(57)【要約】  【課題】複数の制御量による影響が等しく反映されるドライブ波形による振動試験を可能とする振動試験装置の提供  【解決手段】振動試験装置１は、測定した変位及び加速度に関する伝達特性に基づき、周波数重み特性を決定する（Ｓ７０３）。周波数重み特性の決定の際は、変位及び加速度の伝達関数の対角成分の周波数−ゲイン曲線について、各周波帯域における変位のゲインと加速度のゲインとの差が小さくなるように調整する。このとき、それぞれの周波数−ゲイン曲線について、振幅値が大きい上位数ラインの平均値を算出し、その平均値を合わせるように調整することによって、加速度に対するスケーリング係数ｗａ、変位に対するスケーリング係数ｗｄを設定し、周波数重み特性を決定する。振動試験装置１は、周波数重み特性及び伝達特性に基づき、逆伝達特性を算出する（Ｓ７０５）。振動試験装置１は、算出した逆伝達特性を用いてドライブ波形を生成する。【選択図】    図７
2010151506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体を載置する試験体載置部、
前記試験体載置部を加振する加振部、
試験体を加振するためのドライブ波形を生成するドライブ波形生成部、
前記ドライブ波形に基づき制御された前記試験体載置部の複数の状態量を獲得する状態量獲得部、
前記ドライブ波形に基づき前記加振部の加振状態を制御する制御部、
を有する振動試験装置において、
前記ドライブ波形生成部は、
前記状態量に基づき前記ドライブ波形を生成する際に、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数を調整し、調整した伝達関数の逆関数を用いてドライブ波形を生成すること、
を特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
請求項１に係る振動試験装置において、
前記ドライブ波形生成部は、
前記制御量のそれぞれに関する伝達関数のゲインを周波数領域に応じて調整して、前記ドライブ波形を生成すること、
を特徴とする振動試験装置。
【請求項３】
請求項３に係る振動試験装置において、
前記ドライブ波形生成部は、
前記制御量のそれぞれに関する伝達関数のゲインの差が小さくなるように調整すること、
を特徴とする振動試験装置。  
【請求項４】
請求項１〜請求項３に係る振動試験装置のいずれかにおいて、
前記状態量獲得部は、
前記試験体載置部についての変位及び加速度を状態量として獲得すること、
を特徴とする振動試験装置。  
【請求項５】
請求項４に係る振動試験装置において、
前記ドライブ波形生成部は、
低周波領域において前記変位についての伝達関数のゲインを大きくするように調整し、高周波領域において前記加速度についての伝達関数のゲインを大きくするように調整することによって、それぞれに関する伝達関数のゲインの差が小さくなるように調整すること、
を特徴とする振動試験装置。
【請求項６】
試験体載置部に載置された試験体を加振部によって加振するためのドライブ波形に基づき、前記加振部の加振状態を制御しながら前記試験体を加振する振動試験方法であって、
前記ドライブ波形に基づき制御された前記試験体載置部の複数の状態量を獲得し、
前記状態量に基づき前記ドライブ波形を生成する際に、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数を調整し、
調整した伝達関数の逆関数を用いてドライブ波形を生成すること、
を特徴とする振動試験方法。
【請求項７】
コンピュータを用いて、試験体載置部に載置された試験体を加振部によって加振するためのドライブ波形を生成するドライブ波形生成方法であって、
コンピュータが、前記ドライブ波形に基づき制御された前記試験体載置部の複数の状態量を獲得し、
コンピュータが、前記状態量に基づき前記ドライブ波形を生成する際に、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数を調整し、
コンピュータが、調整した伝達関数の逆関数を用いてドライブ波形を生成すること、
