(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】試験材料に試験力を付与し、試験材料を変形させて材料試験を行う圧縮試験機であって、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と、圧縮試験機の設計応答速度と、圧縮試験機の実応答速度とに基づいて、フィードバック制御におけるゲインを調整する調整部５５と、を備える。【選択図】図２
2020169837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、
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と、
前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整部と、
を備える、材料試験機。
【請求項２】
前記設計応答速度に対して前記実応答速度が閾値速度以上速い場合に、前記調整部は、前記ゲインを調整する、請求項１に記載の材料試験機。
【請求項３】
前記調整部は、前記設計応答速度に対して前記実応答速度が速い程、前記ゲインを低減する、請求項１又は２に記載の材料試験機。
【請求項４】
前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、
前記調整部は、前記設計応答速度に対応する第１遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第２遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する、請求項１から３のいずれか１項に記載の材料試験機。
【請求項５】
前記調整部は、前記第１遅れ時間と前記第２遅れ時間との差の積算値に基づいて、前記ゲインを調整する、請求項４に記載の材料試験機。
【請求項６】
試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機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と、
前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整ステップと、
を含む、材料試験機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料試験機、及び材料試験機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の機械的な特性や性質を調べるための材料試験を行う材料試験機として、圧縮試験機、硬さ試験機、疲労試験機等の各種の試験機が知られている。
材料試験機は、一般に、試験対象に負荷として試験力を与える負荷機構と、負荷機構を制御する制御装置と、試験片に与えられている試験力を測定する試験力測定器と、試験材料に生じた所定の物理量の変化を測定する物理量測定器とを備える。また、材料試験中には、制御装置が試験力の測定値と試験力の目標値との偏差に基づいて、負荷機構をフィードバック制御する。また、フィードバック制御においては、各種の要因により、試験力の測定値が振動する現象、いわゆる「ハンチング」が発生することがある。
【０００３】
ハンチングを検出する手法には、次のようなものが知られている。すなわち、ハンチング検出対象信号の時系列データにおける振幅に基づいて検出する手法（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３参照）、及び、ハンチング検出対象信号の時系列データをＦＦＴ解析して検出する手法（例えば、特許文献４、及び特許文献５参照）等である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２１４３０号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０３８３号公報
【特許文献３】特開平１０−１０５２０１号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４５６９２号公報
【特許文献５】特開平０４−２７４７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜特許文献５の各々に記載の圧縮試験機では、ハンチングを検出することは可能であるが、ハンチングの発生を抑制することができない場合がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる材料試験機、及び材料試験機の制御方法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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、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と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整部と、を備える材料試験機に関する。
【０００８】
本発明の第２の態様は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機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と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整ステップと、を含む、材料試験機の制御方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、調整部は、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。
例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、調整ステップにおいて、記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。
