JPH1164192A - 材料試験機 - Google Patents
材料試験機Info
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- JPH1164192A JPH1164192A JP21854997A JP21854997A JPH1164192A JP H1164192 A JPH1164192 A JP H1164192A JP 21854997 A JP21854997 A JP 21854997A JP 21854997 A JP21854997 A JP 21854997A JP H1164192 A JPH1164192 A JP H1164192A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料にショックを与えることなしに、荷重制
御系と変位制御系とを直接的に、しかも円滑に切り換え
ることのできる材料試験機を提供する。 【解決手段】 試料に加えられた実荷重を制御量として
油圧サーボ系の作動を制御する荷重制御系(１２)と、試
料に生じた実変位を制御量として油圧サーボ系の作動を
制御する変位制御系(１３)と、これらの荷重制御系と変
位制御系とを択一的に作動させる制御系切換手段(１４)
とを備え、制御系の切り換え直前に一方の制御系から油
圧サーボ系に与えられている制御出力値ＵK(ＵH)に基づ
いて、切り換え後の他方の制御系における偏差の積分値
ΣＨ(ΣＫ)を初期設定することで書く制御系の制御ゲイ
ンの違いを吸収し、切り換え前後における各制御系の制
御出力値ＵK,ＵHを等しくして制御系の切り換えを行
う。
御系と変位制御系とを直接的に、しかも円滑に切り換え
ることのできる材料試験機を提供する。 【解決手段】 試料に加えられた実荷重を制御量として
油圧サーボ系の作動を制御する荷重制御系(１２)と、試
料に生じた実変位を制御量として油圧サーボ系の作動を
制御する変位制御系(１３)と、これらの荷重制御系と変
位制御系とを択一的に作動させる制御系切換手段(１４)
とを備え、制御系の切り換え直前に一方の制御系から油
圧サーボ系に与えられている制御出力値ＵK(ＵH)に基づ
いて、切り換え後の他方の制御系における偏差の積分値
ΣＨ(ΣＫ)を初期設定することで書く制御系の制御ゲイ
ンの違いを吸収し、切り換え前後における各制御系の制
御出力値ＵK,ＵHを等しくして制御系の切り換えを行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は油圧サーボ系を介し
て試料に加える負荷をフィードバック制御して該試料の
性質を計測する材料試験機に係り、特に前記油圧サーボ
系の作動を制御する制御量として、前記試料に加わる荷
重と該試料に生じた変位とを択一的に切り換えて用いる
ようにした電気油圧サーボ型の材料試験機に関する。
て試料に加える負荷をフィードバック制御して該試料の
性質を計測する材料試験機に係り、特に前記油圧サーボ
系の作動を制御する制御量として、前記試料に加わる荷
重と該試料に生じた変位とを択一的に切り換えて用いる
ようにした電気油圧サーボ型の材料試験機に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】近時、各種試料に対する適用範囲
が広く、しかも精度の高い制御が可能なことから、図１
に示すように構成された閉ループ式の電気油圧サーボ型
の材料試験機が注目されている。この材料試験機は、概
略的にはロードセル１を介してフレーム２と油圧シリン
ダからなるアクチュエータ３との間に各種試料である試
験片Ｓを保持し、油圧源４からサーボ弁５を介して与え
られる圧力油（油圧）を用いてアクチュエータ３を駆動
し、これによって前記試験片Ｓに負荷を加える如く構成
される。
が広く、しかも精度の高い制御が可能なことから、図１
に示すように構成された閉ループ式の電気油圧サーボ型
の材料試験機が注目されている。この材料試験機は、概
略的にはロードセル１を介してフレーム２と油圧シリン
ダからなるアクチュエータ３との間に各種試料である試
験片Ｓを保持し、油圧源４からサーボ弁５を介して与え
られる圧力油（油圧）を用いてアクチュエータ３を駆動
し、これによって前記試験片Ｓに負荷を加える如く構成
される。
【０００３】しかして上記負荷の印加の下で試験片Ｓに
加えられた荷重（実荷重）は前記ロードセル１によって
検出され、また負荷の印加によって試験片Ｓに生じる変
位は変位計６により、更にその歪みは該試験片Ｓに貼付
された歪ゲージ７によりそれぞれ検出される。マイクロ
コンピュータ等によって構成される制御部８は、上記の
如く検出される荷重，変位，歪みをそれぞれ入力し、例
えばロードセル１によって検出される実荷重と荷重目標
値との偏差が零（０）となるようにサーボアンプ９を介
してサーボ弁５の作動をフィードバック制御する。この
ようなフィードバック制御系により、油圧駆動されるア
クチュエータ３がサーボ制御されて前記試験片Ｓに加え
られる負荷（荷重）が調整される。
加えられた荷重（実荷重）は前記ロードセル１によって
検出され、また負荷の印加によって試験片Ｓに生じる変
位は変位計６により、更にその歪みは該試験片Ｓに貼付
された歪ゲージ７によりそれぞれ検出される。マイクロ
コンピュータ等によって構成される制御部８は、上記の
如く検出される荷重，変位，歪みをそれぞれ入力し、例
えばロードセル１によって検出される実荷重と荷重目標
値との偏差が零（０）となるようにサーボアンプ９を介
してサーボ弁５の作動をフィードバック制御する。この
ようなフィードバック制御系により、油圧駆動されるア
クチュエータ３がサーボ制御されて前記試験片Ｓに加え
られる負荷（荷重）が調整される。
【０００４】尚、この電気油圧サーボ制御系は、図２に
示すようにフィードバック制御系を構成する閉ループを
なすブロック線図として表現される。即ち、この制御系
