JPS5837526A - 周波数特性測定方法 - Google Patents

周波数特性測定方法

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JPS5837526A
JPS5837526A JP56135464A JP13546481A JPS5837526A JP S5837526 A JPS5837526 A JP S5837526A JP 56135464 A JP56135464 A JP 56135464A JP 13546481 A JP13546481 A JP 13546481A JP S5837526 A JPS5837526 A JP S5837526A
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JP
Japan
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amplitude
frequency
waveform
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system under
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JP56135464A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Matsuki
勉 松木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/04Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of vibrations which are transverse to direction of propagation
    • G01H1/06Frequency

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制御系の周波数特性を測定する方法に係り、
特に、制御系の周波数特性側定時非線形性により不安定
な制御系に対しても、安定で且つ正確に周波数特性を測
定し得る制御系の周波数特性測定方法に関する。
第1図に従来技術を説明するだめの振動台制御システム
構成図を示す。目標波形入力装置11により、加振テー
ブル2に印加する目標波形、例えは、正弦波、う/ダム
波等の関数パラメー タを設定し計算機9に入力する。
計算機9は、アレープロセッサlOなどを使用し、目標
波形fTを演韓し又、これにより振動制御装置への人力
指令fC(il−演算する。この入力指令fcは、高速
アナログ出力装置6により計算機9内の記憶装置からサ
ーボ制御装置5に時系列な指令波形として与えられ、サ
ーボ制御装置5からの指令に基つき加振機3ば、振動を
発生する。この振動は、テーブル2に直結され試験体l
を振動させる加振機3及びテーブル2の振動波形は、振
動検出装置4により検出されこの実績撮動波形fAは、
サーボ制御装置5のフィードバック信号となり結局、サ
ーボ制御装置5への計算機9からの指令波形に追従して
テーブル2は、振動する。一方、振動検出装置4の実績
振動波形fAは、高速アナログ人力装置8を経由して計
算機9の記憶装置にfA (ディジタル信号)として記
憶される。計算機9は、この実績振動波形fAを用いて
、テーブル2が、目標振動波形fCになるように、繰返
し補正制御ヲ行なうものである。
第2図に、振動台制御の制ml構成図を示す。これは本
装置を用いた加振台の周波数特性測定の手順を説明する
だめの図である。ここでは試7JO振後゛本加振を行な
う場合について示した。fム′およびfc′はそれぞれ
対応するアナログ信号である。
振動台制御は、犬きく分けて試加倣と本加振で構成され
、本加振に先立って制御系の振動特性を求めるため試加
振を行なう。試加振ば、先ず試加振目標波形を、設定し
、これにより振動台を試加振し、試加振実績波形を得る
。これにより得られた波形データにより制御系の伝達特
性を演算する。
次に、本加振では、前記制御系の伝達特性を用いて、本
加振目標波形により入力補償演5ifk行ないこの指令
波形を用いて本加振を行なうことにより、より目標波形
に近い実績波形が得られるよう制御する。更に、目標波
形と実績波形に誤差がある場合は、この入力補償演算を
繰返すことにより、目標波形の実績波形を得ることが可
能である。本発明は、この入力補償演算の基礎データと
なる制御系の伝達特性を求める手法に関するもので、伝
達特性を正確に求められるか否かにより目標波形再現精
度が決まるものであり、伝達特性を正確に把握すること
は、極めて重要なことである。
第3図に従来の制御系の伝達特性測定のフo −チャー
トi+lJをステップ10,20,30,40゜50.
60で示す。即ち、先ず制御系へ入力時系列波形fcを
入力することにより、制御系が動作し、その出力時系列
波形をfAとする。次に、f、をフーリエ変換し、FC
を得、父、fAをフーリエ変換することによりFAを求
める。このFCとFAを用いて、制御系の伝達特性Gを
G= F A /F c          ・・−・
−(1)により求めるものである。この演算を更に詳細
に説明するだめの図を第4図(a)、 (b)に示す。
指令波形Fc及び実績波形FAの周波数領域における振
巾と、それから求めた、ゲイン特性IG1の例を示す。
指令波形Fcは、ランダム波又は、正弦波スイープ等を
使用するが、ここでは、図(a)のようにFCとして、
特性を求めるための区間をほぼ、フラットの振巾を持っ
た例を示す。この場合の実績波形FAば、図(a)のよ
うになる。即ち、この例では、周波数10以上の領域で
は、振巾は、はとんどゼロとなる。従って、10以上の
