JPH1038780A - 疲労試験機 - Google Patents
疲労試験機Info
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- JPH1038780A JPH1038780A JP19877196A JP19877196A JPH1038780A JP H1038780 A JPH1038780 A JP H1038780A JP 19877196 A JP19877196 A JP 19877196A JP 19877196 A JP19877196 A JP 19877196A JP H1038780 A JPH1038780 A JP H1038780A
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Abstract
あるいは過小にならないようにした疲労試験機を提供す
る。 【解決手段】 負荷試験波形は振幅、平均値および周波
数により規定される。供試体を負荷するアクチュエータ
の制御量は試験波形に追従するようにフィードバック制
御される。試験周波数に最適な制御ゲインが予めテーブ
ルとして記憶され、試験周波数が切り替えられた時、切
り替わる前の周波数に最適な制御ゲインと切り替え後に
最適な制御ゲインの双方をテーブルから読み込み、両ゲ
インの比にしたがって負荷試験波形の振幅と平均値を補
正する。
Description
る。
り返し負荷して試験を行なう疲労試験機が知られてい
る。この種の疲労試験機では、図3に示すように、供試
体に負荷する荷重または変位の試験波形wの振幅a、平
均値mおよび周波数を設定し、負荷用のアクチュエータ
の制御量が負荷試験波形wに追従するようにフィードバ
ック制御をしている。
数が高くなるとアクチュエータが追従できなくなり、制
御量の振幅が低下する。特に、サーボ弁により負荷用の
油圧アクチュエータを駆動する電気油圧サーボ式の疲労
試験機では、サーボ弁の高周波領域の応答性が低いの
で、この問題が顕著に現れる。
験機では、制御量が低下すると試験波形の振幅を予め設
定した量だけ補正し、制御量の低下を補償している。こ
のような補償制御は一般にAGC制御と呼ばれ、制御ル
ープゲインが最適ではない時や、サーボ弁の周波数応答
が低下する領域において有効に機能する
変更する場合、制御ループゲインの最適値が周波数切り
替えの前後で変化し、周波数切り替えにともなって制御
量が過大あるいは過小になり、試験に悪影響を及ぼすお
それがある。
えにともなって制御量が過大あるいは過小にならないよ
うにした疲労試験機を提供することにある。
御量が振幅、平均値および周波数により規定される負荷
試験波形に追従するようにフィードバック制御を行なう
疲労試験機に適用され、周波数が切り替えられた時、切
り替わる前の周波数に最適な制御ゲインと切り替え後に
最適な制御ゲインにしたがって負荷試験波形の振幅と平
均値を補正することを特徴とする。 (2)周波数の切り替えに応答して上記補正を通常の補
正時期を待たずに行うのが好ましい。
成を示す図である。供試体SPに圧縮荷重または引張荷
重などを加える試験機本体10は、基台11上に一対の
支柱12a,12bとヨーク13とにより負荷枠を形成
し、支柱12a,12bに上下に移動可能にクロスヘッ
ド14を取り付けて構成される。
15が設置され、そのピストンロッド15aには供試体
固定用の下部治具16aが取り付けられている。また、
クロスヘッド14にはロードセル17を介して供試体固
定用の上部治具16bが取り付けられている。
より圧油方向と圧油量が制御されてピストンロッド15
aが伸縮し、それによって上部治具16aと下部治具1
6bとの間に固定された供試体SPが負荷される。油圧
アクチュエータ15のストローク、すなわち供試体SP
の変位は、油圧アクチュエータ15に取り付けられた差
動トランス19により検出される。
制御回路21、入出力装置22、増幅器23,25,2
7、A/D変換器24,28、D/A変換器26などを
備えている。
その周辺部品から構成され、供試体SPを負荷する試験
波形と、ロードセル17から増幅器23およびA/D変
換器24を介して入力した荷重信号と、差動トランス1
9から増幅器27およびA/D変換28を介して入力し
た変位信号とに基づいて、油圧アクチュエータ15を駆
動するための制御信号を生成し、D/A変換器26およ
び増幅器25を介してサーボ弁18へ出力する。
波形wの振幅a、平均値m、周波数などを入力する入力
部と、試験結果の供試体のSPの荷重−変位特性などを
出力する出力部とを備えている。
御回路21の制御ブロック図である。制御回路21は、
マイクロコンピュータのソフトウエア形態で構成される
波形発生回路211、AGC回路212、減算器21
3、コントローラ214を備えている。制御対象30
は、上述したサーボ弁18、油圧アクチュエータ15、
D/A変換器26、増幅器25である。また、検出器4
0は、供試体SPの荷重を検出するためのロードセル1
7、増幅器23およびA/D変換器24と、供試体SP
の変位を検出するための差動トランス19、増幅器27
およびA/D変換器28である。
変位の操作量uを出力し、制御対象30は供試体SPに
負荷して荷重または変位の制御量yを発生させる。検出
器40は、荷重または変位の制御量yを検出し、信号f
として制御回路21にフィードバックする。
条件に応じた試験波形wを発生する。試験波形wは、図
3に示すように、所定の振幅(amplitude、以下では記
号aで表わす)と、平均値(mean、以下では記号mで表
わす)と、周波数とにより設定される。この明細書で
は、試験波形wの振幅を振幅目標値waと呼び、試験波
