(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】試験片に試験力を付与し、試験片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、引張試験機の特性を、伸び速度制御量と伸び速度目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、同定モデルを更新するモデル生成部５４と、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルによる引張試験機の特性を同定する際に用いる伸び速度制御量に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整部５５と、を備える。【選択図】図２
2020159893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に試験力を付与し、前記試験片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、
前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成部と、
前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整部と、
を備える、制御装置。
【請求項２】
前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間は、前記材料試験機が試験を開始してから第１期間を含む、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間は、前記材料試験機が試験中に制御量を第１制御量から前記第１制御量と相違する第２制御量に変更する場合において、前記制御量を前記第１制御量から前記第２制御量に変更してから第２期間を含む、請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記材料試験機が試験中に制御量を前記第１制御量から前記第２制御量に変更し、更に前記第１制御量に戻す場合において、前記出力調整部は、前記第２制御量の前に実行された前記第１制御量に係る前記同定モデルの前記パラメータの値を、前記第２制御量の後に実行された前記第１制御量に係る前記同定モデルの前記パラメータの初期値として用いる、請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間の経過から第３期間において、前記出力調整部は、次の式（Ａ）を用いて、前記仮想出力値の適用比率を期間経過に応じて減少することによって、前記仮想出力値を前記同定モデルの出力値に切り換える、請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。
Ｙｎ＝Ｙｖｎ×Ｋ＋Ｙｍｎ×（１−Ｋ）      （Ａ）
ただし、変数Ｙｍｎは、前記同定モデルの出力値を示し、変数Ｙｖｎは、前記仮想出力値を示し、変数Ｋ（０≦Ｋ≦１）は、前記適用比率を示す。
【請求項６】
前記同定モデルは、一次遅れ系であって、次の式（Ｂ）で規定され、
前記パラメータは、前記式（Ａ）に含まれるパラメータＡ１及びパラメータＢ１を含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置。
Ｇ（Ｚ）＝Ｂ１×Ｚ−１／（１＋Ａ１×Ｚ−１）      （Ｂ）
ただし、Ｚは、Ｚ変換における変数を示す。
【請求項７】
前記モデル生成部は、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前記同定モデルを生成する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
試験片に試験力を付与し、前記試験片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】
試験片に試験力を付与し、前記試験片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、
前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成ステップと、
前記モデル生成ステップでの同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整ステップと、
を含む、制御装置の制御方法。
【請求項１０】
試験片に試験力を付与し、前記試験片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、
前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成部、及び、
前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整部、
として機能させる、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】
試験片に試験力を付与し、試験片を変形させて材料試験を行う材料試験機の特性を同定し、同定結果を用いて材料試験機を制御する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のサーボ式材料試験機は、制御量の検出値が規定値となるときの負荷機構に対する操作信号の大きさを記憶し、オープンループ状態でその記憶されている信号を負荷機構に対して供給するオフセット信号供給手段を備える。また、その状態で矩形波状の設定信号の負荷機構への追加供給を開始し、制御量の検出値がリミット値に達した時点で供給を停止する設定信号供給手段を設ける。更に、設定信号が供給されている間の制御量の検出値を応答データ記憶手段に記憶し、その記憶内容を用いて系を同定して最適ゲインを決定する演算手段を設ける。
【０００３】
特許文献１に記載のサーボ式材料試験によれば、機試験片に作用する最大負荷を規制しつつ応答データの採取を可能とし、試験片にダメージを与える危険性を無くし、簡単な演算によって系の同定〜最適ゲインの決定が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４０７６３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に記載のサーボ式材料試験機では、試験片の変形に伴ってサーボ式材料試験機の特性が変化する。
例えば、サーボ式材料試験機において、引張試験を行う場合には、材料試験の進行に伴って１対のつかみ具の間隔が増加し、試験片が伸びるため、引張試験機の特性が変化する。その結果、特許文献１に記載のサーボ式材料試験機では、サーボ式材料試験機の制御精度を向上する余地があった。
また、材料試験を実行中に材料試験機の同定を行う場合には、材料試験の初期においては、材料試験機の同定をするためのデータの個数が少ないため、材料試験機の同定精度が低下する可能性があった。その結果、材料試験機の制御精度が低下する可能性があった。