を特徴とするドライブ波形生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験物を加振する振動試験装置に関し、特に、複数の制御量を用いて振動試験を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動試験装置を図８を用いて説明する。振動試験装置１１００は、多変量の制御を行うために、複数のコントローラ（適応制御を適用した２自由度系制御装置）を設けている。振動試験装置１１００は、低周波領域で有効である変位制御コントローラ１１３１、中周波領域で有効である速度制御コントローラ１１３２及び高周波領域で有効である加速度制御コントローラ１１３３から構成される。これらのコントローラ１１３１〜１１３３は、各自が有効である領域以外の領域では出力を行わないように予め定められている。例えば、変位制御コントローラは低周波領域では制御を行うが、中周波、高周波領域では出力を行わない。
【０００３】
図８の目標波形ｒ１、ｒ２及びｒ３は、それぞれ同じ目標波形ｒを異なる物理量で表したもの（ｒ１は変位、ｒ２は速度、ｒ３は加速度）である。また、試験体１１５に変位センサ１１２１、速度センサ１１２２及び加速度センサ１１２３を取り付けて、各コントローラ１１３１〜１１３３に試験体１１５の変位制御応答信号ｙ１、速度制御応答信号ｙ２及び加速度制御応答信号ｙ３をフィードバックする。
【０００４】
変位制御コントローラ１１３１は目標波形ｒ１とフィードバック量ｙ１から操作量ｘ１を出力し、速度制御コントローラ１１３２は目標波形ｒ２とフィードバック量ｙ２から操作量ｘ２を出力し、加速度制御コントローラ１１３３は目標波形ｒ３とフィードバック量ｙ３から操作量ｘ３を出力する。そして、低周波領域では操作量ｘ１、中周波領域では操作量ｘ２及び高周波領域では操作量ｘ３がそれぞれ駆動信号ｕとなる。
【０００５】
従って、このシステムによれば、同時に広い周波数帯域で精度の良い制御を行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３３３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の振動試験装置１１００には、以下に示すような改善すべき点がある。振動試験装置１１００は複数の制御量を周波数帯域に分けて制御を行っているが、制御量毎の伝達関数の特性を調整しているわけではない。制御量毎の伝達関数の特性は、振動試験装置１１００において現れる各制御量が示す物理量の特性や、各制御量に対応して用いるセンサの特性等に影響されるが、振動試験装置１１００では、このような制御量毎の伝達関数の特性を考慮していない。このため、全ての周波数帯域で安定した制御ができない場合がある、という問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、複数の制御量による影響が等しく反映されるドライブ波形による振動試験を行うことができる振動試験装置を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に関する課題を解決するための手段および発明の効果を以下に示す。
【００１０】
本発明に係る振動試験装置、振動試験方法、及びドライブ波形生成方法では、前記状態量に基づき前記ドライブ波形を生成する際に、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数を調整し、調整した伝達関数の逆関数を用いてドライブ波形を生成する。
【００１１】
これにより、ドライブ波形を生成する際に、いずれかの制御量に関する伝達関数による影響が大きくなることを防止することができる。
【００１２】
本発明に係る振動試験装置では、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数のゲインを周波数領域に応じて調整して、前記ドライブ波形を生成する。
【００１３】
これにより、ドライブ波形を生成する際に、いくつかの周波数領域に分けて、いずれかの制御量に関する伝達関数による影響が大きくなることを防止することができる。
【００１４】
本発明に係る振動試験装置では、前記制御量のそれぞれに関する伝達関数のゲインの差が小さくなるように調整する。
