JPH09257634A - Device for analyzing vibration characteristic - Google Patents

Device for analyzing vibration characteristic

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JPH09257634A
JPH09257634A JP8068251A JP6825196A JPH09257634A JP H09257634 A JPH09257634 A JP H09257634A JP 8068251 A JP8068251 A JP 8068251A JP 6825196 A JP6825196 A JP 6825196A JP H09257634 A JPH09257634 A JP H09257634A
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frf
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equation
frequency response
response function
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光男 岩原
Akio Nagamatsu
昭男 長松
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Isuzu Motors Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce FRF(Frequency Correspondence Function) number into a mode number by multiplying +1 or -1 by polarity of an imaginary number corresponding to an inherent mode selected by FRF, superimposing FRF which is made positive polarity, and finding FRF corresponding to the mode. SOLUTION: The FRF matrix of a 2N line and m row found in experiment is made [P], and matrix arranging an imaginary part on the direction of lines corresponding to the resonant peak of each inherent mode out of the matrix [P] is prepared. Negative and positive symbols of reach component of the matrix is same to make 1 of the size, and it is inverted to make another matrix [K]. The matrix [P] and the other matrix [K] are multiplied to prepare the reduced FRF matrix [Q]. The whole FRF is superimposed so as to arrange the symbol of the imaginary part of a inherent mode. In other words, a vibration point is made a response point at the time when the RFR matrix measured, the direction of force of each point is adjusted so that the inherent mode is most excited, and at the same time FRF is measured at the time of shock and vibration. Thus, FRF number can be reduced for the mode number.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【発明の属する技術分野】本発明は振動特性解析装置に
関し、特にエンジンブロック等の被試験物を加振するこ
とにより応答を得てその応答関数から被試験物のモード
特性を同定する振動特性解析装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration characteristic analyzing apparatus, and more particularly to a vibration characteristic analysis for obtaining a response by exciting a test object such as an engine block and identifying a mode characteristic of the test object from a response function. It concerns the device.

【0001】実際の機械構造物の動特性を解析するため
には、該構造物を加振試験することにより得られた振動
応答特性から該構造物の動特性を同定する必要がある
が、この場合、振動現象を直接表現するパラメータであ
り、現象を直接理解し易く、収束性が良好なモード特性
(固有振動数、モード減衰比、固有モード形状などのモ
ーダルパラメータ)を同定する手法が現在では主流とな
っている。
In order to analyze the dynamic characteristics of an actual mechanical structure, it is necessary to identify the dynamic characteristics of the structure from the vibration response characteristics obtained by performing a vibration test on the structure. In this case, it is a parameter that directly expresses the vibration phenomenon, and it is easy to understand the phenomenon directly, and the method of identifying modal parameters (modal parameters such as natural frequency, mode damping ratio, and natural mode shape) with good convergence is currently used. It has become mainstream.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は従来より知られている振動特性解
析装置の構成を概略的に示したもので、まず被試験物1
とこの被試験物1を加振するためのインパルスハンマー
2とを用意する。
2. Description of the Related Art FIG. 1 schematically shows the structure of a conventionally known vibration characteristic analyzing apparatus.
And an impulse hammer 2 for exciting the DUT 1 are prepared.

【0003】そして、ハンマー2には力検出用ロードセ
ル3を取り付け、また該被試験物1の任意の場所に該ハ
ンマー2の加振による振動応答の3次元(x,y,z)
方向加速度を検出するための加速度センサ4を取り付け
る。
A force detecting load cell 3 is attached to the hammer 2, and the vibration response due to the vibration of the hammer 2 is three-dimensional (x, y, z) at an arbitrary position of the DUT 1.
An acceleration sensor 4 for detecting directional acceleration is attached.

【0004】そして、加速度センサ4の出力信号とロー
ドセル3の出力信号とを演算装置5に与えてFFT処理
を行い周波数応答関数データ(FRF:コンプライアン
ス)を求めモード特性を計算して出力する構成を有して
いる。
Then, the output signal of the acceleration sensor 4 and the output signal of the load cell 3 are given to the arithmetic unit 5 to perform FFT processing to obtain frequency response function data (FRF: compliance) and calculate and output a mode characteristic. Have

【0005】この場合、加振実験は通常、ハンマー2に
よる被試験物1の加振場所を固定して行い、加速度セン
サ4は逐次移動させて複数の応答関数を演算装置5に与
えるようにする。なお、被試験物1は柔らかいバネ(図
示せず)等により固定されている。
[0005] In this case, the vibration experiment is usually performed with the vibration place of the DUT 1 fixed by the hammer 2, and the acceleration sensor 4 is sequentially moved to give a plurality of response functions to the arithmetic unit 5. . The DUT 1 is fixed by a soft spring (not shown) or the like.

【0006】このような振動特性解析装置の演算装置
(実験モード解析装置)5のアルゴリズムとしては今ま
で多くの手法が提案されているが、この中で周波数領域
における『偏分反復法』は精度の良さで現在広く使用さ
れている。
[0006] Many algorithms have been proposed as algorithms for the arithmetic unit (experimental mode analyzer) 5 of such a vibration characteristic analyzer. Among them, the "variation iterative method" in the frequency domain has a high accuracy. Currently widely used for its goodness.

【0007】しかし、上記の偏分反復法には次の2つの
欠点がある。
However, the above-mentioned biased iteration method has the following two drawbacks.

【0008】特に応答関数が複数の場合、求めるパラ
メータ{γ}も応答関数の増加に応じて増加するため、
パラメータ{γ}を修正する修正ベクトル{Δγ}を求
める式の中の逆行列の計算時間が急増してしまう。
Particularly, when there are a plurality of response functions, the parameter {γ} to be obtained also increases as the response function increases.
The calculation time of the inverse matrix in the expression for obtaining the correction vector {Δγ} that corrects the parameter {γ} will increase sharply.

【0009】変数が増加するため反復計算が収束し難
く発散し易くなり、途中で計算不能になることがある。
Since the number of variables increases, iterative calculations are less likely to converge and more likely to diverge, and calculation may become impossible on the way.

【0010】そこで本発明者は特開平8−5450号公
報において、発散し易く計算時間がかかるというアルゴ
リズムの本質に係わる問題点の改良を実現することを目
的として、演算装置5が、実測データとモード特性パラ
メータによる理論値との残差が最小になるまで該パラメ
ータを繰り返し変えて行く偏分反復法を線形項と非線形
項とに分けて計算すると共に該線形項及び非線形項が変
化しても該残差が発散しない条件を設けることにより該
モード特性を同定することを提案している。
Therefore, the inventor of the present invention discloses in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-5450 that the arithmetic unit 5 uses actual measurement data for the purpose of improving the problem related to the essence of the algorithm that it is easy to diverge and takes a long calculation time. Even if the linear term and the non-linear term change, the divisional iterative method in which the parameter is repeatedly changed until the residual with the theoretical value due to the modal characteristic parameter is minimized is calculated separately for the linear term and the non-linear term. It is proposed to identify the mode characteristic by providing a condition that the residual does not diverge.