帯域でけ、ゲインデータは正確に読み取ることが不可能
である。即ち、ここで言えることは、該当周波数成分の
出力振巾値が一定していない場合、ゲインデータは、実
測不可と言うことである。更に、制御系が、非二V%性
を有している場合、ゲイン特性は、測定方法によっては
、不安定な特性となり、正確に制御系の周波数特性を測
定できないと言う欠点を有している。これは、位相特性
についても同様である。(同図(b))。本発明は、こ
れらの欠点を解決したもので、周波数領域の全帯域にわ
たり安定した正確な周波数特性を求め得る手段を提供す
るものである。
本発明の目的は、系の制御特性の測定性能を向上させる
ために、不連続正弦波スイープ波形を用いて、各周波数
ポイント毎に、応答振巾が一定は得られるよう指令振巾
全自動調整することにより、測定帯域における周波数特
性を正確に且つ安定に求め得る制御系の周波数特性測定
装置を提供することにある。
本発明は、不連続正弦波スイープ波形を用いて各周波数
ボイノト毎に、正弦波として、その応答振巾が指定値と
なるように指令振巾を自動調整し応答振巾値を一装置確
保することにより、該周波数ポイントにおける周波数特
性を正確に測定し、且つ、次の測定周波数への移行は、
サンプリングピッチを切替えることにより制御系を停止
させることなく連続的に所定の帯域の周波数特性を正確
に安定に測定するものである。
すなわち、従来の制御系の周波数特性では測定入力信号
の振巾を一定にし、出力信号の振巾との比でゲインを測
定する方法がとられているが、本発明では出力信号とし
てあらかじめ定められた振巾値が得られるように入力信
号の振巾を調整してゲイン特性および位相特性を測定す
ることに特徴がある。
この指令振巾の自動調整が、本発明のポイントとなる点
であり、以下、詳細に説明する。
この自動調整は、各周波数毎に制御されるものであり、
結局正弦波の振巾自動調整であると云える。本来振巾を
自動的に補正してゆくには)該周波数における伝達特性
Gが、求まっていないと調整できない。そこで本発明で
は、1回目に関しては、目標振巾値をそのまま出力する
か又は、あらかじめ、数学モデル等で、真のGに近い値
が求まっている場合は、それを使用し、以後、2回目以
降は、実際に制御系が応答した実績振巾値を使用してそ
の伝達特性を求め、これによシ次の指令波形を補正して
いくことにより、伝達特性が不明なときに自動調整をす
るものである。
ここで、指令波形をFc1実績波形をFA、目標波形を
F、とすれば、 振巾収束率Xは x”” ’(F A / F T ) t      
  ・=−(2)となる。        、。
ここで、目標波形に振巾制御が収束したかの判定は xL<X<x)I・・・・・(3) XL:収束率下限値 X)I:収束率上限値 により行なうことができる。XL、XHは目標波形FT
に対しどの程度その偏差を許すかにより決まる。これを
図で示すと、第4図(0のようになる。
すなわち、目標波形FT4C対するFAの比Xの上、下
限値XH,XLの間にF、がある場合はFAが収束した
ものとみなし、その時のゲイン(FA/Fc)を測定す
ればよい。次にflの周波数特性を測定する場合も同様
である。点線はFAの従来例の場合を参考までに示した
。振巾が、収束していない場合は、実績伝達特性をGO
とすれば、 Go−(F A /F c ) t      −−−
−・−(4)により求めることが、できる。更に、この
特性をそのまま、補償式に使用すると、′制御が、不安
定となるので、これを平滑化する。即ち、補償用伝達特
性をGとすれば、 G=G−+a<Go −G−)      −−−−・
−(5)ここに、G−:@回使用のG α :平滑ゲイン このG=i用いて、指令値Fcとすれば、Fc=Fc−
十G−’米(FT−FA)  −−−−−−(6)ここ
に、 F c−:前回指令値 とのFcを、指令値として与えることにより、実績振巾
を目標振巾に制御する。これを前記(3)式が満足する
まで、繰返すことにより実績振巾値の自動調整が可能で
あり、これにより、出力を目標値に制御することにより
、該当周波数における伝達特性を正確に求めることがで
きる。更に、この周波数を逐次、更新していくことによ
り所定の帯域の周波数特性の測定が可能である。
以下、本発明の一実施例を第5図、第6図、第7図によ
り説明する。
第5図に本発明のシステム構成図を示す。第1図の従来
例と異なる点は、計算機9からサンプリングピッチ切替
装置7に指令信号を与えることにより、高速アナログ出
力装置及び、高速アナログ入力装置のテータサンプリン
グピンチを同時に切替えることにより、正弦波の周波数
を切替えることにある。これにより、制御系を停止させ
ることなく、連続的に、周波数を切替えることが可能で
、不連続正弦波スイープにより、効率良く、周波数特性
を測定可能とするものである。
第6図に、本発明になる処理ブロック図を示す。
先ず、目標波形と制御系の数学モデル(35)による伝
達特性により初回入力補償歓を演算しく55)、これか
ら指令波形を求め(75)(70)、側倒1系に与える
。この実績波形Fムと目標波形FTにより、振巾収束率
を求め(15)、収束の判定を行ない(20)、未収束
の場合、実績伝達特性を求め(25)、伝達特性を平滑
化しく30)、これにより次回入力補償量を演〆しく5
0)、これを指令波形(70)として印加する。この一
連の処理を振巾が目標値に収束するまで、繰返し、収束
の時点で、該当周波数における実績伝達特性を記憶しく
45)、引続き、次のポイントの周波数に移行するため
、初期指令波形(5s>’に求めると共に、サンプリン
グピンチkit算しく60) (65)、これを、高速
アナログ出力装置及び、サンプリングピッチ切替装置7
に与えることにより、所定の帯域の周波数特性を連続的
に求めるものである。
