JPH11300275A - Vibrating table control device - Google Patents
Vibrating table control deviceInfo
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- JPH11300275A JPH11300275A JP10110412A JP11041298A JPH11300275A JP H11300275 A JPH11300275 A JP H11300275A JP 10110412 A JP10110412 A JP 10110412A JP 11041298 A JP11041298 A JP 11041298A JP H11300275 A JPH11300275 A JP H11300275A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、振動台システムに
適用される振動台制御装置に関するものであり、短時間
で応答波形を目標波形に一致させることができるように
工夫したものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaking table control device applied to a shaking table system, and is devised so that a response waveform can be matched with a target waveform in a short time.
【０００２】[0002]
【従来の技術】振動台となるテーブル上に試験供試体を
搭載した状態で、目標とする波形（例えば、実際に気象
台等で観測された地震波形）を再現して、試験供試体の
入力波形（地震）に対する強度等を調べることを目的に
利用される振動体システムがある。2. Description of the Related Art With a test specimen mounted on a table serving as a shaking table, a target waveform (for example, an earthquake waveform actually observed at a meteorological observatory or the like) is reproduced and an input waveform of the test specimen is reproduced. There is a vibrating body system used to check the strength against (earthquake) and the like.
【０００３】この振動台システムに使用される振動台制
御装置は、目標波（例えば、地震波の加速度波形）を正
確に再現する必要があり、実際の制御方法としては、応
答波形（振動台上で観測・検出した波形）を目標波形に
極力追従させるようにしていた。The shaking table control device used in this shaking table system needs to accurately reproduce a target wave (for example, an acceleration waveform of a seismic wave). (Observed and detected waveforms) follow the target waveform as much as possible.
【０００４】図３は従来の振動台制御装置を示す全体系
統図を表している。同図に示すように、振動台（テーブ
ル）１には供試体２が搭載されており、電気油圧式アク
チュエータ（加振機）９が作動することにより振動台１
が振動して、供試体２を加振することができる。FIG. 3 is an overall system diagram showing a conventional shaking table controller. As shown in FIG. 1, a test sample 2 is mounted on a shaking table (table) 1, and an electro-hydraulic actuator (vibrator) 9 is operated to set the shaking table 1.
Vibrates to excite the specimen 2.
【０００５】振動台１による加振実験中においては、加
速度計３により振動台１の加速度が検出され、検出され
た加速度信号α（ｄ2 Ｙ／ｄｔ2 またはｄ2 Ｘ／ｄ
ｔ2 ）は、増幅器４で増幅されＡ／Ｄ変換器５を介して
計算機６に取り込まれる。この加速度信号αは、振動台
１の応答波形を表している。During a vibration experiment using the shaking table 1, the acceleration of the shaking table 1 is detected by the accelerometer 3, and the detected acceleration signal α (d 2 Y / dt 2 or d 2 X / d) is detected.
t 2 ) is amplified by the amplifier 4 and taken into the computer 6 via the A / D converter 5. This acceleration signal α represents a response waveform of the shaking table 1.
【０００６】計算機６は、次回に加振する入力波の補償
計算を行い、次回に加振する加振機指令信号β（Ｘ
（ｔ）またはＸ1 （ｔ））を、Ｄ／Ａ変換器７を経てサ
ーボ増幅器８で増幅してから、アクチュエータ９に入力
し、アクチュエータ９は入力された加振機指令信号βを
基に作動して、振動台１を加振する。The computer 6 performs compensation calculation for the input wave to be excited next time, and outputs a command signal β (X
(T) or X 1 (t)) is amplified by the servo amplifier 8 via the D / A converter 7 and then input to the actuator 9, which then outputs the signal based on the input shaker command signal β. It operates to excite the shaking table 1.
【０００７】ここで、計算機６における具体的な演算内
容について、入力波の補償計算の流れ図である図４を参
照して説明する。Here, the specific calculation contents in the computer 6 will be described with reference to FIG. 4 which is a flowchart of compensation calculation of an input wave.