は試料Ｓに加える負荷（荷重または変位）に対する制御
目標値と、検出アンプ８ａを介して検出される試験片Ｓ
の変化である実荷重または実変位との偏差Δを偏差器８
ｂを介して求め、所定の制御ゲインが設定されたコント
ローラ８ｃの下で上記偏差Δを零（０）とするようにサ
ーボアンプ９の作動を制御することで前記サーボ弁５を
介してアクチュエータ３を油圧駆動し、これによって前
記試験片Ｓに加える負荷（荷重または変位）を調整する
制御ループとして表現できる。
示すようにフィードバック制御系を構成する閉ループを
なすブロック線図として表現される。即ち、この制御系
は試料Ｓに加える負荷（荷重または変位）に対する制御
目標値と、検出アンプ８ａを介して検出される試験片Ｓ
の変化である実荷重または実変位との偏差Δを偏差器８
ｂを介して求め、所定の制御ゲインが設定されたコント
ローラ８ｃの下で上記偏差Δを零（０）とするようにサ
ーボアンプ９の作動を制御することで前記サーボ弁５を
介してアクチュエータ３を油圧駆動し、これによって前
記試験片Ｓに加える負荷（荷重または変位）を調整する
制御ループとして表現できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如く
構成される電気油圧サーボ型の材料試験機においては、
前述したように試料Ｓに加わった荷重（実荷重）を制御
量とし、その目標値との偏差Δに従って油圧サーボ系
（プロセス）の作動を制御する場合と、試料Ｓに生じた
変位（実変位）を制御量とし、その目標値との偏差Δに
従って前記油圧サーボ系（プロセス）の作動を制御する
場合とがある。
構成される電気油圧サーボ型の材料試験機においては、
前述したように試料Ｓに加わった荷重（実荷重）を制御
量とし、その目標値との偏差Δに従って油圧サーボ系
（プロセス）の作動を制御する場合と、試料Ｓに生じた
変位（実変位）を制御量とし、その目標値との偏差Δに
従って前記油圧サーボ系（プロセス）の作動を制御する
場合とがある。
【０００６】即ち、試料Ｓに加わる荷重（実荷重）を制
御するべく、油圧サーボ系を介して試料Ｓに加える荷重
を制御する荷重制御モードと、試料Ｓに生じる変位を制
御するべく、油圧サーボ系を介して試料Ｓに加える変位
を制御する変位制御モードとがある。これらの制御モー
ドは試料Ｓの試験過程において、例えばオペレータの指
示の下で択一的に切り換えられる。
御するべく、油圧サーボ系を介して試料Ｓに加える荷重
を制御する荷重制御モードと、試料Ｓに生じる変位を制
御するべく、油圧サーボ系を介して試料Ｓに加える変位
を制御する変位制御モードとがある。これらの制御モー
ドは試料Ｓの試験過程において、例えばオペレータの指
示の下で択一的に切り換えられる。
【０００７】しかしながら、荷重制御系におけるフィー
ドバックループの制御ゲインと、変位制御系におけるフ
ィードバックループの制御ゲインとは、試料Ｓの性質に
もよるが一般的には大きく異なっている。例えば試料Ｓ
の剛性が高い場合には、試料Ｓに加えた荷重がほぼその
まま試料Ｓに加わることになるので、試料Ｓを含む油圧
サーボ系自体のゲインが高い。これ故、この油圧サーボ
系に制御出力値を与えるための、コントローラ８ｃにお
ける荷重制御系での制御ゲインは低く設定される。これ
に対して試料Ｓに生じる変位は、該試料Ｓに加えた荷重
に比較してさほど大きくなく、この場合には油圧サーボ
系のゲインが低い。従ってこの場合、油圧サーボ系に制
御出力値を与えるための、コントローラ８ｃにおける変
位制御系での制御ゲインは高く設定される。
ドバックループの制御ゲインと、変位制御系におけるフ
ィードバックループの制御ゲインとは、試料Ｓの性質に
もよるが一般的には大きく異なっている。例えば試料Ｓ
の剛性が高い場合には、試料Ｓに加えた荷重がほぼその
まま試料Ｓに加わることになるので、試料Ｓを含む油圧
サーボ系自体のゲインが高い。これ故、この油圧サーボ
系に制御出力値を与えるための、コントローラ８ｃにお
ける荷重制御系での制御ゲインは低く設定される。これ
に対して試料Ｓに生じる変位は、該試料Ｓに加えた荷重
に比較してさほど大きくなく、この場合には油圧サーボ
系のゲインが低い。従ってこの場合、油圧サーボ系に制
御出力値を与えるための、コントローラ８ｃにおける変
位制御系での制御ゲインは高く設定される。
【０００８】しかもこれらの各制御系における制御ゲイ
ンは、試料Ｓの性質（バネ定数）によって大きく変化す
る。この為、例えば試料Ｓに荷重を掛けた状態のままそ
の制御モードを切り換えると、上記各制御系における制
御ゲインの違いに起因して試料Ｓに加えられる負荷が急
激に変動し、試料Ｓに大きなショックが加わる虞があ
る。
ンは、試料Ｓの性質（バネ定数）によって大きく変化す
る。この為、例えば試料Ｓに荷重を掛けた状態のままそ
の制御モードを切り換えると、上記各制御系における制
御ゲインの違いに起因して試料Ｓに加えられる負荷が急
激に変動し、試料Ｓに大きなショックが加わる虞があ
る。
【０００９】そこで従来一般的には、制御モード（制御
系）を切り換える際には、一旦、その制御系の作動を停
止させて試料Ｓに加えている負荷を零（０）にリセット
し、この状態で制御系の切り換えた後、新たな制御系を
作動させるようにしている。しかしながら、制御系の切
り換えの都度、試料Ｓに加える負荷を零（０）にリセッ
トする作業は非常に煩わしく、作業効率低下の要因とな
る。しかも制御系の切り換えを伴う連続的な試験を実行
することができないと言う不具合もある。
系）を切り換える際には、一旦、その制御系の作動を停
止させて試料Ｓに加えている負荷を零（０）にリセット
し、この状態で制御系の切り換えた後、新たな制御系を
作動させるようにしている。しかしながら、制御系の切
り換えの都度、試料Ｓに加える負荷を零（０）にリセッ
トする作業は非常に煩わしく、作業効率低下の要因とな
る。しかも制御系の切り換えを伴う連続的な試験を実行
