JPH1114495A

JPH1114495A - 加振装置

Info

Publication number: JPH1114495A
Application number: JP9168372A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Inoue; 雅彦井上; Toshihiko Horiuchi; 敏彦堀内; Yasuyuki Momoi; 康行桃井; Takao Konno; 隆雄今野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】構造物の振動試験において、大振幅で、かつ、
広い周波数範囲での加振が可能な加振装置の提供にあ
る。【解決手段】一段目の加振機と二段目の加振機を直列に
接続し、一段目の加振機に波形信号を入力し、かつ、波
形信号と一段目の加振機の応答量との誤差信号を二段目
の加振機に入力する。または、一段目の加振機に波形信
号を入力し、かつ、波形信号の高周波数成分のみを二段
目の加振機に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は構造物の振動試験に
用いる加振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の振動試験に加振機が使用
されているが、目的に応じたストロークや動特性などが
要求される。しかし、一般的に加振機の性質として、ス
トロークを長くすると動特性が低下し、反対に、動特性
を向上させるとストロークを大きくできないといったよ
うに、相反する問題が根本的に存在する。

【０００３】油圧式の加振機は、高圧の油が流れる方向
をサーボバルブによって切り替えることにより加振軸を
駆動させており、大きな加振力や大変位が得られ、ラン
ダム波などの加振が可能であるが、あまり高い周波数に
は適していない。また、サーボバルブの特性等によって
加振可能な周波数範囲が変わってくるため、使用周波数
範囲に応じた加振機を設計する必要がある。

【０００４】また、油圧式加振機と同様、構造物を加振
するために動電式の加振機が広く用いられている。動電
式加振機は電磁コイルにより駆動力を発生させるため、
一般的に油圧式加振機に比べると加振力や変位量は小さ
いものの、より高い周波数での加振を行うのに適してい
る。

【０００５】このように加振機の駆動方式によっても加
振性能に長所・短所が存在し、使用目的に合った加振機
を選定する手間が生じる。

【０００６】また、加振を行う対象や入力条件などが多
岐に渡り、より複雑な波形を再現するために、広い周波
数範囲で高精度な加振を行うための加振装置が必要であ
る。

【０００７】一般的に、振動試験に用いられる振動台装
置では所望の加振力を得るために複数の加振機を並列し
て使用しており、例えば特開昭64−50925 号公報には、
振動台に並列して設置した加振機を同じ力で動作させる
方法について示されているが、これは加振周波数の範囲
を拡張するものではない。また、動電式加振機と油圧装
置とを併用した加振装置として、特開昭62−88933 号公
報には、静圧軸受けと静圧継ぎ手を用いた動電式加振機
による振動台が示されており、特開昭63−75635 号公報
には、動電式加振機の加振軸に油圧シリンダーを取り付
ける方法が示されている。

【０００８】しかし、前者は油圧力を加振軸の軸受け及
び加振機と振動テーブルの継手として用いており、後者
は共振による加振機の破壊防止ために油の粘性を利用す
るものである。

【０００９】また、加振機を複数個接続した装置とし
て、実公平6−35159号公報には、大変位の加振を目的と
して、複数の加振機を直列に接続した加振装置が示され
ており、特開平6−66672号公報には波形の歪みを取り除
くために、駆動用の加振機と衝撃吸収用の加振機とを直
列に接続した試験機が示されているが、いずれも加振周
波数範囲を向上させるものではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の課題を解決すべくなされたものであって、構造物の
加振において、振幅が大きく、かつ、広い周波数成分を
持った信号に対しても、高精度な加振が可能な加振装置
を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、一段目の加振機と二段目の加振機を直列に接続し、
一段目の加振機に波形信号を入力し、かつ、波形信号と
一段目の加振機の応答量との誤差信号を二段目の加振機
に入力する。または、一段目の加振機と二段目の加振機
を直列に接続し、一段目の加振機に波形信号を入力し、
かつ、一段目の加振機で加振不能な高周波数成分のみを
二段目の加振機に入力する。

【００１２】また、以上の手段で、一段目の加振機と二
段目の加振機は、一段目の加振機の胴体を壁または基礎
に接続し、一段目の加振機の加振軸に二段目の加振機の
胴体を接続し、二段目の加振機の加振軸を供試体に接続
してもよく、また、一段目の加振機の胴体を壁または基
礎に接続し、一段目の加振機の加振軸と二段目の加振機
の加振軸とを接続し、二段目の加振機の胴体を供試体に
接続してもよく、また、一段目の加振機の加振軸を壁ま
たは基礎に接続し、一段目の加振機の胴体と二段目の加
振機の胴体とを接続し、二段目の加振機の加振軸を供試
体に接続してもよい。

