JPS61501413A

JPS61501413A - サ−ボ液圧制御系の荷重動力学補償回路

Info

Publication number: JPS61501413A
Application number: JP85501039A
Authority: JP
Inventors: クラーク，アレン・ジエイ; マウエ，デイル・エヌ
Original assignee: エムティエス・システムス・コ−ポレ−ション
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1986-07-10
Also published as: US4537077A; EP0171430A1; WO1985003573A1; EP0171430A4

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】サーボ液圧制御系の荷重動力学補償回路〔発明の背景〕１、発明の分野本発明は、試験環境ζこおける荷重の動きを制御する制御系ζこ関する。

２、先行投術の説明１９７５年１０月２１日付は米国特許第３９１３３８９号には、液圧アクチュエータで水平面と垂１面に制御される試験テーブルと試料の配置のひつくり返りを補償する回路に関する。この制御装置は、試料の引っくり返り全補償するためｌこサーボ弁制御ループに補償信号を出す手段を胃する。試料の重心が、テーブルと試料を動かす本発明は、米国特許第３９１３３８９号の第２図、第３図に示されたＦｌ信号に関する。前記特許と同様に性能を低下させる試料の乱れに対する補償信号が基不的なサーボ液圧位置制御ループに送り込まれる。補償信号を得る不発明の技術は、更に一層正確でより一般的な荷重を補償するのに利用できる。

これによって一層正確な制御が、変動する一般的な試料荷重について電子装置の再調整全行わす；こ可能となる。

米国特許第４３３６７４５号に記載のように、線形化のだめのサーボ弁制御回路を補償することは、入力信号に関し、線形であるサーボ弁出力を出すのζこ望ましい。このように線形化が得られると、本発明の追加的補償信号は最適な補償を行う。

〔発明の概要〕

不発明は、例えば地震シミュレーション試験装置で試料の変位制御の間（こ生じる試料の乱れに対する補償信号を出すことに関する。この試料の乱れは制御ループの信号に影響する変位の乱ｎによってモデル化さｎる。この変位の乱れは、試料（こ及ぶ力とアクチュエータ内液圧油のスチフネス因子の関数である。数学的モデルが、ニュートンの法則に従って、荷重の動力学が試料の力の関数であり、試料の力とテーブル質量の加速を表わす測定信号を適当に増減して、試験アクチュエータの動きを得るためにサーボ弁を制御するの（こ通常使用される誤差信号に加えられる電気信号として荷重動力学補償が得られる。

本発明では、アクチュエータからの力が差圧センサによって直接（こ測定される。適当な回路を用いて、アクチュエータピストンの工速と、アクチュエータスケール因子における油柱のスチフネス因子と、サーボ弁スケール因−子の流れ利得とを表わす信号とアクチュエータカ信号とを組合わせて試料の力の信号を決定したり、アクチュエータ作動の間、ピストンの積分因子を受け入れて、荷重動力学補償をもたらす組合わせ信号を、微分する。補償信号が適当に増減されると、卯算結合点（こよりサーボ弁制御ループ信号ζこ加えられる。

制御ループに加えられた荷重動力学補償信号は、テーブル質量自体へかかる力が乱れるために生じる乱れを補償する予想信号である。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は、数種の自由度がある試料とテーブルの取付装置を示す略図。

第２図は、第１図の装置の一般的自由度および他の一般的位置ループを示す略図で、作用するいろいろな力と変位を示すと共に、液圧油柱の圧縮性の効果を示す。

第３図は、本発明の補償信号を含む制御装置の機能ブロック線図。

〔好適実施例の詳細な説明〕

本発明を利用できる装置は第１図ζこ示され、これは米国特許第３．９１３．３８９号に示されるものに対応する試験テーブルまたは取付部材１０は、側面図で示されているが、矩形のテーブルで、米国特許第３．８００．５８８号に示されているような割注の試験テーブルでらる。複数の液圧アクチュエータＩＩＡ、ｌｌＢがテーブルを支持するために取りつけられ、普通は、４ｍ以上のアクチュエータが、各隅ζこ１個づつ設げられる。アタチュエー、り１１．４．ＩＩＢは、支持ピン１２で支持パッドへ取りつげられ、試験テーブル１０の下面には場所１３で回動自在に取りつけられている。この取り付は装置によりテーブルが水平方向に水平面１４に沿って変位でき、同時に、テーブルはアクチュエータＩＩＡ、１１Ｂで平置方向に往復動する。ブロック１５で示す試験は試験テーブルまたは取付部材１０（こ取り付けられ、水平方向と重重方向にテーブルと共に変位するようにテーブルに固定される。