【００１５】
これにより、ドライブ波形を生成する際に、全ての制御量に関する伝達関数による影響を等しくすることができる。
【００１６】
本発明に係る振動試験装置では、前記試験体載置部についての変位及び加速度を状態量として獲得する。
【００１７】
これにより、ドライブ波形を生成する際に、いずれかの制御量に関する伝達関数による影響が大きくなることを容易に防止することができる。
【００１８】
本発明に係る振動試験装置では、低周波領域において前記変位についての伝達関数のゲインを大きくするように調整し、高周波領域において前記加速度についての伝達関数のゲインを大きくするように調整することによって、それぞれに関する伝達関数のゲインの差が小さくなるように調整する。
【００１９】
これにより、ドライブ波形を生成する際に、変位及び加速度に関する伝達関数による影響を等しくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明における振動試験装置の実施例を以下において説明する。
【実施例１】
【００２１】
1. 振動試験装置１の構成
簡略化した振動試験装置１の全体構成を図１に示す。振動試験装置１は、振動発生機１１１、変位センサ１３１、及び加速度センサ１３３を有している。
【００２２】
図１における振動発生機１１１の構成を図２に示す。振動発生機１１１は、主に試験体載置部１２１、励磁コイル１２３、駆動コイル１２５、可動部支持機構１２７、及び励磁電源１２９（図示せず）から構成される。
【００２３】
励磁電源１２９を用いて励磁コイル１２３に励磁電流を流すことによって、磁界が生じる。この磁界中に存在する駆動コイル１２５に駆動電流を流すと、加振力が発生する。加振力は試験体載置部１２１を所定の方向へ振動させる。試験体載置部１２１には試験体（図示せず）が取り付けられており、試験体載置部１２１が振動することによって試験体も振動する。
【００２４】
図１に戻って、変位センサ１３１は、所定の軸に沿った試験体載置部１２１の変位量を検出する。加速度センサ１３３は、試験体載置部１２１に生ずる加速度を検出する。
【００２５】
制御部１４１をＣＰＵ４１１を用いて実現した場合のハードウェア構成を図３に示す。制御部１４１は、ＣＰＵ４１１、メモリ４１２、ハードディスク４１３、ディスプレイ４１６、ＣＤ−ＲＯＭドライブ４１７、Ｄ／Ａ変換回路４１８及びＡ／Ｄ変換回路４１９を有している。
【００２６】
ＣＰＵ４１１は、ハードディスク４１３に記録されているオペレーティング・システム（ＯＳ）、ドライブ波形生成プログラム等その他のアプリケーションに基づいた処理を行う。メモリ４１２は、ＣＰＵ２１１に対して作業領域を提供する。ハードディスク４１３は、オペレーティング・システム（ＯＳ）、ドライブ波形生成プログラム等その他のアプリケーション、及び各種のパラメータを記録保持する。
【００２７】
ディスプレイ４１６は、ユーザインターフェイス等を表示する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ４１７は、ＣＤ−ＲＯＭ４１０からドライブ波形生成プログラム等、ＣＤ−ＲＯＭからのデータの読み取りを行う。Ａ／Ｄ変換回路４１８は、アナログ信号をデジタル信号へ変換する。Ｄ／Ａ変換回路４１９は、デジタル信号をアナログ信号へ変換する。
【００２８】
2. 制御部１４１の動作
ドライブ波形生成プログラムに基づく制御部１４１の動作について図４を用いて説明する。制御部１４１のＣＰＵ４１１は、試験体検査装置１の電源が入ると、スケーリング処理を実行する（Ｓ４０１）。ＣＰＵ４１１は、メモリ４１２へ記憶されている各パラメータを取得する（Ｓ４０３）。ＣＰＵ４１１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ４１７を介してＣＤ−ＲＯＭ４１０から目標波形を獲得すると（Ｓ４０５）、ステップＳ４０３で取得したパラメータを用いてドライブ波形を生成する（Ｓ４０７）。ＣＰＵ４１１は、生成したドライブ波形をＤ／Ａ変換回路４１８を介して振動発生機１１１へ出力する（Ｓ４０９）。
【００２９】
ＣＰＵ４１１は、ドライブ波形をＤ／Ａ変換回路４１８を介して振動発生機１１１へ出力し、振動発生機１１１の動作させる（Ｓ４１１）。