【００１３】また、以上の手段において、一段目の加振
機を油圧式加振機とし、二段目の加振機を動電式加振機
としてもよい。また、加振機を複数段直列に接続し、一
段目の加振機に波形信号を入力し、かつ、二段目以降の
加振機に前段の加振機の誤差信号を入力する。

【００１４】また、加振機を複数段直列に接続し、一段
目の加振機に波形信号を入力し、二段目以降の加振機
に、波形信号のうち、前段までの加振機で応答不能な周
波数成分を入力する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて説明する。図１
に本発明の一実施例を示す。一段目の加振機１０と二段
目の加振機１１とを直列に配置し、一段目の加振機１０
の胴体２０を壁または基礎６０に接続し、一段目の加振
機１０の加振軸３０に二段目の加振機１１の胴体２１を
接続する。

【００１６】二段目の加振機１１の加振軸３１は構造物
または構造物を加振するための加振テーブル７０に接続
する。波形発振器５０から出力される波形信号を一段目
の加振機１０を制御する制御装置４０に入力し、制御装
置４０は波形信号に従って一段目の加振機１０を動作さ
せる。

【００１７】一段目の加振機１０はその応答特性に依存
して、入力した波形信号とはわずかに異なる波形を実現
するが、その応答量を計測し、入力した波形信号との誤
差信号を求め、二段目の加振機１１を制御する制御装置
４１に入力する。制御装置４１は入力された誤差信号に
従って、二段目の加振機１１を動作させる。従って、一
段目の加振機１０による入力波形との誤差を二段目の加
振機１１で補正するために、複雑な入力波形に対しても
近似した加振波形を実現することが可能となり加振精度
が向上する。

【００１８】ここで、一段目の加振機１０と二段目の加
振機１１とを異なる応答特性を持った加振機とすること
によって、有効に補正の効果を得ることができる。

【００１９】一段目の加振機１０を二段目の加振機１１
に比べて大型のものとし、図７及び図８に示すように低
い周波数域で大振幅の変位が可能であり、低周波数での
加振に適した加振機とした場合に、波形信号に高周波数
成分が含まれる場合には、一段目の加振機１０ではその
成分に追従できずに、波形信号と応答量との間に誤差を
生ずる。そこで、二段目の加振機１１を比較的小型で、
図７に示すように変位振幅は一段目の加振機１０に比べ
て小さいが、図８に示すように高周波数域まで高精度に
加振可能な加振機とすることによって、一段目の加振機
１０で実現不能な高周波数成分での加振を二段目の加振
機１１で行うことができる。

【００２０】例えば、図９に示すように、低い周波数で
振幅の大きな波に振幅の小さい高周波成分が乗っている
入力波形に対しては、一段目の加振機１０では低周波数
で大振幅の加振を行って波形の概略形状を実現し、一段
目の加振機１０で再現しきれなかった高周波の応答を二
段目の加振機１１により実現し、波形信号と一段目の加
振機１０の誤差を補正する。従って、二つの加振機の応
答を加え合わせることで、このように振幅が大きく、か
つ、広い範囲の周波数成分を持った入力波形に対しても
高精度な加振波形を再現することが可能である。

【００２１】また、加振機の接続順序は、加振した際に
二段目の加振機１１本体の慣性力による一段目の加振機
１０への負荷が小さくなるように、軽量の方の加振機を
二段目の加振機１１とすることが望ましい。

【００２２】さらに、それぞれの加振機においても、加
振軸を供試体側に向けることで、加振軸より重量が大き
い胴体の移動量を抑えることができ、加振機への負荷が
軽減されるので、図１の接続順序をとることで加振機に
かかる加振機本体の慣性力による負荷が最も小さくな
る。

【００２３】また、図１０は信号の流れを表すブロック
線図である。一段目の加振機１０は波形発振器から出力
される波形信号を目標としたフィードバック制御を行
い、二段目の加振機１１は波形信号と一段目の加振機１
０の応答量との誤差信号を目標としたフィードバック制
御を行い、各々の応答を加え合わせる。

【００２４】図２に本発明における別の一実施例を示
す。一段目の加振機１０と二段目の加振機１１とを相対
する向きで直列に配置し、一段目の加振機１０の加振軸
３０と二段目の加振機１１の加振軸３１とを接続してい
る。一段目の加振機１０の胴体２０は壁または基礎６０
に接続し、二段目の加振機１１の胴体２１は構造物また
は加振テーブル７０に接続している。これにより、一段
目の加振機１０と二段目の加振機１１の加振軸３０，３
１が一体になるので、構造を単純にすることができ、２
台の加振機の同軸性が得やすくなる。