平面１４に示される力線（こ沿って、水子方向変位は、テ水平方向アクチュエータ１６で与えられる。必要（こ応じて１個より多めアクチュエータを使用できる。アクチュエータの基礎端は場所１８で適当な支持体または基礎にＷｂｃしている。水子方向アクチュエータ１６は、典型的には普通の方法で制御されるサーボ弁２０で、必要な損動数で往復動する二重作用液圧アクチュエータである。

アクチュエータ１６の変位は平面１４に大体ある巌薯こ沿った方向である。試料１５は互いに垂直な２方向に同時に変位し、すなわち振動する。アクチュエータ１１Ａ１１１４．１６は、米国特許第３９１３３８９号に示される方法でアクチュエータの変位を制御するサーボ弁駆動のサーボ制御器で適当な方法で操作できる。ただし本発明では、各自由度について、荷重動力学補償信号が異なる。この種のサーボ弁で使用できる各自由度の制御ループの略図が第３図に示され、次に詳述する。

第２図で、ブロック１０として示すテーブル質量が、−膜化された変位方向２５に動くように取りつげられている。試料は第１図と同様に参照数字１５で示され、アクチュエータ１６の油柱が、液圧油のコンプライアンス因子すなわち圧縮性因子ＫｔＷするものとしてばね２６を含む複数の取分に図上分けられる。空間２７が、サーボ升金通る油の積算流であるアクチュエータ１６の変位を示す。非圧縮性と考えることのできる流体が、笑際齋こ、油柱のスチフネスを示す圧縮性因子またはコンプライアンス因子を有することが公昶である。力のもとで、アクチュエータの油柱は、ばねとして作用し、テーブルと試料を共鳴させ、その摂動数は動的シミュレーションに使用される普通の試験周波数の範囲内である。この油ばねは、サーボ弁から試料質量へ液圧力を伝える作動力伝達媒体である。例えば、油柱圧縮性を含む代表的事例の解析に関するＪｏｈｎ　Ｓｔｒｉｎｇｅｒ　（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｇｙ　＆　５ｏｎｓ。

１９７６）が著わした「ＨｙｄｒａｌＬｌｉｃ　Ｓｙｓｔｇｍｓ　Ａｎａｌｙ− ｓｉｓ　Ｊの第３軍４５〜５３頁を参照されたｐ０数学的説明は次の通りである。

東２図で、デープルの変位は「Ｘテーブル」で表わされ、「Ｋ油」は油のコンプライアンス因子またはばね因子すなわち油の圧縮性を表わし、「Ｘサーボ弁」は、油の圧縮性因子を入れないで、積算流ｆこ対するサーボ弁の変位でろろ。テーブル質量Ｘテーブルは第２図に示され、テーブルの質量全示し、テーブルの変位はＸテーブルである。第２図は、テーブルがアクチュエータ１６で水平に移動するときに生じる主な動きと力を示す。

第３図におｒて、サーボ弁制御に使用される制御ループが示されるが、テーブル変位命令入力信号が線３０ｆこ沿って加算結合点３１に送られる。この信号は、所望のテーブル移動２示す僅を有する電圧でおる。加算結合点３１は線３０ｉこ沿う入力電圧信号と線２８に沿う帰還信号と全加算する。従来の装置では、帰還はアクチュエータまたは取付は装置のストロークまたは変位に安定化を茄えたものを示す１個以上の信号である。テーブルとアクチュエータの速度、またはテーブルのｍ運は、作動されるテーブルまたはアクチュエータ（こ直接結合したストローク変換器３２で得られる。紐３３！こ沿うストローク帰還信号は加算結合点３４に送られる。テーブル変位信号は、必要に応じて、線３３に信号を送るように増減または修正される。

第３図で、Ｍ２Ｏはテーブル変位を表わす。これは、ストローク変換器３２で測定される。速度帰還のために、速度変換器３６又は速度計算４こついての等価手段が微分器３５で示されるテーブル速度を測定するのに使用できる。線３７の速度帰還信号は、テーブルまたは取付部材の速度を示す朦３９上の信号を出すよう（こ増幅器３８によって適当に増大される。線３９の信号は、加算結合点３４で線３３の信号と加算される。加算結合点３４の出力は、線４３ｉこ送られ、第２の卯算結合点３５に送られる。これが、安定化のために使用される加速入力信号を有する。

