(57)【要約】      （修正有）【課題】材料試験機の制御精度を向上する。【解決手段】試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、試験対象を変形させて材料試験を行う引張試験機を制御する制御装置として機能する制御回路ユニット５０である。制御回路ユニット５０は、試験力計測値と試験力目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部５２を備え、フィードバック制御部５２は、引張試験機の不感帯において、試験力目標値及び制御剛性の少なくとも一方を制限する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置であって、
制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部を備え、
前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御装置。
【請求項２】
前記目標値及び前記指示信号の少なくとも一方を制限する規制期間の長さを決定する第１決定部を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記不感帯は、前記材料試験を開始するときに発生する不感帯を含み、
前記第１決定部は、前記制御対象の測定値が予め設定された第１変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記規制期間において前記指示信号を調整する調整係数を、前記試験対象の材料特性に基づいて決定する第２決定部を備える、請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記不感帯は、前記目標値の変化の方向が逆になるときに発生する不感帯を含み、
前記第１決定部は、前記制御対象の測定値が予め設定された第２変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定する、請求項２から４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記目標値の変化の方向が逆になる前の期間における前記偏差の実績値に基づいて、前記目標値の変化の方向が逆になった後の期間における前記偏差の想定値を算出し、前記想定値に基づいて、前記規制期間における前記目標値を決定する第３決定部を備える、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記第３決定部は、前記偏差が、前記想定値の所定倍以下になるように、前記目標値を決定する、請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、
請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置を備える、材料試験機。
【請求項９】
試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置の制御方法であって、
制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップを含み、
前記フィードバック制御ステップでは、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御装置の制御方法。
【請求項１０】
試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を、コンピュータを用いて制御する制御装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータを、
制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部として機能させ、
前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、材料試験機、制御装置の制御方法、及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試験対象に負荷を付与し、試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１は、クロスヘッドを移動させて試験対象に負荷を付与する負荷機構を、負荷を制御対象の測定値としてフィードバック制御する引張試験機を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の引張試験機では、試験機本体、治具、試験対象等のクリアランスによって、負荷機構が変化した場合であっても、制御対象の測定値が変化しない領域があった。このような領域においては、目標値から制御応答値を引いた制御偏差が過大になり、このような領域が経過した後において、制御対象の測定値がオーバーシュートする可能性がある。
例えば、引張試験機では、各種クリアランスが存在するため、引張試験の開始時において、制御対象の測定値が変化しない領域があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、材料試験機の制御精度を向上できる制御装置、材料試験機、制御装置の制御方法、及び制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部を備え、前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御装置に関する。
【０００７】
本発明の第２の態様は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、前記制御装置を備える材料試験機に関する。
【０００８】
本発明の第３の態様は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置の制御方法であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップを含み、前記フィードバック制御ステップでは、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御装置の制御方法に関する。
【０００９】
本発明の第４の態様は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を、コンピュータを用いて制御する制御装置の制御プログラムであって、前記コンピュータを、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部として機能させ、前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する、制御プログラムに関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、フィードバック制御部は、材料試験機の不感帯において、目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
例えば、不感帯において目標値と制御対象の測定値との差が過大にならないように目標値を規制する。よって、材料試験機の不感帯においても、適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る制御装置を備える。
よって、材料試験機の不感帯においても、適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【００１２】
本発明の第３の態様によれば、フィードバック制御ステップでは、材料試験機の不感帯において、目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
例えば、不感帯において目標値と制御対象の測定値との差が過大にならないように目標値を規制する。よって、材料試験機の不感帯においても、適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【００１３】
本発明の第４の態様によれば、フィードバック制御部は、材料試験機の不感帯において、目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