【０００８】演算は大きく別けて２種類ある。その１つ
は、加振機（アクチュエータ９）への入力からテーブル
（振動台１）応答までの伝達特性を把握する場合の加振
時の演算である（特性把握加振）。[0008] There are two main types of operations. One of them is a calculation at the time of vibration when grasping the transfer characteristics from the input to the vibrator (actuator 9) to the response of the table (vibration table 1) (characteristic grasp vibration).
【０００９】特性把握加振演算では、入力（発生）２７
となる加速度信号をフーリエ変換１０により時間データ
から周波数データに変換し、２階積分１１により加速度
信号から変位信号に変換し、この変位信号を逆フーリエ
変換１２することにより、加振機に入力する時間領域で
の変位信号となる。加振１３は、加振機およびテーブル
から構成されるシステムを表している。[0009] In the characteristic grasp excitation calculation, the input (generation) 27
Is converted from time data to frequency data by the Fourier transform 10, converted from the acceleration signal to a displacement signal by the second-order integration 11, and the displacement signal is input to the shaker by inverse Fourier transform 12. It becomes a displacement signal in the time domain. The vibrator 13 represents a system including a vibrator and a table.
【００１０】テーブル上で観測された時間領域での応答
加速度信号は、フーリエ変換１４することにより周波数
データに変換され、フーリエ変換１４により得た応答周
波数データと、フーリエ変換１０で変換された入力信号
の入力周波数データとを基に、周波数応答計算１５する
ことにより、振動台システムの伝達特性Ｇが得られる。The response acceleration signal in the time domain observed on the table is converted to frequency data by performing a Fourier transform 14, and the response frequency data obtained by the Fourier transform 14 and the input signal converted by the Fourier transform 10 By performing the frequency response calculation 15 based on the input frequency data of (1), the transfer characteristic G of the shaking table system is obtained.
【００１１】ここで得られる伝達特性Ｇは、一般的にテ
ーブルが６自由度（並進３成分、回転３成分）で制御さ
れるため、６×６行列の構成になっている。なお、判定
１６により、周波数応答計算１５の結果が判定され、不
良の時には入力波が変更され、良好の時には、ここで求
めた振動台システムの伝達特性Ｇが、次に説明する入力
補償加振の演算に利用される。The transfer characteristic G obtained here has a 6 × 6 matrix configuration since the table is generally controlled with six degrees of freedom (translational three components, rotational three components). It should be noted that the result of the frequency response calculation 15 is determined by the determination 16, and the input wave is changed when the frequency response is defective, and the transfer characteristic G of the shaking table system determined here is input when the frequency is good. Is used for the calculation of
【００１２】もう１つの演算は、上記で得られた伝達特
性を用い、加振のための入力波の補償を行う演算である
（入力補償加振）。Another operation is an operation for compensating an input wave for excitation using the transfer characteristics obtained above (input compensation excitation).
【００１３】入力補償加振演算では、まず、上記の特性
把握加振で得られた伝達特性の逆特性演算１７を算出し
この算出データと、、目標波２８をフーリエ変換１８し
た周波数領域での目標波データとを基に、初期入力補償
計算１９を行う。得られた初期入力補償波を２階積分２
０及び逆フーリエ変換２１し、加振機への入力信号を生
成し、この入力信号により加振２２する。In the input compensation excitation calculation, first, an inverse characteristic operation 17 of the transfer characteristic obtained by the above-described characteristic grasp excitation is calculated, and the calculated data and a frequency domain obtained by performing a Fourier transform 18 on the target wave 28 are calculated. An initial input compensation calculation 19 is performed based on the target wave data. 2nd-order integration 2 of the obtained initial input compensation wave
0 and inverse Fourier transform 21 are performed to generate an input signal to the vibrator, and the input signal is used to vibrate 22.