することができないと言う不具合もある。
【００１０】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、試料にショックを与えるような
過大な負荷を生じさせることなしに、試料に負荷を加え
る荷重制御系と変位制御系とを直接的に、しかも円滑に
切り換えることのできる材料試験機を提供することにあ
る。
たもので、その目的は、試料にショックを与えるような
過大な負荷を生じさせることなしに、試料に負荷を加え
る荷重制御系と変位制御系とを直接的に、しかも円滑に
切り換えることのできる材料試験機を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る材料試験機は、油圧サーボ系を介して
試料に加える負荷をフィードバック制御して、該試料に
加わる荷重とその変位とを計測するものであって、試料
に加えられた実荷重を制御量として油圧サーボ系の作動
を制御する荷重制御系と、試料に生じた実変位を制御量
として油圧サーボ系の作動を制御する変位制御系と、こ
れらの荷重制御系と変位制御系とを択一的に作動させて
前記試料に加える負荷を制御する制御系切換手段とを備
え、特に前記制御系切換手段においては、制御系の切り
換え直前に前記油圧サーボ系に与えられている制御出力
値に基づいて、切り換え後の制御系における偏差の積分
値を初期設定して、前記制御系の切り換えを行うことを
特徴としている。
べく本発明に係る材料試験機は、油圧サーボ系を介して
試料に加える負荷をフィードバック制御して、該試料に
加わる荷重とその変位とを計測するものであって、試料
に加えられた実荷重を制御量として油圧サーボ系の作動
を制御する荷重制御系と、試料に生じた実変位を制御量
として油圧サーボ系の作動を制御する変位制御系と、こ
れらの荷重制御系と変位制御系とを択一的に作動させて
前記試料に加える負荷を制御する制御系切換手段とを備
え、特に前記制御系切換手段においては、制御系の切り
換え直前に前記油圧サーボ系に与えられている制御出力
値に基づいて、切り換え後の制御系における偏差の積分
値を初期設定して、前記制御系の切り換えを行うことを
特徴としている。
【００１２】具体的には請求項２に記載するように、油
圧サーボ系に対する制御出力値ＵKを、荷重目標値と実
荷重との偏差ΔｅKとその積分値ΣＫとに従い、予め設
定された比例制御ゲインＰKと積分制御ゲインＩKとの下
で ＵK ＝ＰK・ΔｅK ＋ＩK・ΣＫ として求める荷重制御系と、前記油圧サーボ系に対する
制御出力値ＵHを、変位目標値と実変位との偏差ΔｅHと
その積分値ΣＨとに従い、予め設定された比例制御ゲイ
ンＰHと積分制御ゲインＩHとの下で ＵH ＝ＰH・ΔｅH ＋ＩH・ΣＨ として求める変位制御系とを備え、前記制御系切換手段
においては、制御系の切り換え直前に前記油圧サーボ系
に与えられている前記制御出力値ＵK,ＵHに基づいて、
切り換え後の制御系に初期設定する偏差の積分値ΣＨ,
ΣＫを ΣＨ＝（ＵK−ＰH・ΔｅH）／ＩH ΣＫ＝（ＵH−ＰK・ΔｅK）／ＩK として求めることで、制御系の切り換え前後に前記油圧
サーボ系に与える制御出力値ＵK,ＵHを等しくすること
を特徴としている。
圧サーボ系に対する制御出力値ＵKを、荷重目標値と実
荷重との偏差ΔｅKとその積分値ΣＫとに従い、予め設
定された比例制御ゲインＰKと積分制御ゲインＩKとの下
で ＵK ＝ＰK・ΔｅK ＋ＩK・ΣＫ として求める荷重制御系と、前記油圧サーボ系に対する
制御出力値ＵHを、変位目標値と実変位との偏差ΔｅHと
その積分値ΣＨとに従い、予め設定された比例制御ゲイ
ンＰHと積分制御ゲインＩHとの下で ＵH ＝ＰH・ΔｅH ＋ＩH・ΣＨ として求める変位制御系とを備え、前記制御系切換手段
においては、制御系の切り換え直前に前記油圧サーボ系
に与えられている前記制御出力値ＵK,ＵHに基づいて、
切り換え後の制御系に初期設定する偏差の積分値ΣＨ,
ΣＫを ΣＨ＝（ＵK−ＰH・ΔｅH）／ＩH ΣＫ＝（ＵH−ＰK・ΔｅK）／ＩK として求めることで、制御系の切り換え前後に前記油圧
サーボ系に与える制御出力値ＵK,ＵHを等しくすること
を特徴としている。
【００１３】即ち、本発明は制御系の切り換え直前に油
圧サーボ系に与えている制御出力値ＵK,ＵHに基づい
て、切り換え後の制御系における積分項の値（偏差の積
分値）を初期設定することで、前記各制御系における制
御ゲインの違いを吸収し、その制御系の切り換え前後に
おいて油圧サーボ系に与える制御出力値ＵK,ＵHを等し
くするものである。そして上記制御系の切り換え時にお
ける制御出力値ＵK,ＵHの制御により、荷重制御系と変
位制御系とにおける制御ゲインの違いに拘わることな
く、しかも試料にショックを与えることなく、また試料
に加える荷重を、一旦、零（０）にリセットすることな
しに、その制御系の切り換えをスムーズに行い得るよう
にしたことを特徴としている。
圧サーボ系に与えている制御出力値ＵK,ＵHに基づい
て、切り換え後の制御系における積分項の値（偏差の積
分値）を初期設定することで、前記各制御系における制
御ゲインの違いを吸収し、その制御系の切り換え前後に
おいて油圧サーボ系に与える制御出力値ＵK,ＵHを等し
くするものである。そして上記制御系の切り換え時にお
ける制御出力値ＵK,ＵHの制御により、荷重制御系と変
位制御系とにおける制御ゲインの違いに拘わることな
く、しかも試料にショックを与えることなく、また試料
に加える荷重を、一旦、零（０）にリセットすることな
しに、その制御系の切り換えをスムーズに行い得るよう
にしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る材料試験機について、特に油圧サーボ系
を介して試料に印加する負荷を、該試料に生じた荷重や
変位に基づいてフィードバック制御する制御系の切り換
え機能について説明する。この実施形態に係る材料試験