【0011】この改良型偏分反復法について以下に簡潔
に説明する。
A brief description of this improved biased iterative method follows.

【0012】求めるモード特性を{γ}で表す。周波数
点ω=ωi における周波数応答関数FRFの理論式をf
i 、対応する実験データをyi で表す。同時に参照する
FRFの数をm、周波数点の数をNで表すと、FRFは
複素数なので全データ数は2Nmとなる。
The desired mode characteristic is represented by {γ}. The theoretical formula of the frequency response function FRF at the frequency point ω = ω i is f
i , and the corresponding experimental data are represented by y i . When the number of FRFs to be referred to at the same time is represented by m and the number of frequency points is represented by N, the total number of data is 2Nm because the FRF is a complex number.

【0013】yi に混入している誤差の分布が正規分布
とすると、最も確からしいモード特性は,次式の重み付
き残差二乗和Sを最小にする{γ}である。
If the distribution of the error mixed in y i is a normal distribution, the most probable mode characteristic is {γ} that minimizes the weighted residual sum of squares S in the following equation.

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】ここで、重み係数Wiは、yi の母分散の
逆数に比例する。
Here, the weight coefficient W i is proportional to the reciprocal of the population variance of y i .

【0016】全変数{γ}を線形項{α}(元数u)と
非線形項{β}(元数v)に分ける。{α}を消去する
考え方を示す。全変数空間のうちで{β}のみを変数と
して、次式が成立する領域を探索する。
All variables {γ} are divided into linear terms {α} (element u) and non-linear terms {β} (element v). The concept of erasing {α} will be shown. In the entire variable space, only {β} is used as a variable to search an area in which the following equation holds.

【0017】[0017]

【数2】 [Equation 2]

【0018】式(2)が成立する{α}の極小領域内に
おいて、FRFの理論式fi({α},{β})の変数
{α}を{β}で表したものをHiとすれば、次式のよ
うになる。
[0018] Equation (2) in the minimum area of the {alpha} satisfied, FRF theoretical formula f i ({α}, { β}) of the variable {alpha} those expressed in {beta} a H i Then, the following formula is obtained.

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】ここで、式(1)より次式が得られる。Here, the following equation is obtained from the equation (1).

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】式(3)の微分係数が決まれば、次式の線
形近似による最小二乗法で修正ベクトル{Δβ}を求め
ることができる。
If the differential coefficient of the equation (3) is determined, the correction vector {Δβ} can be obtained by the least square method by the linear approximation of the following equation.

【0023】[0023]

【数5】 [C]T[W][C]{Δβ}=[C]T[W]{yi−fi} ・・・式(5) [C]:∂Hi/∂βkをik要素とする行列 [W]:Wiを対角成分とする対角行列[C] T [W] [C] {Δβ} = [C] T [W] {y i −f i } ... Expression (5) [C]: ∂H i / ∂β k [W]: a diagonal matrix having W i as diagonal elements

【0024】式(5)における行列[C]はヤコビアン
行列と呼ばれている。このヤコビアン行列[C]の大き
さはv×2Nmであり、FRFの数mと共に増加する。
The matrix [C] in equation (5) is called the Jacobian matrix. The size of this Jacobian matrix [C] is v × 2 Nm, and increases with the number m of FRFs.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】ここで、近年、多チャ
ンネルデータ処理装置や多軸速度センサの発達に伴い、
この演算装置4は、短時間で多数の周波数応答関数(F
RF)を実験で得ることが可能となった。
Here, with the recent development of multi-channel data processing devices and multi-axis speed sensors,
This arithmetic unit 4 is capable of processing a large number of frequency response functions (F
It has become possible to obtain (RF) experimentally.

【0026】例えば図1では、3軸の加速度センサ4か
らのX,Y,Zの3チャンネルの情報及び加振入力を検
出する力検出用ロードセル3の1チャンネルの情報=合
計4チャンネルの情報が入力される。測定時間等を短縮
するために加速度センサ4を複数並列に設けると、その
増加分だけチャンネルが増えることになる。
For example, in FIG. 1, the information of three channels of X, Y, Z from the triaxial acceleration sensor 4 and the information of one channel of the force detection load cell 3 for detecting the vibration input = the information of a total of four channels. Is entered. If a plurality of acceleration sensors 4 are provided in parallel in order to reduce the measurement time and the like, the number of channels will increase by the increase.

【0027】このFRFは、図20に示すように、縦軸
を周波数、横軸を各測定ポイント(点1,点2・・・)
の軸データX,Y,Zを順次並べた2N行m列の行列と
して扱うことができ、例えば1データに4バイトのメモ
リ容量が割り当てられる。
In this FRF, as shown in FIG. 20, the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents measurement points (point 1, point 2 ...).
Can be treated as a matrix of 2N rows and m columns in which the axis data X, Y, and Z are sequentially arranged, and for example, a memory capacity of 4 bytes is assigned to one data.

【0028】しかし、参照される周波数応答関数の数m
の増加に伴い、これらの情報は増加するので、計算機の
限られた計算速度及びメモリ容量や従来の演算手法で
は、迅速な結果を得ることが困難となりつつある。
However, the number of frequency response functions referenced m
Since the amount of such information increases as the number of times increases, it is becoming difficult to obtain a quick result with the limited calculation speed and memory capacity of the computer and the conventional calculation method.

【0029】この問題を解消するためには、同時に処理
すべきデータはFRF行列として与えられるので、この
行列を縮小すればよい。
In order to solve this problem, since the data to be processed at the same time is given as an FRF matrix, this matrix may be reduced.

【0030】このFRF行列を縮小する方法としては、
従来より特異値分解法が提案されている。
As a method of reducing this FRF matrix,
Conventionally, a singular value decomposition method has been proposed.

【0031】この特異値分解法において、実験で得られ
たFRF行列[P](2N行m列)を特異値分解を利用
して縮小するときの手順を図21(1)〜(4)により
説明する。
In this singular value decomposition method, the procedure for reducing the FRF matrix [P] (2N rows and m columns) obtained in the experiment by using the singular value decomposition is shown in FIGS. 21 (1) to 21 (4). explain.

【0032】行列[B](m行m列)を次式で計算す
る(同図(1))。
The matrix [B] (m rows and m columns) is calculated by the following equation ((1) in the same figure).

【0033】[0033]

【数6】 [B]=[P]T[P] ・・・式(6) [P]T:行列[P]の転置行列[B] = [P] T [P] Equation (6) [P] T : transposed matrix of matrix [P]

【0034】行列[B]の固有値λと固有ベクトル
{x}を求める(同図(2))。
The eigenvalue λ and eigenvector {x} of the matrix [B] are obtained ((2) in the same figure).

【0035】固有値λと固有ベクトル{x}の組を、
固有値λの大きい順に並べる。そして、固有値λが他と
比較して小さいものを省略する。行列[B]の固有値は
m個求まるが、ここで、モード数n個の固有値と固有ベ
クトル{xi}の組に縮小する(同図(3))。
The set of eigenvalue λ and eigenvector {x} is
Arrange in descending order of eigenvalue λ. Then, the one whose eigenvalue λ is smaller than the others is omitted. The number of eigenvalues of the matrix [B] is found, but here, the number is reduced to a set of n eigenvalues and eigenvectors {x i } of the number of modes ((3) in the same figure).

