JPS63244209A - 電気油圧サ−ボ系制御装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電気油圧サーボ系制御装置に係り、特に油圧
式振動試験機の電気油圧サーボ機構に好適な電気油圧サ
ーボ系制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の電気油圧サーボ系制御装置は、例えば特公昭５１
−２９４１９号公報記載のように、予め試験体の重量に
応じて設定されるサーボ増幅器、速度フィードバックお
よび加速度フィードバックの各ゲインの最適値を求めて
おき、試験体の重量が変った場合、これらのフィードバ
ックゲイン値を調整するようになっていた。

また、特公昭５１−３７５４’７号公報記載のものは、
正弦波による加振に限定し、振動加速度の大きさに相当
する直流電圧指令値と、振動台の加速度検出器の出力を
直流変換した直流電圧出力値とを比較し、その偏差によ
り加振機制御サーボ系に送る正弦波入力信号レベルを調
整するようになっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記前者の従来技術では、振動台テーブル上の試験体重
量を、油圧浮上装置の油圧として圧力変換器により検出
し、これに応じてサーボ増幅器、速度フィードバックお
よび加速度フィードバックのゲイン値を自動的に設定し
ている。この方法は、技術的に簡単に実現でき、現実的
な方法であるが、次のような問題があった。

１、積載荷重と各フィードバックゲインの最適値との関
係をあらかじめ実験的に求めるためには。

種々の負荷を積載して試験データをとっておく必要があ
り、多大な時間を必要とする。

２、振動台テーブルが複数台の上下方向加振機を持つ二
次元、三次元振動台の場合は、試験体重量を正確に求め
ることが難しい。

３、フィードバックゲイン自動調整系に異常が生じた場
合は、制御系が不安定となり発振する恐れがある。

また、後者の従来技術では、加振波形が正弦波に限定さ
れていて、ランダム波、地震波には適用できないもので
ある。

正弦波の場合でも、基本波周波数成分に重畳する高次の
周波数成分により、波形が歪んだ場合は設定精度が著し
く低下するなどの問題が多い。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、試験体重量により変化する振動台制御系へ
の伝達関数を、試験体の重量を検出することなく、制限
系を常に安定な状態に保ちうるように補正し、制御性能
および操作性を向上する電気油圧サーボ系制御装置を提
供することを。

その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１本発明に係る電気油圧サー
ボ系制御装置の構成は、入力信号演算器を備えた入力回
路系と、入力電流によって振動台に変位を与える加振機
を備えた電気油圧サーボ系と、前記振動台の変位、速度
、および加速度を入力側にフィードバックするフィード
パ、ツク回路系とからなる電気油圧サーボ系制御装置に
おいて、上記入力信号演算器は、振動台に対する加速度
指令信号の一回積分値および二回積分値に相当する信号
を算出し、加速度、速度、および変位に相当する３種の
信号情報を制御系の特性が一次遅れ要素と等価になるよ
うな比率で出力するものであって、振動台を含めた制御
系の周波数応答特性を求める伝達関数測定器と、この伝
達関数測定器により求めた試験体積載時の伝達関数と予
め求めた目標伝達関数とを比較演算し、上記入力信号演
算器の３種の信号の最適な比率を求めて当該入力信号演
算器の特性を最適値に調整するゲインコントローラとを
備えたものである。

なお付記すると、上記目的は、振動台制御系の伝達関数
を求める伝達関数測定器と、これにより求めた試験体積
載時の伝達関数と予め定めた目標伝達関数とから入力信
号演算器の伝達関数を求め、入力信号演算器の特性を最
適値となるように自動的に調整するゲインコントローラ
とを設けることにより、達成される。

［作用］ 上記の技術的手段によれば、まず初めに、積載荷重が、
その振動台の最大許容荷重のときのサーボ増幅器、速度
フィードバックおよび加速度フィードバックの各ゲイン
を最適値となるように設定する。その後は、振動台に積
載する試験体の重量が変っても、サーボ増幅器、速度フ
ィードバックおよび加速度フィードバックの各ゲインは
前記の値で固定されているため、応答性は低下する。し
かし、安定性がそこなわれることはない。

最大許容荷重積載時の伝達関数を目標伝達関数とすれば
、試験体重量が変ったときの伝達関数は、伝達関数測定
器により求められる。この求められた伝達関数は、入力
信号演算器の伝達関数とサーボ系の伝達関数との積とし
て表わされ、目標伝達関数との差は積載荷重が変化し°
たことによりサーボ系の伝達関数が変ったことによるも
のである。

したがって、サーボ系の伝達関数の変化を、入力信号演
算器の伝速関数を変えることりより補正すれば、常に安
定な状態で目標とする伝達関数を保つことが可能となる
。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第４図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る振動試験機に
おける電気油圧サーボ系制御装置の構成を示す系統図、
第２図は、その要部のブロック図、第３図は、第１図の
装置に用いられる入力信号演算器の制御回路図である。

