】同実施例における第２の演算装置の詳細を示す
構成図。

【図３】構造系のインパルス応答関数の複素ケプストラ
ムの例を示す図。

【図４】ケフレンシウィンドウ処理を施した複素ケプス
トラムの例を示す図。

【図５】ケフレンシウィンドウ処理を施した周波数応答
関数の例を示す図。

【図６】励振力着力点と振動応答測定点との間の周波数
応答関数の例を示す図。

【図７】励振力着力点近傍の点と振動応答測定点との間
の平均周波数応答関数の例を示す図。

【図８】従来方法を用いて平均周波数応答関数から推定
した励振力波形の例を示す図。

【図９】本発明を用いて平均周波数応答関数から推定し
た励振力波形の例を示す図。

【図１０】従来の方法を用いた励振力推定システムのブ
ロック図。

【図１１】構造系の周波数応答関数の例を示す図。

【符号の説明】

１１ 被測定機器 １２ インパルスハンマ １３ 加速度検出器 １４ 第１のメモリ装置 １５ 第１の演算装置 １６ 第２のメモリ装置 １７ 第２の演算装置 ２１ 離散フーリエ変換器 ２２ 複素対数変換器 ２３ 離散フーリエ逆変換器 ２４ 短ケフレンシ域抽出器 ２５ 離散フーリエ変換器 ２６ 複素指数変換器 ２７ 離散フーリエ逆変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造系の振動応答測定点と励振力着力点
   との間のインパルス応答関数を用いて構造系に負荷され
   る励振力を推定する励振力推定装置において、 上記構造系の振動応答測定点の振動加速度を検出する加
   速度検出器と、 この加速度検出器により検出された加速度応答及び加振
   試験時に上記構造系に加えられる励振力を記憶するメモ
   リ装置と、 このメモリ装置に記憶された加振試験時の励振力及び加
   速度応答に基づいて上記構造系の振動応答測定点と励振
   力着力点との間のインパルス応答関数を計算する第１の
   演算手段と、 この第１の演算手段により計算されたインパルス応答関
   数と上記加速度検出器により検出される機器稼働時の加
   速度応答に基づいて構造系に負荷される励振力推定値を
   計算する第２の演算手段とを具備したことを特徴とする
   励振力推定装置。