機は、基本的には前述した図１に示すように、サーボ弁
５を介して油圧駆動されるアクチュエータ３と、上記サ
ーボ弁５の作動を制御する制御部８を備えて構成され
る。
実施形態に係る材料試験機について、特に油圧サーボ系
を介して試料に印加する負荷を、該試料に生じた荷重や
変位に基づいてフィードバック制御する制御系の切り換
え機能について説明する。この実施形態に係る材料試験
機は、基本的には前述した図１に示すように、サーボ弁
５を介して油圧駆動されるアクチュエータ３と、上記サ
ーボ弁５の作動を制御する制御部８を備えて構成され
る。
【００１５】特にこの材料試験機が特徴とするところ
は、制御部８において実現される機能として、図３にそ
の概略構成を示すように、油圧サーボ系（プロセス）１
１を介して試料Ｓに加える負荷をフィードバック制御す
る制御系として、試料Ｓに加えられた実荷重Ｋを制御量
として検出し、実荷重Ｋとその目標荷重値ＲKとの偏差
ΔｅKに従って前記油圧サーボ系１１に対する制御出力
値ＵKを生成する荷重制御系１２と、試料Ｓに生じた変
位（実変位）Ｈを制御量として検出し、実変位Ｈとその
目標変位値ＲHとの偏差ΔｅHに従って前記前記油圧サー
ボ系１１に対する制御出力値ＵHを生成する変位制御系
１３とを備え、更にこれらの制御出力値ＵK,ＵHを選択
して前記油圧サーボ系１１に与えることで、前記荷重制
御系１２と変位制御系１３とを択一的に作用させる制御
系切換手段（選択スイッチ）１４とを備えている点にあ
る。
は、制御部８において実現される機能として、図３にそ
の概略構成を示すように、油圧サーボ系（プロセス）１
１を介して試料Ｓに加える負荷をフィードバック制御す
る制御系として、試料Ｓに加えられた実荷重Ｋを制御量
として検出し、実荷重Ｋとその目標荷重値ＲKとの偏差
ΔｅKに従って前記油圧サーボ系１１に対する制御出力
値ＵKを生成する荷重制御系１２と、試料Ｓに生じた変
位（実変位）Ｈを制御量として検出し、実変位Ｈとその
目標変位値ＲHとの偏差ΔｅHに従って前記前記油圧サー
ボ系１１に対する制御出力値ＵHを生成する変位制御系
１３とを備え、更にこれらの制御出力値ＵK,ＵHを選択
して前記油圧サーボ系１１に与えることで、前記荷重制
御系１２と変位制御系１３とを択一的に作用させる制御
系切換手段（選択スイッチ）１４とを備えている点にあ
る。
【００１６】尚、図３において１５ａはロードセル１の
出力から実荷重Ｋを検出する検出アンプ、また１５ｂは
変位計６の出力から実変位を検出する検出アンプであ
る。また１６ａ,１６ｂは、実荷重Ｋとその目標荷重値
ＲKとの偏差ΔｅK、および実変位Ｈとその目標変位値Ｒ
Hとの偏差ΔｅHをそれぞれ求める偏差器である。各制御
系のコントローラ１７ａ,１７ｂは、上記各偏差ΔｅK,
ΔｅHに所定の制御ゲインを乗じることで前記制御出力
値ＵK,ＵHをそれぞれ生成するものである。
出力から実荷重Ｋを検出する検出アンプ、また１５ｂは
変位計６の出力から実変位を検出する検出アンプであ
る。また１６ａ,１６ｂは、実荷重Ｋとその目標荷重値
ＲKとの偏差ΔｅK、および実変位Ｈとその目標変位値Ｒ
Hとの偏差ΔｅHをそれぞれ求める偏差器である。各制御
系のコントローラ１７ａ,１７ｂは、上記各偏差ΔｅK,
ΔｅHに所定の制御ゲインを乗じることで前記制御出力
値ＵK,ＵHをそれぞれ生成するものである。
【００１７】具体的には荷重制御系１２のコントローラ
１７ａは、予め設定された比例制御ゲインＰKと積分制
御ゲインＩKとの下で ＵK ＝ＰK・ΔｅK ＋ＩK・ΣＫ …（１） として、その制御出力値ＵKを求める。また変位制御系
１３のコントローラ１７ｂは、予め設定された比例制御
ゲインＰHと積分制御ゲインＩHとの下で ＵH ＝ＰH・ΔｅH ＋ＩH・ΣＨ …（２） として、その制御出力値ＵHを求める。但し、上記各式
において、ΣＫは偏差ΔｅKの積分値であり、ΣＨは偏
差ΔｅHの積分値である。これらの各式に示されるよう
に、ここでの油圧サーボ系１１に対するフィードバック
制御は、微分項を零（０）としたＰＩＤ制御（ＰＩ制
御）によって実現されるが、微分制御ゲインを与えてそ
の制御を実行することも勿論可能である。
１７ａは、予め設定された比例制御ゲインＰKと積分制
御ゲインＩKとの下で ＵK ＝ＰK・ΔｅK ＋ＩK・ΣＫ …（１） として、その制御出力値ＵKを求める。また変位制御系
１３のコントローラ１７ｂは、予め設定された比例制御
ゲインＰHと積分制御ゲインＩHとの下で ＵH ＝ＰH・ΔｅH ＋ＩH・ΣＨ …（２） として、その制御出力値ＵHを求める。但し、上記各式
において、ΣＫは偏差ΔｅKの積分値であり、ΣＨは偏
差ΔｅHの積分値である。これらの各式に示されるよう
に、ここでの油圧サーボ系１１に対するフィードバック
制御は、微分項を零（０）としたＰＩＤ制御（ＰＩ制
御）によって実現されるが、微分制御ゲインを与えてそ
の制御を実行することも勿論可能である。
【００１８】さて上述した荷重制御系１２と変位制御系
１３とからなる２系統の制御系を備え、これらの制御系
を択一的に作用させて油圧サーボ系１１の作動を制御す
る本材料試験機において、上記制御系の切り換えは、例
えば試料Ｓの試験過程においてオペレータの指示の下で
実行される。例えば図４(ａ)に示すように荷重制御モー
ドで試料Ｓに負荷（荷重）を掛けていた状態から変位制
御モードに移行して、その変位量に見合う負荷（変位）
を加えるようにしたり、逆に図４(ｂ)に示すように変位
制御モードの下で所定の変位量に見合う負荷（変位）を
試料Ｓに加えていた状態から荷重制御モードに移行し、
試料Ｓに対して所定の負荷（荷重）を加えることが行わ
れる。
１３とからなる２系統の制御系を備え、これらの制御系
を択一的に作用させて油圧サーボ系１１の作動を制御す
る本材料試験機において、上記制御系の切り換えは、例
えば試料Ｓの試験過程においてオペレータの指示の下で
実行される。例えば図４(ａ)に示すように荷重制御モー