【００１４】テーブルの応答加速度信号と目標波２８と
の偏差２９により得られる信号を、判定２３してから、
フーリエ変換２４し、繰り返し入力補償２５を計算し、
入力補償波を生成する。A signal obtained from a deviation 29 between the response acceleration signal of the table and the target wave 28 is determined 23,
Fourier transform 24, repeatedly calculating input compensation 25,
Generate an input compensation wave.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の制御手法では、生成された定時間の入力波による加振
が終了すると、次回加振する入力波を生成するために、
補償プログラムを実行するいわゆる離散的な加振制御手
法となるため、完全な入力信号の再現には、複数回の補
償演算が必要になり、時間がかなり掛かるという問題が
あった。As described above, in the conventional control method, when the excitation by the generated fixed-time input wave ends, the input wave to be excited next time is generated.
Since this is a so-called discrete excitation control method for executing a compensation program, a complete input signal reproduction requires a plurality of compensation calculations, which takes a considerable amount of time.
【００１６】本発明は、上記従来技術に鑑み、応答波形
を目標波形に短時間で一致させることのできる振動台制
御装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a shaking table control device capable of causing a response waveform to coincide with a target waveform in a short time in view of the above prior art.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、供試体が搭載される振動台と、入力される
加振機指令信号を基に作動して前記振動台を加振する加
振機と、前記振動台の加速度を検出して加速度信号を出
力する加速度計と、前記加速度信号により表される応答
波形が予め設定した目標波形と等しくなるように補償演
算をして前記加振機指令信号を求めて出力する計算機と
を備えた振動台制御装置において、前記計算機は、前記
目標波形と同じ基本波成分を有する正弦波と、前記加速
度信号との誤差である誤差信号を求め、前記正弦波と同
じ基本波成分を有する矩形波である基準信号と前記誤差
信号とを用いて前記誤差信号の高調波成分が零に収束す
るようにFiltered−χ ＬＭＳアルゴリズム演算をする
ことにより加振機指令信号を求め、求めた加振機指令信
号を前記加振機に出力することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a vibration table on which a specimen is mounted, and a vibration table which is operated based on an input signal of a vibrator to excite the vibration table. A vibrator, an accelerometer that detects the acceleration of the shaking table and outputs an acceleration signal, and performs a compensation operation so that a response waveform represented by the acceleration signal becomes equal to a preset target waveform. In a shaking table control device including a calculator that obtains and outputs a shaker command signal, the calculator generates a sine wave having the same fundamental wave component as the target waveform, and an error signal that is an error between the acceleration signal and the sine wave. By using a reference signal that is a rectangular wave having the same fundamental wave component as the sine wave and the error signal, a Filtered-χ LMS algorithm operation is performed so that harmonic components of the error signal converge to zero. Exciter command Look, the vibration generator command signal obtained and outputting the vibrator No..
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。なお、従来技術と同一機能を
果たす部分には、同一符号を付し、重複する説明は省略
する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, parts performing the same functions as those of the conventional technology are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００１９】図１は本発明の実施の形態に係る振動台制
御装置を示す全体系統図である。同図に示すように、振
動台１による加振実験中に加速度計３により測定された
加速度信号αは、増幅器４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５
を介して計算機１６に取り込まれる。FIG. 1 is an overall system diagram showing a shaking table controller according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, an acceleration signal α measured by an accelerometer 3 during a vibration experiment using a shaking table 1 is amplified by an amplifier 4 and is converted by an A / D converter 5.
Is taken into the computer 16 via the.
【００２０】計算機１６は入力波の補償演算をする。そ
の具体的演算内容は次の通りである。即ち、入力波とな
る補償演算は、適応制御手法の１つであるFiltered−χ
ＬＭＳアルゴリズム３１に基づいて行う。The computer 16 performs an input wave compensation operation. The specific calculation contents are as follows. That is, the compensation operation to be an input wave is one of the adaptive control methods, Filtered-χ
This is performed based on the LMS algorithm 31.