例えば、不感帯において目標値と制御対象の測定値との差が過大にならないように目標値を規制する。よって、材料試験機の不感帯においても、適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る引張試験機の構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る制御回路ユニットの構成の一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るフィードバック制御部の構成の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係るボールねじの構成の一例を示す図である。
【図５】比較例における試験力目標値、試験力計測値及びストロークの変化の一例を示すグラフである。
【図６】本実施形態おける試験力目標値、試験力計測値及びストロークの変化の一例を示すグラフである。
【図７】比較例及び本実施形態における制御剛性の変化の一例を示すグラフである。
【図８】比較例及び本実施形態における試験力偏差の変化の一例を示すグラフである。
【図９】比較例における試験力目標値及び試験力計測値の変化の一例を示すグラフである。
【図１０】比較例におけるストローク及びストローク速度指示値の変化の一例を示すグラフである。
【図１１】本実施形態における試験力目標値、試験力計測値及びストロークの変化の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態におけるストローク及びストローク速度指示値の変化の一例を示すグラフである。
【図１３】本実施形態における試験力目標値、試験力計測値及びストロークの変化の他の一例を示すグラフである。
【図１４】本実施形態におけるストローク及びストローク速度の変化の他の一例を示すグラフである。
【図１５】本実施形態の制御回路ユニットの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本実施形態の制御回路ユニットの処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
［１．引張試験機の構成］
図１は、本実施形態に係る引張試験機１の構成の一例を示す図である。
本実施形態の引張試験機１は、試験対象ＴＰに試験力Ｆを与えて、試料の引張強度、降伏点、伸び、絞りなどの機械的性質を測定する材料試験を行う。試験力Ｆは、引張力である。試験力Ｆは、「負荷」の一例に対応する。
引張試験機１は、試験対象の材料である試験対象ＴＰに試験力Ｆを与えて引張試験を行う引張試験機本体２と、当該引張試験機本体２による引張試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。
なお、引張試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
【００１７】
試験機本体２は、テーブル６と、このテーブル６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹８、９と、これらのねじ棹８、９に沿って移動可能なクロスヘッド１０と、このクロスヘッド１０を移動させて試験対象ＴＰに負荷を与える負荷機構１２と、ロードセル１４と、を備える。ロードセル１４は、試験対象ＴＰに与えられる引張荷重である試験力Ｆを測定し、試験力測定信号ＳＧ１を出力するセンサである。
【００１８】
一対のねじ棹８、９は、ボールねじ１１を備え、クロスヘッド１０は、各ねじ棹８、９に対してボールねじ１１を介して連結されている。ボールねじ１１については、図４を参照して詳細に説明する。
負荷機構１２は、各ねじ棹８、９の下端部に連結されるウォーム減速機１６、１７と、各ウォーム減速機１６、１７に連結されるサーボモータ１８と、ロータリエンコーダ２０と、を備える。ロータリエンコーダ２０は、サーボモータ１８の回転量を測定し、回転量に応じたパルス数の回転測定信号ＳＧ２を制御ユニット４に出力するセンサである。
そして負荷機構１２は、ウォーム減速機１６、１７を介して、一対のねじ棹８、９にサーボモータ１８の回転を伝達し、各ねじ棹８、９が同期して回転することにより、クロスヘッド１０がねじ棹８、９に沿って昇降する。
【００１９】
クロスヘッド１０には、試験対象ＴＰの上端部を把持するための上つかみ具２１が付設され、テーブル６には、試験対象ＴＰの下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。試験機本体２は、引張試験の際、試験対象ＴＰの両端部をこれらの上つかみ具２１及び下つかみ具２２により把持した状態で、制御ユニット４の制御に従って、クロスヘッド１０を上昇させることにより、試験対象ＴＰに試験力Ｆを与える。
【００２０】
試験対象ＴＰには、変位センサ１５が配置される。試験対象ＴＰは、例えば、中央がくびれて形成されたダンベル型試験対象が用いられる。変位センサ１５は、試験対象ＴＰの１対の標点の間の距離を測定することによって、伸び計測値ＥＤを測定し、伸び測定信号ＳＧ３を出力するセンサである。１対の標点は、試験対象ＴＰがくびれた領域の上部と下部とに配置される。
【００２１】
制御ユニット４は、統括制御装置３０と、表示装置３２と、試験プログラム実行装置３４と、を備える。
統括制御装置３０は、当該試験機本体２を中枢的に制御する装置であり、試験機本体２との間で信号を送受信可能に接続される。試験機本体２から受信する信号は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３、及び制御や試験に要する適宜の信号などである。
表示装置３２は、統括制御装置３０から入力される信号に基づいて各種情報を表示する装置であり、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、伸び測定信号ＳＧ３に基づいて試験対象ＴＰの伸びの測定値である伸び計測値ＥＤを表示装置３２に表示する。また、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、回転測定信号ＳＧ２に基づくクロスヘッド１０の変位を示す変位計測値ＸＤを表示装置３２に表示する。
【００２２】
引張試験プログラム実行装置３４は、引張試験の試験条件といった各種設定パラメータの設定操作や実行指示操作などのユーザ操作を受け付け、統括制御装置３０に出力する機能や、試験力計測値ＦＤのデータを解析する機能などを備えた装置である。
本実施形態の引張試験プログラム実行装置３４はコンピュータを備え、このコンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ)やＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)などのメモリデバイスと、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）などのストレージ装置と、統括制御装置３０や各種の周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備える。そして、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータプログラムである引張試験プログラムを実行することで、上述の各種の機能を実現する。
【００２３】
次いで、本実施形態の統括制御装置３０について、更に詳述する。
統括制御装置３０は、図１に示すように、信号入出力ユニット４０と、制御回路ユニット５０と、を備える。
信号入出力ユニット４０は、試験機本体２との間で信号を送受する入出力インターフェース回路を構成するものであり、本実施形態では、第１センサアンプ４２と、第２センサアンプ４５と、カウンタ回路４３と、サーボアンプ４４とを有する。
第１センサアンプ４２は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。
第２センサアンプ４５は、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。