例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る圧縮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】比較例における制御コンプライアンス、第１遅れ時間、第２遅れ時間、及び偏差の変化の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態おける調整係数、第１遅れ時間、第２遅れ時間、及び偏差の変化の一例を示すグラフである。
【図６】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】
【００１２】
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。
【００１３】
［１．圧縮試験機の構成］
図１は、本実施形態に係る圧縮試験機１の構成の一例を示す図である。
本実施形態の圧縮試験機１は、試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて、試料の圧縮強度、降伏点、歪み、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、圧縮力である。
圧縮試験機１は、試験対象の材料である試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて圧縮試験を行う圧縮試験機本体２と、圧縮試験機本体２による圧縮試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。
なお、圧縮試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
【００１４】
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を移動させて試験材料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、試験材料ＴＰに与えられる圧縮力である試験力Ｆを測定し、試験力測定信号ＳＧ１を出力するセンサである。
【００１５】
一対のねじ棹８、９は、クロスヘッド１０に挿通され、クロスヘッド１０は、各ねじ棹８、９に対して連結されている。
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。
【００１６】
クロスヘッド１０には、試験材料ＴＰの上端部に圧縮力を付与するための上圧縮板２１が付設され、テーブル６には、試験材料ＴＰの下端部を支持するための下圧縮板２２が付設されている。試験機本体２は、圧縮試験の際、試験材料ＴＰの両端部をこれらの上圧縮板２１及び下圧縮板２２により挟持した状態で、制御ユニット４の制御に従って、クロスヘッド１０を下降させることにより、試験材料ＴＰに試験力Ｆを与える。試験力Ｆは圧縮力である。
【００１７】
試験材料ＴＰには、変位センサ１５が配置される。変位センサ１５は、試験材料ＴＰの１対の標点の間の距離を測定することによって、歪み計測値ＥＤを測定し、歪み測定信号ＳＧ３を出力するセンサである。歪み計測値ＥＤは、歪みとして、試験材料ＴＰの圧縮量を測定する。
【００１８】
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が出力する歪み測定信号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、圧縮試験の間、歪み測定信号ＳＧ３に基づいて試験材料ＴＰの歪みの測定値である歪み計測値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、圧縮試験の間、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。
【００１９】
試験プログラム実行装置３４は、圧縮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圧縮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。
【００２０】
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が出力する歪み測定信号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。
【００２１】
［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、同定部５４と、調整部５５とを備える。
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、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。
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及び歪み測定信号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。
【００２２】
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、圧縮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、歪み測定信号ＳＧ３に基づく歪み計測値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。
【００２３】
［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圧縮試験を実行する。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。
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。
【００２４】
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。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歪み計測値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歪み計測値ＥＤを歪み目標値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、歪み目標値ＥＴは、歪み計測値ＥＤの目標値を示す。