この加速信号は、加速変換器４７によって得られる。

これは、適当な利得の加速帰還増幅器４９を弁して供給される。線５０の加速帰還電圧信号が次に那算結合点３５に供給される。加算結合点３５は線２８に沿って加算帰還信号を２７ＯＮ結合点３１１こ送る。入力命令信号が線３０の電圧で示されるが、これと線２８の全帰還電圧信号の合計力；誤差信号出力、すなわち、所望の変位（線３０）と、実際の変位に安定化を工えた信号（線２８）との間の差を示す信号となり、この誤差電圧信号が、サーボ制御ループのための適当な利得の誤差増幅器５２に加Ｘ結合点３１の出力からｉ５Ｈこよって送られる。

帰還を行って、誤差信号制御に対する命令と前記帰還を組合わせるための前述の部品と技術は、現在多くの貧食荷重位置サーボ制御装置に利用されている。

従来の制御装置では増幅器５２からの信号はサーボ弁に供給される信号であり、サーボ弁は、信号の入力電圧レベルに比例して流すように開く。本発明では増幅器５２からの信号は適当に修正される。ＷＦ１３図の略図で、サーボ弁流れ利得が数学的（こブロック５３で示される。

サーボ弁の流れ出力は、線５５（こ沿う流れとして示される。この線は、アクチュエータ５６への液圧油を示す。

アクチュエータピストン面積は％Ａで衣わされ、ブロック５６の「１／Ｓ」は流れのピｉ）ン積分の結果を数学的に示す記号である。これが、アクチュエータ出力棒の変位となる。アクチュエータからの出力線５７は、サーボ弁のＸｓ／ｖまたは変位の関数である。

数学的モデルで、ブロック６０は、テーブル質量と油コンプライアンス動力学を示す量を含む。Ｋ油は、油のコンプライアンスまたはスチフネス因子である。Ｋ油の量は、（テーブルの質量、Ｘテーブル）Ｘ（テーブル速度１．Ｓｔ”）十油のコンプライアンス因子（Ｋ油）からなる量で割算される。加算結合点６１は、サーボ弁の変位、ＸＢＩＶ、と、量６２で表わされる油（Ｋ油〕のコンプライアンスで割算される試′Ｐ＋ζこ対する実際の力（Ｆ試料）との合計を数学的に表わす。テーブルの変位は線２９の出力で示される。

本発明は、Ａ線７０で示される荷重動力学補償回路か昶ることを要求する。これは、ニュートンの法則によれば、（アクチュエータの力）−（テーブル質量）Ｘ（テーブルの加速）に等しい。

複雑さにかかわらず、試料からの擾乱力はＦ試料／に油として制御ループに入る変位擾乱によってモデル化される。ニュートンの法則のテーブル質量に対する式は、次のように書かれる。

＋Ｆｘ＝ｄテーブル・！テーブルニーＦ試料十Ｆアクチニエータ＝−Ｆ試料−に油（Ｘテーブル−ＸＳ／ｖ）ラプラス変換を行い、ゼロ初期条件を採ることζこよつ、（ＸテーブルＳ２＋に油）Ｘテーブル二Ｆ試料＋に油Ｘ　Ｓ／Ｖ上式で、Ｘテーブルは、テーブルの質で、Ｘテーブルはテーブルの加速で、Ｋ油は油のばねコンブライアンスフたはスチフネス因子で、Ｆアクチュエータはアクチュエータの力であり、Ｆ試料は試料の力であり、ＸＳ／／′Ｉ／はサーボ部の積算流であり、Ｘテーブルはテーブルの変位である。

試料への力全示す信号を得るとき、テーブルの質量（公仰〕とテーブルのコ速の積は、−（試料の力〕＋（アクチュエータへのカッに等しｒ０試料への力は次のように設定される。