【0036】n個の固有ベクトル{xi}から次式で
n個に縮小されたFRFベクトル{Pi}を計算する
(同図(4))。
From the n eigenvectors {x i }, the FRF vectors {P i } reduced to n by the following equation are calculated ((4) in the same figure).

【0037】[0037]

【数7】 {Pi}=[P]{xi} i=1〜n ・・・式(7)## EQU00007 ## {P i } = [P] {x i } i = 1 to n Equation (7)

【0038】従って、この方法は式(6),(7)と
の固有値、固有ベクトルの計算に時間がかかる。また式
(6),(7)を計算するために行列[P](2N行m
列)と行列[B](m行m列)を記憶する必要がある。
Therefore, this method takes time to calculate the eigenvalues and eigenvectors of the equations (6) and (7). Further, in order to calculate the equations (6) and (7), the matrix [P] (2N rows m
Column) and matrix [B] (m rows and m columns) need to be stored.

【0039】また、固有値を演算し、その固有値及び固
有ベクトルの大きい順に並べ、その中で係数の小さいも
のを切り捨ててモード数n個のデータに圧縮するので、
圧縮情報は物理的な意味が不明であり、完全な情報とし
て保存されず、従って正確なモード特性が得られないと
いう問題点があった。
Since the eigenvalues are calculated and arranged in descending order of eigenvalues and eigenvectors, the one with the smallest coefficient is truncated and compressed into the data with the number of modes n.
The physical meaning of the compressed information is unknown, and the compressed information is not stored as complete information, so that there is a problem that accurate mode characteristics cannot be obtained.

【0040】そこで、本発明は、被試験物を加振するた
めのインパルスハンマーに取り付けられた力検出用ロー
ドセルと、該被試験物の任意の場所に取り付けられて該
被試験物の該インパルスハンマーに起因する加振応答を
測定する加速度センサと、該ロードセルの出力信号及び
該センサの出力信号とを受けて周波数応答関数データを
求め、該周波数応答関数データと該周波数応答関数の理
論式の残差二乗和を最小とする最小二乗法において線形
項と非線形項に分けてモード特性パラメータを計算する
ことにより該被試験物のモード特性を同定する演算装置
と、を備えた振動特性解析装置において、特異値分解法
に代え、正確に扱う情報を圧縮することを目的とする。
Therefore, according to the present invention, a force detecting load cell attached to an impulse hammer for vibrating the DUT, and the impulse hammer attached to an arbitrary position of the DUT are attached. The frequency response function data is obtained by receiving the acceleration sensor for measuring the vibration response due to the load, the output signal of the load cell and the output signal of the sensor, and the frequency response function data and the residual of the theoretical formula of the frequency response function are obtained. In a vibration characteristic analysis device provided with an arithmetic device for identifying the mode characteristic of the DUT by calculating the mode characteristic parameter by dividing into a linear term and a non-linear term in the least squares method of minimizing the sum of squared differences, The purpose is to compress the information that is handled correctly, instead of the singular value decomposition method.

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

〔1〕本発明に関し、入力データに含まれる情報を保存
したままでFRFを縮小するための、簡明で物理的意味
が明確な方法を以下に説明する。
[1] With respect to the present invention, a method for reducing the FRF while preserving the information contained in the input data and having a simple and clear physical meaning will be described below.

【0042】各点のFRFを列ベクトルとして並べたF
RF行列[P]を次式で縮小する。
F in which the FRF of each point is arranged as a column vector
The RF matrix [P] is reduced by the following equation.

【0043】[0043]

【数8】 [Q]=[P][K] ・・・式(8) ただし、[P];実験で得られたFRF行列 2N行m
列 [Q];縮小されたFRF行列 2N行n列 [K];縮小のための行列 m行n列 n ;採用固有モード数(5〜10)(m>n)
[Q] = [P] [K] Equation (8) where [P]; 2N rows m of the FRF matrix obtained in the experiment
Column [Q]; Reduced FRF matrix 2N rows n columns [K]; Reduction matrix m rows n columns n; Number of adopted eigenmodes (5 to 10) (m> n)

【0044】行列[K]の作り方は、まず行列[P]
(2N行m列)のうち各固有モードの共振峰に対応する
虚数部分だけを取り出して行方向に並べた行列を作成す
る。次にこの行列の各成分の正負符号は同じで大きさだ
けを1に変える(図2(1))。
To create the matrix [K], first of all, the matrix [P]
Only the imaginary part corresponding to the resonance peak of each eigenmode is taken out of (2N rows and m columns) to create a matrix arranged in the row direction. Next, the positive and negative signs of each element of this matrix are the same, and only the magnitude is changed to 1 (FIG. 2 (1)).

【0045】このようにして作成した行列[K]Tを転
置して行列[K]を作成する(同図(2))。
The matrix [K] T thus created is transposed to create a matrix [K] ((2) in the same figure).

【0046】それから、式(8)によりFRF行列
[P]と行列[K]に基づいて縮小されたFRF行列
[Q]を作成する(同図(3))。
Then, a reduced FRF matrix [Q] is created based on the FRF matrix [P] and the matrix [K] by the equation (8) ((3) in the same figure).

【0047】式(8)の計算は、ある固有モードの共振
峰付近の虚数部分の符号が同一になるように全FRFを
重ね合わせることになる。
In the calculation of the equation (8), all the FRFs are superposed so that the signs of the imaginary numbers near the resonance peak of a certain eigenmode are the same.

【0048】この意味は、FRF行列を測定する時の加
振点を応答点(測定点)として、ある固有モードが最も
励起される様に各点の力の方向を調整して、同時に衝撃
加振する時のFRFを測定することに対応する。従っ
て、固有モードの数に等しい数のFRFに、元のFRF
行列を縮小できる。
This means that the excitation point at the time of measuring the FRF matrix is used as the response point (measurement point), the direction of the force at each point is adjusted so that a certain eigenmode is excited most, and the shock is applied at the same time. This corresponds to measuring the FRF when shaking. Therefore, the number of FRFs equal to the number of eigenmodes becomes
You can shrink the matrix.

【0049】実際に、あるモードが最も励起される様に
各点を正しく加振することは大変困難である。しかし、
各点毎の打撃試験等でFRFを多数収得しておけば、式
(8)を用いて同時衝撃加振に相当する測定結果を容易
に得ることができる。
In fact, it is very difficult to correctly excite each point so that a certain mode is excited most. But,
If a large number of FRFs are acquired by a hit test or the like for each point, the measurement result corresponding to simultaneous impact vibration can be easily obtained by using the formula (8).

【0050】式(8)の処理は各FRFに−1または+
1を掛けて加算することである。加算係数の絶対値が1
なので、加算後のFRFにおいては不規則雑音は相殺さ
れて減少する。
The processing of equation (8) is -1 or + for each FRF.
Multiply by 1 and add. The absolute value of the addition coefficient is 1
Therefore, in the FRF after addition, the random noise is canceled and reduced.