更に、本発明になる詳細な動作を説明するために、第7
図に、タイムチャートを示す。周波数f1〜f5の周波
数特性を求めるもので、指令波形と実績波形の相関図を
示す。1面の出力単位は、1スパン毎に成され、1スパ
ンの構成は、m山の正弦波fnサンプリングポイントに
分割し、サンプリンクピッチをΔTpI とするもので
、fl 内では、この1スパンを繰返し出力し、第6図
に説明した処理ブロックにより振巾fcを調整し、fム
が目標振巾fTに収束した時点で、’I における伝達
特性を記憶しく45)、引続き次の周波数にサンプリン
グピッチを切替えて、順次移行する。
例えば第7図の説明では1スパン2波の場合について述
べた。これは1波で256点のサンプリングポイントラ
定め、それぞれのサンプリング点における値を記憶装置
に記憶しておく。そして制御系の庵波数特性を測定する
周波数を変えたい場合はそのす/プリング周期を変えれ
ばよい。例えば第7図でΔTp+3ΔTP2  に変更
し、先に記憶している値をΔ1゛、2ことに順次読出せ
ば同一波形でかつ周波数のみ変えた信号が得られる。
第7図で振動台加振信号(a)が連続して印加される中
で、(b)〜(g)に示すように次のスパンのだめの準
備がなされ、flからf2での周波数特性を測定し、順
次測定され、f。までの測定が行なわれる。
本実施例によれば、制御系の周波数特性を正確に、かつ
、安定に、測定することができ、高度な振動台の制御が
達成され得る。
尚、本実施例は、振動台制御装置に、本発明を適用した
ものであるが、本発明は、一般的な制御系の周波数特性
測定装置としても、適用可能である。
1だ本発明の実施例では1スパン2波の例を示したが、
2波に限られるものではなく少なくとも1波の分の信号
を記憶していればよい。
また振巾収束率XをFム/FTの比で定義した例を示し
たが、振巾そのものの値を設定してもよい。ただその場
合はFTが変化する毎に再設定する必要がある。FTに
対する許容値は任意に選べばよいXo 、!:Xr、は
必ずしも対称的な値である必要はない。
本発明は上述の説明から明らかなように特性測定のだめ
の周波数に応じて入力信号の振幅を変えることになるが
、入力信号の振巾は無制限に大きくするわけにはいかな
い。自ずから制限値が定まる。それ以上更に周波数を上
げようとすると、従来技術による方法を併用せざるを得
ない。したがって前述のfcの振巾があらかじめ定めら
れた値に達した時、それ以降の測定はfcの振巾を一定
にして測定をおこなうことが出来る。その制限値は必ず
しも上限値である必要はなくモード切替点として利用し
てもよい。
本発明によれば、制御系の応答振巾を目標値に制御でき
且つ、測定周波数を連続的に変えることができるので、
被制御体の所定の周波数帯域において、正確で且つ、安
定した周波数特性を、効率良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の/ステム構成図、第2図は、振動台制
御の概要を示すだめのブロック図、第3しJは、従来の
周波数特性測定のフローチャート図、第4図は、従来の
周波数特性測定の原理図、第5図は、本発明の/ステム
構成図、第6図は、本発明を示すだめの処理ブロック図
、第7図は、本発明の動作タイムチャート図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 供試対象系の周波数特性を測定する方法において
    、該供試系への繰返し入力信号波形を定め、該繰返し入
    力信号を該供試系へ印加したときの該供試系11力信号
    があらかじめ定められた振巾になるように該供試系への
    入力信号の振巾を調整し、該出力信号が該あらかしめ定
    められた値との許容値をt4足するとき、該供試系のゲ
    インまたは位相を測定し、順次該入力信号の周波数を変
    えて該供試系の周波数特性を測定することを特徴とする
    周波数特性測定方法。 2、前記特許請求の範囲第1項記載の該入力信号におい
    て、少なくとも一周期分の波形をあらかじめ定められた
    数でサンプリングして該サンプリング値を記憶手段に記
    憶し、該記憶されたサンプリング値を周期を変えて読出
    し、該供試系の周波数特性を測定すること全特徴とする
    周波数特性測定方法。 3、前記特許請求の範囲第2項記載の該入力信号をあら
    かじめ定められた数でサンプリングして記憶するものに
    おいて、2のべき乗で定まる数のサンプリングをし、対
    応する値を記憶することを特徴とする周波数特性測定方
    法。 4、前記特許請求の範囲第2項記載において、−該サン
    プリング値の読出し周期に同期して供試系へのアナログ
    信号に変換するアナログ出力装置および該供試系の出力
    信号をディジタビレ信号に変換するアナログ入力装置の
    サンプリング周期を変更することを特徴とする周波数特
    性測定方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0274859A (ja) * 1988-09-09 1990-03-14 Fuji Facom Corp 振動試験装置
CN112498738A (zh) * 2020-12-11 2021-03-16 中国直升机设计研究所 一种直升机飞行控制系统传递特性试验方法

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JPS54136361A (en) * 1978-04-14 1979-10-23 Hitachi Ltd Controlling method of oscillating base

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