【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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、試験片に試験力を付与し、前記試験片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、前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値と、を用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成部と、前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整部と、を備える、制御装置に関する。
【０００８】
本発明の第２の態様は、試験片に試験力を付与し、前記試験片を変形させて材料試験を行う材料試験機であって、第１の態様に係る制御装置を備える、材料試験機に関する。
【０００９】
本発明の第３の態様は、試験片に試験力を付与し、前記試験片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、前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成ステップと、前記モデル生成ステップでの同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整ステップと、を含む、制御装置の制御方法に関する。
【００１０】
本発明の第４の態様は、試験片に試験力を付与し、前記試験片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、前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新するモデル生成部、及び、前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる出力調整部、として機能させる、制御プログラムに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、モデル生成部は、材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新する。そして、前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、出力調整部は、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる。
よって、同定結果が安定するまでの期間においても、仮想出力値として安定した出力値が得られる。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、同定結果が安定するまでの期間においても、仮想出力値として安定した出力値が得られる。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３の態様によれば、モデル生成ステップで、前記材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新する。そして、前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、出力調整ステップで、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる。
よって、同定結果が安定するまでの期間においても、仮想出力値として安定した出力値が得られる。したがって、材料試験機の制御精度を向上できる。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、モデル生成部は、材料試験機の特性を、検出器の計測値と、前記計測値に対応する制御目標値とを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルを生成し、前記同定モデルを更新する。そして、前記モデル生成部による同定結果が安定するまでの期間において、出力調整部は、前記同定モデルによる前記材料試験機の特性を同定する際に用いる前記検出器の計測値に代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値を用いる。
よって、同定結果が安定するまでの期間においても、仮想出力値として安定した出力値が得られる。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】
【００１５】
【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】比較例の同定モデルのパラメータの変化の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る同定モデルのパラメータの変化の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る同定モデルのパラメータの変化の他の一例を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る制御回路ユニットによる制御精度の向上効果の一例を示すグラフである。
【図７】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】
【００１６】
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。
【００１７】
［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、試験片ＴＰに試験力ＦＴ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ＦＴは、引張力である。
かかる引張試験機１は、試験対象の材料である試験片ＴＰに試験力ＦＴ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」の一例に相当する。
【００１８】
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を移動させて試験片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、試験片ＴＰに与えられる引張荷重である試験力ＦＴを測定し、試験力測定信号ＳＧ１を出力するセンサである。
【００１９】
一対のねじ棹８、９は、ボールねじから成り、クロスヘッド１０は、各ねじ棹８、９に対して図示を省略したナットを介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。
【００２０】
クロスヘッド１０には、試験片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、試験片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、試験片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、試験片ＴＰに試験力ＦＴを与える。
【００２１】
試験片ＴＰには、変位センサ１５が配置される。試験片ＴＰは、例えば、中央がくびれて形成されたダンベル型試験片が用いられる。変位センサ１５は、試験片ＴＰの１対の標点の間の距離を測定することによって、伸び測定値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、試験片ＴＰがくびれた領域の上部と下部とに配置される。
【００２２】