【0051】いかにFRFの数が多くても、式(8)に
より、抽出する固有モードの数と同一の本数にFRFを
縮小できる。そのための計算時間と記憶容量は特異値分
解、または主成分分析による方法よりはるかに少ない。
Even if the number of FRFs is large, the number of FRFs can be reduced to the same number as the number of eigenmodes to be extracted by the formula (8). The calculation time and memory capacity for that are much shorter than the method by singular value decomposition or principal component analysis.

【0052】上記の原理を図2〜図7を参照してより具
体的に説明する。
The above principle will be described more specifically with reference to FIGS.

【0053】FRF行列は、図2(1)に示すように、
上半分を実部データ、下半分を虚部データとして配列し
たものである。この状態は、圧縮前の状態で、m列分の
情報量である。
The FRF matrix is, as shown in FIG.
The upper half is arranged as real part data and the lower half is arranged as imaginary part data. This state is the state before compression and the amount of information for m columns.

【0054】これを採用固有モード数n列の情報量に圧
縮する手法について説明する。
A method of compressing this into the information amount of the adopted eigenmode number n columns will be described.

【0055】採用固有モード数とは、図3(2)に示す
ように、ユーザーが当該技術分野における被試験物の観
測したい周波数領域を区切った場合に、その範囲内にお
ける固有モード数のことである。
The number of eigenmodes adopted is the number of eigenmodes within the range when the user divides the frequency region in the technical field in which the DUT is to be observed, as shown in FIG. is there.

【0056】同図において、例えば0Hz近傍から100
0Hzの範囲を観測範囲とすれば、固有モード数は固有モ
ード,の2つとなる。一般には、5〜10個であ
る。
In the figure, for example, from 0 Hz to 100
If the observation range is 0 Hz, the number of eigenmodes is two. Generally, it is 5 to 10.

【0057】この固有モードに着目してFRFの数を縮
小する手順を図4〜図7を参照しつつ説明する。
Focusing on this eigenmode, the procedure for reducing the number of FRFs will be described with reference to FIGS.

【0058】図4(1)〜(4)において、被試験物1
(図1参照)の各測定ポイント(1)〜(4)の波形を
単純加算すると、例えば図5に示すように、固有モード
の形状が所望する共振峰を示す形状とならない。
In FIGS. 4 (1) to 4 (4), the DUT 1 is
When the waveforms at the measurement points (1) to (4) (see FIG. 1) are simply added, the shape of the eigenmode does not have a desired resonance peak, as shown in FIG. 5, for example.

【0059】そこで、図6(2)に示すように、位相が
+のものはそのままの振幅値で、位相が−のものはそれ
に−1を乗算した振幅値を用いて正極性とした後、これ
らを加算すると同図(1)に示すように所望の波形が得
られる。
Therefore, as shown in FIG. 6 (2), when the phase is +, the amplitude value is the same as it is, and when the phase is −, the amplitude value obtained by multiplying it by −1 is used to obtain the positive polarity. By adding these, a desired waveform is obtained as shown in FIG.

【0060】ただ、この操作では、固有モードだけは
所望する結果を得られるが、次の固有モード以降はど
んな波形になるか分からない。
However, in this operation, the desired result can be obtained only for the eigenmode, but it is not known what the waveform will be after the next eigenmode.

【0061】そこで、次は、固有モードの部分におい
て同様な操作を行う(図7参照)。
Therefore, next, the same operation is performed in the eigenmode portion (see FIG. 7).

【0062】以下順次、採用固有モード数分だけこの操
作を実行する。
This operation is sequentially executed for the number of adopted peculiar modes.

【0063】これにより、各固有モードに対して正確な
情報で、全データ数mのFRFが採用固有モード数nの
FRFに縮小される(n<m)。
As a result, the FRF having the total number of data m is reduced to the FRF having the number of adopted eigenmodes n (n <m) with accurate information for each eigenmode.

【0064】〔2〕一方、式(5)は上述の如くFRF
の数mと共に増加するので計算機の記憶容量と計算時間
の両方に対して大きな負荷となっており、このような負
荷を軽減するために、同式の計算方法を次のように改良
する。
[2] On the other hand, the equation (5) is the FRF as described above.
Since the number increases with the number m, it imposes a heavy load on both the storage capacity and the calculation time of the computer. In order to reduce such a load, the calculation method of the equation is improved as follows.

【0065】式(5)を解く方法としては、(1)正規
方程式と呼ばれるv元v行の連立方程式として解く方法
と、(2)ヤコビアン行列[C]をハウスホールダ法等
により直交変換して解く方法とがこれまでに知られてお
り、一般には後者(2)の方が計算精度が良いと言われ
ている。
As a method of solving the equation (5), (1) a method of solving as a simultaneous equation of v elements and v rows called a normal equation, and (2) orthogonal transformation of the Jacobian matrix [C] by the Householder method etc. Solving methods have been known so far, and it is generally said that the latter (2) has better calculation accuracy.

【0066】実際に計算してみた結果、倍精度における
この場合の計算では両者の計算結果は同一であった。し
かも計算時間と記憶容量に関しては正規方程式を解く前
者(1)の方が有利であった。
As a result of actual calculation, both calculation results were the same in the double precision calculation in this case. Moreover, in terms of calculation time and storage capacity, the former (1) which solves the normal equation was more advantageous.

【0067】そこで本発明においては、正規方程式を用
いて計算方法を改良することに着目した。
Therefore, in the present invention, attention is focused on improving the calculation method by using a normal equation.

【0068】まず、式(5)の正規方程式は次式のよう
に書き直すことができる。
First, the normal equation of the equation (5) can be rewritten as the following equation.

【0069】[0069]

【数9】 [G]{Δβ}={d} ・・・式(9)[G] {Δβ} = {d} Equation (9)

【0070】式(9)における[G],{d}をヤコビ
アン行列[C]から算出する際に、周波数応答関数の理
論式Hiの微分係数を、ニュートン法で使用する残差二
乗和Sの微分係数に変換する。
When calculating [G] and {d} in the equation (9) from the Jacobian matrix [C], the differential coefficient of the theoretical equation H i of the frequency response function is used in the Newton method and the residual sum of squares S is used. Convert to the differential coefficient of.

【0071】式(5)に式(3)を代入すると、式
(9)の右辺は次式のようになる。
When the equation (3) is substituted into the equation (5), the right side of the equation (9) becomes the following equation.

【0072】[0072]

【数10】 (Equation 10)

【0073】式(10)を展開して整理すると次式のよ
うになる。
The formula (10) is developed and arranged as follows.

【0074】[0074]

【数11】 [Equation 11]

【0075】{α}は、繰り返し計算におけるある段階
において極小条件を満足するので、∂S/∂αs=0
(s=1〜u)が成立する。従って、次式が得られる。
Since {α} satisfies the minimum condition at a certain stage in the iterative calculation, ∂S / ∂α s = 0.
(S = 1 to u) is established. Therefore, the following equation is obtained.

【0076】[0076]

【数12】 (Equation 12)

【0077】次に、式(4)において2次微分項を省略
した量を次式で表すこととする。
Next, the amount obtained by omitting the second differential term in the equation (4) will be represented by the following equation.