【００２５】信号の入力方法を図１と同様に行うこと
で、この構成によっても、一段目の加振機１０による入
力波形との誤差を二段目の加振機１１で補正するため、
入力波形に近似した高精度な加振波形を実現することが
可能となる。

【００２６】図３に本発明における別の一実施例を示
す。一段目の加振機１０と二段目の加振機１１のそれぞ
れの加振軸３０，３１が反対向きになるように直列に配
置し、一段目の加振機１０の胴体２０と二段目の加振機
１１の胴体２１とを接続したものである。そして、一段
目の加振機１０の加振軸３０を壁または基礎６０に接続
し、二段目の加振機１１の加振軸３１を構造物または加
振テーブル７０に接続している。

【００２７】これにより、一段目の加振機１０の胴体２
０と二段目の加振機１１の胴体２１との相対移動量をな
くすことができ、外部からの電力や油圧のラインをまと
めることが可能になる。

【００２８】また、胴体に比べて断面積が小さい加振軸
を、壁または基礎６０、及び、構造物または加振テーブ
ル７０に取り付けるため、接続に要する面積を小さくす
ることができる。

【００２９】信号の入力方法を図１及び図２と同様に行
うことで、本構成によっても、一段目の加振機１０によ
る入力波形との誤差を二段目の加振機１１で補正するた
め、入力波形に近似した加振波形を実現することが可能
となる。

【００３０】次に、図４を用いて本発明の別の一実施例
を説明する。一段目の加振機１０と二段目の加振機１１
とを直列に配置し、一段目の加振機１０の胴体２０を壁
または基礎６０に接続し、一段目の加振機１０の加振軸
３０に二段目の加振機１１の胴体２１を接続する。

【００３１】二段目の加振機１１の加振軸３１は構造物
または加振テーブル７０に接続する。ここで、一段目の
加振機１０は二段目の加振機１１に比べ大型のものであ
り、図７及び図８に示すように低周波数域での加振特性
が優れており、低周波数で振幅の大きな加振に適してい
る。

【００３２】一方、二段目の加振機１１は比較的小型の
加振機で図７に示すように最大変位は小さいが、図８に
示すように高い周波数域まで加振特性が優れている。

【００３３】波形発振器５０から出力される波形信号を
一段目の加振機１０を制御する制御装置４０とフィルタ
ー８０に入力する。制御装置４０は入力された波形信号
に従って、一段目の加振機１０を動作させる。また、フ
ィルター８０は入力された波形信号のうち、低周波数成
分を取り除き、高周波数成分のみを通過させるハイパス
フィルターである。

【００３４】ここで、図１２に示すように、例えば、あ
る一定のスペクトルを持った波形信号を入力すると、一
段目の加振機１０はその周波数特性によって低周波成分
を実現するため、いわゆるローパスフィルターのような
特性を持っている。従って、一段目の加振機１０で再現
できない高周波数成分を通過させるようなハイパスフィ
ルターを通すことによって、その成分だけをもった信号
を生成することができる。

【００３５】そこで、フィルター８０を通過した高周波
信号を制御装置４１に入力し、制御装置４１は入力され
た高周波信号に従って二段目の加振機１１を動作させ
る。前述のように、一段目の加振機１０は波形信号のう
ち低周波数成分は実現するが、高周波数成分はその周波
数特性のため応答せず、その代わり、高周波成分はフィ
ルター８０を通過して二段目の加振機１１によって実現
される。

【００３６】また、フィルター８０は一段目の加振機１
０が応答可能な低周波数成分は取り除くため、低周波数
域での応答が過大になってしまうことはない。従って、
一段目の加振機１０と二段目の加振機１１を組み合わせ
て応答を加えることによって、広い範囲の周波数成分を
持った波形信号に対して高精度な加振を行うことが可能
となる。この入力方法の場合にも加振機の接続方向につ
いては、図５及び図６に示す実施例のような接続の仕方
が可能である。

【００３７】また、図１１は信号の流れを表すブロック
線図である。一段目の加振機１０は波形発振器から出力
される波形信号を目標としたフィードバック制御を行
い、二段目の加振機１１はフィルター８０を通過した高
周波信号を目標としたフィードバック制御を行い、各々
の応答を加え合わせる。