【００２５】
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。
【００２６】
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歪み計測値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、歪み計測値速度ＶＥを歪み速度目標値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。歪み計測値速度ＶＥは、変位センサ１５によって測定された歪み計測値ＥＤの単位時間当たりの変化量を示し、歪み速度目標値ＶＥＴは、歪み計測値速度ＶＥの目標値を示す。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
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。第１偏差Ｅ１は、「偏差」の一例に対応する。
乗算器５２２は、第１偏差Ｅ１に制御コンプライアンスＣＰを乗じて、第２偏差Ｅ２を算出する。
制御コンプライアンスＣＰは、次の式（１）によって算出される。
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、制御コンプライアンスＣＰ（ｔ）は各制御周期における制御コンプライアンス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。
【００２９】
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。
【００３０】
なお、本実施形態では、微分器５２５を使用しない。換言すれば、微分器５２５のゲインは零である。
【００３１】
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。
フィルタ処理部５３は、圧縮試験機１が圧縮試験を実行する際に、変位計測値ＸＤから圧縮試験機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圧縮試験機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。
【００３２】
［２−３．試験機の同定］
同定部５４は、圧縮試験機本体２の実応答速度に基づいて、圧縮試験機本体２の特性を同定する。具体的には、同定部５４は、試験力目標値ＦＴの変化と、試験力計測値ＦＤの変化とに基づいて、圧縮試験機本体２の特性を、例えば一次遅れ系として同定する。
【００３３】
設計時における圧縮試験機本体２の特性を示す伝達関数ＧＡ（Ｓ）を次の式（２）で規定する。
ＧＡ（Ｓ）＝１／（ＴＡ×Ｓ＋１）      （２）
ここで、第１遅れ時間ＴＡは、設計応答速度に対応する遅れ時間を示す。第１遅れ時間ＴＡは、例えば制御回路ユニット５０のメモリデバイス又はストレージ装置に記憶される。
【００３４】
材料試験を実行するときの圧縮試験機本体２の特性を示す伝達関数ＧＢ（Ｓ）を次の式（３）で規定する。
ＧＢ（Ｓ）＝１／（ＴＤ×Ｓ＋１）      （３）
ここで、第２遅れ時間ＴＤは、実応答速度に対応する遅れ時間を示す。同定部５４は、第２遅れ時間ＴＤを同定する。
【００３５】
具体的には、同定部５４は、例えばＡＲＭＡ（Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ａｖｅｒａｇｅ）モデルに逐次最小二乗法を適用することによって伝達関数Ｇ２（Ｓ）を同定する。その結果、同定部５４は、第２遅れ時間ＴＤを算出する。
【００３６】
なお、第１遅れ時間ＴＡは、「設計応答速度」を示すパラメータの一例に対応し、第２遅れ時間ＴＤは、「実応答速度」を示すパラメータの一例に対応する。例えば、第１遅れ時間ＴＡが短い程、設計応答速度は速く、第２遅れ時間ＴＤが短い程、実応答速度が速い。
【００３７】
本実施形態では、第１遅れ時間ＴＡによって設計応答速度を規定し、第２遅れ時間ＴＤによって実応答速度を規定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、特定周波数における応答速度によって、設計応答速度及び実応答速度の各々を規定してもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって第２遅れ時間ＴＤを算出したが、本発明はこれに限定されない。その他の方法によって、第２遅れ時間ＴＤを算出してもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、圧縮試験機本体２の応答特性を一次遅れ系で近似したが、本発明はこれに限定されない。圧縮試験機本体２の応答特性を伝達関数モデルで近似してもよいし、状態空間モデルで近似してもよい。また、圧縮試験機本体２の周波数毎の応答を示すボード線図によって、圧縮試験機本体２の応答特性を規定してもよい。
【００４０】
［２−４．調整係数の算出］
調整部５５は、ゲインを調整する調整係数ＧＤを算出する。具体的には、調整係数ＧＤは、積分器５２４のゲインＧＩを調整する。
【００４１】
調整部５５は、第２遅れ時間ＴＤが次の式（４）を満たすか否かを判定する。
（ＴＡ／ＴＤ）−１≧ＳＨ      （４）
ここで、閾値ＳＨは、例えば０．１である。
【００４２】
第２遅れ時間ＴＤが式（４）を満たす場合に、調整部５５は、次の式（５）によって調整係数ＧＤを算出する。
ＧＤ＝１−∫（ＴＡ−ＴＤ）ｄｔ      （５）
ただし、式（５）の右辺の第２項は、第２遅れ時間ＴＤが式（４）を満たした時間からから現時点までの第１遅れ時間ＴＡと第２遅れ時間ＴＤとの差の時間積分を示す。
【００４３】
第２遅れ時間ＴＤが式（４）を満たす場合に、調整部５５は、積分器５２４のゲインＧＩを調整する。具体的には、調整部５５は、ゲインＧＩを、ゲインＧＩに調整係数ＧＤを乗じた値に置換する。
【００４４】
本実施形態では、調整部５５が、積分器５２４のゲインＧＩを調整するが、本発明はこれに限定されない。調整部５５が、比例器５２３及び積分器５２４の各々のゲインを調整してもよい。