形wの平均値を平均目標値wmと呼ぶ。この試験波形w
はAGC回路212に供給される。
標値waおよび平均目標値wmと、検出器40からの荷
重または変位のフィードバック信号fの振幅faおよび
平均値fmとに基づいて、振幅目標値waおよび平均目
標値wmをそれぞれ補正するための係数を算出し、補正
係数により補正した試験波形rを出力する。なお、この
明細書では試験波形rの振幅を振幅設定値raと呼び、
試験波形rの平均値を平均設定値rmと呼ぶ。
る。通常、AGC回路212は、振幅目標値waとフィ
ードバック振幅faとの偏差eaに予め設定された係数
α1を乗じて振幅設定値raを補正する。同様に、平均
目標値wmとフィードバック平均値fmとの偏差emに
予め設定された係数β1を乗じて平均設定値rmを補正
する。すなわち、
2〜0.5の範囲に設定されるので、制御対象30、特
にサーボ弁18の周波数特性により制御系20のループ
ゲインが低下すると補正が不十分となり、制御性能が著
しく低下する。また、試験途中で試験周波数が切り替わ
ると、疲労試験機全体としての周波数特性により制御系
20の制御ループゲインの最適値が変る。
における制御系のループゲインに相関する係数α2,β
2を算出するとともに、試験周波数切り替え前後の最適
ゲインの比から係数α3,β3をも算出し、これらの係
数α2,β2とα3,β3により係数α1,β1を補正
する。なお、係数α2,β2は制御ループゲインが低下
するほど増大する。まず、数式2により係数α1,β1
で補正した振幅設定値raと平均設定値rmを有する試
験波形rで疲労試験機を運転し、新たにフィードバック
振幅faとフィードバック平均値fmを求め、次式によ
り制御ループゲイン係数α2,β2を算出する。
められているゲインのテーブルから、現在の試験周波数
に最適なゲインGoと次回の試験周波数に最適なゲイン
Gnを読み出して、次式により係数α3,β3を算出す
る。
3,β3により数式2におけるα1,β1を補正し、振
幅設定値raと平均設定値rmを更新する。すなわち、
定値rmを有する試験波形rで試験を継続する。
対象30および検出器40はフィードバック制御系を構
成し、減算器213は試験波形rとフィードバック信号
fとの偏差eを求め、コントローラ214は偏差eに基
づいて制御量yが試験波形rに追従するようにフィード
バック制御する。なお、コントローラ214は古典制御
理論に基づくPIDのフィードバック制御を行ってもよ
いし、現代制御理論に基づく適応制御やオブザーバーな
どを用いてもよい。これらの制御方法は周知であり、本
発明とは直接関係がないので説明を省略する。
られ、それにより制御対象30は制御量yを発生する。
ここで、操作量uは制御回路21からD/A変換器26
へ出力されるサーボ弁18の制御信号であり、制御量y
はロードセル17で検出される荷重または差動トランス
19で検出される変位である。
ャートである。このフローチャートにより、実施の形態
の動作を説明する。
より試験波形wの振幅目標値wa、平均目標値wm、周
波数を設定し、続くステップS2で試験を開始し、試験
波形wでフィードバック制御を行なう。なお、試験開始
直後は試験波形rは試験波形wと同一である。ステップ
S3でフィードバック振幅faとフィードバック平均値
fmを検出し、数式1により振幅偏差eaと平均値偏差
emを求める。そして、数式2により振幅設定値raと
平均設定値rmを更新する。ステップS4で、更新した
振幅設定値raと平均設定値rmを有する試験波形rで
フィードバック制御を行なう。
aとフィードバック平均値fmを検出し、数式3により
制御ループゲインに相関する係数α2,β2を算出す
る。次いでステップS6で試験周波数が変更されたと判
定されると、ステップS7において、振幅a、平均値m
はそのままとして試験波形wの周波数だけを変更する処
理を行う。ステップS6において試験周波数が変更され
たと判定されない時は、ステップS8で5秒待機し、5
秒経過したらステップS9に進む。ステップS9で数式
4により係数α3,β3を算出し、ステップS10で係
数α2,β2およびα3,β3を用いて数式5により振
幅設定値raと平均設定値rmを更新する。
および係数α3,β3と最新のea,emを使って更新
した振幅設定値raと平均設定値rmを有する試験波形
rでフィードバック制御を行なう。ステップS12で試
験の終了が判定されると処理を終了する。
更がある時は直ちに、ないときは5秒に1回のサイクル
で、制御ループゲインに相関する係数α2,β2と、試
験周波数に依存する係数α3,β3を算出し、これらの
係数α2,β2および係数α3,β3により負荷試験波
形wと振幅aと平均値mを補正して制御ループゲインの
低下を補償するとともに、周波数切り替えによる最適ゲ
インの変更を補償するようにしたので、負荷用のアクチ
ュエータの種類、供試体の種類、試験周波数が変っても
最適なAGC制御が可能となり、負荷試験波形wの振幅
と平均値が短時間に補正され、高い制御精度を維持する
ことができる。
2,β2だけで試験波形rを更新する場合には、試験周
波数が変更すると制御ループゲインが適正値から外れ、
制御量uが最適化されるまでに時間を要するが、疲労試
験機固有の周波数応答特性に基づいて算出された係数α
3,β3を使用して制御ゲインを制御することにより、
周波数応答に最適な制御ゲインが得られる。この場合、
5秒に1回のサイクルで試験波形rを更新するようにす
ると、周波数切り替え直後に制御ゲイン、すなわち制御
量が過大過ぎたり、過小過ぎたりして試験に悪影響を及
ぼすおそれがあるが、図4のように、周波数が切り替え
られたときは5秒待たずに直ちに試験波形を更新するこ