【００３８】以上、図１〜図６に示した実施例におい
て、一段目の加振機１０と二段目の加振機１１は、両方
とも油圧により駆動する油圧式加振機を用いてもよく、
また、両方とも電磁力により駆動する動電式加振機とし
てもよい。

【００３９】また、図１３及び図１４に実施例を示すよ
うに、一段目の加振機１０を一般的にストローク及び出
力が大きくでき、低周波数域での加振性能に優れた油圧
式加振機とし、二段目の加振機１１を比較的小型でスト
ロークは小さいが、高周波数域まで加振可能な動電式加
振機として、図１及び図４を用いて説明した信号の入力
方法を行ってもよい。これらの場合においても加振機の
接続方向は図１３及び図１４に限定しない。

【００４０】また、一段目の加振機１０と壁または基礎
６０、一段目の加振機１０と二段目の加振機１１、及
び、二段目の加振機１１と構造物または加振テーブル７
０との接続は、ボルト等で固定してもよく、また、回転
可能なようにピン支持にしてもよく、また、静圧継手を
介して支持することも可能である。

【００４１】以上の実施例において、加振機を３台用い
て直列に接続する構成も可能であり、その一実施例を図
１５に示す。低周波数域での加振性能に優れた一段目の
加振機１０と中間周波数域での加振性能に優れた二段目
の加振機１１と、高周波数域での加振性能に優れた三段
目の加振機１２を直列に接続する。そして、制御装置４
０に波形信号を入力し、波形信号と一段目の加振機１０
の応答量との誤差信号を制御装置４１に入力し、さら
に、制御装置４１に入力した信号と二段目の加振機１１
の応答量との誤差信号を制御装置４２に入力し、それぞ
れの加振機を動作させる。この場合のブロック線図を図
１７に示す。

【００４２】一段目の加振機は波形発振器から出力され
る波形信号を目標としたフィードバック制御を行い、二
段目の加振機は波形信号と一段目の加振機の応答量との
誤差信号を目標としたフィードバック制御を行い、三段
目の加振機は波形信号と一段目の加振機との誤差信号に
対する、二段目の加振機による応答量の誤差信号を目標
としたフィードバック制御を行い、三つの加振機の応答
を加え合わせている。

【００４３】また、図１６に示す一実施例では、図１５
と同様に特性の異なる３台の加振機を直列に接続し、一
段目の加振機１０を制御する制御装置４０に波形信号を
入力し、二段目の加振機１１を制御する制御装置４１
に、フィルター８０を通過した、一段目の加振機１０で
は加振不能な高周波成分を入力し、三段目の加振機を制
御する制御装置には、フィルター８１を通過した、一段
目の加振機１０と二段目の加振機１１では加振不能であ
る、さらに高周波な成分を入力するようにしたものであ
る。図１８にこの実施例でのブロック線図を示す。

【００４４】一段目の加振機は波形発振器から出力され
る波形信号を目標としたフィードバック制御を行い、二
段目の加振機は、波形信号のうち一段目の加振機では加
振不能な高周波成分を目標としたフィードバック制御を
行い、三段目の加振機は、一段目と二段目の加振機で加
振不能な高周波成分を目標としたフィードバック制御を
行い、それぞれの応答を加える。同様にして、加振機を
４台以上使用した場合についても構成可能である。ま
た、加振機の接続方向は様々な方向が可能であり、図１
５及び図１６に示した実施例には限定されず、駆動方式
も油圧式，動電式など種々の組み合わせができる。

【００４５】また、本発明の加振装置を複数個並列に配
列して、例えば振動台の加振装置として使用することも
可能である。また、以上で示した構成は上記実施例には
限定されず、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で様々な構
成があり得る。

【００４６】

【発明の効果】本発明による加振装置によれば、従来技
術である加振機を複数個直列に使用することによって、
振幅が大きく、かつ、広い周波数範囲での加振性能に優
れた加振装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における加振装置の構成図で
ある。