ドで試料Ｓに負荷（荷重）を掛けていた状態から変位制
御モードに移行して、その変位量に見合う負荷（変位）
を加えるようにしたり、逆に図４(ｂ)に示すように変位
制御モードの下で所定の変位量に見合う負荷（変位）を
試料Ｓに加えていた状態から荷重制御モードに移行し、
試料Ｓに対して所定の負荷（荷重）を加えることが行わ
れる。
【００１９】このような制御モードの切り換えを行う
際、荷重制御系１２および変位制御系１３における前述
した制御ゲインの違いに起因して、油圧サーボ系１１の
作動を制御する制御出力値Ｕが、その切り換えの前後に
おいて大きく変化し、これに伴って試料Ｓに加えられる
負荷が急激に変化し、試料Ｓに対して不本意なショック
を与える虞がある。このような不具合を防ぐべく、前述
したように従来では試料Ｓに加える負荷を、一旦、零
（０）にリセットする等していたが、この材料試験機に
おいては次のようにして試料Ｓにショックを与えること
なしに、その制御モードの切り換えを実現するものとな
っている。
際、荷重制御系１２および変位制御系１３における前述
した制御ゲインの違いに起因して、油圧サーボ系１１の
作動を制御する制御出力値Ｕが、その切り換えの前後に
おいて大きく変化し、これに伴って試料Ｓに加えられる
負荷が急激に変化し、試料Ｓに対して不本意なショック
を与える虞がある。このような不具合を防ぐべく、前述
したように従来では試料Ｓに加える負荷を、一旦、零
（０）にリセットする等していたが、この材料試験機に
おいては次のようにして試料Ｓにショックを与えること
なしに、その制御モードの切り換えを実現するものとな
っている。
【００２０】即ち、制御モードの切り換えは、図４に示
すように切り換え要求を受けて実行される。この際、そ
の切り換え直前に油圧サーボ系１１に与えられている制
御出力値と、切り換え後に油圧サーボ系１１に与える制
御出力値とが等しければ、油圧サーボ系１１の作動状態
が実質的に変化することがないので、その切り換え時に
試料Ｓに加えられる負荷が変化することがなくなる。
すように切り換え要求を受けて実行される。この際、そ
の切り換え直前に油圧サーボ系１１に与えられている制
御出力値と、切り換え後に油圧サーボ系１１に与える制
御出力値とが等しければ、油圧サーボ系１１の作動状態
が実質的に変化することがないので、その切り換え時に
試料Ｓに加えられる負荷が変化することがなくなる。
【００２１】具体的には、所定の制御周期で油圧サーボ
系１１を制御するものとすると、例えば制御系の切り換
え直前の制御タイミング［ｉ−１］において荷重制御系
１２から油圧サーボ系１１に対して与えている制御出力
値ＵK(i-1)と、その切り換え後の制御タイミング［ｉ］
において変位制御系１３から油圧サーボ系１１に与える
制御出力値ＵH(i)とが等しければ、試料Ｓに対するショ
ックを招来することなしにその制御系の切り換えを行い
得る。同様にして変位制御モードから荷重制御モードへ
と切り換える場合にあっては、荷重制御系１２から油圧
サーボ系１１に対して与えている制御出力値ＵH(i-1)
と、その切り換え後に変位制御系１３から油圧サーボ系
１１に与える制御出力値ＵK(i)とが等しければ、ショッ
クを生じることなしにその制御系の切り換えを行い得
る。
系１１を制御するものとすると、例えば制御系の切り換
え直前の制御タイミング［ｉ−１］において荷重制御系
１２から油圧サーボ系１１に対して与えている制御出力
値ＵK(i-1)と、その切り換え後の制御タイミング［ｉ］
において変位制御系１３から油圧サーボ系１１に与える
制御出力値ＵH(i)とが等しければ、試料Ｓに対するショ
ックを招来することなしにその制御系の切り換えを行い
得る。同様にして変位制御モードから荷重制御モードへ
と切り換える場合にあっては、荷重制御系１２から油圧
サーボ系１１に対して与えている制御出力値ＵH(i-1)
と、その切り換え後に変位制御系１３から油圧サーボ系
１１に与える制御出力値ＵK(i)とが等しければ、ショッ
クを生じることなしにその制御系の切り換えを行い得
る。
【００２２】そこで本発明では、前記制御系切換手段
（選択スイッチ）１４が持つ機能として、制御系の切り
換え直前の制御タイミング［ｉ−１］において油圧サー
ボ系１１に与えられている制御出力値Ｕ(i-1)に基づい
て、切り換え後の制御系における積分項の値（偏差の積
分値ΣＫ,ΣＨ）を初期設定し、制御ゲインの違いに起
因する制御系の切り換え前後における制御出力値ＵK,Ｕ
Hの差がなくなるようにしている。
（選択スイッチ）１４が持つ機能として、制御系の切り
換え直前の制御タイミング［ｉ−１］において油圧サー
ボ系１１に与えられている制御出力値Ｕ(i-1)に基づい
て、切り換え後の制御系における積分項の値（偏差の積
分値ΣＫ,ΣＨ）を初期設定し、制御ゲインの違いに起
因する制御系の切り換え前後における制御出力値ＵK,Ｕ
Hの差がなくなるようにしている。
【００２３】即ち、荷重制御系１２から変位制御系１３
へとその制御系を切り換える場合、制御タイミング［ｉ
−１］における荷重制御系１２の制御出力値ＵK(i-1)は ＵK(i-1) ＝ＰK・ΔｅK(i-1) ＋ＩK・ΣＫ …（１ａ） であり、またその切り換え後の制御タイミング［ｉ］に
おいて変位制御系１３から与えられる制御出力値ＵH(i)
は ＵH(i) ＝ＰH・ΔｅH(i) ＋ＩH・ΣＨ …（２ａ） である。従って ＵK(i-1) ＝ＵH(i) …（３） なる関係を満たすように、変位制御系１３からの制御出
力値ＵH(i)を決定すれば良い。
へとその制御系を切り換える場合、制御タイミング［ｉ
−１］における荷重制御系１２の制御出力値ＵK(i-1)は ＵK(i-1) ＝ＰK・ΔｅK(i-1) ＋ＩK・ΣＫ …（１ａ） であり、またその切り換え後の制御タイミング［ｉ］に
おいて変位制御系１３から与えられる制御出力値ＵH(i)