【００３０】
以下において、ステップＳ４０１におけるスケーリング処理について説明する。
【００３１】
2.1. スケーリング処理
2.1.1. スケーリング処理の概要
ＣＰＵ４１１が実行するスケーリング処理の概要について説明する。変位センサ１３１から取得する変位量及び加速度センサ１３３から取得する加速度を用いて、試験体の振動状態を制御する場合、試験体に関する伝達特性は、以下の式（１）で表すことができる。
【００３２】
【数１】
2010151506.tif 000003
【００３３】
ここで、ｙａｃｃは加速度センサ１３３の値（加速度応答）を、ｙｄｉｓｐは変位センサ１３１の値（変位応答）を、ｘｄｒｖはドライブ波形を、Ｇｓは伝達特性を、Ｇａｃｃは加速度の伝達特性を、Ｇｄｉｓｐは変位の伝達特性を、それぞれ示す。また、記号＊は、たたみ込み演算を示す。
【００３４】
また、ある周波数における伝達特性Ｇｓは、以下の式（２）で表すことができる。
【００３５】
【数２】
2010151506.tif 000004
【００３６】
振動試験装置１に関する式（１）に示す伝達特性の対角成分の一例を図５に示す。図５に示すように、ほとんどの周波数帯域において変位に基づく伝達特性が支配的となり、５Ｈｚ近傍から高周波の帯域で加速度に基づく伝達特性が支配的となる。但し、変位に基づく伝達特性が支配的となる低周波帯域における変位のゲインに比して、加速度に基づく伝達特性が支配的となる高周波帯域における加速度のゲインが小さい。このため、変位に対してはよい制御結果を得られるが、加速度に対しては,変位ほどよい制御結果が得られない。
【００３７】
そこで、変位に対しても、加速度に対してもよい制御結果を得るために、低周波帯域における変位のゲインと高周波帯域における加速度のゲインとの差を小さくする。図５に示す伝達特性の対角成分について、低周波帯域における変位のゲインと高周波帯域における加速度のゲインとの差を小さくすることによって得られる伝達特性の対角成分の一例を図６に示す。
【００３８】
このように、低周波帯域における変位のゲインと高周波帯域における加速度のゲインとの差を小さくし、加速度及び変位を均等にドライブ波形に反映するために、式（２）における伝達関数Ｇｓを以下の式（３）に示す周波数重み特性ｗｓによって調整する。
【００３９】
【数３】
2010151506.tif 000005
【００４０】
ここで、ｗａは加速度に対するスケーリング係数を、ｗｄは変位に対するスケーリング係数を、それぞれ示す。ここで、周波数重み特性ｗｓは、対角行列となる。
【００４１】
式（３）に示す周波数重み特性を考慮した式（１）に関する逆伝達特性は、以下の式（４）となる。
【００４２】
【数４】
2010151506.tif 000006
【００４３】
ここで、Ｆ＋は、関数Ｆの一般化逆行列を示す。
【００４４】
式（４）により算出した逆伝達特性を用いて、ドライブ波形を以下の式（５）により算出する。
【００４５】
【数５】
2010151506.tif 000007
【００４６】
ここで、ｒａｃｃは目標加速度を、ｒｄｉｓｐは目標変位を、ｘｄｒｖはドライブ波形を、それぞれ示す。
【００４７】
2.1.2. フローチャート
ＣＰＵ４１１が実行するスケーリング処理を図７に示すフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ４１１は、振動試験装置の伝達特性を測定する（Ｓ７０１）。なお、伝達特性の測定においては、変位センサ１３１から変位を、加速度センサ１３３から加速度を、それぞれ取得する。
【００４８】
ＣＰＵ４１１は、測定した変位及び加速度に関する伝達特性に基づき、式（３）に示す周波数重み特性を決定する（Ｓ７０３）。ここでは、変位、加速度、それぞれの伝達関数の対角成分を用いて、低周波帯域における変位のゲインと高周波帯域における加速度のゲインとの差が小さくなるように、加速度に対するスケーリング係数ｗａ、変位に対するスケーリング係数ｗｄを算出し、周波数重み特性を決定する。周波数重み特性の決定に当たっては、ＣＰＵ４１１は、変位、加速度、それぞれの伝達関数の対角成分の周波数−ゲイン曲線について、各周波帯域における変位のゲインと加速度のゲインとの差が小さくなるように調整する。このとき、例えば、ＣＰＵ４１１は、それぞれの伝達関数の対角成分の周波数−ゲイン曲線について、振幅値が大きい上位数ラインの平均値を算出し、それぞれの平均値を合わせるように調整する。そして、ＣＰＵ４１１は、平均値の調整に基づいて、加速度に対するスケーリング係数ｗａ、変位に対するスケーリング係数ｗｄを設定し、周波数重み特性を決定する。