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に基づいて試験片ＴＰの伸びの測定値である伸び測定値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の変位を示す変位測定値ｘｄを表示装置３２に表示する。
【００２３】
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、試験力測定値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。
【００２４】
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の変位測定値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。
【００２５】
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するが、本発明はこれに限定されない。材料試験機が試験片に試験力を付与し、試験片を変形させて材料試験を行えばよい。材料試験機が、例えば、圧縮試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
【００２６】
［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、モデル生成部５４と、出力調整部５５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。
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。
【００２７】
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に基づく伸び測定値ｅｄ、及び試験力測定信号ＳＧ１に基づく試験力測定値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に基づく変位測定値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。
【００２８】
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。
例えば、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、変位センサ１５によって測定された伸び制御量ｅを伸び目標値ｅｔに一致させるように変位制御量ｘ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、伸び制御量ｅは、伸び測定値ｅｄに対応し、変位制御量ｘは、変位測定値ｘｄに対応する。伸び目標値ｅｔは、伸び制御量ｅ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。また、伸び目標値ｅｔは、「目標値」及び「位置目標値」の一例に対応し、伸び制御量ｅは、「制御量」及び「位置制御量」の一例に対応する。
【００２９】
また、例えば、フィードバック制御部５２が速度制御を実行する場合には、フィードバック制御部５２は、伸び速度制御量ｖｅを伸び速度目標値ｖｅｔに一致させるように変位制御量ｘ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。伸び速度制御量ｖｅは、変位センサ１５によって測定された伸び測定値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、伸び速度制御量ｖｅ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。また、伸び速度目標値ｖｅｔは、「目標値」及び「速度目標値」の一例に対応し、伸び速度制御量ｖｅは、「制御量」及び「速度制御量」の一例に対応する。
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、いわゆるＰＩＤ制御器を備える。なお、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４が算出するパラメータａ１及びパラメータｂ１に基づいて、ＰＩＤ制御器の各々に付与するゲインを設定する。
【００３０】
本実施形態では、伸び測定値ｅｄについて位置制御を実行する場合について説明するが、変位測定値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、変位制御量ｘを変位目標値ｘｔに一致させるように変位制御量ｘ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、変位制御量ｘの目標値を示す。
また、ロードセル１４が出力する試験力測定値ｆｄ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、試験力制御量ｆを試験力目標値ｆｔに一致させるように変位制御量ｘ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、試験力制御量ｆは、試験力測定値ｆｄに対応し、試験力目標値ｆｔは、試験力制御量ｆの目標値を示す。
【００３１】
また、本実施形態では、伸び測定値ｅｄについて速度制御を実行する場合について説明するが、ロータリエンコーダ２０によって測定された変位測定値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、変位速度制御量ｖを変位速度目標値ｖｔに一致させるように変位制御量ｘ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。変位速度制御量ｖは、変位制御量ｘの単位時間当たりの変化量を示し、変位速度目標値ｖｔは、変位速度制御量ｖの目標値を示す。
また、ロードセル１４が出力する試験力測定値ｆｄ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、試験力速度制御量ｖｆを試験力速度目標値ｖｆｔに一致させるように変位制御量ｘ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。試験力速度制御量ｆｖは、試験力制御量ｆの単位時間当たりの変化量を示し、試験力速度目標値ｆｖｔは、試験力速度制御量ｆｖの目標値を示す。
【００３２】
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、変位制御量ｘ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、変位制御量ｘ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、変位制御量ｘ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。
【００３３】
モデル生成部５４は、引張試験機１の特性を、伸び速度制御量ｖｅと伸び速度目標値ｖｅｔとを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成し、同定モデルＧ（Ｚ）を更新する。伸び速度制御量ｖｅは、「計測値」の一例に対応する。変位センサ１５は、「検出器」の一例に対応する。伸び速度目標値ｖｅｔは、「制御目標値」の一例に対応する。