【0078】[0078]

【数13】 (Equation 13)

【0079】式(9)の左辺の係数行列[G]の成分G
jkは式(5)より次式のように求められる。
The component G of the coefficient matrix [G] on the left side of the equation (9)
jk is obtained from the equation (5) as follows.

【0080】[0080]

【数14】 [Equation 14]

【0081】式(3)を式(14)に代入すれば、次式
が得られる。
By substituting equation (3) into equation (14), the following equation is obtained.

【0082】[0082]

【数15】 (Equation 15)

【0083】式(15)の右辺=A+B+Cと表し、式
(1)と式(9)を代入して整理すれば、A,B,Cに
関する次式がそれぞれ得られる。
The right side of the equation (15) is expressed as A + B + C, and by substituting the equations (1) and (9) for rearranging, the following equations relating to A, B, and C are obtained.

【0084】[0084]

【数16】 (Equation 16)

【0085】[0085]

【数17】 [Equation 17]

【0086】[0086]

【数18】 (Equation 18)

【0087】ここで、{x}T,{a},{b}を次式
のように定義する。
Here, {x} T , {a}, and {b} are defined by the following equations.

【0088】[0088]

【数19】 [Equation 19]

【0089】式(18)に式(19)を代入すると次式
が成立する。
Substituting equation (19) into equation (18), the following equation holds.

【0090】[0090]

【数20】 (Equation 20)

【0091】従って、式(16),(17),(20)
をGjk=A+B+Cに代入すると次式が得られる。
Therefore, equations (16), (17) and (20)
Is substituted into G jk = A + B + C, the following equation is obtained.

【0092】[0092]

【数21】 (Equation 21)

【0093】今までは、式(3)の右辺第2項の行列
[F]-1の乗算回数が多く、計算時間に対する負担にな
っていた。しかも、この右辺第2項の計算をv×2Nm
回行っていた。
Until now, the number of multiplications of the matrix [F] −1 of the second term on the right side of the equation (3) is large, which is a burden on the calculation time. Moreover, the calculation of the second term on the right side is v × 2 Nm
Had been going around.

【0094】ところが、式(21)においてはGjkを計
算するためにΣが除去されているので必要なこの計算は
3回でよく、[G]全体でも3v2回となる。
However, in the equation (21), since Σ has been removed to calculate G jk , the necessary calculation is 3 times, and the whole [G] is 3v 2 times.

【0095】非線形項は全FRFの共通項であり、その
数vは通常周波数点Nや参照FRF数mと比べて小さい
ので、計算時間が短縮できる。また、今までは2Nm行
v列の行列[C]をそのまま記憶していたが、v行v列
の[G]とv行の{d}を記憶すればよくなり、必要な
記憶容量が減少する。
The nonlinear term is a common term of all FRFs, and the number v thereof is smaller than the normal frequency point N and the reference FRF number m, so that the calculation time can be shortened. Further, until now, the matrix [C] of 2Nm rows and v columns was stored as it is, but it is sufficient to store [G] of v rows and v columns and {d} of v rows, and the required storage capacity is reduced. To do.

【0096】即ち、式(21)を計算するためには、S
とS’のαsとβkに関する微分係数を計算すればよいこ
とになる。
That is, in order to calculate the equation (21), S
It suffices to calculate the differential coefficients of α and S ′ with respect to α s and β k .

【0097】[0097]

【発明の実施の形態】本発明に係る振動特性解析装置の
構成は上述した図1に示した従来例と同様のものを用い
ることができるが、従来例との差異は演算装置5におけ
る演算処理である。以下にこの演算処理について図8に
示したフローチャートに沿って説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The vibration characteristic analyzing apparatus according to the present invention may have the same structure as that of the conventional example shown in FIG. 1 described above, but the difference from the conventional example is the arithmetic processing in the arithmetic unit 5. Is. The calculation process will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

【0098】<パラメータの分割>複数の応答関数を同
時に考慮する時、その応答関数の数をm、同定する固有
モードの数を上記と同様にnとするとパラメータ{γ}
の数は2n+(2n+4)mである。そのパラメータ
{γ}のうち非線形項は2n、線形項は(2n+4)m
である。このパラメータ{γ}を次式のように線形項
{α}と非線形項{β}とに分割する。
<Parameter division> When a plurality of response functions are considered simultaneously, if the number of response functions is m and the number of eigenmodes to be identified is n as in the above, the parameter {γ}
Is 2n + (2n + 4) m. Among the parameters {γ}, the nonlinear term is 2n and the linear term is (2n + 4) m.
It is. This parameter {γ} is divided into a linear term {α} and a non-linear term {β} as in the following equation.

【0099】[0099]

【数22】 {γ}T={{α}T,{β}T} {α}T={‥,Urj,Vrj,‥,Cj,Dj,Ej,Fj,‥}(r=1〜n,j=1〜 m) {β}T={‥,σrdr,‥}(r=1〜n) ・・・式(22)## EQU22 ## {γ} T = {{α} T , {β} T } {α} T = {..., U rj , V rj , ..., C j , D j , E j , F j , ...} (R = 1 to n, j = 1 to m) {β} T = {..., σ r , ω dr , ...} (r = 1 to n) Equation (22)

【0100】ここで、線形項{α}の中のUrj,Vrj
測定点jに対するr番目の留数の実部及び虚部を示し、
1/Cj,1/Djは注目していない固有モードの影響を
剰余質量として、1/Ej,1/Fjは同様に剰余剛性と
して導入したパラメータである。
Here, U rj and V rj in the linear term {α} represent the real and imaginary parts of the r-th residue with respect to the measurement point j,
1 / C j and 1 / D j are parameters introduced by taking into consideration the influence of the eigenmode that is not noted as a surplus mass, and 1 / E j and 1 / F j are similarly introduced as surplus stiffness.

【0101】また、非線形項{β}の中のσrは各ピー
ク(n個存在し得る図9(2)に示す山々)、つまり各
モード特性における減衰率を示し、ωdrは各ピーク、つ
まり各モード特性における減衰固有角振動数を示す。
Further, σ r in the nonlinear term {β} indicates each peak (there are n peaks shown in FIG. 9 (2)), that is, the attenuation rate in each mode characteristic, and ω dr indicates each peak. That is, the damping natural angular frequency in each mode characteristic is shown.

【0102】なお、ハンマー2で被試験物1を加振した
ときの演算装置5へ与えられるモード特性の応答関数
(理論値)は振幅と位相を持つので、次式のように実部
Rj(ω)と虚部GIj(ω)とから成る複素数で表され
る理論モデルがよく知られている。
Since the response function (theoretical value) of the mode characteristics given to the arithmetic unit 5 when the DUT 1 is excited by the hammer 2 has amplitude and phase, the real part G Rj A theoretical model represented by a complex number composed of (ω) and an imaginary part G Ij (ω) is well known.