【００２１】Filtered−χ ＬＭＳアルゴリズム３１
は、基準となる信号と誤差信号から、誤差信号の２乗平
均値を最小にするように最急降下法に基づき、振動台制
御に必要な補償フィルタ係数を逐次更新していく機能が
ある。なお、ＬＳＭは、leastｍean spuare（最小２乗
平均アルゴリズム）を示している。Filtered-χ LMS algorithm 31
Has a function of sequentially updating a compensation filter coefficient necessary for shaking table control based on a steepest descent method so as to minimize a root-mean-square value of an error signal from a reference signal and an error signal. In addition, LSM indicates least mean spuare (least mean square algorithm).
【００２２】具体的には、以下の式に従っている。 σ2 ＝αχ（ｎ）2 ＋（１−α）σ2 ・・(1) Ｗ（ｉ）＝Ｗ（ｉ）＋（２ｕ／Ｎσ2 ）・ε（ｎ）χ（ｎ−１）・・(2) 但し、χ（ｎ−１）は現在点ｎからｉ点前の入力信号、
ε（ｎ）は現在点ｎの誤差信号、Ｗ（ｉ）はインパルス
応答のｉ次係数、σ2 は入力信号の平均パワー、αは平
均パワー推定重み係数、ｕはステップサイズ、Ｎはタッ
プ数である。Specifically, the following equation is used. σ 2 = αχ (n) 2 + (1−α) σ 2 ·· (1) W (i) = W (i) + (2u / Nσ 2 ) · ε (n) χ (n-1) ··· (2) where χ (n-1) is an input signal i-point before the current point n,
ε (n) is the error signal at the current point n, W (i) is the i-th coefficient of the impulse response, σ 2 is the average power of the input signal, α is the average power estimation weight coefficient, u is the step size, and N is the number of taps. It is.
【００２３】Filtered−χ ＬＭＳアルゴリズム３１に
入力される誤差信号は、振動台１に設置された加速度計
３により検出・観測された加速度信号αと、目標波と同
じ基本波成分を有する正弦波３３を遅れ要素３２を介し
て出力された信号との差とした。また、Filtered−χ
ＬＭＳアルゴリズム３１に入力する基準信号は、目標と
なる正弦波と同じ基本波成分を有する矩形波３０であ
る。The error signal input to the Filtered-χ LMS algorithm 31 includes an acceleration signal α detected and observed by the accelerometer 3 installed on the shaking table 1 and a sine wave 33 having the same fundamental wave component as the target wave. Is the difference from the signal output via the delay element 32. Also, Filtered-χ
The reference signal input to the LMS algorithm 31 is a rectangular wave 30 having the same fundamental wave component as the target sine wave.
【００２４】Filtered−χ ＬＭＳアルゴリズム３１で
生成された補償フィルタを通り出力された信号（加振機
指令信号β）は、Ｄ／Ａ変換器７を経てサーボ増幅器８
で増幅され、アクチュエータ９に送られる。アクチュエ
ータ９は入力された加振機指令信号βを基に作動して、
振動台１を加振する。The signal (vibrator command signal β) output through the compensation filter generated by the Filtered-χ LMS algorithm 31 passes through the D / A converter 7 and the servo amplifier 8
And is sent to the actuator 9. Actuator 9 operates based on the input shaker command signal β,
The shaking table 1 is excited.
【００２５】上記動作をする本実施の形態にかかる振動
台制御装置は、加振を一旦止めて次回に加振するための
補償波の計算が必要な離散的な加振方法（従来方法）と
は異なり、誤差信号が零に収束するまで連続的に補償波
を出力できるメリットがある。The shaking table controller according to the present embodiment, which operates as described above, includes a discrete excitation method (conventional method) in which the excitation is temporarily stopped and a compensation wave for the next excitation needs to be calculated. However, there is a merit that a compensation wave can be continuously output until the error signal converges to zero.