具体的には、モデル生成部５４は、引張試験機１の特性を逐次最小二乗法を適用して同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成する。なお、同定モデルＧ（Ｚ）は、一次遅れ系として規定する。
更に具体的には、モデル生成部５４は、次の式（１）に含まれるパラメータａ１及びパラメータｂ１の値を算出する。
Ｇ（Ｚ）＝ｂ１×Ｚ−１／（１＋ａ１×Ｚ−１）      （１）
ただし、Ｚは、Ｚ変換における変数を示す。式（１）は、式（Ｂ）に対応する。
【００３４】
更に具体的には、モデル生成部５４は、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同定モデルＧ（Ｚ）を生成する。
以下に、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成する方法について説明する。
【００３５】
同定モデルＧ（Ｚ）を規定する２つのパラメータａ１及びパラメータｂ１を下記の式（２）で示すベクトルで規定する。
【数１】
2020159893.tif 000003
同定モデルＧ（Ｚ）へのＮ番目の入力値を入力値ｕＮとし、同定モデルＧ（Ｚ）からのＮ番目の出力値を出力値ｙＮとして、同定モデルＧ（Ｚ）の入力値及び出力値を下記の式（３）で示すベクトルで規定する。
【数２】
2020159893.tif 000004
【００３６】
ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定される同定モデルＧ（Ｚ）の２つのパラメータａ１及びパラメータｂ１を規定する式（１）のベクトルは、次の式（４）、式（５）、及び式（６）によって算出される。
【数３】
2020159893.tif 000005
【数４】
2020159893.tif 000006
【数５】
2020159893.tif 000007
ただし、式（６）の係数αの値は、１０３〜１０５である。
【００３７】
すなわち、同定モデルＧ（Ｚ）への入力値ｕＮと、同定モデルＧ（Ｚ）からの出力値ｙＮとに基づいて、式（４）〜式（６）を用いて、同定モデルＧ（Ｚ）を規定する２つのパラメータａ１及びパラメータｂ１を算出できる。
【００３８】
出力調整部５５は、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルＧ（Ｚ）の出力値ｙＮに代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いる。
具体的には、出力調整部５５は、次の式（７）によって、仮想出力値ｙＶＮを算出する。
ｙＶＮ＝（ｂ０×Ｚ−１／（１＋ａ０×Ｚ−１））×ｕＮ＋ｙ０      （７）
ただし、パラメータａ０は、パラメータａ１の推定値を示し、パラメータｂ０は、パラメータｂ１の推定値を示す。すなわち、仮想同定モデルは、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１をパラメータａ０に置換し、パラメータｂ１をパラメータｂ０に置換したモデルを示す。また、初期値ｙ０は、計測された出力値の初期値、又は、推定値を用いる。例えば、初期値ｙ０は、零である。
本実施形態では、仮想同定モデルは、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１をパラメータａ０に置換し、パラメータｂ１をパラメータｂ０に置換したモデルであるが、本発明はこれに限定されない。仮想同定モデルは、予め設定されたモデルであればよい。
【００３９】
モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間は、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡを含む。第１期間ＰＡは、例えば２．５秒間である。
また、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間は、引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第１制御量αｃと相違する第２制御量βｃに変更する場合において、制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更してから第２期間ＰＢを含む。第２期間ＰＢは、例えば２．５秒間である。第１制御量αｃは、例えば伸び制御量ｅであり、第２制御量βｃは試験力制御量ｆである。第１期間ＰＡ及び第２期間ＰＢにおける出力調整部５５の処理については、図４を参照して詳細に説明する。
【００４０】
引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更し、更に第１制御量αｃに戻す場合において、出力調整部５５は、以下の処理を行う。すなわち、出力調整部５５は、第２制御量βｃに係る制御の前に実行された第１制御量αｃに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの値を、第２制御量βｃに係る制御の後に実行された第１制御量αｃに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの初期値として用いる。この場合の出力調整部５５の処理については、図５を参照して詳細に説明する。
【００４１】
また、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間の経過から第３期間ＰＣにおいて、出力調整部５５は、次の式（８）を用いて、仮想出力値ｙＶＮの適用比率Ｋを期間経過に応じて減少することによって、出力値ｙＮを仮想出力値ｙＶＮから実出力値ｙｍＮに切り換える。
ｙＮ＝ｙＶＮ×Ｋ＋ｙｍＮ×（１−Ｋ）      （８）
ただし、仮想出力値ｙＶＮは、仮想同定モデルからの出力値を示し、実出力値ｙｍＮは、同定モデルＧ（Ｚ）からの出力値を示す。適用比率Ｋ（０≦Ｋ≦１）は、出力調整部５５によって、期間経過に応じて１から零まで減少される。なお、適用比率Ｋは、「変数Ｋ」に対応し、実出力値ｙｍＮは、「変数Ｙｍｎ」に対応し、仮想出力値ｙＶＮは、「変数Ｙｖｎ」に対応する。
【００４２】
［３．同定結果］
［３−１．比較例における同定結果］
図３は、比較例の同定モデルＧ（Ｚ）におけるパラメータの変化の一例を示すグラフである。比較例では、モデル生成部５４が、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。
また、フィードバック制御部５２が変位センサ１５によって測定された伸び制御量ｅについて速度制御を実行する場合について説明する。すなわち、フィードバック制御部５２は、伸び速度制御量ｖｅを伸び速度目標値ｖｅｔに一致させるように変位制御量ｘ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に出力した。
なお、試験片ＴＰとしては、中央がくびれて形成されたダンベル型試験片が用いられた。また、変位センサ１５の標点間は、試験片ＴＰのくびれた領域に形成された。変位センサ１５の標点間は、変位センサ１５によって、試験片ＴＰにおいて伸び制御量ｅが検出される領域を示す。
【００４３】
図３の上段の図、中段の図、及び下段の図の各々において、横軸は、時間Ｔ（秒）を示す。図３の上段の図において、縦軸は、同定モデルＧ（Ｚ）におけるパラメータａ１の値を示す。図３の中段の図において、縦軸は、同定モデルＧ（Ｚ）におけるパラメータｂ１の値を示す。図３の下段の図において、縦軸は、伸び制御量ｅ、及び変位制御量ｘの値を示す。