カウンタ回路４３は、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２のパルス数を計数し、サーボモータ１８の回転量、すなわちサーボモータ１８の回転によって昇降するクロスヘッド１０の変位計測値ＸＤを示す変位測定信号Ａ３を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。
サーボアンプ４４は、制御回路ユニット５０の制御に従って、サーボモータ１８を制御する装置である。
【００２４】
［２．制御回路ユニットの構成］
図２は、制御回路ユニット５０の機能的構成を示すブロック図である。
制御回路ユニット５０は、通信部５１と、フィードバック制御部５２と、フィルタ処理部５３と、第１決定部５４と、第２決定部５５と、第３決定部５６とを備える。制御回路ユニット５０は、「制御装置」の一例に対応する。
制御回路ユニット５０は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、信号入出力ユニット４０とのインターフェース回路と、引張試験プログラム実行装置３４と通信する通信装置と、表示装置３２を制御する表示制御回路と、各種の電子回路と、を備えたコンピュータを備える。また、制御回路ユニット５０のプロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶された制御プログラムを実行することで、図２に示す各機能部を実現する。
制御回路ユニット５０のプロセッサは、「コンピュータ」の一例に対応する。
また、信号入出力ユニット４０のインターフェース回路にはＡ／Ｄ変換器が設けられており、アナログ信号の試験力測定信号ＳＧ１及び伸び測定信号ＳＧ３がＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。
なお、制御回路ユニット５０は、コンピュータに限らず、ＩＣチップやＬＳＩなどの集積回路といった１又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。
【００２５】
通信部５１は、試験プログラム実行装置３４との間で通信し、試験条件の設定や各種設定パラメータの設定値、引張試験の実行指示や中断指示などを試験プログラム実行装置３４から受信する。また、通信部５１は、伸び測定信号ＳＧ３に基づく伸び計測値ＥＤ、及び試験力測定信号ＳＧ１に基づく試験力計測値ＦＤを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置３４に送信する。また、通信部５１は、回転測定信号ＳＧ２に基づく変位計測値ＸＤを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置３４に送信する。
【００２６】
［２−１．フィードバック制御部の構成］
フィードバック制御部５２は、試験機本体２のサーボモータ１８をフィードバック制御して引張試験を実行する。フィードバック制御部５２は、サーボモータ１８のフィードバック制御を実行する回路である。
フィードバック制御部５２が位置制御を実行する場合には、フィードバック制御部５２は、例えば、ロードセル１４が出力する試験力計測値ＦＤについて位置制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部５２は、試験力計測値ＦＤを試験力目標値ＦＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。なお、試験力目標値ＦＴは、試験力計測値ＦＤの目標値を示す。指令値ｄＸは、「指示信号」の一例に対応する。
なお、本実施形態において、「位置制御」とは、センサ等によって測定された検出値を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
【００２７】
本実施形態では、試験力計測値ＦＤについて位置制御を実行する場合について説明するが、変位計測値ＸＤについて位置制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部５２は、変位計測値ＸＤを変位目標値ＸＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。なお、変位目標値ＸＴは、変位計測値ＸＤの目標値を示す。
また、変位センサ１５によって測定された伸び計測値ＥＤについて位置制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部５２は、変位センサ１５によって測定された伸び計測値ＥＤを伸び目標値ＥＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。なお、伸び目標値ＥＴは、伸び計測値ＥＤの目標値を示す。
【００２８】
また、本実施形態では、位置制御を実行する場合について説明するが、フィードバック制御部５２が速度制御を実行してもよい。フィードバック制御部５２は、例えば、ロードセル１４が出力する試験力計測値ＦＤについて速度制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部５２は、試験力計測値速度ＶＦを試験力速度目標値ＶＦＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。試験力計測値速度ＶＦは、試験力計測値ＦＤの単位時間当たりの変化量を示し、試験力速度目標値ＶＦＴは、試験力計測値速度ＶＦの目標値を示す。
なお、本実施形態において、「速度制御」とは、センサ等によって測定された検出値の単位時間当たりの変化量を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
【００２９】
また、ロータリエンコーダ２０によって測定された変位計測値ＸＤについて速度制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部５２は、変位計測値速度Ｖを変位速度目標値ＶＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。変位計測値速度Ｖは、変位計測値ＸＤの単位時間当たりの変化量を示し、変位速度目標値ＶＴは、変位計測値速度Ｖの目標値を示す。
また、変位センサ１５によって測定された伸び計測値ＥＤについて速度制御を実行してもよい。この場合には、フィードバック制御部５２は、伸び計測値速度ＶＥを伸び速度目標値ＶＥＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４（図１）をサーボアンプ４４に出力する。伸び計測値速度ＶＥは、変位センサ１５によって測定された伸び計測値ＥＤの単位時間当たりの変化量を示し、伸び速度目標値ＶＥＴは、伸び計測値速度ＶＥの目標値を示す。
【００３０】
図３は、フィードバック制御部５２の構成の一例を示す図である。
本実施形態では、フィードバック制御にはＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御が用いられており、フィードバック制御部５２は、比例器５２３、積分器５２４、及び微分器５２５を備える。
また、フィードバック制御部５２は、減算器５２１、乗算器５２２、加算器５２６を備える。
【００３１】
減算器５２１は、試験力目標値ＦＴから試験力計測値ＦＤを減じて、第１偏差Ｅ１を算出する。
乗算器５２２は、第１偏差Ｅ１に制御剛性ＣＰを乗じて、第２偏差Ｅ２を算出する。
制御剛性ＣＰは、次の式（１）によって算出される。制御剛性ＣＰは、「調整係数」の一例に対応する。
ＣＰ（ｔ）＝ΔＸ（ｔ）／ΔＦ（ｔ）      （１）
式（１）において、時間ｔは制御周期の実行タイミングを示す。また、制御剛性ＣＰ（ｔ）は各制御周期における制御剛性ＣＰを示す。また、移動量ΔＸ（ｔ）は各制御周期におけるクロスヘッド１０の移動量ΔＸを示す。また、試験力変化量ΔＦ（ｔ）は各制御周期における試験力変化量ΔＦを示し、例えば今回の制御周期における試験力計測値ＦＤと前回の制御周期における試験力計測値ＦＤと差である。
【００３２】
第２偏差Ｅ２は、比例器５２３、積分器５２４、及び微分器５２５の各々に入力される。
比例器５２３は、第１操作量Ｕ１を出力し、積分器５２４は、第２操作量Ｕ２を出力し、微分器５２５は、第３操作量Ｕ３を出力する。