各回において、同一符号のものは同一部分である。

第１，２図において、１は、油圧式振動試験機の振動台
で、この振動台１は、例えば、図示しないが静圧軸受を
使用した油圧浮上装置により駆動されるものである。２
は、振動台１に変位を与える油圧シリンダなどの加振機
、３は、入力電流ｉによって加振機２に供給される油圧
源４の圧油の方向と流量とを制御するためのサーボ弁で
あり、これらによって振動台制御系すなわち電気油圧サ
ーボ系を構成している。

５は信号発生器、６は、詳細を後述する入力信号演算器
、７は加算器、８はサーボ増幅器で、これらは入力回路
系を構成するものである。

９は変位検出器、１０は速度検出器、１１は加速度検出
器、１３は、速度フィードバックのゲイン調整部、１４
は、加速度フィードバックのゲイン調整部で、これらは
、振動台１の変位、速度および加速度を入力回路側にフ
ィードバックするフィードバック回路を構成するもので
ある。

１２は、目標伝達関数を格納する記憶装置、１５は、振
動台１を含めた制御系の周波数応答特性を求める伝達関
数測定器、１６は、詳細を後述するゲインコントローラ
である。

振動台１に対する加速度の指令は、信号発生器５により
電気信号Ｅｒとして与えられ、入力信号演算器６で、こ
の電気信号Ｅｒの一回積分値および二回積分値に相当す
る信号を算出し、加速度。

速度、および変位に相当する３種の信号情報を。

制御系の特性が一次遅れ要素と等価になるような比率で
、Ｅａ、Ｅｕ、Ｅｄとして出、力する。

一方、実際の振動台１の変位は、変位検出器９によって
電気信号として検出され、加算器７にフィードバックさ
れ変位に相当する情報Ｅｄと比較される。その差は、制
御偏差としてサーボ増幅器８に伝えられ、増幅されたの
ちサーボ弁３に送られる。サーボ弁３では、この入力電
流ｉによって加振機２に供給する油圧源４の圧油の方向
と流量とを制御するので、振動台１は制御偏差が小さく
なる方向に動かされる。さらに、変位フィードバックの
他に、特性改善用として振動台１の速度を速度検出器１
０で、加速度を加速度検出器１１で各々検出し、加算器
７にフィードバックしている。

伝達関数測定器１５は、振動台１に対する加速度指令の
電気信号Ｅｒと加速度検出器１１の出力信号ｙとを取り
込み、２つの信号間の伝達関数ｇ（ｓ）を求める。

この伝達関数ｇ　（ｓ）は、ゲインコントローラ１６に
送られ、予め求めて記憶装置１２に格納されている目標
伝達関数ｇ、（ｓ）と比較される。ここで目標伝達関数
ｇ、（ｓ）は、試験台１の最大許容荷重積載時の伝達関
数を目標としたものである。

この比較により、ｇ　（ｓ）〜ｇｏ（ｓ）となるように
入力信号演算器６の３種類の信号Ｅｄ、Ｅｖ、Ｅａの比
率を後述する（１）・〜（３）式で求め、ゲインコント
ローラ１６が、速度、加速度に相当する入力信号Ｅｖ、
Ｅａの最適値を自動的に設定する構成となっている。

第３図は、入力信号演算器６の動作原理を説明する回路
構成の図面である。２つの積分器２０゜２１を第３図に
示すように組込み、加速度指令の電気信号Ｅｒの一回積
分値および二回積分値に相当する信号を算出できるよう
に構成すれば、加速度に相当する入力信号Ｅａ’、速度
に相当する入力信号Ｅｖ’、および変位に相当する入力
信号Ｅｄを得ることができる。そして、前記加速度。

速度に相当する入力信号Ｅａ’、Ｅｖ’は、それぞれ乗
算器２３．２２により枦インコントローラ１６からの加
速度、速度に相当する比率指令値Ａｉ、Ｖｉに基づき最
適な比率になるように乗算され、Ｅａ、Ｅｖとして出力
される。。

次に、このような電気油圧サーボ系制御装置の動作を説
明する。

まず、振動台１の積載荷重が、当該振動台の最大許容荷
重で、サーボ増幅器８のゲインと速度フィードバック、
加速度フィードバックのゲイン調整部１３．１４との各
ゲイン、および入力信号演算器６の速度、加速度に相当
する入力信号の比率指定値Ｖｉ、Ａｉを最適値となるよ
うに設定する。

この後に、伝達関数測定器で求めた前記初期の伝達関数
は目標伝達関数ｇ。（Ｓ）として記憶装置１２に格納さ
れる。このとき、入力信号演算器６の伝達関数を　Ｇｉ
、（Ｓ、Ａ、Ｖ）とし、電気油圧サーボ系伝達関数を　
Ｇｓｏ（Ｓ）とすれば、目標伝達関数ｇ。（Ｓ）は、下
式で表わされる。