【図２】本発明の他の一実施例における加振装置の構成
図である。

【図３】本発明の他の一実施例における加振装置の構成
図である。

【図４】本発明の他の一実施例における加振装置の構成
図である。

【図５】本発明の他の一実施例における加振装置の構成
図である。

【図６】本発明の他の一実施例における加振装置の構成
図である。

【図７】加振機の最大変位振幅の特性を説明するための
概略図である。

【図８】加振機の周波数特性を説明するための概略図で
ある。

【図９】波形信号と加振機応答との関係を説明するため
の概念図である。

【図１０】本発明における信号の流れを説明するための
ブロック線図である。

【図１１】本発明における信号の流れを説明するための
ブロック線図である。

【図１２】信号の周波数成分の変化を説明するための概
念図である。

【図１３】本発明の他の一実施例における加振装置の構
成図である。

【図１４】本発明の他の一実施例における加振装置の構
成図である。

【図１５】本発明の他の一実施例における加振装置の構
成図である。

【図１６】本発明の他の一実施例における加振装置の構
成図である。

【図１７】本発明における信号の流れを説明するための
ブロック線図である。

【図１８】本発明における信号の流れを説明するための
ブロック線図である。

【符号の説明】

１０，１１，１２…加振機、２０，２１，２２…胴体、
３０，３１，３２…加振軸、４０，４１，４２…制御装
置、５０…波形発振器、６０…壁または基礎、７０…構
造物または加振テーブル、８０，８１…フィルター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今野隆雄茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の波形信号に従って供試体に振動を加
える加振装置において、一段目の加振機と二段目の加振
機とを直列に接続し、前記一段目の加振機を制御する制
御装置に波形信号を入力し、前記一段目の加振機を制御
する制御装置は該波形信号に従って前記一段目の加振機
を動作させ、さらに、前記加振装置は、前記波形信号と
前記一段目の加振機の応答量との誤差を計測する手段を
備え、計測した誤差信号を前記二段目の加振機を制御す
る制御装置に入力し、前記二段目の加振機を制御する制
御装置は前記誤差信号に従って前記二段目の加振機を動
作させることを特徴とする加振装置。
【請求項２】所定の波形信号に従って供試体に振動を加
える加振装置において、一段目の加振機と二段目の加振
機とを直列に接続し、前記一段目の加振機を制御する制
御装置に波形信号を入力し、前記一段目の加振機を制御
する制御装置は該波形信号に従って前記一段目の加振機
を動作させ、かつ、前記加振装置は、入力された信号の
うち、前記一段目の加振機で加振可能な低周波数成分を
取り除いた高周波数成分を通過させるフィルターを備
え、前記波形信号を該フィルターに入力して得られた高
周波信号を前記二段目の加振機を制御する制御装置に入
力し、前記二段目の加振機を制御する制御装置は該高周
波信号に従って前記二段目の加振機を動作させることを
特徴とする加振装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の加振装置であっ
て、前記一段目の加振機の胴体を壁または基礎に接続
し、かつ、前記一段目の加振機の加振軸を前記二段目の
加振機の胴体に接続し、前記二段目の加振機の加振軸は
供試体に接続可能であることを特徴とする加振装置。
【請求項４】請求項１または２に記載の加振装置であっ
て、前記一段目の加振機の胴体を壁または基礎に接続
し、かつ、前記一段目の加振機の加振軸と前記二段目の
加振機の加振軸とを接続し、前記二段目の加振機の胴体
は供試体に接続可能であることを特徴とする加振装置。
【請求項５】請求項１または２に記載の加振装置であっ
て、前記一段目の加振機の加振軸を壁または基礎に接続
し、かつ、前記一段目の加振機の胴体と前記二段目の加
振機の胴体とを接続し、前記二段目の加振機の加振軸は
供試体に接続可能であることを特徴とする加振装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の加振装
置であって、前記一段目の加振機を油圧式加振機とし、
かつ、前記二段目の加振機を動電式加振機としたことを
特徴とする加振装置。
【請求項７】所定の波形信号に従って供試体に振動を加
える加振装置において、直列に接続した複数段の加振機
と、各々の加振機を制御する複数の制御装置と、各々の
制御装置に入力される信号と各々の制御装置が制御する
加振機の応答量との誤差信号を計測する手段とを備え、
一段目の加振機を制御する制御装置に波形信号を入力
し、かつ、二段目以降の加振機を制御する制御装置の各
々に、前段の加振機を制御する制御装置に入力された信
号と前段の加振機の応答量との誤差信号を入力すること
を特徴とする加振装置。
【請求項８】所定の波形信号に従って供試体に振動を加
える加振装置において、直列に接続した複数段の加振機
と、各々の加振機を制御する複数の制御装置とを備え、
一段目の加振機を制御する制御装置に波形信号を入力
し、かつ、二段目以降の加振機を制御する制御装置の各
々は、波形信号のうち、前段までの加振機で応答不能な
周波数成分のみを通過させるフィルターを備え、該フィ
ルターを通過した信号に従って各々の制御する加振機を
動作させることを特徴とする加振装置。