加算器５２６は、第１操作量Ｕ１と、第２操作量Ｕ２と、第３操作量Ｕ３とを加算して、操作量Ｕを算出する。
操作量Ｕは、試験機本体２に入力される。操作量Ｕは、例えば、サーボモータ１８の回転量を示す。
【００３３】
図２に示すフィルタ処理部５３は、引張試験機１が引張試験を実行する際に、変位計測値ＸＤから引張試験機１の固有振動数ＦＡに対応する成分を低減する。
具体的には、変位計測値ＸＤの検出信号をハイパスフィルタとローパスフィルタとを通過させることによって、変位計測値ＸＤの検出信号に含まれる引張試験機１の固有振動数ＦＡに対応する成分を低減する。ハイパスフィルタは、固有振動数ＦＡより周波数ΔＦＡだけ高い周波数、すなわち周波数（ＦＡ＋ΔＦＡ）以上の周波数を通過させる。ローパスフィルタは、固有振動数ＦＡより周波数ΔＦＢだけ低い周波数、すなわち周波数（ＦＡ−ΔＦＢ）以下の周波数を通過させる。固有振動数ＦＡは、例えば１７．５５ｋＨｚであり、周波数ΔＦＡ及び周波数ΔＦＢの各々は、例えば、１ｋＨｚである。
【００３４】
［２−３．不感帯の発生する要因］
図４は、ボールねじ１１の構成の一例を示す図である。図４の右側の図は、ボールねじ１１の全体構成図であり、図４の左側の図は、ボール１１３周辺の拡大図である。
図４の右側の図に示すように、ボールねじ１１は、ナット１１１と、ボール１１３と、リターンチューブ１１４とを備える。
また、ねじ棹８、９の各々には、ねじ山９１とねじ溝９２とが形成されている。
【００３５】
ナット１１１には、ねじ棹８、９に形成されているねじ溝９２と同じピッチで溝１１２が形成されている。
ボール１１３は、ねじ棹８、９に形成されているねじ溝９２と、ナット１１１の溝１１２との間に配置される。また、例えば、ねじ棹８、９が軸中心を中心に右回りＤＲに回転すると、ボール１１３は、回転しながら右上方向ＭＤに向けて移動する。そして、ボール１１３は、リターンチューブ１１４に入る。
リターンチューブ１１４は、上端に到達したボール１１３を、下端に移動させて、ボール１１３を循環させる。
このようにして、ボールねじ１１は、ねじ棹８、９を回転自在に支持する玉軸受けとして機能する。
【００３６】
図４の左側の図に示すように、ボール１１３は、ねじ棹８、９に形成されているねじ溝９２と、ナット１１１の溝１１２とによって挟持される。また、ボール１１３とねじ溝９２との間には、軸方向すきまＳＰ１があり、ボール１１３と溝１１２との間には、軸方向すきまＳＰ２がある。
このように、ボールねじ１１には、軸方向すきまＳＰ１及び軸方向すきまＳＰ２があるため、ねじ棹８、９が回転を開始したときには、ナット１１１が移動を開始するまでに時間遅れが発生する。すなわち、ねじ棹８、９が回転を開始してからナット１１１が移動を開始するまでの期間が「不感帯」に対応する。
【００３７】
「不感帯」とは、ねじ棹８、９が回転しているにもかかわらず、例えば、ナット１１１、すなわちクロスヘッド１０が移動せず、試験対象ＴＰに付与される試験力Ｆが変化しない状態を示す。
【００３８】
「不感帯」が発生する要因としては、軸方向すきまＳＰ１及び軸方向すきまＳＰ２に加えて、ナット１１１の軸方向の弾性変形、ねじ棹８、９の伸縮、及びねじれによるねじ棹８、９の軸方向の変形が挙げられる。
また、例えば、試験対象ＴＰを把持する治具、及びサンプルの特性によっても「不感帯」が発生する。具体的には、ＣＴ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｔｅｎｓｉｏｎ）試験片では、試験片に形成された穴にピンを挿通して引張試験、又は圧縮試験を行う。この場合には、穴とピンとの間にクリアランスがあるため、試験開始時に「不感帯」が発生する。
【００３９】
また、「不感帯」は、目標値の変化の方向が逆になるときにも発生する。例えば、試験力目標値ＦＴが増加する方向から試験力目標値ＦＴが減少する方向に変化する場合には、「不感帯」が発生する。
このようにして、「不感帯」は、試験開始時と、目標値の変化の方向が逆になるときと、において発生する。
【００４０】
［２−３．規制期間の算出］
図２に戻って、制御回路ユニット５０の機能的構成について説明する。
第１決定部５４は、目標値及び負荷機構１２に与える指示信号の少なくとも一方を制限する規制期間ＰＤの長さを決定する。具体的には、第１決定部５４は、試験力目標値ＦＴ及び制御剛性ＣＰの少なくとも一方を制限する規制期間ＰＤの長さを決定する。
【００４１】
更に具体的には、第１決定部５４は、例えば、試験機本体２のバックラッシュ量だけ、ストロークＳＴが移動する期間に基づき、規制期間ＰＤの長さを決定する。ストロークＳＴは、クロスヘッド１０の変位計測値ＸＤに対応する。
試験機本体２のバックラッシュ量は、実測値又は計算値によって求められる。試験機本体２のバックラッシュ量は、例えば２０μｍである。
【００４２】
また、第１決定部５４は、例えば、試験力計測値ＦＤが、所定の試験力変化量ΔＦＣだけ変化するまでの期間に基づいて、規制期間ＰＤの長さを決定する。試験力変化量ΔＦＣは、「第１変化量」及び「第２変化量」の一例に対応する。
試験力変化量ΔＦＣは、試験力計測値ＦＤが試験力速度目標値ＶＦＴと一致する速度で変化する場合に、試験力計測値ＦＤが所定時間において変化する変化量を示す。所定時間は、例えば０．５秒である。
【００４３】
［２−４．制御剛性の規制］
第２決定部５５は、規制期間ＰＤにおいて負荷機構１２に与える指示信号を調整する調整係数を、試験対象の材料特性に基づいて決定する。具体的には、第２決定部５５は、制御剛性ＣＰＡを、試験対象の材料特性に基づいて決定する。
フィードバック制御部５２は、第１決定部５４によって決定された規制期間ＰＤにおいて、制御剛性ＣＰを第２決定部５５によって決定された制御剛性ＣＰＡに規制する。
【００４４】
更に具体的には、第２決定部５５は、試験対象ＴＰの材料特性が判明している場合、又は、試験対象ＴＰの材料が金属である場合には、次の式（２）によって、制御剛性ＣＰＡを算出する。
試験対象ＴＰの材料特性が判明している場合とは、例えば、試験対象ＴＰのヤング率ＥＹが制御回路ユニット５０のメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されていることを示す。具体的には、試験対象ＴＰの識別情報と、試験対象ＴＰのヤング率ＥＹを示す情報とが、制御回路ユニット５０のメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されていることを示す。
ＣＰＡ＝ＳＡ×ＥＹ／ＤＣ      （２）
ここで、断面積ＳＡは、試験対象ＴＰの断面積を示す。ヤング率ＥＹは、試験対象ＴＰのヤング率を示す。チャク間距離ＤＣは、上つかみ具２１によって把持された試験対象ＴＰの上端部と、下つかみ具２２によって把持された試験対象ＴＰの下端部との間の距離を示す。
【００４５】
上記（２）式は、次の式（３）〜式（５）から導出される。
σ＝ＥＹ×ε      （３）
ここで、応力σは、試験対象ＴＰに作用する応力を示す。歪みεは、応力σを試験対象ＴＰに作用されたときの試験対象ＴＰの歪みを示す。
σ＝ΔＦ／ＳＡ      （４）
ここで、試験力変化量ΔＦは、試験力計測値ＦＤの変化量を示す。
ε＝ΔＸ／ＤＣ      （５）
ここで、移動量ΔＸは、クロスヘッド１０の移動量を示す。
式（４）及び式（５）を式（３）に代入し、制御剛性ＣＰＡを（ΔＸ／ΔＦ）として算出することによって、式（２）が求められる。
【００４６】
また、第２決定部５５は、試験対象ＴＰの材料特性が判明しておらず、且つ、試験対象ＴＰの材料が金属ではない場合には、次の式（６）によって、制御剛性ＣＰＡを算出する。
ＣＰＡ＝１／ＣＰα      （６）
ただし、本体剛性ＣＰαは、引張試験機本体２の剛性を示す。
【００４７】
なお、フィードバック制御部５２が、変位計測値ＸＤについてフィードバック制御を実行する場合には、制御剛性ＣＰＡは、次の式（７）によって算出される。
ＣＰＡ＝ＤＣ／ＤＧ      （７）
ここで、標点間距離ＤＧは、変位センサ１５が伸び計測値ＥＤを測定するために、試験対象ＴＰに設定された２つの標点間の距離を示す。
【００４８】
［２−５．目標値の規制］
第３決定部５６は、規制期間ＰＤにおける目標値を決定する。具体的には、第３決定部５６は、規制期間ＰＤにおける試験力目標値ＦＴを決定する。