ｇｏ　（ｓ）＝ａｉａ　（Ｓｔ　Ａｔ　Ｖ）−Ｇｓｏ（
Ｓ）・・・（１） ココテ、Ａ＝Ａ、、Ｖ＝Ｖ、とする。

次に、振動台１上の試験体重量が変った場合の伝達関数
ｇ　（ｓ）は、下式で表わされる。

ｇ　（ｓ）　＝Ｇｉ、　（Ｓ、　Ａ、　Ｖ）　・Ｇｓ　
（Ｓ）　−（２）したがって、この伝達関数ｇ　（ｓ）
を目標伝達関数ｇ。（Ｓ）に近似するには、下式により
入力信号演算器６の速度、加速度に相当する入力信号の
比率指令値Ｖｉ、Ａｉを求めればよい。

すなわち、ゲイ’／　ｌＧｉ　（Ｓ、Ａ、　Ｖ）　　・
Ｇｓ　（Ｓ）　　１に最小二乗法によって近似すれば、
制御関数ｆ　（Ａ、Ｖ）は、 ｆ　（Ａ、Ｖ） ＝Σ（２０Ｑｏｇ　ｌ　Ｇｉ　（Ｓ、　Ａ、　Ｖ）　１
ｌＧｓ（Ｓ）ｌ−２０Ｑ　ｏｇｌｇｌｌｌ（ｓ）　ｌ　
）”・・・・・・・・・・・・（３） となり、最適なＡｉ、Ｖｉ値が求められる。

このように、本実施例の電気油圧サーボ系制御装置によ
れば、振動台１に積載する試験体重量が変化した場合で
も、閉ループ系°（電気油圧サーボ系）の外である入力
回路で調整するため、常に安定な状態で伝達関数を一定
に保つことができる。

換言すれば、試験体重量により変化する振動台制御系の
伝達関数を、パラメータを変えない状態で試みに加振し
てみる、いわゆる試加振により求め、入力信号演算器の
伝達関数で補正するので、試験体の重量を検出すること
無く、制御系が常に安定な状態で一定に保つことができ
、制御性能および操作性が向上するなど、その効果は大
なるものがある。

次に、本発明の他の実施例を第４図を参照して説明する
。

第４図は、本発明の他の実施例に係る電気油圧サーボ系
制御装置に用いるビジュアル装置の表示画面の一例を示
す図である。

第４図は（ａ）では、目標伝達関数ｇ、（ｓ）を破線、
試験体重量が変ったときの目標伝達関数ｇ（ｓ）を実線
で示し、加速度、速度に相当する比率指令値Ａｉ、Ｖｉ
を初期の設定のままの状態を示し、第４図（ｂ）では、
その比率指令値Ａｉ。

Ｖｉを変えて初期の特性（目標伝達関数）に近い特性と
なった伝達関数ｇ　（ｓ）を示している。

ゲインコントローラ１６に、視覚表示手段に係るビジュ
アル装置を設け、第４図に示すように、比率指令値Ａｉ
、Ｖｉを最適値にしたのちの伝達関数ｇ　（ｓ）と目標
伝達関数ｇｏ（ｓ）を表示すれば、比率指令値Ａｉ、Ｖ
ｉを変えたのちの特性が事前に視覚によって確認でき、
近似計算時のエラーや近似度合も把握することが可能と
なる。

［発明の効果］ 以上のべたように、本発明によれば、試験体重量により
変化する振動台制御系への伝達関数を、試験体の重量を
検出することなく、制御系を常に安定な状態に保ちうる
ように補正し、制御性能および操作性を向上する電気油
圧サーボ系制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る指導試験機における
電気油圧サーボ系制御装置の構成を示す系統図、第２図
は、その要部のブロック図、第３図は、第１図の装置に
用いられる入力信号演算器の制御回路図、第４図は、本
発明の他の実施例に係る電気油圧サーボ系制御装置に用
いめビジュアル装置の表示画面の一例を示す図である。 １・・・振動台、２・・・加振機、６・・・入力信号演
算器、９・・・変位検出器、１０・・・速度検出器、１
１・・・加速度検出器、１２・・・記憶装置、１５・・
・伝達関数測定器、１６・・・ゲインコントローラ、２
０．２１・・・積分器、２２．２３・・・乗算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号演算器を備えた入力回路系と、入力電流に
   よって振動台に変位を与える加振機を備えた電気油圧サ
   ーボ系と、前記振動台の変位、速度、および加速度を入
   力側にフィードバックするフィードバック回路系とから
   なる電気油圧サーボ系制御装置において、上記入力信号
   演算器は、振動台に対する加速度指令信号の一回積分値
   および二回積分値に相当する信号を算出し、加速度、速
   度、および変位に相当する３種の信号情報を制御系の特
   性が一次遅れ要素と等価になるような比率で出力するも
   のであって、振動台を含めた制御系の周波数応答特性を
   求める伝達関数測定器と、この伝達関数測定器により求
   めた試験体積載時の伝達関数と予め求めた目標伝達関数
   とを比較演算し、上記入力信号演算器の３種の信号の最
   適な比率を求めて当該入力信号演算器の特性を最適値に
   調整するゲインコントローラとを備えたことを特徴とす
   る電気油圧サーボ系制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ゲイン
   コントローラは、入力信号演算器の３種の信号の比率を
   最適値に調整したのちの振動台制御系の特性を予測して
   表示しうる視覚表示手段を備えたことを特徴とする電気
   油圧サーボ系制御装置。