【００４５】
［３．実験結果］
［３−１．比較例における実験結果］
図４及び図５を参照して、ゴムの圧縮試験の試験結果について説明する。
図４は、比較例における制御コンプライアンスＣＰ、第１遅れ時間ＴＡ、第２遅れ時間ＴＤ、及び偏差ΔＦＤの変化の一例を示すグラフである。
比較例では、積分器５２４のゲインＧＩを調整しない点で、本実施形態と相違している。換言すれば、比較例では、調整部５５を備えない点で本実施形態の制御回路ユニット５０と相違している。
【００４６】
図４の上段の図、中段の図、及び下段の図の横軸は、時間Ｔを示す。上段の図の縦軸は、制御コンプライアンスＣＰを示す。中段の図の縦軸は、第１遅れ時間ＴＡ、及び第２遅れ時間ＴＤを示す。下段の図の縦軸は、偏差ΔＦＤを示す。偏差ΔＦＤは、試験力目標値ＦＴと試験力計測値ＦＤとの差を示す。
【００４７】
図４のグラフＧ１１は、制御コンプライアンスＣＰの変化を示す。グラフＧ１１に示すように、制御コンプライアンスＣＰは、時間Ｔの経過と共に減少した。
【００４８】
図４のグラフＧ１２は、第１遅れ時間ＴＡの変化を示す。グラフＧ１２に示すように、第１遅れ時間ＴＡは一定値であった。
図４のグラフＧ１３は、第２遅れ時間ＴＤの変化を示す。グラフＧ１３に示すように、第２遅れ時間ＴＤは、時間の経過と共に減少した。すなわち、圧縮試験機本体２は、時間Ｔの経過と共に応答速度が増大した。
【００４９】
図４のグラフＧ１４は、偏差ΔＦＤの変化を示す。グラフＧ１４に示すように、偏差ΔＦＤは、時間の経過と共に減少し、時間ＴＳ以降においてハンチングＨＴが発生した。ハンチングＨＴの振幅は、時間Ｔの経過と共に増大した。
このように、比較例における実験結果では、時間Ｔの経過と共に圧縮試験機本体２の応答速度が増大し、圧縮試験機本体２の制御が不安定になったため、時間ＴＳ以降においてハンチングＨＴが発生した。
なお、本実施形態において、「ハンチング」とは、試験力計測値ＦＤ等の測定値が振動する現象を示す。
【００５０】
［３−２．本実施形態における実験結果］
図５は、本実施形態おける調整係数ＧＤ、第１遅れ時間ＴＡ、第２遅れ時間ＴＤ、及び偏差ΔＦＤの変化の一例を示すグラフである。
図５の上段の図、中段の図、及び下段の図の横軸は、時間Ｔを示す。上段の図の縦軸は、調整係数ＧＤを示す。中段の図の縦軸は、第１遅れ時間ＴＡ、及び第２遅れ時間ＴＤを示す。下段の図の縦軸は、偏差ΔＦＤを示す。偏差ΔＦＤは、試験力目標値ＦＴと試験力計測値ＦＤとの差を示す。
【００５１】
図５のグラフＧ２１は、調整係数ＧＤの変化を示す。調整係数ＧＤは、時間Ｔ２までは一定であり、時間Ｔ２から時間Ｔの経過と共に減少した。
時間Ｔ２は、グラフＧ２２及びグラフＧ２３を参照して後述するように、第１遅れ時間ＴＡが第２遅れ時間ＴＤの１．１倍に到達した時間であった。
【００５２】
図５のグラフＧ２２は、第１遅れ時間ＴＡの変化を示す。グラフＧ２２に示すように、第１遅れ時間ＴＡは一定値であった。
図５のグラフＧ２３は、調整部５５が積分器５２４のゲインＧＩを調整しない場合の第２遅れ時間ＴＤの変化を示す。グラフＧ２３に示すように、積分器５２４のゲインＧＩを調整しない場合には、第２遅れ時間ＴＤは、時間Ｔ１以降において、時間Ｔの経過と共に減少した。
また、時間Ｔ２において、第１遅れ時間ＴＡが第２遅れ時間ＴＤの１．１倍に到達した。すなわち、図５に示す時間差ΔＴＤ１は、第１遅れ時間ＴＡの０．１倍を示す。時間差ΔＴＤ１は、時間Ｔ２における第１遅れ時間ＴＡと第２遅れ時間ＴＤとの差を示す。
【００５３】
図５のグラフＧ２４は、調整部５５が積分器５２４のゲインＧＩを調整する場合の第２遅れ時間ＴＤの変化を示す。調整部５５が調整係数ＧＤを乗じることによって積分器５２４のゲインＧＩを調整する。グラフＧ２１に示すように、調整係数ＧＤは、時間Ｔ２から時間Ｔの経過と共に減少した。
その結果、第２遅れ時間ＴＤは、グラフＧ２４に示すように、時間Ｔ１から時間Ｔ３までは、時間Ｔの経過と共に減少したが、時間Ｔ３以降は、時間の結果と共に増加し、第１遅れ時間ＴＡに近づいた。
【００５４】
図５のグラフＧ２５は、調整部５５が積分器５２４のゲインＧＩを調整しない場合の偏差ΔＦＤの変化を示す。グラフＧ２５に示すように、偏差ΔＦＤは、時間Ｔ１以降において、時間の経過と共に減少した。
図５のグラフＧ２６は、調整部５５が積分器５２４のゲインＧＩを調整する場合の偏差ΔＦＤの変化を示す。グラフＧ２６に示すように、偏差ΔＦＤは、時間Ｔ１から時間Ｔ２まで減少し、時間Ｔ２以降は時間の経過と共に増加した。
【００５５】
以上、図５を参照して説明したように、調整部５５が積分器５２４のゲインＧＩを調整した結果、第２遅れ時間ＴＤが過度に小さくなることが抑制され、ハンチングの発生を抑制できた。
【００５６】
［４．制御装置の処理］
次に、図６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。
まず、ステップＳ１０１において、制御回路ユニット５０は、第１遅れ時間ＴＡを取得する。具体的には、制御回路ユニット５０は、メモリデバイス又はストレージ装置から第１遅れ時間ＴＡを読み出す。
次に、ステップＳ１０３において、同定部５４は、試験力目標値ＦＴの変化を取得する。
次に、ステップＳ１０５において、同定部５４は、試験力計測値ＦＤの変化を取得する。
次に、ステップＳ１０７において、同定部５４は、試験力目標値ＦＴの変化と、試験力計測値ＦＤの変化とに基づいて、圧縮試験機本体２の特性を示す伝達関数ＧＢ（Ｓ）を同定し、第２遅れ時間ＴＤを算出する。
【００５７】
次に、ステップＳ１０９において、調整部５５は、第２遅れ時間ＴＤが第１遅れ時間ＴＡに対して、所定値以上小さいか否かを判定する。所定値は、例えば第１遅れ時間ＴＡの１０％である。
第２遅れ時間ＴＤが第１遅れ時間ＴＡに対して所定値以上小さくはないと調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）には、処理がステップＳ１１５に進む。第２遅れ時間ＴＤが第１遅れ時間ＴＡに対して所定値以上小さいと調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１１１に進む。
【００５８】
そして、ステップＳ１１１において、調整部５５が、調整係数ＧＤを算出する。具体的には、図２を参照して説明した式（５）によって調整係数ＧＤを算出する。