フィードバック制御部５２は、第１決定部５４によって決定された規制期間ＰＤにおいて、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６によって決定された試験力目標値ＦＴＡに規制する。
【００４９】
更に具体的には、第３決定部５６は、第１偏差Ｅ１が想定偏差ＥＧと最大加速倍率ＭＡとの積以下になるように、試験力目標値ＦＴＡを決定する。
以下の説明では、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる場合について説明する。具体的には、試験力目標値ＦＴが、試験力速度目標値ＶＦＴが一定で増加して、その後、試験力目標値ＦＴが、試験力速度目標値ＶＦＴが一定で減少する場合について説明する。
【００５０】
想定偏差ＥＧは、次の式（８）で算出される。
ＥＧ＝Ｅ１０／ＦＶ１／ΔＦ２×ＦＶ２×ΔＦ２      （８）
ここで、偏差Ｅ１０は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる直前の第１偏差Ｅ１を示す。目標速度ＦＶ１は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる前の試験力速度目標値ＶＦＴを示す。変化量ΔＦ１は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる前の単位時間当たりの試験力計測値ＦＤの変化量を示す。目標速度ＦＶ２は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になった後の試験力速度目標値ＶＦＴを示す。変化量ΔＦ２は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になった後の単位時間当たりの試験力計測値ＦＤの変化量の推定値を示す。
【００５１】
すなわち、第３決定部５６は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる前の試験結果と、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になる前の試験条件と、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になった後の試験条件とに基づいて、想定偏差ＥＧを算出する。
【００５２】
最大加速倍率ＭＡは、予め設定される倍率である。例えば、最大加速倍率ＭＡは「１」又は「６」に設定される。最大加速倍率ＭＡは、「所定倍」の一例に対応する。
【００５３】
［３．試験開始時の実験結果］
［３−１．比較例における実験結果］
図５〜図８を参照して、試験力目標値ＦＴを一定速度で増加させて、試験開始時に発生する不感帯の影響を確認する実験結果について説明する。
図５は、比較例における試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴの変化の一例を示すグラフである。
比較例では、フィードバック制御部５２が、規制期間ＰＤにおいても、制御剛性ＣＰ及び目標値（試験力目標値ＦＴ）を規制していないで、本実施形態に係る制御回路ユニット５０と相違している。換言すれば、比較例に係る制御回路ユニット５０は、第１決定部５４、第２決定部５５、及び第３決定部５６を備えていない点において、本実施形態に係る制御回路ユニット５０と相違している。
【００５４】
図５の横軸は、時間Ｔを示し、縦軸は、試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴを示す。
図５のグラフＧ１１は、試験力目標値ＦＴの変化を示す。グラフＧ１１に示すように、試験力目標値ＦＴは、試験開始時である時間Ｔが零の位置から直線状に増加した。すなわち、試験力速度目標値ＶＦＴは一定であった。
【００５５】
図５のグラフＧ１２は、試験力計測値ＦＤの変化を示す。グラフＧ１２に示すように、試験機本体２の不感帯によって、時間Ｔが零から時間Ｔが時間ＴＡまでの期間ＰＡにおいて、試験力計測値ＦＤは、零のまま変化しなかった。
そして、時間ＴＡ以降においては、試験力計測値ＦＤは、傾きが周期的に変化した。
【００５６】
図５のグラフＧ１３は、ストロークＳＴの変化を示す。グラフＧ１３に示すように、ストロークＳＴは、傾きが大きい状態と、傾きが零の状態とを繰り返した。すなわち、ストロークＳＴは、階段状に増加した。
グラフＧ１２及びグラフＧ１３に示すように、比較例では、引張試験機１の制御は不安定であり、良好な制御ができなかった。
【００５７】
［３−２．本実施形態における実験結果］
図６は、本実施形態おける試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴの変化の一例を示すグラフである。
図６の横軸は、時間Ｔを示し、縦軸は、試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴを示す。
図６のグラフＧ２１は、試験力目標値ＦＴの変化を示す。グラフＧ２１に示すように、試験力目標値ＦＴは、試験開始時である時間Ｔが零の位置から直線状に増加した。すなわち、試験力速度目標値ＶＦＴは一定であった。
【００５８】
図６のグラフＧ２２は、試験力計測値ＦＤの変化を示す。グラフＧ２２に示すように、時間Ｔが零から時間Ｔが時間ＴＢまでの期間ＰＢにおいて、試験力計測値ＦＤは、零のまま変化しなかった。期間ＰＢは、図５に示す期間ＰＡよりも長かった。
時間Ｔが時間ＴＢ以降においては、試験力計測値ＦＤはなめらかに増加し、時間Ｔの経過と共に、試験力目標値ＦＴとの偏差が減少した。
【００５９】
図６のグラフＧ２３は、ストロークＳＴの変化を示す。グラフＧ２３に示すように、ストロークＳＴはなめらかに増加した。
グラフＧ２２及びグラフＧ２３に示すように、本実施形態では、引張試験機１の制御は安定しており、良好な制御が実行できた。
【００６０】
［３−３．比較例と本実施形態との対比］
図７は、比較例及び本実施形態における制御剛性ＣＰの変化の一例を示すグラフである。
図７の横軸は、時間Ｔを示し、縦軸は、制御剛性ＣＰを示す。
図７のグラフＧ３１は、比較例における制御剛性ＣＰの変化を示す。グラフＧ３１に示すように、時間Ｔが零から時間Ｔが時間Ｔ１１までの期間において、制御剛性ＣＰが大きく変動した。
【００６１】
第１決定部５４は、例えば、試験力計測値ＦＤが試験力変化量ΔＦだけ変化するまでの期間に基づいて、規制期間ＰＤの長さを決定した。第２決定部５５は、式（６）によって、制御剛性ＣＰＡを算出した。
【００６２】
図７のグラフＧ３２は、本実施形態における制御剛性ＣＰの変化を示す。グラフＧ３２に示すように、時間Ｔが零から時間Ｔが時間Ｔ１２までの期間Ｐ１において、制御剛性ＣＰは一定値であった。期間Ｐ１は、規制期間ＰＤに対応した。時間Ｔ１２以降においては、制御剛性ＣＰの変動は小さかった。
【００６３】
図８は、比較例及び本実施形態における試験力偏差ΔＦＥの変化の一例を示すグラフである。
図８の横軸は、時間Ｔを示し、縦軸は、試験力偏差ΔＦＥを示す。試験力偏差ΔＦＥは、第１偏差Ｅ１に対応する。すなわち、試験力偏差ΔＦＥは、試験力目標値ＦＴと試験力計測値ＦＤとの差を示す。
【００６４】
図８のグラフＧ４１は、比較例における試験力偏差ΔＦＥの変化を示す。
グラフＧ４１に示すように、試験力偏差ΔＦＥは、大きな振幅で振動した。このように、比較例では、引張試験機１の制御は不安定であり、良好な制御ができなかった。
【００６５】
グラフＧ４２は、本実施形態において試験力目標値ＦＴを規制しない場合の試験力偏差ΔＦＥの変化を示す。
グラフＧ４２に示すように、試験力偏差ΔＦＥは、時間Ｔ１までは、大きな変化を示したが、時間Ｔ１以降は、変化が小さくなり、且つその絶対値もグラフＧ４１に示す比較例における試験力偏差ΔＦＥの振幅と比較して小さくなった。時間Ｔが零から時間Ｔ１までの期間Ｐ１は、規制期間ＰＤに対応した。
【００６６】
グラフＧ４２は、本実施形態において試験力目標値ＦＴを規制する場合の試験力偏差ΔＦＥの変化を示す。
本実施形態では、第３決定部５６が、第１偏差Ｅ１が想定偏差ＥＧと最大加速倍率ＭＡとの積以下になるように、試験力目標値ＦＴＡを決定する。そして、フィードバック制御部５２は、規制期間ＰＤにおいて、第３決定部５６によって決定された試験力目標値ＦＴＡに試験力目標値ＦＴを規制する。