【００２６】図２は本実施の形態に係る振動台制御装置
の計算機１６の演算概要を表したものである。本制御装
置は、高調波成分を含まない単一振動数成分の正弦波応
答を振動台上で実現するが、基準波としては基本波成分
が再現しようとする振動数成分を有した矩形波３０を用
いている。FIG. 2 shows an outline of the operation of the computer 16 of the shaking table controller according to the present embodiment. The present control device realizes a sinusoidal response of a single frequency component containing no harmonic component on the shaking table, but as a reference wave, a rectangular wave 30 having a frequency component whose fundamental wave component is to be reproduced. Is used.
【００２７】矩形波３０の周波数分析を行うと、基本波
成分となる振動数成分ｆ1 の他に、高調波成分として基
本波成分の整数倍の振動する成分が表れる。この矩形波
３０と同期した単一振動数成分の正弦波３３を遅れ要素
３２に通し、実際に振動台１で観測された振動との差を
演算し、誤差信号とする。観測された信号に高調波成分
が含まれていると、誤差信号においても高調波成分信号
が含まれていることになる。When the frequency analysis of the rectangular wave 30 is performed, in addition to the frequency component f 1 as the fundamental wave component, a component that oscillates at an integral multiple of the fundamental wave component appears as a harmonic component. The sinusoidal wave 33 of a single frequency component synchronized with the rectangular wave 30 is passed through the delay element 32, and the difference between the sinusoidal wave 33 and the vibration actually observed by the vibrating table 1 is calculated as an error signal. If the observed signal contains a harmonic component, the error signal also contains a harmonic component signal.
【００２８】したがって、Filtered−χ ＬＭＳアルゴ
リズム３１の内部では、基準信号である矩形波３０と誤
差信号よりＬＳＭアルゴリズム３４の内部で誤差信号の
高調波成分が零に収束するように（１）（２）式に基づ
いて補償フィルタ３５が生成され、基準信号である矩形
波３０がそのフィルタで処理され補償波（加振機指令信
号β）となって計算機１６から出力される。Therefore, in the Filtered-χ LMS algorithm 31, the harmonic components of the error signal converge to zero in the LSM algorithm 34 based on the square wave 30 as the reference signal and the error signal (1) (2). A compensation filter 35 is generated on the basis of the expression (1), and the rectangular wave 30 as a reference signal is processed by the filter and becomes a compensation wave (vibrator command signal β), which is output from the computer 16.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明して
きたたように本発明では、供試体が搭載される振動台
と、入力される加振機指令信号を基に作動して前記振動
台を加振する加振機と、前記振動台の加速度を検出して
加速度信号を出力する加速度計と、前記加速度信号によ
り表される応答波形が予め設定した目標波形と等しくな
るように補償演算をして前記加振機指令信号を求めて出
力する計算機とを備えた振動台制御装置において、前記
計算機は、前記目標波形と同じ基本波成分を有する正弦
波と、前記加速度信号との誤差である誤差信号を求め、
前記正弦波と同じ基本波成分を有する矩形波である基準
信号と前記誤差信号とを用いて前記誤差信号の高調波成
分が零に収束するようにFiltered−χ ＬＭＳアルゴリ
ズム演算をすることにより加振機指令信号を求め、求め
た加振機指令信号を前記加振機に出力する構成とした。As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the shaking table on which the specimen is mounted and the shaking table operated based on the input shaker command signal are inputted. A vibrator that vibrates, an accelerometer that detects the acceleration of the shaking table and outputs an acceleration signal, and performs a compensation operation so that a response waveform represented by the acceleration signal becomes equal to a preset target waveform. And a calculator for obtaining and outputting the shaker command signal, wherein the calculator calculates an error between a sine wave having the same fundamental wave component as the target waveform and the acceleration signal. Find the error signal,
The excitation is performed by performing a Filtered-χ LMS algorithm operation using a reference signal that is a rectangular wave having the same fundamental wave component as the sine wave and the error signal so that harmonic components of the error signal converge to zero. The apparatus command signal is obtained, and the obtained shaker command signal is output to the shaker.