次に、ステップＳ１１３において、調整部５５が、積分器５２４のゲインＧＩをゲインＧＩに調整係数ＧＤを乗じた値に置換することによって、積分器５２４のゲインＧＩを調整する。
次に、ステップＳ１１５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Ｓ１１５；ＮＯ）には、処理がステップＳ１０３に戻る。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Ｓ１１５；ＹＥＳ）には、処理が終了する。
【００５９】
ステップＳ１１３は、「調整ステップ」の一例に対応する。
【００６０】
［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。
【００６１】
（第１項）
一態様に関わる材料試験機は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、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と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整部と、を備える、材料試験機である。
【００６２】
第１項に記載の材料試験機によれば、調整部は、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する。例えば、実応答速度が設計応答速度に対して速過ぎる場合には、フィードバック制御におけるゲインを小さくするように調整する。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
【００６３】
（第２項）
第１項に記載の材料試験機において、前記設計応答速度に対して前記実応答速度が閾値速度以上速い場合に、前記調整部は、前記ゲインを調整する。
【００６４】
第２項に記載の材料試験機によれば、ゲインを適正に調整できる。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
【００６５】
（第３項）
第１項又は第２項に記載の材料試験機において、前記調整部は、前記設計応答速度に対して前記実応答速度が速い程、前記ゲインを低減する。
【００６６】
第３項に記載の材料試験機によれば、ゲインを更に適正に調整できる。したがって、材料試験機のハンチングの発生を抑制できる。
【００６７】
（第４項）
第１項から第３項のいずれか１項に記載の材料試験機において、前記設計応答速度及び前記実応答速度の各々を、一次遅れ系の遅れ時間で規定し、前記調整部は、前記設計応答速度に対応する第１遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第２遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整する。
【００６８】
第４項に記載の材料試験機によれば、前記設計応答速度に対応する第１遅れ時間と、前記実応答速度に対応する第２遅れ時間とに基づいて、前記ゲインを調整するため、簡素な構成で、ゲインを適正に調整できる。
【００６９】
（第５項）
第４項に記載の材料試験機において、前記調整部は、前記第１遅れ時間と前記第２遅れ時間との差の積算値に基づいて、前記ゲインを調整する。
【００７０】
第５項に記載の材料試験機によれば、前記第１遅れ時間と前記第２遅れ時間との差の積算値に基づいて、前記ゲインを調整するため、ゲインを更に適正に調整できる。
【００７１】
（第６項）
一態様に関わる材料試験機の制御方法は、試験材料に試験力を付与し、前記試験材料を変形させて材料試験を行う材料試験機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と、前記材料試験機の設計応答速度と、前記材料試験機の実応答速度とに基づいて、前記フィードバック制御におけるゲインを調整する調整ステップと、を含む、材料試験機の制御方法である。
【００７２】
第６項に記載の材料試験機の制御方法によれば、第１項に記載の材料試験機と同様の効果を奏する。
【００７３】
［６．その他の実施形態］
本実施形態では、材料試験機が圧縮試験機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。材料試験機が試験材料ＴＰに試験力を付与し、試験材料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、引張試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、本実施形態に係る圧縮試験機１は、あくまでも本発明に係る材料試験機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】
【００７６】
１  圧縮試験機（材料試験機）
２  圧縮試験機本体
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  上圧縮板
２２  下圧縮板
３０  統括制御装置
３２  表示装置
３４  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
５１  通信部
５２  フィードバック制御部
５３  フィルタ処理部
５４  同定部
５５  調整部
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  制御コンプライアンス
ｄＸ  指令値
Ｅ１  第１偏差（偏差）
Ｅ２  第２偏差
ＦＤ  試験力計測値
ＦＴ  試験力目標値
ＧＤ  調整係数
ＧＩ  ゲイン
ＳＧ１  試験力測定信号
ＳＧ２  回転測定信号
ＳＧ３  歪み測定信号
ＳＨ  閾値
ＴＡ  第１遅れ時間
ＴＢ  第２遅れ時間
Ｕ  操作量
Ｕ１  第１操作量
Ｕ２  第２操作量
Ｕ３  第３操作量
ＴＰ  試験材料
ＸＤ  変位計測値
ＸＴ  変位目標値
ΔＦ  試験力変化量
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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