は ＵH(i) ＝ＰH・ΔｅH(i) ＋ＩH・ΣＨ …（２ａ） である。従って ＵK(i-1) ＝ＵH(i) …（３） なる関係を満たすように、変位制御系１３からの制御出
力値ＵH(i)を決定すれば良い。
【００２４】しかして上記偏差ΔｅH(i)は、変位計６か
ら検出される変位量Ｈ(i)と変位制御系１３に与える変
位目標値ＲH(i)とから ΔｅH(i) ＝ＲH(i) −Ｈ(i) として求められ、また制御ゲイン（比例制御ゲインＰH
と積分制御ゲインＫH）は試料Ｓのバネ定数に応じて決
定されるので、その積分項の値（偏差ｅH(i)の積分値Σ
Ｈ）として適切な値を初期設定すれば、前述した式
（３）に示す関係を満足させることができる。
ら検出される変位量Ｈ(i)と変位制御系１３に与える変
位目標値ＲH(i)とから ΔｅH(i) ＝ＲH(i) −Ｈ(i) として求められ、また制御ゲイン（比例制御ゲインＰH
と積分制御ゲインＫH）は試料Ｓのバネ定数に応じて決
定されるので、その積分項の値（偏差ｅH(i)の積分値Σ
Ｈ）として適切な値を初期設定すれば、前述した式
（３）に示す関係を満足させることができる。
【００２５】そこで制御系切換手段１４では、その切り
換え直前の制御タイミング［ｉ−１］において油圧サー
ボ系１１に与えられている制御出力値ＵK(i-1)に着目
し、この制御出力値ＵK(i-1)と等しい制御出力値ＵH(i)
を得るために必要な積分値ΣＨを ΣＨ＝（ＵK(i-1)−ＰH・ΔｅH(i)）／ＩH …（４） として算出し、これをコントローラ１７ｂにおける式
（２）に示す制御演算に用いる積分項の値として初期設
定するものとなっている。
換え直前の制御タイミング［ｉ−１］において油圧サー
ボ系１１に与えられている制御出力値ＵK(i-1)に着目
し、この制御出力値ＵK(i-1)と等しい制御出力値ＵH(i)
を得るために必要な積分値ΣＨを ΣＨ＝（ＵK(i-1)−ＰH・ΔｅH(i)）／ＩH …（４） として算出し、これをコントローラ１７ｂにおける式
（２）に示す制御演算に用いる積分項の値として初期設
定するものとなっている。
【００２６】このようにして積分値ΣＨを初期設定した
後、その制御モードを切り換える制御系切換手段１４の
機能によれば、制御モードの切り換え直前に油圧サーボ
系１１に与えられていた制御出力値ＵK(i-1)に基づいて
計算される積分値ΣＨが、荷重制御系１２の制御の下で
試料Ｓに加えられた荷重による該試料Ｓの変位の履歴と
して作用する。すると変位制御系１３の比例ゲイン項に
よって定まる制御出力成分が、積分値ΣＨが与えられた
積分ゲイン項の制御出力成分により補正されるので、各
制御系１２,１３における制御ゲインの違いに起因する
両制御出力値の変化を吸収することができる。この結
果、制御モードの切り換え前後における制御出力値Ｕ
K(i-1),ＵH(i)を互いに等しくして、その制御系１２,１
３の切り換えをスムーズに実行することが可能となる。
後、その制御モードを切り換える制御系切換手段１４の
機能によれば、制御モードの切り換え直前に油圧サーボ
系１１に与えられていた制御出力値ＵK(i-1)に基づいて
計算される積分値ΣＨが、荷重制御系１２の制御の下で
試料Ｓに加えられた荷重による該試料Ｓの変位の履歴と
して作用する。すると変位制御系１３の比例ゲイン項に
よって定まる制御出力成分が、積分値ΣＨが与えられた
積分ゲイン項の制御出力成分により補正されるので、各
制御系１２,１３における制御ゲインの違いに起因する
両制御出力値の変化を吸収することができる。この結
果、制御モードの切り換え前後における制御出力値Ｕ
K(i-1),ＵH(i)を互いに等しくして、その制御系１２,１
３の切り換えをスムーズに実行することが可能となる。
【００２７】尚、変位制御系１３から荷重制御系１２へ
の切り換えについても同様に実行することができる。こ
の場合には、制御タイミング［ｉ−１］における変位制
御系１３の制御出力値ＵH(i-1) ＵH(i-1) ＝ＰH・ΔｅH(i-1) ＋ＩH・ΣＨ …（５ａ） と、切り換え後の制御タイミング［ｉ］において荷重制
御系１２から与えられる制御出力値ＵK(i) ＵK(i) ＝ＰK・ΔｅK(i) ＋ＩK・ΣＫ …（５ｂ） とが ＵH(i-1) ＝ＵK(i) …（６） として等しくなるように、荷重制御系１２に初期設定す
る積分値ΣＫを ΣＫ＝（ＵH(i-1)−ＰK・ΔｅK(i)）／ＩK …（７） として求めるようにすれば良い。
の切り換えについても同様に実行することができる。こ
の場合には、制御タイミング［ｉ−１］における変位制
御系１３の制御出力値ＵH(i-1) ＵH(i-1) ＝ＰH・ΔｅH(i-1) ＋ＩH・ΣＨ …（５ａ） と、切り換え後の制御タイミング［ｉ］において荷重制
御系１２から与えられる制御出力値ＵK(i) ＵK(i) ＝ＰK・ΔｅK(i) ＋ＩK・ΣＫ …（５ｂ） とが ＵH(i-1) ＝ＵK(i) …（６） として等しくなるように、荷重制御系１２に初期設定す
る積分値ΣＫを ΣＫ＝（ＵH(i-1)−ＰK・ΔｅK(i)）／ＩK …（７） として求めるようにすれば良い。
【００２８】かくして上述した如く制御モードの切り換
え前後における荷重制御系１２の制御出力値ＵKと、変
位制御系の制御出力値ＵHとを、その積分値ΣＫ,ΣＨの
初期設定によって互いに等しくする機能を備えた制御系
切換手段１４によれば、油圧サーボ系１１の作動を一旦
停止させて試料Ｓに加わる負荷を零（０）にリセットす
ると言う余分な作業が全く不要なので、その制御モード
の切り換えを随時に簡単に行うことができる。しかも油
圧サーボ系１１に与える制御出力値Ｕを一定に保った状
態で、その制御系の切り換えを行うことができるので、
試料Ｓに不本意なショックを与えることが全くない等の
効果が奏せられる。
え前後における荷重制御系１２の制御出力値ＵKと、変
位制御系の制御出力値ＵHとを、その積分値ΣＫ,ΣＨの
初期設定によって互いに等しくする機能を備えた制御系