【0103】[0103]

【数23】 (Equation 23)

【0104】この減衰率σrと固有振動数ωdrは応答点
(加速度センサ4の取付位置)が変わっても変化しな
い。つまり非線形項のパラメータ{β}の数2nは応答
関数の数mが増加しても図9(2)に示す山の位置(周
波数)が変わらないため不変であることが特徴となって
おり、これにより応答関数の数の影響を受けないことが
分かる。
The damping ratio σ r and the natural frequency ω dr do not change even if the response point (the mounting position of the acceleration sensor 4) changes. In other words, the number 2n of the parameter {β} of the nonlinear term is characterized in that it does not change even if the number m of the response functions increases, because the position (frequency) of the mountain shown in FIG. 9 (2) does not change, It can be seen that this does not affect the number of response functions.

【0105】そして、非線形項が求まれば線形項は線形
最小2乗法により、繰り返し計算なしで容易に求めるこ
とができる。
If the nonlinear term is obtained, the linear term can be easily obtained by the linear least squares method without repeated calculation.

【0106】そこで非線形項だけを先ず求めることを工
夫する。このため、まず式(1)における重み係数Wi
及び非線形項パラメータ{β}としての減衰固有角振動
数ωd rとモード減衰率σrの初期値が設定される(図8
のステップS1)。
Therefore, it is devised to first obtain only the nonlinear term. Therefore, first, the weighting factor W i in the equation (1) is calculated.
And initial values of the damping natural angular frequency ω d r and the mode damping rate σ r as the nonlinear term parameter {β} are set (see FIG. 8).
Step S1).

【0107】減衰の初期値はどの様な値でも収束するの
で、FRFの振幅を二乗和した関数のピーク(図9
(2))から減衰固有角振動数の初期値だけを得てもよ
い。
Since any initial value of the attenuation converges, the peak of the function obtained by summing the squares of the FRF amplitudes (see FIG. 9).
Only the initial value of the damping natural angular frequency may be obtained from (2)).

【0108】そして、実験データである周波数応答関数
iを入力する(ステップS2)。
Then, the frequency response function y i which is the experimental data is input (step S2).

【0109】次に、以下の計算負荷を減少させるため
に、式(8)を用いて入力した周波数応答関数FRFを
縮小する(ステップS3)。縮小率はn(採用モード
数)/m(FRFの数)となる。
Next, in order to reduce the following calculation load, the input frequency response function FRF is reduced using equation (8) (step S3). The reduction rate is n (number of adopted modes) / m (number of FRFs).

【0110】非線形項パラメータ{β}が初期設定され
れば、次式により線形項パラメータ{α}を1回の計算
で求めることができる(ステップS4)。
If the non-linear term parameter {β} is initialized, the linear term parameter {α} can be obtained by one calculation by the following equation (step S4).

【0111】[0111]

【数24】 {α}=([D]T[W][D])-1[D]T[W]{yi} ・・・式(24) ただし、Dij=∂fi/∂αj (i=1〜2p,j=1〜(2
n+4)m)
[Formula 24] {α} = ([D] T [W] [D]) -1 [D] T [W] {y i } Equation (24) where D ij = ∂f i / ∂ α j (i = 1 to 2p, j = 1 to (2
n + 4) m)

【0112】このようにして求めた線形項{α}と非線
形項{β}とを用いて式(23)により周波数応答関数
FRFの理論値fiを計算する(ステップS5)。な
お、最初の非線形項の値はステップS1で初期設定され
た値である。
The theoretical value f i of the frequency response function FRF is calculated by the equation (23) using the linear term {α} and the nonlinear term {β} thus obtained (step S5). The value of the first nonlinear term is the value initialized in step S1.

【0113】このようにして計算した応答関数の理論値
と実験値との残差二乗和Sを式(1)に従って計算する
(ステップS6)。
The residual sum of squares S of the theoretical value and the experimental value of the response function thus calculated is calculated according to the equation (1) (step S6).

【0114】そして、この残差二乗和Sが前回求めた値
より小さくなっているか否かを判定する(ステップS
7)。なお、この場合の最初の残差二乗和Sは充分大き
な値を設定しておけばよい。
Then, it is determined whether or not this residual sum of squares S is smaller than the previously obtained value (step S
7). In this case, the first residual sum of squares S may be set to a sufficiently large value.

【0115】この結果、残差二乗和Sが前回の値より小
さくなっているときには残差二乗和Sはまだ最小値に達
していないことになるので、この残差二乗和Sを最小値
にするための次の非線形項パラメータ{β}を以下のと
おり求める。
As a result, when the residual sum of squares S is smaller than the previous value, it means that the residual sum of squares S has not reached the minimum value yet. Therefore, the residual sum of squares S is set to the minimum value. The following non-linear term parameter {β} for is obtained as follows.

【0116】即ち、式(12)を用いてdkを計算し、
式(4),(13)を用いてSとS’のαとβに関する
微分係数を計算する。そして、式(21)を用いてGjk
を計算する(ステップS8)。
That is, d k is calculated using the equation (12),
The differential coefficients of α and β of S and S ′ are calculated by using the equations (4) and (13). Then, using Equation (21), G jk
Is calculated (step S8).

【0117】以上の結果を式(9)に代入して修正ベク
トル{Δβ}を計算で求める(ステップS9)。
By substituting the above result into the equation (9), the correction vector {Δβ} is calculated (step S9).

【0118】<側面制約の設定>以上で非線形項の修正
ベクトル{Δβ}が求まったが、このまま使用すると発
散する場合があるので、更に側面制約を設定する。
<Setting of Side Constraints> The correction vector {Δβ} of the nonlinear term has been obtained as described above, but if it is used as it is, it may diverge. Therefore, further side constraints are set.

【0119】発散防止の側面制約としては修正ベクトル
に縮小因子をかけてその方向は同じ大きさを縮小する方
法がある。この方法では各パラメータに同一の係数をか
けることになる。ここでは、非線形項各々に別々の次式
の制約を設定する。
As a lateral constraint for preventing divergence, there is a method of applying a reduction factor to the correction vector to reduce the same size in that direction. In this method, each parameter is multiplied by the same coefficient. Here, a separate constraint of the following equation is set for each nonlinear term.

【0120】[0120]

【数25】 |△ωdr/ωdr|≦ K1 |△σr /σr |≦ K2 , σr >0 ・・・式(25)[Expression 25] | Δω dr / ω dr | ≦ K 1 | Δσ r / σ r | ≦ K 2 , σ r > 0 ... Expression (25)

【0121】{Δβ}がこの条件に合っていない場合は
式(25)により修正する(ステップS11)。
If {Δβ} does not meet this condition, it is corrected by the equation (25) (step S11).

【0122】このようにして求められた修正ベクトル
{Δβ}と前回の非線形項パラメータ{β}(最初は初
期値)とを加算して今回の新しい非線形項パラメータ
{β*}を計算する(ステップS12)。
The correction vector {Δβ} thus obtained is added to the previous nonlinear term parameter {β} (initial value is the initial value) to calculate the new nonlinear term parameter {β * } this time (step S12).