【００４４】
図３のグラフＧ１１は、パラメータａ１の値の変化を示す。図３のグラフＧ１２は、パラメータｂ１の値の変化を示す。図３のグラフＧ１３は、変位制御量ｘの値の変化を示す。図３のグラフＧ１４は、伸び制御量ｅの値の変化を示す。
【００４５】
変位センサ１５の標点間の距離よりも、試験片ＴＰを把持する上つかみ具２１と下つかみ具２２との間隔が長い。そこで、試験開始時の時間Ｔが零から時間Ｔ１１までの期間においては、変位制御量ｘの値の方が、伸び制御量ｅの値よりも大きい。時間Ｔ１１以降において、試験片ＴＰの標点間が塑性変形したため、変位制御量ｘの単位時間当たりの変化量が、伸び制御量ｅの単位時間当たりの変化量に近づいた。換言すれば、時間Ｔ１１以降において、グラフＧ１３の傾きが、グラフＧ１４の傾きに近づいた。時間Ｔ１２において、試験片ＴＰの中央部以外の領域が塑性変形したため、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅの単位時間当たりの変化量を一定にするために、変位制御量ｘを急激に増大した。すなわち、時間Ｔ１２において、変位制御量ｘを示すグラフＧ１３がステップ的に増加した。
【００４６】
グラフＧ１１に示すように、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって生成された同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１の値は、試験開始から２秒間程度の期間において、不安定に変化した。また、時間Ｔ１２においては、変位制御量ｘを急激に増大するため、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１の値は、不安定に変化した。
【００４７】
このように、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって生成された同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１の値は、不安定に変化する場合がある。このような場合には、パラメータａ１の値を用いて、フィードバック制御を適正に実行することは困難であった。
【００４８】
［３−２．本実施形態における同定結果及び制御結果］
図４及び図５の各々は、本実施形態における同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの変化の一例を示すグラフである。
図４及び図５の上段の図、中段の図、及び下段の図の各々において、横軸は、時間Ｔ（秒）を示す。図４及び図５の上段の図において、縦軸は、同定モデルＧ（Ｚ）におけるパラメータａ１の値を示す。図４及び図５の中段の図において、縦軸は、同定モデルＧ（Ｚ）におけるパラメータｂ１の値を示す。図４及び図５の下段の図において、縦軸は、伸び制御量ｅ、変位制御量ｘ、及び試験力制御量ｆの値を示す。なお、図４及び図５に示す材料試験を行ったときの試験片ＴＰの材質は、ゴム（例えば、天然ゴム）であった。
【００４９】
図４のグラフＧ２１は、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１の値の変化を示す。図４のグラフＧ２２は、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータｂ１の値の変化を示す。図４のグラフＧ２３は、試験力制御量ｆの値の変化を示す。図４のグラフＧ２４は、伸び制御量ｅの値の変化を示す。図４のグラフＧ２５は、伸び目標値ｅtの値の変化を示す。図４のグラフＧ２６は、目標値の変化を示す。
【００５０】
時間Ｔ２１から時間Ｔ２２までの期間Ｐ１において、フィードバック制御部５２は、伸び速度制御量ｖｅが一定になるように速度制御を実行した。
引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡでは、モデル生成部５４による同定結果が安定しないため、出力調整部５５は、以下の処理を行った。すなわち、出力調整部５５は、第１期間ＰＡにおいて、同定モデルＧ（Ｚ）の出力値ｙＮに代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いた。
すなわち、第１期間ＰＡにおいては、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、一定値に保持された。具体的には、パラメータａ１の値は、パラメータａ０の値に保持され、パラメータｂ１の値は、パラメータｂ０の値に保持された。
その結果、グラフＧ２４に示すように、第１期間ＰＡにおいて、伸び制御量ｅの傾き、すなわち伸び速度制御量ｖｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５１】
第１期間ＰＡの経過後は、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ２４に示すように、期間Ｐ１の第１期間ＰＡ以降の期間において、伸び制御量ｅの傾き、すなわち伸び速度制御量ｖｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５２】
時間Ｔ２２から時間Ｔ２３までの期間Ｐ２において、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが一定になるように位置制御を実行した。換言すれば、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが変化しないようにホールド制御を実行した。
期間Ｐ２においても、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ２４に示すように、期間Ｐ２において、伸び制御量ｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５３】
時間Ｔ２３以降においては、フィードバック制御部５２は、試験力速度制御量ｖｆに対する速度制御、又は、試験力制御量ｆに対する位置制御を実行した。すなわち、時間Ｔ２３において、制御量が伸び制御量ｅから試験力制御量ｆに変更され、目標値は、伸び目標値ｅtから試験力目標値ｆｔに変更された。
時間Ｔ２３から時間Ｔ２４までの期間Ｐ３において、フィードバック制御部５２は、試験力速度制御量ｖｆが一定になるように速度制御を実行した。
引張試験機１が時間Ｔ２３において、制御量を伸び制御量ｅから試験力制御量ｆに変更してから第２期間ＰＢでは、モデル生成部５４による同定結果が安定しないため、出力調整部５５は、以下の処理を行った。すなわち、出力調整部５５は、第２期間ＰＢにおいて、同定モデルＧ（Ｚ）の出力値ｙＮに代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いた。なお、伸び制御量ｅは、第１制御量αｃの一例に対応し、試験力制御量ｆは、第２制御量βｃの一例に対応する。また、第２期間ＰＢは、期間Ｐ３と一致している。すなわち、第２期間ＰＢにおいては、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、一定値に保持された。具体的には、パラメータａ１の値は、パラメータａ０の値に保持され、パラメータｂ１の値は、パラメータｂ０の値に保持された。