【００４９】
ＣＰＵ４１１は、決定した周波数重み特性及び測定した伝達特性に基づき、式（４）を用いて逆伝達特性を算出する（Ｓ７０５）。ＣＰＵ４１１は、算出した逆伝達特性をメモリ４１２へ記憶する（Ｓ７０７）。
【００５０】
［その他の実施例］
（１）周波数重み特性の決定
前述の実施例１においては、周波数重み特性を決定するにあたって、ＣＰＵ４１１は、加速度に対するスケーリング係数ｗａ、変位に対するスケーリング係数ｗｄを設定し、周波数重み特性を決定することとしたが、周波数重み特性を決定できるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、周波数重み特性の決定に当たっては、変位、加速度、それぞれの伝達関数の対角成分の周波数−ゲイン曲線をディスプレイ上に表示し、ユーザーが確認しながら、各周波帯域における変位のゲインと加速度のゲインとの差が小さくなるように調整し、ＣＰＵ４１１は、ユーザによる調整に基づいて、加速度に対するスケーリング係数ｗａ、変位に対するスケーリング係数ｗｄを設定し、周波数重み特性を決定するようにしてもよい。
【００５１】
また、各伝達関数の最大特異値が、周波数に対してフラットになるようにゲインを調整する作業を、ユーザーがディスプレイ上に表示された周波数−ゲイン曲線を確認しながら行い、周波数重み特性を決定するようにしてもよい。
【００５２】
さらに、各伝達関数のオーバーオール値が等しくなるようにゲインを調整する作業を、ＣＰＵ４１１が自動的に行い、周波数重み特性を決定するようにしてもよい。
【００５３】
なお、周波数重み特性ｗｓは、周波数を通して一定値に決定するようにしてもよく、また、周波数毎に設定するようにしてもよい。
【００５４】
（２）変位センサ１３１、加速度センサ１３３
前述の実施例１においては、被制御系の状態量として、試験体載置部１２１の変位量及び加速度値を例示したが、取得できる状態量であれば他の状態量であってもよい。
【００５５】
また、前述の実施例１においては、変位については低周波帯域で支配的とし、加速度については高周波帯域で支配的としたが、周波数領域に応じて各制御量の伝達関数を調整するものであれば例示のものに限定されない。
【００５６】
（３）ドライブ波形生成処理
前述の実施例１においては、ドライブ波形の修正にあたりドライブ補正項を用いることとしたが、他の方法によりドライブ波形を修正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明における振動試験装置１の全体構成図である。
【図２】振動発生機１１１の構成図である。
【図３】制御部１４１をＣＰＵ４１１を用いて実現した場合のハードウェア構成図である。
【図４】制御部１４１の動作を示すフローチャートである。
【図５】伝達特性の対角成分を示す周波数特性図である。
【図６】調整した伝達特性の対角成分を示す周波数特性図である。
【図７】スケーリング処理を示すフローチャートである。
【図８】従来の振動試験装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・振動試験装置
１１・・・試験体
１２１・・・試験体載置部
１３１・・・変位センサ
１３３・・・加速度センサ
１４１・・・制御部
【図１】
2010151506.tif 000008
【図２】
2010151506.tif 000009
【図３】
2010151506.tif 000010
【図４】
2010151506.tif 000011
【図５】
2010151506.tif 000012
【図６】
2010151506.tif 000013
【図７】
2010151506.tif 000014
【図８】
2010151506.tif 000015