【００６７】
その結果、グラフＧ４２に示すように、時間Ｔが零から時間Ｔ１までの期間Ｐ１においては、試験力偏差ΔＦＥは一定値となった。時間Ｔ１以降では、試験力偏差ΔＦＥは、小さく変化し、且つその絶対値もグラフＧ４１に示す比較例における試験力偏差ΔＦＥの振幅と比較して小さかった。
【００６８】
本実施形態では、規制期間ＰＤにおいて制御剛性ＣＰを第２決定部５５が決定した制御剛性ＣＰＡに規制し、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに規制する。その結果、図６、図７及び図８を参照して説明したように、引張試験機１の制御は安定しており、良好な制御が実行できた。
【００６９】
［４．方向切換時の実験結果］
［４−１．比較例における実験結果］
図９〜図１２を参照して、試験力目標値ＦＴの変化の方向を増加方向から減少方向に変化させて、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になるときに発生する不感帯の影響を確認する実験結果について説明する。
図９は、比較例における試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴの変化の一例を示すグラフである。
比較例では、フィードバック制御部５２が、規制期間ＰＤにおいても、制御剛性ＣＰ及び目標値（試験力目標値ＦＴ）を規制していないで、本実施形態に係る制御回路ユニット５０と相違している。換言すれば、比較例に係る制御回路ユニット５０は、第１決定部５４、第２決定部５５、及び第３決定部５６を備えていない点において、本実施形態に係る制御回路ユニット５０と相違している。
【００７０】
図９の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、試験力計測値ＦＤを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。図９のグラフＧ６１は、試験力計測値ＦＤの変化を示す。グラフＧ６２は、ストロークＳＴの変化を示す。
グラフＧ６１及びグラフＧ６２に示すように、時間Ｔ２Ａから時間Ｔ３Ａまでの期間において、制御が不安定になった。時間Ｔ２Ａでは、試験力目標値ＦＴの方向が逆になった。すなわち、時間Ｔ２Ａの前の期間では、試験力目標値ＦＴが増加したのに対して、時間Ｔ２Ａの後の期間では、試験力目標値ＦＴが減少した。
【００７１】
図１０は、比較例におけるストロークＳＴ及びストローク速度指示値ＳＴＶの変化の一例を示すグラフである。ストローク速度指示値ＳＴＶは、サーボモータ１８に対して指示するストローク速度の指示値を示す。
図１０の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、ストローク速度指示値ＳＴＶを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。図１０のグラフＧ７１は、ストローク速度指示値ＳＴＶの変化を示す。グラフＧ７２は、ストロークＳＴの変化を示す。
グラフＧ７１に示すように、時間Ｔ２Ａから時間Ｔ３Ａまでの期間において、ストローク速度指示値ＳＴＶが不安定に変化した。すなわち、比較例では、引張試験機１の制御は不安定であり、良好な制御ができなかった。
【００７２】
［４−２．本実施形態における実験結果］
図１１は、本実施形態における試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴの変化の一例を示すグラフである。なお、図１１及び図１２では、最大加速倍率ＭＡは「１」であった。
図１１の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、試験力目標値ＦＴ及び試験力計測値ＦＤを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。
【００７３】
図１１のグラフＧ８１は、試験力目標値ＦＴの変化を示し、グラフＧ８２は、試験力計測値ＦＤの変化を示す。
グラフＧ８１に示すように、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの期間Ｐ２において、試験力目標値ＦＴは殆ど変化なかった。期間Ｐ２は、規制期間ＰＤに対応する。すなわち、期間Ｐ２においては、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに規制したため、試験力目標値ＦＴは殆ど変化なかった。
【００７４】
グラフＧ８２に示すように、規制期間ＰＤにおいても、試験力計測値ＦＤは、試験力目標値ＦＴとの偏差が殆ど生じなかった。すなわち、試験力計測値ＦＤは、試験力目標値ＦＴに概ね一致した。
換言すれば、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに試験力目標値ＦＴを規制したため、試験力計測値ＦＤは、試験力目標値ＦＴに概ね一致した。
【００７５】
図１１のグラフＧ８３は、ストロークＳＴの変化を示す。ストロークＳＴは、規制期間ＰＤの前後においてもなめらかに変化した。
【００７６】
図１２は、本実施形態におけるストロークＳＴ及びストローク速度指示値ＳＴＶの変化の一例を示すグラフである。
図１２の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、ストローク速度指示値ＳＴＶを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。図１２のグラフＧ９１は、ストローク速度指示値ＳＴＶの変化を示す。グラフＧ９２は、ストロークＳＴの変化を示す。
グラフＧ９１に示すように、時間Ｔ２において、ストローク速度指示値ＳＴＶが負から正に変化し、時間Ｔ２から時間Ｔ３までの期間Ｐ２においてストローク速度指示値ＳＴＶは殆ど変化なかった。
【００７７】
図１１及び図１２を参照して説明したように、試験力目標値ＦＴの変化の方向が増加方向から減少方向に変化する場合に、本実施形態では、期間Ｐ２においては、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに規制したため、引張試験機１の制御は安定しており、良好な制御が実行できた。
【００７８】
図１３は、本実施形態における試験力目標値ＦＴ、試験力計測値ＦＤ及びストロークＳＴの変化の一例を示すグラフである。なお、図１３及び図１４では、最大加速倍率ＭＡは「６」であった。
図１３の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、試験力目標値ＦＴ及び試験力計測値ＦＤを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。
【００７９】
図１３のグラフＧ８１Ａは、試験力目標値ＦＴの変化を示し、グラフＧ８２Ａは、試験力計測値ＦＤの変化を示す。
グラフＧ８１Ａに示すように、時間Ｔ４から時間Ｔ５までの期間Ｐ３において、試験力目標値ＦＴの変化は小さかった。期間Ｐ３は、規制期間ＰＤに対応する。すなわち、期間Ｐ３においては、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに規制したため、試験力目標値ＦＴの変化は小さかった。
【００８０】
グラフＧ８２Ａに示すように、規制期間ＰＤにおいても、試験力計測値ＦＤは、試験力目標値ＦＴとの偏差は小さかった。
換言すれば、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに試験力目標値ＦＴを規制したため、試験力計測値ＦＤは、試験力目標値ＦＴとの差は小さかった。
なお、図１１では最大加速倍率ＭＡは「１」であり、図１３では最大加速倍率ＭＡは「６」であった。そのため、図１１に示すグラフＧ８１及びグラフＧ８２と比較して、図１３では、試験力計測値ＦＤと試験力目標値ＦＴとの差は大きくなった。また、図１１に示す期間Ｐ２と比較して、期間Ｐ３は短かった。すなわち、最大加速倍率ＭＡを「１」から「６」に変更することによって、規制期間ＰＤが短くなった。
【００８１】