その結果、グラフＧ２３に示すように、第２期間ＰＢにおいて、試験力制御量ｆの傾き、すなわち試験力速度制御量ｖｆが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５４】
時間Ｔ２４から時間Ｔ２５までの期間Ｐ４において、フィードバック制御部５２は、試験力制御量ｆが一定になるように位置制御を実行した。換言すれば、フィードバック制御部５２は、試験力制御量ｆが変化しないようにホールド制御を実行した。
期間Ｐ４においては、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ２３に示すように、期間Ｐ４において、試験力制御量ｆが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５５】
時間Ｔ２５から時間Ｔ２６までの期間Ｐ５において、フィードバック制御部５２は、試験力速度制御量ｖｆが一定になるように速度制御を実行した。
期間Ｐ５においても、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ２３に示すように、期間Ｐ５において、試験力速度制御量ｖｆが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５６】
時間Ｔ２６から時間Ｔ２７までの期間Ｐ６において、フィードバック制御部５２は、試験力制御量ｆが一定になるように位置制御を実行した。換言すれば、フィードバック制御部５２は、試験力制御量ｆが変化しないようにホールドした。
期間Ｐ６においても、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ２３に示すように、期間Ｐ６において、試験力制御量ｆが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００５７】
図５は、図４の期間Ｐ６の終了後、時間Ｔ３１から時間Ｔ３２までの期間Ｐ７において、フィードバック制御部５２は、伸び速度制御量ｖｅが一定になるように速度制御を実行した。その後、時間Ｔ３２から時間Ｔ３３までの期間Ｐ８において、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが一定になるように位置制御を実行した。換言すれば、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが変化しないようにホールド制御を実行した。
【００５８】
図５のグラフＧ３１は、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータａ１の値の変化を示す。図５のグラフＧ３２は、同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータｂ１の値の変化を示す。図５のグラフＧ３３は、試験力制御量ｆの値の変化を示す。図５のグラフＧ３４は、伸び制御量ｅの値の変化を示す。図５のグラフＧ２５は、伸び目標値ｅtの値の変化を示す。図５のグラフＧ２６は、目標値の変化を示す。
【００５９】
時間Ｔ３１では、制御量が試験力制御量ｆから伸び制御量ｅに変更された。すなわち、引張試験機１が試験中に制御量を、図４に示す時間Ｔ２３において、伸び制御量ｅから試験力制御量ｆに変更し、更に図５に示す時間Ｔ３１において、試験力制御量ｆから伸び制御量ｅに戻した。伸び制御量ｅは、第１制御量αｃの一例に対応し、試験力制御量ｆは第２制御量βｃの一例に対応する。
出力調整部５５は、試験力制御量ｆに係る制御の前に実行された伸び制御量ｅに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの値を、試験力制御量ｆに係る制御の後に実行された伸び制御量ｅに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの初期値として用いた。すなわち、期間ＰＤにおいて、出力調整部５５は、図５の上段の図の破線で示すように、図４に示す時間Ｔ２３における同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの値を同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの初期値として用いた。
【００６０】
また、期間ＰＤにおいて、出力調整部５５は、同定モデルＧ（Ｚ）の出力値ｙＮに代えて、図４に示す時間Ｔ２３における同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの値がパラメータの初期値として設定された仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いた。
すなわち、期間ＰＤにおいては、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、一定値に保持された。具体的には、パラメータａ１の値は、パラメータａ０の値に保持され、パラメータｂ１の値は、パラメータｂ０の値に保持された。
その結果、グラフＧ３４に示すように、期間ＰＤにおいて、伸び制御量ｅの傾き、すなわち伸び速度制御量ｖｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００６１】
期間ＰＤの経過後は、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ３４に示すように、期間Ｐ７における期間ＰＤ以降の期間において、伸び制御量ｅの傾き、すなわち伸び速度制御量ｖｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００６２】
時間Ｔ３２から時間Ｔ３３までの期間Ｐ８において、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが一定になるように位置制御を実行した。換言すれば、フィードバック制御部５２は、伸び制御量ｅが変化しないようにホールド制御を実行した。
期間Ｐ８においても、モデル生成部５４がＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成した。そこで、パラメータａ１の値及びパラメータｂ１の値は、時間の経過と共に変化した。また、フィードバック制御部５２は、モデル生成部５４によって生成された同定モデルＧ（Ｚ）に基づいて、制御のゲインを決定した。
その結果、グラフＧ３４に示すように、期間Ｐ８において、伸び制御量ｅが一定に制御された。すなわち、フィードバック制御部５２の制御精度は良好であった。
【００６３】
図４及び図５を参照して説明したように、本実施形態に係る制御装置として機能する制御回路ユニット５０によれば、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡにおいても、フィードバック制御の制御量を変更した場合であっても、フィードバック制御の制御精度は良好であった。
【００６４】
［３−３．比較例と本実施形態との制御精度の比較］
図６は、図３を参照して説明した比較例の制御精度と、図４及び図５を参照して説明した本実施形態の制御精度との一例を示すグラフである。換言すれば、図６は、本実施形態に係る制御回路ユニット５０による制御精度の向上効果の一例を示すグラフである。
図６は、引張試験機１において、試験片ＴＰを試験力速度制御量ｖｆが一定になるように速度制御を実行した場合の実験結果を示す。なお、試験力速度目標値ｖｆｔは、２０Ｎ／秒であった。試験片ＴＰの材料は、ゴムであった。