【0123】[0123]

【数26】 {β*}={β}+{Δβ} ・・・式(26)[Formula 26] {β * } = {β} + {Δβ} Equation (26)

【0124】このようにして求めた新しい非線形項パラ
メータ{β*}を用いて上記のステップS4以降を繰り
返し実行する。この繰り返しループのステップS6で計
算した残差二乗和Sが前回の値より小さくなっていない
ときには、このSが最小値に達したことになるので、
{β}の計算ループから出る(ステップS7の“N
o”)。
Using the new non-linear term parameter {β * } thus obtained, the above steps S4 and thereafter are repeatedly executed. If the residual sum of squares S calculated in step S6 of this iterative loop is not smaller than the previous value, this means that this S has reached the minimum value.
Exit from the calculation loop of {β} (“N of step S7
o ”).

【0125】そして、再度縮小しないFRFを入力して
(ステップS13)、このFRFと既に決定された
{β}を式(24)に代入して線形項{α}を計算する
(ステップS14)。
Then, the FRF that is not reduced is input again (step S13), and this FRF and the already determined {β} are substituted into the equation (24) to calculate the linear term {α} (step S14).

【0126】この過程は線形最小二乗法が適用できるた
め繰り返し計算は不要である。
Since the linear least squares method can be applied to this process, iterative calculation is unnecessary.

【0127】そして、最適なモード特性を示す{α}と
{β}を出力する(ステップS15)。
Then, {α} and {β} indicating the optimum mode characteristics are output (step S15).

【0128】多数の周波数応答関数を同時に考慮してモ
ード特性を抽出する場合の計算機負荷は、同定に必要な
計算時間と記憶容量である。実験現場において安価な電
算機を使用して同定するためには、この両負荷を大きく
軽減する必要がある。ここでは、実際の実験データを使
用して、本発明での計算時間と記憶容量に関する優位性
を検証する。
The computer load when the mode characteristics are extracted by simultaneously considering a large number of frequency response functions is the calculation time and the storage capacity required for identification. In order to identify using an inexpensive computer at the experiment site, it is necessary to greatly reduce both loads. Here, actual experimental data is used to verify the superiority of the present invention in terms of calculation time and storage capacity.

【0129】図1でインパルスハンマー2で被試験物1
を加振し、3軸加速度センサ4で応答を測定して得た実
験データを使用してモード特性の同定を行う。
In FIG. 1, the object to be tested 1 with the impulse hammer 2
Is oscillated, and the modal characteristics are identified using the experimental data obtained by measuring the response with the triaxial acceleration sensor 4.

【0130】モード特性の実験同定の入力データとし
て、まず140Hzから736HzまでのFRF行列を縮小
して使用する。この周波数領域内には9個の固有モード
がそれぞれ存在する。応答点は63点×3方向である。
As input data for experimental identification of modal characteristics, the FRF matrix from 140 Hz to 736 Hz is first reduced and used. There are nine eigenmodes in this frequency domain. The response points are 63 points × 3 directions.

【0131】図9(1),(2)は縮小前の点(1)の
X方向応答のFRFの位相及び振幅をそれぞれ示してい
る。実線が実験FRFで細破線が同定したモード特性か
ら構築したFRFである。固有モードが存在する18
0Hz付近には不規則雑音が混入している。
FIGS. 9A and 9B show the phase and amplitude of the FRF of the X-direction response at the point (1) before reduction, respectively. The solid line is the experimental FRF, and the thin broken line is the FRF constructed from the identified mode characteristics. Eigenmode exists 18
Random noise is mixed near 0 Hz.

【0132】図10(1),(2)は全FRFを単純に
重ね合わせて1つのFRFに縮小した位相及び振幅の例
を示している。ここでは不規則雑音は殆ど除去されてい
るが、固有モードとに相当する共振峰が不明瞭であ
る。
FIGS. 10 (1) and 10 (2) show examples of the phase and amplitude obtained by simply superposing all the FRFs and reducing them into one FRF. Almost all the random noise is removed here, but the resonance peak corresponding to the eigenmode is unclear.

【0133】図11(1),(2)〜図19(1),
(2)は本発明のFRF縮小手段を用いて固有モード
〜を強調するように縮小したFRFを示している。こ
こでは図11では固有モード、図12では固有モード
、図13では固有モード、図14では固有モード
、図15では固有モード、図16では固有モード
、図17では固有モード、図18では固有モード
、図19では固有モード、というように狙った各モ
ードが強調されると共に、不規則雑音のレベルが低下し
ており、本発明の縮小方法の有効性を示している。
11 (1), 11 (2) to 19 (1),
(2) shows the FRF reduced by the FRF reducing means of the present invention so as to emphasize the eigenmodes. Here, eigenmode in FIG. 11, eigenmode in FIG. 12, eigenmode in FIG. 13, eigenmode in FIG. 14, eigenmode in FIG. 15, eigenmode in FIG. 16, eigenmode in FIG. 17, eigenmode in FIG. In FIG. 19, each targeted mode such as the eigenmode is emphasized, and the level of random noise is lowered, which shows the effectiveness of the reduction method of the present invention.

【0134】<計算時間>各FRF毎に、573個の周
波数点のデータを用いて5個の固有モードのモード特性
を同定する場合の計算時間の比較を、表1に示す。
<Calculation Time> Table 1 shows a comparison of calculation times in the case of identifying the mode characteristics of five eigenmodes by using the data of 573 frequency points for each FRF.

【0135】この表1より分かる通り、本発明における
行列計算の効率化により、従来の方法の約1/3に計算
時間が短縮できている。また入力データ(FRF行列)
を縮小したときには、FRFの数が固有モードの数(こ
の場合には5)以上になると有効になることがわかる。
As can be seen from Table 1, by improving the efficiency of the matrix calculation in the present invention, the calculation time can be reduced to about 1/3 of the conventional method. Input data (FRF matrix)
It can be seen that when is reduced, it becomes effective when the number of FRFs becomes equal to or more than the number of eigenmodes (5 in this case).

【0136】[0136]

【表1】 [Table 1]

【0137】<記憶容量の低減>従来例と本発明におけ
る同定計算時に使用する計算機の記憶容量を表2に示
す。同定条件は、同時参照FRF数300、採用固有モ
ード数5、各FRF周波数点数573である。
<Reduction of Storage Capacity> Table 2 shows the storage capacity of the computer used for the identification calculation in the conventional example and the present invention. The identification conditions are 300 simultaneous reference FRFs, 5 adopted eigenmodes, and 573 each FRF frequency point.

【0138】表2から、本発明に係る行列計算方法の改
良により必要記憶容量が約1/7に減少している。入力
データの縮小を併用すればさらに約1/8に減少し、従
来例の1.7%になっていることが分かる。また,入力
データ縮小の場合はFRFの数が増加しても必要記憶容
量は変化しない。
From Table 2, the required storage capacity is reduced to about 1/7 by the improvement of the matrix calculation method according to the present invention. It can be seen that if the reduction of the input data is also used, it is further reduced to about 1/8, which is 1.7% of the conventional example. In the case of input data reduction, the required storage capacity does not change even if the number of FRFs increases.

【0139】即ち、外部記憶容量により制限されるまで
のFRFの量を、この600Kbiteで処理できる。
That is, the amount of FRF up to the limit of the external storage capacity can be processed with this 600 Kbite.

