JPH11166878A - 多軸試験機の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験物上の複数の点に加える荷重や変位の目
標値までの移動がほぼ同時に終了するようにした多軸試
験機の制御方法及び装置を提供する。 【解決手段】 設定手段２０が複数のアクチュエータに
共通に各段階に要する所要時間を、各アクチュエータ毎
に各段階の制御モード及び最終目標値を予め定める。演
算手段１０１が、各段階の制御の開始に先だって、荷重
検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位
検出信号により試験物に加わっている荷重及び変位の現
在値を検出するとともに、当該段階の制御モードに対応
した検出現在値の一方と最終目標値との差と所要時間と
により、制御の目標値の変化速度を求める。目標値設定
手段１０２が、制御の開始後、前記演算手段で求めた変
化速度で一方の現在値を最終目標値に向かって増加又は
減少させて制御の目標値を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験物に複数の方
向から或いは試験物上の複数の点に荷重、変位などをそ
れぞれ加える複数のアクチュエータを用い、これらのア
クチュエータをそれぞれ制御して多軸試験を行う多軸試
験機の制御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の試験は、建築物などの構造物の
例えば耐震性を試験する際に行われ、従来一般に、試験
物に前後方向、左右方向、上下方向及び回転方向の荷重
又は変位を選択的に加えることのできる複数のアクチュ
エータを有する多軸試験機が用いられ、複数のアクチュ
エータにより複数の方向から目標とする荷重又は変位を
同時に加えた状態で試験物を観測するため、複数のアク
チュエータを同時に動作させることが行われる。

【０００３】このような動作を行わせるため従来採用し
ていた制御について説明する前に、多軸試験機及びその
操作監視装置の概略構成を図７を参照して説明する。図
示の多軸試験機１０は、説明を簡単にするため２つのア
クチュエータＡＣＴ１及びＡＣＴ２を備えるものとす
る。各アクチュエータは例えば油圧サーボ弁を有する電
気油圧式のアクチュエータである。

【０００４】多軸試験機はまた、各アクチュエータに付
属して、試験物に加えた荷重の大きさを検出する例えば
ロードセルからなる荷重検出器ＬＤ１及びＬＤ２と、試
験物に加えた変位量を検出する例えばディファレンシャ
ルトランスフォーマからなる変位検出器ＰＬ１及びＰＬ
２と、各アクチュエータによって試験物に加える荷重或
いは変位が、予め定めた目標値となるように、これらの
検出器からの検出信号と目標値との偏差を求め、この偏
差が０となるように油圧サーボ弁の開く方向とその開度
を制御するコントローラＣＴ１及びＣＴ２とを備える。

【０００５】各コントローラは予め定めたプログラムに
よって動作するマイクコンピュータ、いわゆる、μＣＯ
Ｍによって構成されている。μＣＯＭは、演算処理部で
ある中央処理ユニットと、プログラムや固定データなど
を格納した読み出し専用のＲＯＭ、データを一時的に格
納するデータエリアや処理の過程で使用するワークエリ
アなどからなる読み出し書き込み自在のＲＡＭなどの記
憶手段とを内蔵している。

【０００６】多軸試験機の操作監視装置２０はパーソナ
ルコンピュータ、いわゆるパソコンによって構成され、
予め定めた試験プログラムに従って、各アクチュエータ
に付属したコントローラに対してアクチュエータの制御
モード、目標値などを設定する設定データを出力する。

【０００７】上述したように多軸試験機を制御すること
によって、図８に示すような試験を行っている。すなわ
ち、アクチュエータＡＣＴ１の制御モードを多段階に切
り換え、試験物に対して前後方向に、大きさＡの荷重、
大きさａの変位、大きさＢの荷重を加えさせるととも
に、アクチュエータＡＣＴ１の制御モード切り換えに同
期してアクチュエータＡＣＴ２の制御モードも切り換
え、試験物の左右方向に大きさｂの変位、大きさＣの荷
重、大きさｃの変位を加えさせ、所定の荷重と変位を加
えた各段階で試験物の挙動を図示しない各種のセンサに
よって検出し観測することにより、試験結果を得る。

【０００８】上述の試験では、操作監視装置において、
各アクチュエータについて各段階の開始点から最終点ま
での制御モードと、各段階の目標値と、最終点の目標値
までの移動速度とを操作部のキー入力操作によって設定
し、この設定した値を操作監視装置からコントローラに
対して出力する。コントローラは、設定された移動速度
によって最終点まで目標値を順次変化させながら設定さ
れた制御モードでフィードバック（ＦＢ）制御を行い、
各段階の終わりにおいて、設定された目標値の荷重或い
は変位を試験物に加えるようになる。

【０００９】図９はアクチュエータＡＣＴ１及びＡＣＴ
２が設定された荷重ＦＢ又は変位ＦＢの制御モードで、
設定された移動速度θ１及びθ２にて、設定された目標
値ＴＧ１及びＴＧ２までそれぞれ動作する様子を示し、
同図からは、アクチュエータＡＣＴ１の動作の方がアク
チュエータＡＣＴ２よりもΔｔだけ速く動作を終了して
いることが分かる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の制御方
法による動作は、目標値まで荷重や変位を加えた後の試
験物の状態を観測するには問題は少ない。しかし、試験
物上の複数の点に加える荷重や変位が目標値まで移動す
る過程において、試験物が示す挙動、例えば試験物の各
部に生じる歪みなどを調べるには都合が悪く、複数の方
向から或いは複数の点で試験物に加える荷重や変位の目
標値までの移動がほぼ同時に終了することが必要とされ
る。