【００６５】
図６の横軸は、時間Ｔを示し、縦軸は試験力速度制御量ｖｆの変化を示す。図６のグラフＧ４１は、図３を参照して説明した比較例における試験力速度制御量ｖｆの変化を示し、図６のグラフＧ４２は、図４及び図５を参照して説明した本実施形態における試験力速度制御量ｖｆの変化を示す。
【００６６】
なお、本実施形態における出力調整部５５は、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡにおいて、同定モデルＧ（Ｚ）の出力値ｙＮに代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いた。第１期間ＰＡは、２秒間であった。
【００６７】
グラフＧ４１に示すように、比較例では、引張試験機１が試験を開始した直後に、試験力速度制御量ｖｆが急激に減少して−２０Ｎ／秒を超え、その後、試験力速度制御量ｖｆが急激に増加して３７Ｎ／秒に到達した。また、その後、時間Ｔが３．５秒までの期間において、試験力速度制御量ｖｆは、振動した。
【００６８】
一方、グラフＧ４２に示すように、本実施形態では、引張試験機１が試験を開始した直後に、試験力速度制御量ｖｆが増加して２７Ｎ／秒まで到達したが、その後、時間Ｔが１．３秒以降においては、試験力速度制御量ｖｆの試験力速度目標値ｖｆｔに対する誤差が３Ｎ／秒にまで収束した。
【００６９】
このように、本実施形態に係る制御装置として機能する制御回路ユニット５０によれば、フィードバック制御の制御精度を向上できた。
【００７０】
［４．制御装置の処理］
図７は、制御装置として機能する制御回路ユニット５０の処理の一例を示すフローチャートである。図７では、引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第１制御量αｃと相違する第２制御量βｃに変更する場合について説明する。
次に、ステップＳ１０１において、出力調整部５５は、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡ内であるか否かを判定する。
第１期間ＰＡ内であると出力調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）には、処理が後述するステップＳ１０５に進む。第１期間ＰＡ内ではないと出力調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）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、出力調整部５５は、制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更してから第２期間ＰＢ内であるか否かを判定する。
【００７１】
第２期間ＰＢ内ではないと出力調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、処理が後述するステップＳ１１５に進む。第２期間ＰＢ内であると出力調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１０５に進む。
そして、ステップＳ１０５において、出力調整部５５は、入力値ｕＮと仮想出力値ｙＶＮとを取得する。具体的には、出力調整部５５は、仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを算出する。
次に、ステップＳ１０７において、出力調整部５５は、入力値ｕＮと仮想出力値ｙＶＮとを用いてパラメータａ１の値を更新する。
次に、ステップＳ１０９において、出力調整部５５は、入力値ｕＮと仮想出力値ｙＶＮとを用いてパラメータｂ１の値を更新する。
次に、ステップＳ１１１において、フィードバック制御部５２は、パラメータａ１及びパラメータｂ１を用いて、フィードバック制御のゲインの値を設定する。
次に、ステップＳ１１３において、フィードバック制御部５２は、フィードバック制御のゲインの値と、仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮとを用いて、フィードバック制御を実行する。その後、処理がステップＳ１２５に進む。
【００７２】
第２期間ＰＢ内ではないと出力調整部５５が判定した場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）には、ステップＳ１１５において、モデル生成部５４は、同定モデルＧ（Ｚ）への入力値ｕＮと出力値ｙＮとを取得する。
次に、ステップＳ１１７において、モデル生成部５４は、入力値ｕＮと出力値ｙＮとに基づいて、パラメータａ１の値を更新する。
次に、ステップＳ１１９において、モデル生成部５４は、入力値ｕＮと出力値ｙＮとに基づいて、パラメータｂ１の値を更新する。
次に、ステップＳ１２１において、パラメータａ１の値、及びパラメータｂ１の値に基づいて、フィードバック制御部５２は、フィードバック制御のゲインの値を更新する。
次に、ステップＳ１２３において、フィードバック制御部５２は、同定モデルＧ（Ｚ）と、フィードバック制御のゲインの値とを用いて、フィードバック制御を実行する。その後、処理がステップＳ１２５に進む。
【００７３】
そして、ステップＳ１２５において、制御回路ユニット５０は、引張試験機１の材料試験が終了したか否かを判定する。
引張試験機１の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Ｓ１２５；ＮＯ）には、処理がステップＳ１０１に戻る。引張試験機１の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Ｓ１２５；ＹＥＳ）には、処理が終了する。
【００７４】
図７のステップＳ１１５−ステップＳ１１９は、「モデル生成ステップ」の一例に対応する。図７のステップＳ１０５-ステップＳ１０９は、「出力調整ステップ」の一例に対応する。
【００７５】
［８．制御装置の効果］
本実施形態に係る制御装置として機能する制御回路ユニット５０は、試験片ＴＰに試験力を付与し、試験片ＴＰを変形させて材料試験を行う引張試験機１を制御する。制御回路ユニット５０は、引張試験機１の特性を伸び速度制御量ｖｅと伸び速度目標値ｖｅｔとを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成し、同定モデルＧ（Ｚ）を更新するモデル生成部５４と、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルＧ（Ｚ）による引張試験機１の特性を同定する際に用いる伸び速度制御量ｖｅに代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いる出力調整部５５と、を備える。
また、試験片ＴＰに試験力を付与し、試験片ＴＰを変形させて材料試験を行う引張試験機１は、制御装置として機能する制御回路ユニット５０を備える。
また、制御回路ユニット５０の制御方法は、試験片ＴＰに試験力を付与し、試験片ＴＰを変形させて材料試験を行う引張試験機１を制御する制御回路ユニット５０の制御方法である。制御回路ユニット５０の制御方法は、引張試験機１の特性を伸び速度制御量ｖｅと伸び速度目標値ｖｅｔとを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成し、同定モデルＧ（Ｚ）を更新するモデル生成ステップと、モデル生成ステップでの同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルＧ（Ｚ）による引張試験機１の特性を同定する際に用いる伸び速度制御量ｖｅに代えて、仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いる出力調整ステップと、を含む。