【0140】[0140]

【表2】 [Table 2]

【0141】[0141]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る振動特
性解析装置によれば、周波数応答関数の選択された固有
モードに対応する虚数部の極性に+1又は−1を乗じて
正極性にした周波数応答関数を重ね合わせることにより
固有モードに対応する該周波数応答関数を求め、該周波
数応答関数の数を固有モードの数に縮小するように構成
したので、データ縮小による精度の低下を招くことなく
計算効率を著しく向上させることができる。
As described above, according to the vibration characteristic analyzer of the present invention, the polarity of the imaginary part corresponding to the selected eigenmode of the frequency response function is multiplied by +1 or -1 to make it positive. Since the frequency response functions corresponding to the eigenmodes are obtained by superposing the frequency response functions and the number of the frequency response functions is reduced to the number of eigenmodes, there is no reduction in accuracy due to data reduction. The calculation efficiency can be significantly improved.

【0142】また、線形近似による最小二乗法で修正ベ
クトルを求める正規方程式における正規行列を周波数応
答関数の理論値と実験値との重み付き残差二乗和及びそ
の2次微分項を省いた残差二乗和の線形項及び非線形項
に関する微分係数で求めれば、より一層計算効率を上げ
ることができる。
Further, the normal matrix in the normal equation for obtaining the correction vector by the least square method by linear approximation is used to calculate the weighted residual sum of squares of the theoretical value and the experimental value of the frequency response function and its residual excluding its second derivative term. The calculation efficiency can be further improved by obtaining the differential coefficient related to the linear term and the nonlinear term of the sum of squares.

【0143】[0143]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明及び従来例に共通な振動特性解析装置を
示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a vibration characteristic analyzer common to the present invention and a conventional example.

【図2】本発明に係る振動特性解析装置で用いられるF
RF(周波数応答関数)行列のデータ縮小を説明する図
である。
FIG. 2 is an F used in the vibration characteristic analyzer according to the present invention.
It is a figure explaining data reduction of RF (frequency response function) matrix.

【図3】振動測定データ(1点の1回の1方向成分のデ
ータ)のFRF位相及び振幅を示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the FRF phase and amplitude of vibration measurement data (one-time unidirectional component data of one point).

【図4】4つのFRFの振幅を示すグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing amplitudes of four FRFs.

【図5】図4の各FRF振幅を単純加算したときのグラ
フ図である。
FIG. 5 is a graph diagram when each FRF amplitude in FIG. 4 is simply added.

【図6】本発明に係る振動特性解析装置により固有モー
ドに注目したFRFデータ縮小を行ったときのFRF
振幅の改良を示すためのグラフ図である。
FIG. 6 is an FRF when the FRF data reduction focusing on the eigenmode is performed by the vibration characteristic analyzer according to the present invention.
It is a graph figure for showing improvement of amplitude.

【図7】本発明に係る振動特性解析装置により固有モー
ドに注目したFRFデータ縮小を行ったときのFRF
振幅の改良を示すためのグラフ図である。
FIG. 7 is an FRF when FRF data reduction focusing on eigenmodes is performed by the vibration characteristic analyzer according to the present invention.
It is a graph figure for showing improvement of amplitude.

【図8】本発明に係る振動特性解析装置における演算装
置に格納され且つ実行される演算アルゴリズムを示した
フローチャート図である。
FIG. 8 is a flowchart showing an arithmetic algorithm stored and executed in the arithmetic unit in the vibration characteristic analyzing apparatus according to the present invention.

【図9】未縮小振動測定データのFRF位相及び振動を
示すグラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the FRF phase and vibration of unreduced vibration measurement data.

【図10】全振動測定データの各FRFデータを単純加
算したときのグラフ図である。
FIG. 10 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is simply added.

【図11】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 11 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図12】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 12 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図13】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 13 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図14】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 14 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図15】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 15 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図16】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 16 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図17】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 17 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図18】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 18 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図19】全振動測定データの各FRFデータを固有モ
ードに注目して縮小したときのグラフ図である。
FIG. 19 is a graph diagram when each FRF data of all vibration measurement data is reduced by paying attention to an eigenmode.

【図20】FRF行列の例を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of an FRF matrix.

【図21】従来の特異分解法によるデータ縮小例を示し
た図である。
FIG. 21 is a diagram showing an example of data reduction by a conventional singular decomposition method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被試験物 2 インパルスハンマー 3 ロードセル 4 加速度センサ 5 演算装置 図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DUT 2 Impulse hammer 3 Load cell 4 Acceleration sensor 5 Arithmetic device In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被試験物を加振するためのインパルスハ
ンマーに取り付けられた力検出用ロードセルと、該被試
験物の任意の場所に取り付けられて該被試験物の該イン
パルスハンマーの加振による応答を測定する加速度セン
サと、該ロードセルの出力信号及び該センサの出力信号
とを受けて周波数応答関数データを求め、該周波数応答
関数データと該周波数応答関数の理論式の残差二乗和を
最小とする最小二乗法において線形項と非線形項に分け
てモード特性パラメータを計算することにより該被試験
物のモード特性を同定する演算装置と、を備えた振動特
性解析装置において、 該演算装置が、該周波数応答関数の選択された固有モー
ドに対応する虚数部の極性に+1又は−1を乗じて正極
性にした周波数応答関数を重ね合わせることにより該固
有モードに対応する該周波数応答関数を求め、該周波数
応答関数の数を該固有モードの数に縮小することを特徴
とする振動特性解析装置。
1. A force detection load cell attached to an impulse hammer for vibrating an object to be tested, and an exciter of the impulse hammer attached to an arbitrary location of the object to be tested. The frequency response function data is obtained by receiving the acceleration sensor for measuring the response, the output signal of the load cell and the output signal of the sensor, and the residual sum of squares of the frequency response function data and the theoretical formula of the frequency response function is minimized. In a vibration characteristic analysis device including a calculation device that identifies a mode characteristic of the device under test by calculating a mode characteristic parameter by dividing into a linear term and a non-linear term in the least squares method, By superimposing the positive frequency response function by multiplying the polarity of the imaginary part corresponding to the selected eigenmode of the frequency response function by +1 or -1. Determined the frequency response function corresponding to the eigenmodes, the vibration characterization unit, characterized in that to reduce the number of the frequency response function of the number of eigenmodes.
【請求項2】 請求項1において、 該演算装置が、線形近似による最小二乗法で修正ベクト
ルを求める正規方程式における正規行列を周波数応答関
数の理論値と実験値との重み付き残差二乗和及びその2
次微分項を省いた残差二乗和の線形項及び非線形項に関
する微分係数で求めたことを特徴とする振動特性解析装
置。
2. The arithmetic unit according to claim 1, wherein a normal matrix in a normal equation for obtaining a correction vector by a least square method by linear approximation is used to calculate a weighted residual sum of squares of a theoretical value and an experimental value of a frequency response function and Part 2
An apparatus for analyzing vibration characteristics, which is obtained by a differential coefficient relating to a linear term and a non-linear term of a residual sum of squares without the secondary differential term.
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