図１３のグラフＧ８３Ａは、ストロークＳＴの変化を示す。ストロークＳＴは、規制期間ＰＤの前後においてもなめらかに変化した。ただし、時間Ｔ５において、傾きが大きく変化した。
【００８２】
図１４は、本実施形態におけるストロークＳＴ及びストローク速度指示値ＳＴＶの変化の一例を示すグラフである。
図１４の横軸は、時間Ｔを示し、左側の縦軸は、ストローク速度指示値ＳＴＶを示し、右側の縦軸は、ストロークＳＴを示す。図１４のグラフＧ９１Ａは、ストローク速度指示値ＳＴＶの変化を示す。グラフＧ９２Ａは、ストロークＳＴの変化を示す。
グラフＧ９１Ａに示すように、時間Ｔ４において、ストローク速度指示値ＳＴＶが負から正に変化し、時間Ｔ４から時間Ｔ５までの期間Ｐ３においてストローク速度指示値ＳＴＶが急激に増加して一定値となり、その後、減少した。
【００８３】
図１３及び図１４を参照して説明したように、試験力目標値ＦＴの変化の方向が増加方向から減少方向に変化する場合に、本実施形態では、期間Ｐ３においては、試験力目標値ＦＴを、第３決定部５６が決定した試験力目標値ＦＴＡに規制したため、引張試験機１の制御は比較的安定しており、比較的良好な制御が実行できた。なお、図１１及び図１２を参照して説明した最大加速倍率ＭＡが「１」の場合と比較して、規制期間ＰＤが短くなり、応答性が改善された。
【００８４】
［４．制御装置の処理］
次に、図１５及び図１６を参照して、制御回路ユニット５０の処理について説明する。
図１５及び図１６の各々は、本実施形態の制御回路ユニット５０の処理の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１において、制御回路ユニット５０は、材料試験が開始されたか否かを判定する。
材料試験が開始されていないと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）には、処理が待機状態になる。材料試験が開始されたと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０３に進む。
そして、ステップＳ１０３において、第１決定部５４が規制期間ＰＤの長さを決定する。
【００８５】
次に、ステップＳ１０５において、第２決定部５５は、試験対象ＴＰの材料特性が判明しているか否かを判定する。材料特性は、例えば、ヤング率ＥＹを示す。
試験対象ＴＰの材料特性が判明していると第２決定部５５が判定した場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０９に進む。試験対象ＴＰの材料特性が判明していないと第２決定部５５が判定した場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）には、処理がステップＳ１０７に進む。
そして、ステップＳ１０７において、第２決定部５５は、試験対象ＴＰの材料が金属であるか否かを判定する。
【００８６】
試験対象ＴＰの材料が金属であると第２決定部５５が判定した場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０９に進む。
そして、ステップＳ１０９において、第２決定部５５は、試験対象ＴＰの材料特性に基づいて、制御剛性ＣＰＡを算出する。その後、処理がステップＳ１１３に進む。
試験対象ＴＰの材料が金属ではないと第２決定部５５が判定した場合（ステップＳ１０７；ＮＯ）には、処理がステップＳ１１１に進む。
そして、ステップＳ１１１において、第２決定部５５は、制御剛性ＣＰＡを所定値に決定する。例えば、第２決定部５５は、制御剛性ＣＰＡを本体剛性ＣＰαに基づいて決定する。その後、処理がステップＳ１１３に進む。
そして、ステップＳ１１３において、フィードバック制御部５２は、制御剛性ＣＰを制御剛性ＣＰＡに規制する。
【００８７】
次に、図１６に示すように、ステップＳ１１５において、第３決定部５６が、想定偏差ＥＧを算出する。
次に、ステップＳ１１７において、第３決定部５６が、最大加速倍率ＭＡを設定する。
次に、ステップＳ１１９において、第３決定部５６が、想定偏差ＥＧと最大加速倍率ＭＡとを用いて試験力目標値ＦＴＡを決定し、フィードバック制御部５２は、試験力目標値ＦＴを試験力目標値ＦＴＡに規制する。
次に、ステップＳ１２１において、制御回路ユニット５０は、規制期間ＰＤが終了したか否かを判定する。
【００８８】
規制期間ＰＤが終了していないと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２１；ＮＯ）には、処理がステップＳ１１９に戻る。規制期間ＰＤが終了したと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１２３に進む。
そして、ステップＳ１２３において、制御回路ユニット５０は、材料試験が終了したか否かを判定する。
材料試験が終了したと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２３；ＹＥＳ）には、処理が終了する。材料試験が終了していないと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２３；ＮＯ）には、処理がステップＳ１２５に進む。
そして、ステップＳ１２５において、制御回路ユニット５０は、試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になったか否かを判定する。
試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になったと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２５；ＹＥＳ）には、処理が図１５に示すステップＳ１０３に戻る。試験力目標値ＦＴの変化の方向が逆になっていないと制御回路ユニット５０が判定した場合（ステップＳ１２５；ＮＯ）には、処理がステップＳ１２３に戻る。
【００８９】
ステップＳ１１３及びステップＳ１１９は、「フィードバック制御ステップ」の一例に対応する。
【００９０】
［５．態様と効果］
上述した実施形態及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【００９１】
（第１項）
一態様に関わる制御装置は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部を備え、前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
【００９２】
第１項に記載の制御装置によれば、フィードバック制御部は、材料試験機の不感帯において、目標値及び負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。例えば、不感帯において目標値と制御対象の測定値との差が過大にならないように目標値を規制する。よって、材料試験機の不感帯においても、適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【００９３】
（第２項）
第１項に記載の制御装置において、前記目標値及び前記指示信号の少なくとも一方を制限する規制期間の長さを決定する第１決定部を備える。
【００９４】
第２項に記載の制御装置によれば、前記目標値及び前記指示信号の少なくとも一方を制限する規制期間の長さが決定される。よって、材料試験機の不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【００９５】
（第３項）
第２項に記載の制御装置において、前記不感帯は、前記材料試験を開始するときに発生する不感帯を含み、前記第１決定部は、前記制御対象の測定値が予め設定された第１変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定する。
【００９６】
第３項に記載の制御装置によれば、前記制御対象の測定値が予め設定された第１変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定するため、前記規制期間の長さを適正に設定できる。よって、材料試験を開始するときに発生する不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【００９７】
（第４項）