切換手段１４によれば、油圧サーボ系１１の作動を一旦
停止させて試料Ｓに加わる負荷を零（０）にリセットす
ると言う余分な作業が全く不要なので、その制御モード
の切り換えを随時に簡単に行うことができる。しかも油
圧サーボ系１１に与える制御出力値Ｕを一定に保った状
態で、その制御系の切り換えを行うことができるので、
試料Ｓに不本意なショックを与えることが全くない等の
効果が奏せられる。
【００２９】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば制御モードの切り換え時に各制
御系１２,１３に与える偏差Δｅを、実質的に零（０）
と看做してその切り換えを実行することも可能である。
即ち、制御モードの切り換え時点において検出される実
荷重や実変位を、その目標荷重値および目標変位値の初
期値として与えることで、制御モード切り換え後におけ
る偏差Δｅを零（０）として、制御モードの切り換え時
における制御演算の簡単化を図ることも可能である。
るものではない。例えば制御モードの切り換え時に各制
御系１２,１３に与える偏差Δｅを、実質的に零（０）
と看做してその切り換えを実行することも可能である。
即ち、制御モードの切り換え時点において検出される実
荷重や実変位を、その目標荷重値および目標変位値の初
期値として与えることで、制御モード切り換え後におけ
る偏差Δｅを零（０）として、制御モードの切り換え時
における制御演算の簡単化を図ることも可能である。
【００３０】また前述した積分値ΣＨ,ΣＫの初期設定
処理を、例えば各制御系の制御ゲインの違い大きく、制
御モードの切り換え時における制御出力値ＵK,ＵHの変
化が大きいときにだけ実行するようにしても良い。具体
的には試料Ｓのバネ定数を評価値として、制御モードの
切り換え時における前記制御出力値ＵK,ＵHが所定の判
定閾値以上に変化すると予想されたときにだけ、前記積
分値ΣＨ,ΣＫの初期設定処理を実行するようにしても
良い。また変位制御系での目標値と、荷重制御系おいて
換算される変位の目標値との比率が、所定の判定閾値を
越えるか否かに応じて前述した積分値ΣＨ,ΣＫの初期
設定処理を実行することも可能である。その他、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施するこ
とができる。
処理を、例えば各制御系の制御ゲインの違い大きく、制
御モードの切り換え時における制御出力値ＵK,ＵHの変
化が大きいときにだけ実行するようにしても良い。具体
的には試料Ｓのバネ定数を評価値として、制御モードの
切り換え時における前記制御出力値ＵK,ＵHが所定の判
定閾値以上に変化すると予想されたときにだけ、前記積
分値ΣＨ,ΣＫの初期設定処理を実行するようにしても
良い。また変位制御系での目標値と、荷重制御系おいて
換算される変位の目標値との比率が、所定の判定閾値を
越えるか否かに応じて前述した積分値ΣＨ,ΣＫの初期
設定処理を実行することも可能である。その他、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施するこ
とができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、油
圧サーボ系を介して試料に加える負荷をフィードバック
制御するに際し、荷重制御系と変位制御系との切り換え
直前に油圧サーボ系に与えている一方の制御系からの制
御出力値に基づいて、他方の制御系における積分項の値
を初期設定するので、各制御系の制御ゲインの異なりに
起因する制御出力値の違いを吸収して、その切り換え前
後における各制御系の制御出力値を等しくすることがで
きる。
圧サーボ系を介して試料に加える負荷をフィードバック
制御するに際し、荷重制御系と変位制御系との切り換え
直前に油圧サーボ系に与えている一方の制御系からの制
御出力値に基づいて、他方の制御系における積分項の値
を初期設定するので、各制御系の制御ゲインの異なりに
起因する制御出力値の違いを吸収して、その切り換え前
後における各制御系の制御出力値を等しくすることがで
きる。
【００３２】この結果、荷重制御系と変位制御系とにお
ける制御ゲインの違いに拘わることなく、しかも試料に
加わる負荷の急激な変動を防止して、該試料にショック
を与えることなくその制御系の切り換えを実現し得る。
また試料に加える負荷を、一旦、零（０）にリセットす
ることなしに、その制御系の直接的な切り換えを可能と
する等の実用上多大なる効果を奏し得る。
ける制御ゲインの違いに拘わることなく、しかも試料に
加わる負荷の急激な変動を防止して、該試料にショック
を与えることなくその制御系の切り換えを実現し得る。
また試料に加える負荷を、一旦、零（０）にリセットす
ることなしに、その制御系の直接的な切り換えを可能と
する等の実用上多大なる効果を奏し得る。
【図１】本発明の一実施形態に係る材料試験機の概略的
な構成を示す図。
な構成を示す図。
【図２】本発明に係る電気油圧サーボ型の材料試験機に
おける制御系の構成を示すブロック線図。
おける制御系の構成を示すブロック線図。
【図３】本発明に係る材料試験機において実現される荷
重制御系および変位制御系の構成を示す図。
重制御系および変位制御系の構成を示す図。
【図４】本発明における荷重制御系と変位制御系のモー
ド切り換えの概念を示す図。
ド切り換えの概念を示す図。
Ｓ 試料（試験片） １ ロードセル ２ フレーム ３ アクチュエータ ４ 油圧源 ５ サーボ弁 ６ 変位計 ７ 歪みゲージ ８ 制御部 ９ サーボアンプ １１ 油圧サーボ系 １２ 荷重制御系 １３ 変位制御系 １４ 制御系切換手段
Claims (2)
- 【請求項１】 油圧サーボ系を介して試料に加える負荷
をフィードバック制御して前記試料の性質を計測する材
料試験機において、 前記試料に加えられた実荷重を制御量として前記油圧サ
ーボ系の作動を制御する荷重制御系と、前記試料に生じ