Ｆ試料二ＦアクチュエーターＭテーブル・Ｘテーブル従って、試料の力はアクチュエータの力とテーブル質量加速を測定して計算できる。第１図の加速計７２はテーブル１０に置かれ、テーブル１ｘ量の１速を測定し、第１図に示す差圧変換器７１がアクチュエータの力の測定【こ使用できる。これらの信号は、第３区ζ こ示すＦ試料を出すために、質量値の適当な増減の後は、アクチュエータの力を示す差圧信号（Ｆアクチュエータ）から、加速度計７２から受けた加速信号を引くことによって組み合わせられる。Ｆ試料の力信号は、増減微分４＠器７５ζこよって修正される。油柱コンプライアンス゛またはばね因子の信号、Ｋ油、がパラメータ（利得７６）として与えられ、利得値を示す増幅器７７からのサーボ弁の利得（Ｇ　Ｓ／Ｖ　）　？：、示す信号が除数として用いられる。アクチュエータのピストンの面積はＡで示され５面積を示すパラメータが分子として利得源７８から得られる。全信号は増耀器７５で「Ｓ」で示されるように微分される。

増幅器７５は線７８に沿って出力信号全量し、これは誤差増畠器５２から信号を受ける加算結合点８０で′ＭＪ算される電圧である。組７８の信号は、荷重動力学補償信号を示す。線７８の信号は、テーブル加速とアクチュエータカからの擾乱？補償するため、あるいは荷重動力学を補償するために、サーボ弁５３ζこ供給される啄８２のサーボ弁制御信号に対して先行して加算される。

油コンブライアンヌ因子、面積、流れ利得を表わすパラメータは、量の値１［わす値のある利得である。除積利得は従来にも行われている。微分も同じく従来性われている。

従って、質量加速を示す信号を得るためζこテーブルｉこ加速度計を卯えたり、差圧変換器をＪえて、アクチュエータの力を測定する（米国特許第３．９１３．３８９号にも利用されている〕ことにより、荷重動力学補償に対する一層正確な補償信号が制御系ｌこ加見られ、しかもそれにかかる費用は小さい。特に、非線形の複雑な一般的試料荷重に対する高い正確波が得られる。

本発明は、相互接続した多重質量を制御するために同一の技術を利用して、多重チャネル試験装置や多自由度テーブルにも利用できる。

本発明を好適実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、いろいろな改変を行うことば当国際調査報告特衣昭６１−５０１４１３　（５）

Claims

【特許請求の範囲】

１．重い動的作動荷重の所望の変位を生じさせるサーボ弁の所望の変位を表わす誤差信号を発生する制御手段を有し、荷重が面積と変位のあるアクチュエータによつて駆動され、アクチュエータにはサーボ弁を通る液圧油が供給されるようになつているサーボ制御型変位発生装置において、誤差信号と加算される補償信号を出す手段を設け、該補償信号が、アクチュエータ面積に関する増減因子を含む微分関数によつて増減され、油のコンプライアンスとサーボ弁の流れ利得の関数からなる因子で除算された荷重加速とアクチュエータ力の関数であるようにしたサーボ制御型変位発生装置。
２．荷重がテーブルと該テーブルに取りつけた試験試料であり、補償信号を出す手段が、テーブルと試料の質量の加速を検出するために取りつけられた加速センサを含む請求の範囲第１項に記載の装置。
３．加圧下の液正油で作動されるアクチュエータの制御下で移動可能な一定質量のテーブルと、アクチュエータを作動するサーボ弁と、閉じたループ制御のための帰還安定化回路を含むサーボ弁の変位を制御するために誤差信号を出す制御手段と、サーボ弁の入力側の加算結合点と、前記取付部材の質量加速に比例した第１信号を出す手段を有する、前記サーボ弁への電気成分信号供給手段と、アクチュエータの力に比例する第２信号を出す手段と、第２信号から第１信号を引いたものを表わす第３信号を受け取り、第３信号を微分し、アクチュエータの面積の関数として第３信号を増減する手段を含み、油のコンプライアンス因子とサーボ弁の流れ利得の積である因子によつて前記信号を除算する微分増幅手段とからなる試験装置。
４．回路の第３信号が、ＦアクチュエーターＭＴ■Ｔで表わされ、ここでＦアクチュエータがアクチュエータの測定された力であり、ＭＴがテーブル質量で、■ Ｔがテーブル加速であり、微分増幅器が数学的にＡＳ／Ｋ油ＧＳＶで表わされ、ここでＡはアクチュエータ面積で、Ｋ油は液圧油コンプライアンス因子で、Ｇｓｖはアクチュエータヘの流れを制御するサーボ弁の流れ利得であり、Ｓは微分を示すラプラス関数である。