とにより、周波数切り替えにより制御量が大きくなり過
ぎたり、小さくなり過ぎることがない。
数を対数で表わすようにしているので、試験周波数の帯
域が広い場合でもメモリ容量が少なくて済む。図4にな
い試験周波数の場合には補間演算でゲインを求めること
ができる。また、図5においてステップS6および7の
手順を省略した場合、試験周波数の切り替え前後のゲイ
ン変更に伴う補正処理は5秒以内に行われる。本発明は
このような処理方式にも適用されるものである。
試体を負荷するアクチュエータの制御量が振幅、平均値
および周波数により規定される負荷試験波形に追従する
ようにフィードバック制御を行なう際、周波数が切り替
えられた時、切り替わる前の周波数に最適な制御ゲイン
と切り替え後に最適な制御ゲインにしたがって負荷試験
波形の振幅と平均値を補正するようにしたので、試験周
波数が変っても自動的に負荷試験波形の振幅と平均値が
短時間に補正され、高い制御精度を維持することができ
る。とくに、請求項2のように、試験周波数の切り替え
に応答して直ちに上記補正を行うようにすれば、過渡的
に制御量が過大あるいは過小になることがない。
Claims (2)
- 【請求項1】 供試体を負荷するアクチュエータの制御
量が振幅、平均値および周波数により規定される負荷試
験波形に追従するようにフィードバック制御を行なう疲
労試験機において、 前記周波数が切り替えられた時、切り替わる前の周波数
に最適な制御ゲインと切り替え後に最適な制御ゲインに
したがって前記負荷試験波形の振幅と平均値を補正する
ことを特徴とする疲労試験機。 - 【請求項2】 請求項1に記載の疲労試験機において、 前記周波数の切り替えに応答して前記補正を通常の補正
時期を待たずに行うことを特徴とする疲労試験機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19877196A JP3608302B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 疲労試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19877196A JP3608302B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 疲労試験機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1038780A true JPH1038780A (ja) | 1998-02-13 |
JP3608302B2 JP3608302B2 (ja) | 2005-01-12 |
Family
ID=16396664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19877196A Expired - Fee Related JP3608302B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 疲労試験機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3608302B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008076299A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Shimadzu Corp | 測定装置および材料試験機 |
JP2009250866A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | Shimadzu Corp | 試験装置、疲労試験の試験方法、およびき裂進展試験方法 |
JP2011033467A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 加振制御方法及び加振制御装置並びに振動試験装置 |
JP2011226913A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Shimadzu Corp | 試験機 |
-
1996
- 1996-07-29 JP JP19877196A patent/JP3608302B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008076299A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Shimadzu Corp | 測定装置および材料試験機 |
JP2009250866A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | Shimadzu Corp | 試験装置、疲労試験の試験方法、およびき裂進展試験方法 |
JP2011033467A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 加振制御方法及び加振制御装置並びに振動試験装置 |
JP2011226913A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Shimadzu Corp | 試験機 |
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---|---|
JP3608302B2 (ja) | 2005-01-12 |
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