第３項に記載の制御装置において、前記規制期間において前記指示信号を調整する調整係数を、前記試験対象の材料特性に基づいて決定する第２決定部を備える。
【００９８】
第４項に記載の制御装置によれば、第２決定部が、前記規制期間において前記指示信号を調整する調整係数を、前記試験対象の材料特性に基づいて決定するため、調整係数を適正に決定できる。よって、材料試験機の不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【００９９】
（第５項）
第２項から第４項のいずれか１項に記載の制御装置において、前記不感帯は、前記目標値の変化の方向が逆になるときに発生する不感帯を含み、前記第１決定部は、前記制御対象の測定値が予め設定された第２変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定する。
【０１００】
第５項に記載の制御装置によれば、第１決定部は、前記制御対象の測定値が予め設定された第２変化量だけ変化するまでの期間に基づいて、前記規制期間の長さを決定するため、規制期間の長さを適正に決定できる。よって、目標値の変化の方向が逆になるときに発生する不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【０１０１】
（第６項）
第５項に記載の制御装置において、前記目標値の変化の方向が逆になる前の期間における前記偏差の実績値に基づいて、前記目標値の変化の方向が逆になった後の期間における前記偏差の想定値を算出し、前記想定値に基づいて、前記規制期間における前記目標値を決定する第３決定部を備える。
【０１０２】
第６項に記載の制御装置によれば、規制期間における目標値を適正に決定できる。よって、目標値の変化の方向が逆になるときに発生する不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【０１０３】
（第７項）
第６項に記載の制御装置において、前記第３決定部は、前記偏差が、前記想定値の所定倍以下になるように、前記目標値を決定する。
【０１０４】
第７項に記載の制御装置によれば、所定倍を適正に設定することによって、目標値の変化の方向が逆になるときに発生する不感帯においても、更に適正な制御を実行できる。したがって、材料試験機の制御精度を更に向上できる。
【０１０５】
（第８項）
一態様に関わる材料試験機は、第１項から第７項のいずれか１項に記載の制御装置を備える。
【０１０６】
第８項に記載の材料試験機によれば、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、第１項に記載の制御装置と同様の効果を奏する。
【０１０７】
（第９項）
一態様に関わる制御装置の制御方法は、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を制御する制御装置の制御方法であって、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御ステップを含み、前記フィードバック制御ステップでは、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
【０１０８】
第９項に記載の制御装置の制御方法によれば、第１項に記載の制御装置と同様の効果を奏する。
【０１０９】
（第１０項）
一態様に関わる制御プログラムは、試験対象に負荷を付与する負荷機構を備え、前記試験対象を変形させて材料試験を行う材料試験機を、コンピュータを用いて、制御する制御装置の制御プログラムであって、前記コンピュータを、制御対象の測定値と目標値との差を示す偏差が零になるようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部として機能させ、前記フィードバック制御部は、前記材料試験機の不感帯において、前記目標値及び前記負荷機構に与える指示信号の少なくとも一方を制限する。
【０１１０】
第１０項に記載の制御プログラムによれば、第１項に記載の制御装置と同様の効果を奏する。
【０１１１】
［６．その他の実施形態］
本実施形態では、材料試験機が引張試験機１である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。材料試験機が試験対象ＴＰに負荷を付与する負荷機構を備え、試験対象ＴＰを変形させて材料試験を行えばよい。例えば、材料試験機が、圧縮試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
【０１１２】
また、本実施形態では、制御回路ユニット５０が制御装置として機能する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。制御装置は、コンピュータを備えればよい。例えば、パーソナルコンピュータが、制御装置として機能してもよいし、タブレット端末が制御装置として機能してもよい。
【０１１３】
また、本実施形態では、フィードバック制御部５２は、引張試験機１の不感帯において、試験力目標値ＦＴ及び制御剛性ＣＰを制限するが、フィードバック制御部５２は、試験力目標値ＦＴ及び制御剛性ＣＰの少なくとも一方を制限すればよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、目標値が試験力目標値ＦＴである場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。目標値が、変位目標値ＸＴでもよいし、伸び目標値ＥＴでもよい。
【０１１５】
また、本実施形態では、フィードバック制御部５２が、制御剛性ＣＰを用いて負荷機構１２に与える指示信号を制限する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。フィードバック制御部５２が、負荷機構１２に与える指示信号を制限すればよい。例えば、比例器５２３、積分器５２４、及び微分器５２５の各々の負荷機構１２に与える指示信号を制限してもよい。
【０１１６】
また、本実施形態では、試験力目標値ＦＴの変化の方向を増加方向から減少方向に変化させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。変化の方向を減少方向から増加方向に変化させてもよい。また、変位目標値ＸＴの変化の方向を変化させてもよいし、伸び目標値ＥＴの変化の方向を変化させてもよい。
【０１１７】
なお、本実施形態に係る制御回路ユニット５０は、あくまでも本発明に係る制御装置の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  引張試験機（材料試験機）
２  引張試験機本体
４  制御ユニット
１０  クロスヘッド
１２  負荷機構
１４  ロードセル
１５  変位センサ
１８  サーボモータ
２０  ロータリエンコーダ
２１  上つかみ具
２２  下つかみ具
３０  統括制御装置
３２  表示装置
３４  引張試験プログラム実行装置
４０  信号入出力ユニット
４２  第１センサアンプ
４３  カウンタ回路
４４  サーボアンプ
４５  第２センサアンプ
５０  制御回路ユニット（制御装置）
５１  通信部
５２  フィードバック制御部
５３  フィルタ処理部
５４  第１決定部
５５  第２決定部
５６  第３決定部
５２１  減算器
５２２  乗算器
５２３  比例器
５２４  積分器
５２５  微分器
５２６  加算器
ＣＰ、ＣＰＡ  制御剛性（調整係数）
ｄＸ  指令値（指示信号）
Ｅ１  偏差
Ｅ２  偏差
Ｆ  試験力（負荷）
ＦＤ  試験力計測値
ＦＴ、ＦＴＡ  試験力目標値
ＭＡ  最大加速倍率（所定倍）
ＳＧ１  試験力測定信号
ＳＧ２  回転測定信号
ＳＧ３  伸び測定信号
Ｕ  操作量
Ｕ１  第１操作量
Ｕ２  第２操作量
Ｕ３  第３操作量
ＴＰ  試験対象
ＸＤ  変位計測値
ＸＴ  変位目標値
ΔＦ  試験力変化量
ΔＦＣ  試験力変化量（第１変化量、第２変化量）
ΔＸ  移動量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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