また、制御装置として機能する制御回路ユニット５０の制御プログラムは、試験片ＴＰに試験力を付与し、試験片ＴＰを変形させて材料試験を行う引張試験機１を、コンピュータを用いて、制御する制御回路ユニット５０の制御プログラムである。制御プログラムは、コンピュータを、制御回路ユニット５０は、引張試験機１の特性を伸び速度制御量ｖｅと伸び速度目標値ｖｅｔとを用いて同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成し、同定モデルＧ（Ｚ）を更新するモデル生成部５４、及び、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルＧ（Ｚ）による引張試験機１の特性を同定する際に用いる伸び速度制御量ｖｅ代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いる出力調整部５５、として機能させる。
よって、制御回路ユニット５０、引張試験機１、制御回路ユニット５０の制御方法、及び制御回路ユニット５０の制御プログラムは、同定モデルＧ（Ｚ）の同定結果が安定するまでの期間において、同定モデルＧ（Ｚ）による引張試験機１の特性を同定する際に用いる伸び速度制御量ｖｅに代えて、パラメータの値を予め設定された推定値とした仮想同定モデルから出力される仮想出力値ｙＶＮを用いる。したがって、仮想出力値ｙＶＮを用いて、安定した制御を実行できる。その結果、引張試験機１の制御精度を向上できる。
【００７６】
また、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間は、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡを含む。
よって、引張試験機１が試験を開始してから第１期間ＰＡにおいて、安定した制御を実行できる。したがって、引張試験機１の制御精度を向上できる。
【００７７】
また、モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間は、引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第１制御量αｃと相違する第２制御量βｃに変更する場合において、制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更してから第２期間ＰＢを含む。
よって、試験中に制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更する場合においても、安定した制御を実行できる。したがって、引張試験機１の制御精度を向上できる。
【００７８】
また、引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更し、更に第１制御量αｃに戻す場合において、出力調整部５５は、以下の処理を行う。すなわち、出力調整部５５は、第２制御量βｃの前に実行された第１制御量αｃに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの値を、第２制御量βｃの後に実行された第１制御量αｃに係る同定モデルＧ（Ｚ）のパラメータの初期値として用いる。
よって、引張試験機１が試験中に制御量を第１制御量αｃから第２制御量βｃに変更し、更に第１制御量αｃに戻す場合に、第１制御量αｃに戻した時間以降において、安定した制御を実行できる。したがって、引張試験機１の制御精度を向上できる。
【００７９】
モデル生成部５４による同定結果が安定するまでの期間の経過から第３期間ＰＣにおいて、出力調整部５５は、次の式（８）を用いて、仮想出力値ｙＶＮの適用比率Ｋを期間経過に応じて減少することによって、出力値ｙＮを仮想出力値ｙＶＮから実出力値ｙｍＮに切り換える。
ｙＮ＝ｙＶＮ×Ｋ＋ｙｍＮ×（１−Ｋ）      （８）
ただし、仮想出力値ｙＶＮは、仮想同定モデルからの出力値を示し、実出力値ｙｍＮは、同定モデルＧ（Ｚ）からの出力値を示す。適用比率Ｋ（０≦Ｋ≦１）は、出力調整部５５によって、期間経過に応じて１から零まで減少される。
なお、式（８）は、便宜上、再度記載している。
よって、仮想出力値ｙＶＮの適用比率Ｋを期間経過に応じて減少するため、仮想出力値ｙＶＮから実出力値ｙｍＮに切り換えるときに、安定した制御を実行できる。したがって、引張試験機１の制御精度を向上できる。
【００８０】
また、同定モデルは、一次遅れ系であって、次の式（１）で規定され、モデル生成部５４は、式（１）に含まれるパラメータａ１及びパラメータｂ１の値を算出する。
Ｇ（Ｚ）＝ｂ１×Ｚ−１／（１＋ａ１×Ｚ−１）      （１）
なお、式（１）は、便宜上、再度記載している。
したがって、パラメータａ１及びパラメータｂ１の値がモデル生成部５４によって算出されるため、一次遅れ系を規定できる。
【００８１】
また、モデル生成部５４は、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成する。
したがって、適正な同定モデルＧ（Ｚ）を生成できる。
【００８２】
［９．その他の実施形態］
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。
【００８３】
また、本実施形態では、モデル生成部５４は、ＡＲＭＡモデルに逐次最小二乗法を適用することによって同定モデルＧ（Ｚ）を生成するが、本発明はこれに限定されない。モデル生成部５４は、引張試験機１の特性を逐次最小二乗法を適用して同定し、パラメータを含む同定モデルＧ（Ｚ）を生成すればよい。
【００８４】
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】
【００８５】
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
１４  ロードセル
１５  変位センサ（検出器）
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  モデル生成部
５５  出力調整部
ａ１、ａ０、ｂ１、ｂ０  パラメータ
ｄｘ  指令値
ｄＴ  サンプリング時
ｅ  伸び制御量
ｅｄ  伸び測定値
ｅｔ  伸び目標値
ｆ  試験力制御量
ｆｔ  試験力目標値
ＦＡ  固有振動数
ｆｄ  試験力測定値
ＦＴ  試験力
Ｇ（Ｚ）  同定モデル
ＳＧ１  試験力測定信号
ＳＧ２  回転測定信号
ＳＧ３  伸び測定信号
ＴＰ  試験片
ｕＮ  入力値
ｖ  変位速度制御量
ｖｅ  伸び速度制御量（計測値）
ｖｅｔ  伸び速度目標値（制御目標値）
ｖf  試験力速度制御量
ｖfｔ  試験力速度目標値
ｖｔ  変位速度制御量
ｘ  変位制御量
ｘｄ  変位測定量
ｘｔ  変位目標値
ｙＮ、ｙｍＮ  出力値
ｙＶＮ  仮想出力値
αｃ  第１制御量
βｃ  第２制御量
【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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