【００１１】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、試験物上の複数の点に加える荷重や変位の目標値
までの移動がほぼ同時に終了するようにした多軸試験機
の制御方法及び装置を提供することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
成された請求項１に記載の発明は、複数のアクチュエー
タと各アクチュエータに対応して設けた荷重検出手段及
び変位検出手段を備え、前記各アクチュエータにより試
験物上の複数の点に荷重と変位を加える多軸試験機にお
いて、前記各アクチュエータに対応して設定した目標値
と前記荷重検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信
号及び変位検出信号とに基づいて行うフィードバック制
御の制御モードを荷重又は変位に多段階に切り替え、試
験物上の複数の点に荷重と変位をそれぞれ加えるように
制御する多軸試験機の制御方法であって、前記複数のア
クチュエータに共通に前記各段階に要する所要時間を、
前記各アクチュエータ毎に前記各段階の制御モード及び
最終目標値をそれぞれ予め定め、前記各段階のフィード
バック制御の開始に先だって、前記荷重検出手段及び変
位検出手段からの荷重検出信号及び変位検出信号により
前記試験物に加わっている荷重及び変位の現在値を検出
するとともに、当該段階の制御モードに対応した前記検
出した現在値の一方と前記最終目標値との差と前記所要
時間とにより、前記フィードバック制御の目標値の変化
速度を求め、前記フィードバック制御の開始後、前記一
方の現在値を前記変化速度で前記最終目標値に向かって
増加又は減少させて前記フィードバック制御の目標値を
設定するようにした多軸試験機の制御方法に存する。

【００１３】請求項１記載の多軸試験機の制御方法は、
複数のアクチュエータの各々に対応して設定した目標値
と荷重検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及
び変位検出信号とに基づいて行うフィードバック制御の
制御モードを荷重又は変位に多段階に切り替え、試験物
上の複数の点に荷重と変位をそれぞれ加えるように制御
するものであって、複数のアクチュエータに共通に各段
階に要する所要時間を、各アクチュエータ毎に各段階の
制御モード及び最終目標値をそれぞれ予め定め、各段階
のフィードバック制御の開始に先だって、荷重検出手段
及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位検出信号
により試験物に加わっている荷重及び変位の現在値を検
出するとともに、当該段階の制御モードに対応した検出
現在値の一方と最終目標値との差と所要時間とにより、
フィードバック制御の目標値の変化速度を求め、フィー
ドバック制御の開始後、一方の現在値を、求めた変化速
度で最終目標値に向かって増加又は減少させてフィード
バック制御の目標値を設定するようにしているので、現
在値と最終目標値の差の大小と当該段階の所要時間とに
応じた変化速度で各アクチュエータの目標値を増加又は
減少させ、複数のアクチュエータの各段階の動作をほぼ
同時に終了させることができる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
軸試験機の制御方法において、変化速度が単位時間当た
りの前記目標値の増減値であり、前記単位時間が前記所
要時間を予め定めた分割数で割って求められ、前記単位
時間当たりの増減値が前記検出した現在値の一方と前記
最終目標値との差を前記分割数で割って求められること
を特徴とする多軸試験機の制御方法に存する。

【００１５】請求項２記載の多軸試験機の制御方法は、
変化速度を、所要時間を予め定めた分割数で割って求め
た単位時間当たりの目標値の増減値とし、これを検出現
在値の一方と最終目標値との差を分割数で割って求めて
いるので、各段階の所要時間の分割数を予め定めること
によって、所要時間を分割数で割って求めた単位時間毎
に現在値に増減値を加算して各アクチュエータの目標値
を最終目標値に向かって増加又は減少させ、複数のアク
チュエータの各段階の動作をほぼ同時に終了させること
ができる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の多
軸試験機の制御方法において、前記変化速度が単位時間
当たりの前記目標値の増減値であり、前記単位時間が予
め定められた時間であり、前記増減値が予め定めた単位
時間で前記所要時間を割って求めた数により前記検出し
た現在値の一方と前記最終目標値との差を割って求めら
れることを特徴とする多軸試験機の制御方法に存する。

【００１７】請求項３記載の多軸試験機の制御方法は、
変化速度を、予め定めた単位時間で所要時間を割って求
めた数により検出現在値の一方と最終目標値との差を割
って求めた目標値の増減値としているので、単位時間を
予め定めることによって、単位時間毎に現在値に増減値
を加算して各アクチュエータの目標値を増加又は減少さ
せ、複数のアクチュエータの各段階の動作をほぼ同時に
終了させることができる。

【００１８】上記課題を解決するため成された請求項４
に記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、複数
のアクチュエータＡＣＴ１〜ＡＣＴｎと各アクチュエー
タに対応して設けた荷重検出手段ＬＤ及び変位検出手段
ＰＬを備え、前記各アクチュエータにより試験物上の複
数の点に荷重と変位を加える多軸試験機において、前記
各アクチュエータに対応して設定した目標値と前記荷重
検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位
検出信号とに基づいて行うフィードバック制御の制御モ
ードを荷重又は変位に多段階に切り替え、試験物上の複
数の点に荷重と変位をそれぞれ加えるように制御する多
軸試験機１０の制御装置であって、前記複数のアクチュ
エータに共通に前記各段階に要する所要時間を、前記各
アクチュエータ毎に前記各段階の制御モード及び最終目
標値をそれぞれ予め定める設定手段２０と、前記各段階
のフィードバック制御の開始に先だって、前記荷重検出
手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位検出
信号により前記試験物に加わっている荷重及び変位の現
在値を検出するとともに、当該段階の制御モードに対応
した前記検出した現在値の一方と前記最終目標値との差
と前記所要時間とにより、前記フィードバック制御の目
標値の変化速度を求める演算手段２０１と、前記フィー
ドバック制御の開始後、前記一方の現在値を前記変化速
度で前記最終目標値に向かって増加又は減少させて前記
フィードバック制御の目標値を設定する目標値設定手段
１０２とを備えることを特徴とする多軸試験機の制御装
置に存する。

【００１９】請求項４記載の多軸試験機の制御装置は、
複数のアクチュエータＡＣＴ１〜ＡＣＴｎの各々に対応
して設定した目標値と荷重検出手段ＬＤ及び変位検出手
段ＰＬからの荷重検出信号及び変位検出信号とに基づい
て行うフィードバック制御の制御モードを荷重又は変位
に多段階に切り替え、試験物上の複数の点に荷重と変位
をそれぞれ加えるように制御するものであって、設定手
段２０が複数のアクチュエータに共通に各段階に要する
所要時間を、各アクチュエータ毎に各段階の制御モード
及び最終目標値をそれぞれ予め定める。また、演算手段
１０１が、各段階のフィードバック制御の開始に先だっ
て、荷重検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号
及び変位検出信号により試験物に加わっている荷重及び
変位の現在値を検出するとともに、当該段階の制御モー
ドに対応した検出現在値の一方と最終目標値との差と所
要時間とにより、フィードバック制御の目標値の変化速
度を求める。そして、目標値設定手段１０２が、フィー
ドバック制御の開始後、前記演算手段で求めた変化速度
で一方の現在値を最終目標値に向かって増加又は減少さ
せてフィードバック制御の目標値を設定するようにして
いるので、現在値と最終目標値の差の大小に応じた変化
速度で各アクチュエータの目標値を増加又は減少させ、
複数のアクチュエータの各段階の動作をほぼ同時に終了
させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図２及び図３は本発明による多軸
試験機の制御方法を実施する装置の一実施の形態を示
す。

【００２１】図２において、１０は多軸試験機、２０は
操作監視装置である。多軸試験機１０は、各々が油圧サ
ーボ弁ＳＶを有する電気油圧式の複数のアクチュエータ
ＡＣＴ１〜ＡＣＴｎと、各アクチュエータに付属したコ
ントローラＣＴ及びセンサ部１１０と、アクチュエータ
ＡＣＴ１〜ＡＣＴｎによって試験物に加えた荷重或いは
変位によって試験物の各部に生じる歪みなどを検知する
図示しない各種のセンサを有する監視部１２０とを有す
る。

【００２２】多軸試験機１０のコントローラＣＴ、セン
サ部１１０及び監視部１２０と操作監視装置２０は具体
的には図３のように構成される。なお、アクチュエータ
ＡＣＴ１〜ＡＣＴｎに付属しているコントローラＣＴ及
びセンサ部１１０はほぼ同一の構成であるので、図３に
おいては、アクチュエータＡＣＴ１に付属するものにつ
いてのみその具体的な構成を示している。

【００２３】同図において、コントローラＣＴは、予め
定めたプログラムによって動作し、制御モードとして設
定された荷重又は変位のフィードバック（ＦＢ）によっ
て、荷重又は変位が目標値となるように、対応するアク
チュエータＡＣＴ１をフィードバック制御するマイクコ
ンピュータμＣＯＭによって構成されている。マイクロ
コンピュータμＣＯＭは、演算処理部である中央処理ユ
ニットＣＰＵと、プログラムや固定データなどを格納し
た読み出し専用のメモリＲＯＭ、データを一時的に格納
するデータエリアや処理の過程で使用するワークエリア
などからなる読み出し書き込み自在のメモリＲＡＭなど
の記憶手段の他、入力されるアナログ信号をデジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）や出力するデジ
タル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器（図示
せず）などを内蔵している。

【００２４】センサ部１１０は、試験物に加えた荷重の
大きさを検出して荷重信号を発生する荷重検出器ＬＤ
と、試験物に加えた変位量を検出して変位信号を発生す
る変位検出器ＰＬとを有する。このセンサ部１１０が発
生する荷重信号及び変位信号は、設定された制御モード
でアクチュエータをフィードバック制御するためコント
ローラＣＴに図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信
号に変換して入力される。また、監視部１２０は、試験
物上の複数の点に、例えば複数の異なる方向から加える
荷重や変位が最終目標値に達する過程において、試験物
が示す挙動、例えば試験物の各部に生じる歪みなどを調
べるため試験物に取り付けられたり、或いは、試験物上
の任意の点の挙動を観察して監視するため設置された各
種のセンサ１２０ａと、これらのセンサ１２０ａからの
検知信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２０
ｂを有する。

【００２５】センサ部１１０からコントローラＣＴに入
力された荷重信号及び変位信号は、上述したようにμＣ
ＯＭ内の図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号
に変換されて中央処理ユニットＣＰＵに入力され、アク
チュエータＡＣＴ１によって試験物に加えられる荷重或
いは変位が設定された目標値となるように、制御モード
に応じた荷重信号又は変位信号と目標値との偏差を求
め、この偏差が０となるように油圧サーボ弁ＳＶの開く
方向とその開度を制御する弁制御信号を生成するために
利用される。この生成された弁制御信号は、μＣＯＭ内
の図示しないＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換さ
れて出力され、アクチュエータＡＣＴ１のサーボ弁ＳＶ
に供給される。

【００２６】中央処理ユニットＣＰＵに入力された荷重
信号及び変位信号は上述のようにフィードバック制御に
使用されるほか、必要に応じ、モニタ或いはデータ収集
のため操作監視装置２０に送出される。また、監視部１
２０のセンサ１２０ａからの検知信号も、モニタ或いは
データ収集のため操作監視装置２０に送出される。

【００２７】多軸試験機の操作監視装置２０は、パーソ
ナルコンピュータ、いわゆるパソコンＰＣによって構成
されている。パソコンＰＣは、バスによって相互に接続
されたマイクロコンピュータμＣＯＭ、ＣＲＴのような
モニタ用の表示装置ＤＰ、入力操作のためのキーボード
ＫＹ、各種のデータを収集し格納するハードディスクな
どの記憶手段ＭＭ、プロッタ、プリンタなどの出力装置
ＯＵＴなどを有する。μＣＯＭは図示しない中央処理ユ
ニットＣＰＵ、メモリとしてのＲＯＭ及びＲＡＭなどを
内蔵する。

【００２８】上記表示装置ＤＰ、キーボードＫＹ及び出
力装置ＯＵＴは、マン・マシンインタフェースとして使
用される。具体的には、表示装置ＤＰの表示画面を見な
がらキーボードＫＹのキー操作によって、各アクチュエ
ータに付属したコントローラＣＴに対してアクチュエー
タの制御モード、目標値などを設定するために使用され
るとともに、監視部１２０内の各種のセンサ１２０ａが
発生する歪み信号を収集して試験の過程を表示装置ＤＰ
に表示させてモニタするために使用される。

【００２９】操作監視装置２０が、オペレータのキー操
作に従って設定データを作成し、この作成した設定デー
タに従って行う制御の内容を以下具体的に説明する。

【００３０】まず、オペレータは複数のアクチュエータ
ＡＣＴ１〜ＡＣＴｎの各々について、複数の段階の各々
の制御モードと最終目標値とをそれぞれ設定するととも
に、全てのアクチュエータに共通に各段階の所要時間を
設定する。例えば、図４に示すように、アクチュエータ
ＡＣＴ１について、第１段階で荷重ＦＢモードとこのモ
ードでの最終目標値Ａを、第２段階で変位ＦＢモードと
このモードでの最終目標値ａをそれぞれ設定し、アクチ
ュエータＡＣＴ２について、第１段階で変位ＦＢモード
とこのモードでの最終目標値ｂを、第２段階で荷重ＦＢ
モードとこのモードでの最終目標値Ｂをそれぞれ設定す
るとともに、第１及び第２段階の所要時間としてｔ１及
びｔ２を設定する。また、各段階において所要時間内に
最終目標値まで目標値を増加又は減少させるステップ
数、すなわち、所要時間の分割数Ｎも予め設定される。

【００３１】操作監視装置２０においては、上記設定さ
れた所要時間ｔ１,ｔ２と分割数Ｎとに基づいて各段階
の単位時間Δｔ１，Δｔ２を算出する。そして、設定作
業の終了操作に応じて、算出した各段階の単位時間Δｔ
１，Δｔ２を各段階の制御モード、最終目標値とともに
設定データとして各アクチュエータに付属したコントロ
ーラＣＴに対して出力する。操作監視装置２０から設定
データを受け取ったコントローラＣＴは、その後の制御
のために利用するため、それらをメモリＭのＲＡＭ内の
所定エリアに記憶する。

【００３２】操作監視装置２０において試験の開始操作
が行われると、その旨の指示が各コントローラＣＴに対
して行われ、これに応じて各コントローラＣＴは以下の
処理を行う。まず、センサ部１１０の荷重検出器ＬＤが
発生している荷重信号と変位検出器ＰＬが発生している
変位信号とをデジタル変換して入力し、これを荷重及び
変位の現在値Ａｏ及びｂｏとしてＲＡＭの所定エリアに
格納する。次に、ＲＡＭに格納された設定データの制御
モードにより、最終目標値Ａ又はｂと上記現在値とに基
づいて所要時間ｔ１内に変化させるべき荷重又は変位の
変化量、すなわち、最終目標値と現在値との差ΔＡ又は
Δｂ（=Δ）を求める。続いて、算出した差Δと分割数
Ｎとにより、単位時間Δｔ１毎に最終目標値に向かって
目標値を増加又は減少する増減値ｄΔを ｄΔ=Δ／Ｎ なる計算により求める。

【００３３】なお、第１の段階の初め、すなわち、試験
の開始直前に入力するセンサ部１１０の荷重検出器ＬＤ
が発生している荷重信号と変位検出器ＰＬが発生してい
る変位信号とは通常０となるように調整されるが、上述
の処理により、必ずしも０にしなくてもよくなる。

【００３４】そして、試験が開始すると、荷重又は変位
の現在値に上記ｄΔを加算した値を目標値として出力
し、以後単位時間Δｔ１毎に目標値をｄΔづつインクリ
メントし、これを単位時間毎の新たな目標値として設定
し、設定データの制御モードにより荷重フィードバック
制御又は変位フィードバック制御を行う。以上により、
所要時間ｔ１が経過する単位時間前にはＮ個目の目標
値、すなわち、最終目標値に等しい目標値が設定される
ようになる。以上のような処理は、各アクチュエータの
コントローラＣＴについて同じように行う。なお、第１
の段階の初め、すなわち、試験の開始直前に入力するセ
ンサ部１１０の荷重検出器ＬＤが発生している荷重信号
と変位検出器ＰＬが発生している変位信号とは通常０と
なるように調整されるが、上述の処理により、必ずしも
０にしなくてもよくなる。

【００３５】第１段階において、最後の目標値を設定し
てから単位時間が経過して所要時間ｔ１が終了した時点
で、センサ部１１０の荷重検出器ＬＤが発生している荷
重信号と変位検出器ＰＬが発生している変位信号とを取
り込み、これを荷重及び変位の現在値Ｂ１及びａ１とし
てＲＡＭの所定エリアに格納する。そして、次の第２の
段階では、このＲＡＭに格納した現在値Ｂ１及びａ１を
第１の段階における上記現在値Ａｏ及びｂｏに代えて利
用し、上述と同様の処理を行えばよい。

【００３６】なお、上述の説明では、第１の段階の所要
時間の終了を待って検出信号を取り込んでいるが、この
代わりに、全てのアクチュエータのコントローラＣＴが
入力する荷重検出信号又は変位検出信号と設定した最終
目標値に等しくなるのを待ち、全てが等しくなったら、
その時点でセンサ部１１０の荷重検出器ＬＤが発生して
いる荷重信号と変位検出器ＰＬが発生している変位信号
とを取り込み、これを荷重及び変位の現在値Ｂ１及びａ
１としてＲＡＭの所定エリアに格納するようにしてもよ
い。

【００３７】上述のように試験が開始した後、操作監視
装置２０は監視部１２０の各センサ１２０ａが発生しＡ
／Ｄ変換器１２０ｂによりデジタル信号に変換された検
知信号を順次読み込み、この読み込んだ検知信号に基づ
いて試験物の挙動を表示装置ＤＰの表示画面上に表示さ
せたり、検知信号データをメモリＭに格納させる。メモ
リＭに格納された検知信号データは後に表示装置ＤＰに
試験物の挙動を再度表示させたり、或いは、格納した検
知信号データを解析してその結果を出力装置ＯＵＴのプ
リンタに印字させたり、プロッタに描画させたりするた
めに利用される。

【００３８】以上概略説明した各アクチュエータに付属
したコントローラＣＴの動作の詳細を、アクチュエータ
ＡＣＴ１に付属したコントローラを構成するマイクロコ
ンピュータμＣＯＭのＣＰＵが予め定めたプログラムに
従って行う処理を示す図５のフローチャートを参照して
以下に説明するが、その前に、操作監視装置２０におけ
る設定データの生成の仕方について説明する。

【００３９】操作監視装置２０のパソコンは電源の投入
により動作を開始し、例えばキーボードのキー操作によ
る設定作業を受け付ける。この設定作業においては、Ｃ
ＲＴ画面に表示されている設定項目の選択によって行う
ようにすることもできる。ここで設定されるものは、各
アクチュエータの各段階の制御モード、例えば荷重ＦＢ
又は変位ＦＢと各制御モードでの最終目標値Ａ，Ｂ，
ａ，ｂの他、段階数ｎ、各段階の所要時間ｔ１，ｔ２、
所要時間の分割数Ｎなどである。所要時間と分割数によ
って各段階での単位時間Δｔ１，Δｔ２が求められる。
これらの設定データは、設定作業が終了したところで、
操作監視装置２０から各アクチュエータに付属するコン
トローラＣＴに送出され、各コントローラ内のＲＡＭの
ワークエリアに形成された設定データ格納エリアに格納
される。図６はアクチュエータＡＣＴ１に付属したコン
トローラＣＴのＲＡＭ内の設定データ格納エリアを示し
ている。

【００４０】操作監視装置２０のパソコンは設定データ
の設定作業に続いて行われる試験の開始操作に応じて、
各コントローラに試験開始を指令するととともに、監視
部１２０の各センサ１２０ａからの検知信号を取り込
み、この取り込んだ検知信号に基づいて試験物の挙動の
分かる表示を表示装置ＤＰに行わせたり、検知信号デー
タをメモリＭに格納させるなどの仕事を行う。

【００４１】アクチュエータＡＣＴ１に付属するコント
ローラＣＴを構成するμＣＯＭのＣＰＵは、例えば電源
の投入によって動作を開始してその最初のステップＳ１
において初期化処理を行う。この初期化処理において
は、記憶手段ＭのＲＡＭ内のワークエリアに構成したｘ
カウンタ、ｙカウンタ、タイマなどの初期設定を行う。
具体的には、ｘカウンタに１、ｙカウンタに０、タイマ
に０をそれぞれ設定する。初期化処理が終わったら次に
操作監視装置２０からの設定データの送信を待つ（ステ
ップＳ２）。設定データを受信したらこれをＲＡＭ内の
データエリアに構成した設定データ格納エリアに格納さ
せる（ステップＳ３）。

【００４２】設定データを格納させたＣＰＵは次に、操
作監視装置２０からの試験開始の指示を待つ（ステップ
Ｓ４）。試験開始の指示を受信したらセンサ部１１０の
荷重検出器ＬＤが発生している荷重信号と変位検出器Ｐ
Ｌが発生している変位信号とをデジタル変換して入力
し、これを荷重及び変位の現在値Ａｏ及びａｏとしてＲ
ＡＭ内の現在値格納エリアに格納させる（ステップＳ
５）。そして、設定データの制御モードに応じた一方を
ＲＡＭ内の目標値格納エリアに格納させる（ステップＳ
６）。次に、設定データ格納エリアに設定データとして
格納されているｎ段階の最終目標値と上記現在値とに基
づいてｎ段階の所要時間内に変化させるべき変化量、す
なわち、最終目標値と現在値との差Δを求める（ステッ
プＳ７）。続いて、算出した差Δと分割数Ｎとにより、
ｎ段階の単位時間Δｔ毎に最終目標値に向かって目標値
を増加又は減少する増減値ｄΔ（=Δ／Ｎ）を求める
（ステップＳ８）とともに、ｘカウンタをインクリメン
トする（ステップＳ９）。なお、段階のｎの値はＲＡＭ
内に構成されたｘカウンタのカウント値で指定される。

【００４３】単位時間毎の増減値ｄΔが求められたら、
目標値格納エリアに格納されている値に増減値ｄΔを加
算し、これを初期目標値としてＲＡＭ内の目標値格納エ
リアに格納させる（ステップＳ１０）とともに、単位時
間の計時を開始させ（ステップＳ１１）、かつ当初０に
されているＲＡＭ内のｙカウンタをインクリメントさせ
る（ステップＳ１２）。初期目標値が定まったら設定デ
ータによる（ｘカウンタのカウント値によって指定され
る）第１の段階のの制御モードによるフィードバック制
御処理を行う（ステップＳ１３）。このステップＳ１３
のフィードバック制御処理においては、制御モードに応
じて荷重検出手段又は変位検出手段からの検出信号を予
め定めたサンプリング周期でデジタル変換して読み込
み、この読み込んだ検出信号による荷重又は変位と目標
値格納エリアに格納している目標値との偏差を逐次求
め、この偏差をＦＩＤ処理した後アナログ信号に変換し
てアクチュエータＡＣＴ１のサーボ弁ＳＶを制御する弁
制御信号として出力させる。

【００４４】フィードバック制御処理を行いつつステッ
プＳ１１で開始したタイマの計時がタイムオーバとな
り、単位時間が経過したかどうかを判断し（ステップＳ
１４）、単位時間が経過するまでステップＳ１０で定め
た初期目標値によるステップＳ１３のフィードバック制
御処理を行う。単位時間が経過したときにはＲＡＭ内の
ｙカウンタのカウント値がＮに等しいかどうかを判断し
て、各段階の最後までのフィードバック制御処理が進ん
でいるかどうかを判断する（ステップＳ１５）。

【００４５】このステップＳ１５の判断がＮＯで各段階
のフィードバック制御処理が終了していないときには、
上記ステップＳ１０に戻ってステップＳ１０〜Ｓ１５の
処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１０において目
標値格納エリアに格納されている値に増減値ｄΔを加算
し、これを新しい目標値としてＲＡＭ内の目標値格納エ
リアに格納する（ステップＳ１０）とともにタイマを再
度スタートさせ（ステップＳ１１）、タイムオーバとな
る（ステップＳ１４）まで新しい目標値によるフィード
バック制御処理を行う（ステップＳ１３）。

【００４６】上述のように単位時間が経過する毎に目標
値がｄΔづつ増加又は減少されるとともにｙカウンタの
カウント値もその都度インクリメントされ、Ｎ回目の増
加又は減少によって目標値は最終目標値に等しくなると
きにはｙカウンタのカウント値がＮになる。そして、Ｎ
回目の増加又は減少によって目標値が設定された後、単
位時間が経過したとき（ステップＳ１４）には、ステッ
プＳ１５の判定がＹＥＳとなり、第１の段階の所要時間
ｔ１も経過したことになる。

【００４７】第１の段階の所要時間ｔ１が経過し、アク
チュエータＡＣＴ１に付属したコントローラＣＴが第１
の段階の制御処理が終了したときには、他のアクチュエ
ータＡＣＴ２などのコントローラＣＴでも第１の段階の
制御処理がほぼ同時に終了している。そして、この第１
の段階において、各アクチュエータによって試験物に加
えられる荷重や変位によって試験物に生じる歪みなどが
監視部１２０のセンサ１２０ａによって検知され、この
検知した結果が操作監視装置２０の表示装置ＤＰの表示
画面に表示されたり、メモリＭＭに収集されるようにな
る。

【００４８】上記ステップＳ１５の判定がＹＥＳになる
と、ステップＳ１６に進み、ここで次の段階のフィード
バック制御処理が始まる前のステップＳ９においてイン
クリメントされるｘカウンタのカウント値がｎに等しい
かどうかを判断する。ｎ段階目の制御処理が終了するま
で、ステップＳ１６の判定はＹＥＳになることがなく、
上記ステップＳ５に戻る。

【００４９】ステップＳ１６の判定がＮＯのときには、
次の第２の段階の制御処理のため、上記ステップＳ５に
戻って、センサ部１１０の荷重検出器ＬＤが発生してい
る荷重信号と変位検出器ＰＬが発生している変位信号と
をデジタル変換して入力し、これを荷重及び変位の現在
値としてＲＡＭ内の現在値格納エリアに格納させる。そ
して、ステップＳ６において、設定データの第２の段階
の制御モードに応じた一方をＲＡＭ内の目標値格納エリ
アに格納させ、次のステップＳ７において、第２の段階
の最終目標値と上記現在値とに基づいて最終目標値と現
在値との差Δを求め、続くステップＳ８において、算出
した差Δと分割数Ｎとにより、第２の段階の単位時間Δ
ｔ毎に最終目標値に向かって目標値を増加又は減少する
増減値ｄΔ（=Δ／Ｎ）を求め、この求めた増減値ｄΔ
を用いて第２の段階の制御処理の目標値を単位時間毎に
設定していき（ステップＳ１０）、第２の所要時間ｔ２
が経過するまで第１の段階と同様にステップＳ１１以下
の処理が行われる。

【００５０】以後、ステップＳ１６の判定がＹＥＳにな
るまで、すなわち、ｘカウンタのカウント値がｎになっ
て第ｎの段階の制御処理が終了するまで上記第２の段階
と同様の処理が繰り返され、ステップＳ１６の判定がＹ
ＥＳになるとアクチュエータＡＣＴ１のコントローラＣ
Ｔの全ての処理を終了する。そして、他のアクチュエー
タに付属したコントローラの処理も終了する。

【００５１】なお、上述した実施の形態では、操作監視
装置２０において所要時間ｔ１,ｔ２の分割数Ｎを設定
するようになっているので、各段階の単位時間Δｔ１，
Δｔ２を算出するようになっているが、全ての段階に共
通な単位時間を予め定めるようにしてもよい。前者の場
合、全ての段階の目標値の設定数が同じとなり、他の段
階の対応する点のデータと対比する上で有効である。一
方、後者の場合、目標値の増減値は、予め定めた単位時
間で所要時間を割って求めた数により検出現在値の一方
と最終目標値との差を割って求めることになるものの、
目標値を増加又は減少させるタイミングが全て等しく、
かつ等間隔となるようにできるようになるので、全ての
段階の単位時間が同じとなり、他の段階の対応する時間
タイミング点のデータと対比する上で有効である。

【００５２】また、上述のフローチャートの例では、所
要時間が経過した時点で現在値を取り込むようにしてい
るが、最終目標値を出力した後、全てのアクチュエータ
によって、最終目標値に等しい荷重又は変位が試験物に
加えられるようになったことを条件に、現在値を取り込
むようにしてもよい。この場合には、フローチャート中
のステップＳ１５とステップＳ１６との間に、最終目標
値と荷重検出器ＬＤ又は変位検出器ＰＬによる検出信号
とが等しいか否かを判定するステップを追加し、この判
定がＹＥＳになるのを待ってステップＳ１６に進むよう
にすることになる。

【００５３】更に、上述の実施の形態では、アクチュエ
ータの種類について特に言及していないが、電気油圧式
のものが有効に適用できる。また、試験物に加える荷重
としては、押圧、引っ張り、回転捻りなどの荷重があ
り、変位としては押圧、引っ張り、回転捻り荷重などを
加えたときに生じる変位がある。そして、加える荷重、
変位も０荷重点、０変位点を横切って正から負又はその
逆に変化させるようにしてもよい。

【００５４】また、上述した実施の形態では、コントロ
ーラＣＴを各アクチュエータに付属して個々に設けるよ
うにしているが、全てのアクチュエータに共通のコント
ローラを設け、上述の実施形態において個々に行ってい
る処理を共通のコントローラに全て行わせるようにして
もよい。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３記載
の本発明によれば、現在値と最終目標値の差の大小と当
該段階の所要時間とに応じた変化速度で各アクチュエー
タの目標値を増加又は減少させ、複数のアクチュエータ
の各段階の動作をほぼ同時に終了させることができるの
で、試験物上の複数の点に加える荷重や変位の目標値ま
での移動をほぼ同時に終了させることのでき、試験物上
の複数の点に加える荷重や変位が目標値まで移動する過
程において、試験物が示す挙動を把握するのに有効な多
軸試験機の制御方法を提供することができる。

【００５６】特に、所要時間を分割数で割って求めた単
位時間毎に現在値に増減値を加算して各アクチュエータ
の目標値を最終目標値に向かって増加又は減少させ、複
数のアクチュエータの各段階の動作をほぼ同時に終了さ
せることができるので、全ての段階の目標値の設定数が
同じとなり、他の段階の対応する点のデータと対比する
上で有効である。

【００５７】また、単位時間毎に現在値に増減値を加算
して各アクチュエータの目標値を増加又は減少させ、複
数のアクチュエータの各段階の動作をほぼ同時に終了さ
せることができるので、全ての段階の単位時間が同じと
なり、他の段階の対応する時間タイミング点のデータと
対比する上で有効である。

【００５８】また、請求項４記載の本発明によれば、試
験物上の複数の点に加える荷重や変位の目標値までの移
動をほぼ同時に終了させることのでき、試験物上の複数
の点に加える荷重や変位が目標値まで移動する過程にお
いて、試験物が示す挙動を把握するのに有効な多軸試験
機の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多軸試験機の制御装置の基本的な
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明による多軸試験機の制御装置の一実施の
形態を示すブロック図である。

【図３】図２中のアクチュエータに付属したコントロー
ラと操作監視装置の具体的な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】操作監視装置における各アクチュエータの制御
モードなどの設定の仕方を説明するための図である。

【図５】図３中のコントローラのＣＰＵが行う処理を示
すフローチャートである。

【図６】コントローラのＲＡＭ内の設定データ格納エリ
アに格納された設定データを示す図である。

【図７】従来の多軸試験機及び操作監視装置の概略構成
を示すブロック図である。

【図８】従来の多軸試験機による試験の内容を説明する
ための図である。

【図９】従来の多軸試験機の制御の仕方を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０ 多軸試験機 ２０ 設定手段（操作監視装置） １０１ 演算手段（ＣＰＵ） １０２ 目標値設定手段（ＣＰＵ） ＡＣＴ１〜ＡＣＴｎ複数のアクチュエータ ＬＤ 荷重検出手段（荷重検出器） ＰＬ 変位検出手段（変位検出器）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアクチュエータと各アクチュエー
   タに対応して設けた荷重検出手段及び変位検出手段を備
   え、前記各アクチュエータにより試験物上の複数の点に
   荷重と変位を加える多軸試験機において、前記各アクチ
   ュエータに対応して設定した目標値と前記荷重検出手段
   及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位検出信号
   とに基づいて行うフィードバック制御の制御モードを荷
   重又は変位に多段階に切り替え、試験物上の複数の点に
   荷重と変位をそれぞれ加えるように制御する多軸試験機
   の制御方法であって、 前記複数のアクチュエータに共通に前記各段階に要する
   所要時間を、前記各アクチュエータ毎に前記各段階の制
   御モード及び最終目標値をそれぞれ予め定め、 前記各段階のフィードバック制御の開始に先だって、前
   記荷重検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及
   び変位検出信号により前記試験物に加わっている荷重及
   び変位の現在値を検出するとともに、当該段階の制御モ
   ードに対応した前記検出した現在値の一方と前記最終目
   標値との差と前記所要時間とにより、前記フィードバッ
   ク制御の目標値の変化速度を求め、 前記フィードバック制御の開始後、前記変化速度で前記
   一方の現在値を前記最終目標値に向かって増加又は減少
   させて前記フィードバック制御の目標値を設定するよう
   にしたことを特徴とする多軸試験機の制御方法。
2. 【請求項２】 前記変化速度が単位時間当たりの前記目
   標値の増減値であり、 前記単位時間が前記所要時間を予め定めた分割数で割っ
   て求められ、 前記単位時間当たりの増減値が前記検出した現在値の一
   方と前記最終目標値との差を前記分割数で割って求めら
   れることを特徴とする請求項１記載の多軸試験機の制御
   方法。
3. 【請求項３】 前記変化速度が単位時間当たりの前記目
   標値の増減値であり、 前記単位時間が予め定められた時間であり、 前記増減値が予め定めた単位時間で前記所要時間を割っ
   て求めた数により前記検出した現在値の一方と前記最終
   目標値との差を割って求められることを特徴とする請求
   項１記載の多軸試験機の制御方法。
4. 【請求項４】 複数のアクチュエータと各アクチュエー
   タに対応して設けた荷重検出手段及び変位検出手段を備
   え、前記各アクチュエータにより試験物上の複数の点に
   荷重と変位を加える多軸試験機において、前記各アクチ
   ュエータに対応して設定した目標値と前記荷重検出手段
   及び変位検出手段からの荷重検出信号及び変位検出信号
   とに基づいて行うフィードバック制御の制御モードを荷
   重又は変位に多段階に切り替え、試験物上の複数の点に
   荷重と変位をそれぞれ加えるように制御する多軸試験機
   の制御装置であって、 前記複数のアクチュエータに共通に前記各段階に要する
   所要時間を、前記各アクチュエータ毎に前記各段階の制
   御モード及び最終目標値をそれぞれ予め定める設定手段
   と、 前記各段階のフィードバック制御の開始に先だって、前
   記荷重検出手段及び変位検出手段からの荷重検出信号及
   び変位検出信号により前記試験物に加わっている荷重及
   び変位の現在値を検出するとともに、当該段階の制御モ
   ードに対応した前記検出した現在値の一方と前記最終目
   標値との差と前記所要時間とにより、前記フィードバッ
   ク制御の目標値の変化速度を求める演算手段と、 前記フィードバック制御の開始後、前記変化速度で前記
   一方の現在値を前記最終目標値に向かって増加又は減少
   させて前記フィードバック制御の目標値を設定する目標
   値設定手段とを備えることを特徴とする多軸試験機の制
   御装置。