【００３０】このように本発明では、Filtered−χ Ｌ
ＭＳアルゴリズムに入力する基準信号として、基本波成
分が再現しようとする振動数成分と一致する矩形波を用
いることにより、計算機から出力される信号に高調波成
分を除くための成分が含まれることになり、単一振動数
成分を持った正弦波を再現することができるようになっ
た。As described above, in the present invention, Filtered-χ L
By using a rectangular wave whose fundamental wave component matches the frequency component to be reproduced as a reference signal to be input to the MS algorithm, the signal output from the computer includes a component for removing harmonic components. Thus, a sine wave having a single frequency component can be reproduced.
【００３１】また本発明の振動台制御装置では、連続的
に台上再現波を補償することが可能になるため、短時間
で目標波と応答波を一致させることができる。Further, in the shaking table control device of the present invention, it is possible to continuously compensate for the reproduced wave on the table, so that the target wave and the response wave can be matched in a short time.
【図１】本発明の実施の形態に係る振動台制御装置を示
す全体系統図。FIG. 1 is an overall system diagram showing a shaking table control device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に係る振動台制御装置の計
算機の演算概要を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of calculation of a computer of the shaking table control device according to the embodiment of the present invention.
【図３】従来の振動台制御装置を示す全体系統図。FIG. 3 is an overall system diagram showing a conventional shaking table controller.
【図４】従来の振動台制御装置の計算機の演算概要を示
す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of calculations performed by a computer of the conventional shaking table control device.
１ 振動台（テーブル） ２ 供試体 ３ 加速度計 ４ 増幅器 ５ Ａ／Ｄ変換器 ６，１６ 計算機 ７ Ｄ／Ａ変換器 ８ サーボ増幅器 ９ アクチュエータ（加振機） α 加速度信号 β 加振機指令信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaking table (table) 2 Specimen 3 Accelerometer 4 Amplifier 5 A / D converter 6,16 Computer 7 D / A converter 8 Servo amplifier 9 Actuator (vibrator) α Acceleration signal β Vibrator command signal
Claims (1)
る加振機指令信号を基に作動して前記振動台を加振する
加振機と、前記振動台の加速度を検出して加速度信号を
出力する加速度計と、前記加速度信号により表される応
答波形が予め設定した目標波形と等しくなるように補償
演算をして前記加振機指令信号を求めて出力する計算機
とを備えた振動台制御装置において、 前記計算機は、前記目標波形と同じ基本波成分を有する
正弦波と、前記加速度信号との誤差である誤差信号を求
め、前記正弦波と同じ基本波成分を有する矩形波である
基準信号と前記誤差信号とを用いて前記誤差信号の高調
波成分が零に収束するようにFiltered−χ ＬＭＳアル
ゴリズム演算をすることにより加振機指令信号を求め、
求めた加振機指令信号を前記加振機に出力することを特
徴とする振動台制御装置。1. A shaking table on which a specimen is mounted, a vibrator for shaking the shaking table by operating based on an input shaking machine command signal, and detecting an acceleration of the shaking table. An accelerometer that outputs an acceleration signal; and a computer that performs compensation calculation so that a response waveform represented by the acceleration signal becomes equal to a preset target waveform, and obtains and outputs the vibrator command signal. In the shaking table controller, the calculator obtains a sine wave having the same fundamental wave component as the target waveform and an error signal that is an error between the acceleration signal and a rectangular wave having the same fundamental wave component as the sine wave. Using a certain reference signal and the error signal, calculate a vibrator command signal by performing a Filtered-χ LMS algorithm operation so that harmonic components of the error signal converge to zero,
A shaking table control device, which outputs the obtained shaker command signal to the shaker.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11041298A JP3495595B2 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Shaking table controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11041298A JP3495595B2 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Shaking table controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11300275A true JPH11300275A (en) | 1999-11-02 |
| JP3495595B2 JP3495595B2 (en) | 2004-02-09 |
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ID=14535134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11041298A Expired - Fee Related JP3495595B2 (en) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Shaking table controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3495595B2 (en) |
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