た実変位を制御量として前記油圧サーボ系の作動を制御
する変位制御系と、これらの荷重制御系と変位制御系と
を択一的に作動させて前記試料に加える負荷を制御する
制御系切換手段とを具備し、 前記制御系切換手段は、制御系の切り換え直前に前記油
圧サーボ系に与えられている制御出力値に基づいて、切
り換え後の制御系における偏差の積分値を初期設定し
て、前記制御系の切り換えを行うことを特徴とする材料
試験機。 - 【請求項２】 前記荷重制御系は、油圧サーボ系に対す
る制御出力値ＵKを、荷重目標値と実荷重との偏差ΔｅK
とその積分値ΣＫとに従い、予め設定された比例制御ゲ
インＰKと積分制御ゲインＩKとの下で ＵK ＝ＰK・ΔｅK ＋ＩK・ΣＫ として求め、前記変位制御系は、油圧サーボ系に対する
制御出力値ＵHを、変位目標値と実変位との偏差ΔｅHと
その積分値ΣＨとに従い、予め設定された比例制御ゲイ
ンＰHと積分制御ゲインＩHとの下で ＵH ＝ＰH・ΔｅH ＋ＩH・ΣＨ として求めるものであって、 前記制御系切換手段は、制御系の切り換え直前に前記油
圧サーボ系に与えられている前記制御出力値ＵK,ＵHに
基づいて、切り換え後の制御系に初期設定する偏差の積
分値ΣＨ,ΣＫを ΣＨ＝（ＵK−ＰH・ΔｅH）／ＩH ΣＫ＝（ＵH−ＰK・ΔｅK）／ＩK として求めることを特徴とする請求項１に記載の材料試
験機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21854997A JP3340055B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 材料試験機 |
| KR1019980032556A KR100307270B1 (ko) | 1997-08-13 | 1998-08-11 | 재료시험기 |
| EP98115079A EP0897110A3 (en) | 1997-08-13 | 1998-08-11 | Material testing machine |
| US09/133,838 US6205863B1 (en) | 1997-08-13 | 1998-08-13 | Material testing machine having a control system for feedback-controlling the operation of a servo system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21854997A JP3340055B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 材料試験機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164192A true JPH1164192A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3340055B2 JP3340055B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=16721685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21854997A Expired - Fee Related JP3340055B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 材料試験機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3340055B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010501846A (ja) * | 2006-08-21 | 2010-01-21 | イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド | 材料試験装置の調節方法 |
| JP2013080313A (ja) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Saginomiya Seisakusho Inc | Ｐｉｄ制御装置 |
| CN103743587A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 中交四航工程研究院有限公司 | 海洋环境与动载耦合试验设备系统 |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP21854997A patent/JP3340055B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010501846A (ja) * | 2006-08-21 | 2010-01-21 | イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド | 材料試験装置の調節方法 |
| JP2013080313A (ja) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Saginomiya Seisakusho Inc | Ｐｉｄ制御装置 |
| CN103743587A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-23 | 中交四航工程研究院有限公司 | 海洋环境与动载耦合试验设备系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3340055B2 (ja) | 2002-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |