(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成すること、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項２】
請求項１の振動波形装置において、
前記フレーム波形生成手段が、
フレーム波形のピーク位置がランダムになるように正規分布の中心値を設定すること、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項３】
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
目標非ガウス特性に基づいて、制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成してフレーム波形を生成すること、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項４】
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
応答波形から得られた非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較して得た非ガウス特性に基づいて、制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成してフレーム波形を生成すること、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項５】
請求項４の振動制御装置において、さらに、
前記応答波形から非ガウス特性値を算出して、前記非ガウス特性制御手段に与える非ガウス特性算出手段を備えたこと、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項６】
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、ガウス特性のフレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したランダム波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記ガウス特性のランダム波形を、入力された非ガウス特性に基づいて、非ガウス特性のランダム波形に変換する非ガウス化変換手段、
非ガウス特性を前記非ガウス化変換手段に与える非ガウス特性制御手段、
を備えたこと、を特徴とする振動制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れかの振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段が、クルトシスに対応する標準偏差の正規分布に基づいて設定された位相を受けること、
を特徴とする振動制御装置。
【請求項８】
請求項１〜５の何れかの振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段が、スキューネスに対応する初期位相を受けること、
を特徴とする振動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標とする非ガウス特性振動が、供試体に与えられるように振動試験機を制御する振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
輸送中や稼働中に被る振動による影響をシミュレートするため、供試体に所望の振動を与える振動試験が行われている。振動試験において、所望の振動となるように振動試験機を制御するのが振動制御装置である。
【０００３】
現実に加えられる振動を記録しておき、この振動を供試体に与えることができれば、正確な振動試験を行うことが可能である。しかし、実際の振動波形自体を記録し再現するためには、膨大な記録容量が必要であるため、一般的にはあまり用いられていない。
【０００４】
一方で、正弦波による振動を与える試験も行われている。この場合、正弦波を出力するだけであるから制御は容易であるが、現実に加えられる振動との乖離が大きすぎるという問題がある。
【０００５】
そこで、現実に加えられる振動の周波数特性（ＰＳＤ：パワースペクトル密度）を算出し、当該目的とするパワースペクトル密度を有する振動を供試体に加えるランダム振動試験が行われている。
【０００６】
図１３に、特許文献１に開示された従来のランダム振動試験のための振動制御装置を示す。振動試験機２自体も周波数特性を有するので、目標とするスペクトルを有する振動を与えたとしても、そのとおりの振動が供試体４には与えられない。したがって、振動制御装置により、供試体４の振動波形のスペクトル（応答ＰＳＤ）が、目標ＰＳＤに等しくなるように、フィードバック制御を行っている。
【０００７】
振動試験機２に固定された供試体４は、振動試験機２によって振動させられる。供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル信号である応答波形とされる。ＰＳＤ算出手段１１は、応答波形をフーリエ変換し、応答ＰＳＤを算出する。
【０００８】
制御用ＰＳＤ算出手段１３は、目標ＰＳＤと応答ＰＳＤとを比較し、両者が等しくなるように制御用ＰＳＤを算出する。ドライブ波形生成手段１５は、制御用ＰＳＤの各周波数成分にランダムな位相を与えて逆フーリエ変換を行い、ドライブ波形を生成する。
【０００９】
Ｄ／Ａ変換器１０は、生成されたドライブ波形をアナログ信号に変換し、振動試験機２に与える。
【００１０】
以上のようにして、目標ＰＳＤを有する振動を供試体４に与えるよう制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−０６８７１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の振動制御装置では、目標とするスペクトルを有する振動を供試体４に与えることはできるものの、その振動の確率密度分布は、図１４に実線で示すガウス分布（正規分布）となる。しかし、現実の振動は非ガウス分布（図１４に点線で示す）となることが多いにもかかわらず、従来の振動制御装置では、非ガウス特性を有する振動を供試体に与えることはできなかった。
【００１３】
この発明は、上記の問題を解決して、目標とするスペクトルだけでなく、目標とする非ガウス特性を有する振動を供試体４に与えることを目的とする。さらに詳しくは、目標とする非ガウス特性を有する振動を供試体４に与えるよう制御することができる振動制御装置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】
【００１４】
（１）この発明の振動制御装置は、
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成すること、
を特徴とする。
【００１５】
これにより、非ガウス特性を有する振動を供試体に与えて制御することが可能な振動制御装置を提供することができる。
【００１６】
（２）この発明の振動制御装置は、
前記フレーム波形生成手段が、
フレーム波形のピーク位置がランダムになるように正規分布の中心値を設定すること、
これにより、非ガウス特性の劣化を低減することができる。
【００１７】
（３）この発明の振動制御装置は、
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
目標非ガウス特性に基づいて、制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成してフレーム波形を生成すること、
を特徴とする。
【００１８】
これにより、応答波形の非ガウス特性が目標非ガウス特性と一致するようにドライブ波形を制御することができる。
【００１９】
（４）この発明の振動制御装置は、
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、フレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記フレーム波形生成手段は、
応答波形から得られた非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較して得た非ガウス特性に基づいて、制御用ＰＳＤの第１の周波数成分に初期位相を与え、隣接する周波数成分には、正規分布に従ったランダムな位相差を順次加算して算出した位相を与えて逆フーリエ変換することにより非ガウス特性のランダム波形を生成してフレーム波形を生成すること、
を特徴とする。
【００２０】
これにより、応答波形から得られた非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較して得た非ガウス特性に一致するように、ドライブ波形を正確にフィードバック制御することができる。
【００２１】
（５）この発明の振動制御装置は、
前記応答波形から非ガウス特性値を算出して、前記非ガウス特性制御手段に与える非ガウス特性算出手段を備えたこと、
を特徴とする。
【００２２】
これにより、応答波形から算出される非ガウス特性値に基づいて、ドライブ波形を正確にフィードバック制御することができる。
【００２３】
（６）この発明の振動制御装置は、
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換することにより、ガウス特性のフレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成したランダム波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えた振動制御装置において、
前記ガウス特性のランダム波形を、入力された非ガウス特性に基づいて、非ガウス特性のランダム波形に変換する非ガウス化変換手段、
非ガウス特性を前記非ガウス化変換手段に与える非ガウス特性制御手段、
を備えたこと、を特徴とする。
【００２４】
これにより、応答の周波数成分が変化する場合でも、応答の非ガウス特性が目標値と一致するようにドライブ波形を正確にフィードバック制御することができる。
【００２５】
（７）この発明の振動制御装置は、
前記フレーム波形生成手段が、クルトシスに対応する標準偏差の正規分布に基づいて設定された位相を受けること、
を特徴とする。
【００２６】
これにより、制御しようとするクルトシスを有する非ガウス特性波形を生成することができる。
【００２７】
（８）この発明の振動制御装置は、
前記フレーム波形生成手段が、スキューネスに対応する初期位相を受けること、
を特徴とする。
【００２８】
これにより、制御しようとするスキューネスを有する非ガウス特性波形を生成することができる。
【００２９】
（９）この発明の振動制御装置は、
供試体の加速度を測定する加速度センサからの応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出するＰＳＤ算出手段、
応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して制御用ＰＳＤを求めるＰＳＤ比較手段、
制御用ＰＳＤの各周波数成分に位相を与えて逆フーリエ変換するとともに、窓関数を掛けることにより、非ガウス特性を有するフレーム波形を生成するフレーム波形生成手段、
複数のフレーム波形をシフトして重ね合わせることにより生成した非ガウス特性を有するドライブ波形を出力する重ね合わせ波形生成手段、
を備えたこと、を特徴とする。
【００３０】
これにより、複数のフレーム波形を重ね合わせた非ガウス特性を有する連続したドライブ波形を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】振動制御装置１００のブロック図である。
【図２】振動制御装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【図３】目標ＰＳＤのデータ例（図３Ａ）および標準偏差σと目標クルトシスＫ’との関係（図３Ｂ）を示す図である。
【図４】制御プログラム１８の実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】位相設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】正規分布に従う位相差Δφの確率密度関数を示すグラフである。
【図７】フレームをシフトして重ね合わせる処理を説明するための図である。
【図８】応答波形から得た非ガウス特性をフィードバック制御した振動制御装置２００のブロック図である。
【図９】位相設定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】他の実施形態のブロック図である。
【図１１】ＺＭＮＬ関数を示す図である。
【図１２】他の実施形態のブロック図である。
【図１３】従来のランダム振動試験のための振動制御装置を示す図である。
【図１４】従来のランダム振動試験により得られる加速度の確率密度分布を示す図である。
【図１５】波形の開始位置をずらせることにより、１つのＰＳＤから複数フレームの非ガウス特性ランダム波形を生成した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
１．第１の実施形態（非ガウス特性のオープンループ）
図１に本発明の振動制御装置１００のブロック図を示す。
【００３３】
図１に示すＰＳＤ算出手段Ｂ０１は、振動試験機２から得た応答波形をフーリエ変換して、応答ＰＳＤを算出する手段である。
【００３４】
図１に示すＰＳＤ比較手段Ｂ０３は、当該応答ＰＳＤを予め設定された目標ＰＳＤと比較して、制御用ＰＳＤを出力する手段である。なお、応答波形が存在しない起動時には、目標ＰＳＤをそのまま制御用ＰＳＤとして出力する。
【００３５】
さらに、図１に示す非ガウス特性波形生成手段Ｂ０５は、位相設定手段Ｂ０７から与えられる位相を各周波数成分に与えて逆フーリエ変換し、これに窓関数を掛けることによって、１フレームのランダム波形を生成する手段である。
【００３６】
図１に示す中心値設定手段Ｂ０９は、与える位相の確率密度分布の中心値μを位相設定手段Ｂ０７に与える。また、非ガウス特性制御手段Ｂ１３は、予め設定された目標非ガウス特性［Ｋ’、Ｓ’］から、以下に説明する標準偏差σおよび初期位相φ0を求めて、位相設定手段Ｂ０７に与える手段である。
【００３７】
位相設定手段Ｂ０７は、まず、(i)最初のライン（周波数成分）には、非ガウス特性制御手段Ｂ１３から受けた初期位相φ0（０〜２π）を設定し、(ii)隣接する各ライン（周波数成分）には、正規分布［中心値μ、標準偏差σ］に従うランダムな位相差ΔφR（０〜２π）を順次加算して位相を設定する。
【００３８】
ここで、重要な点は、各位相φｋを一様なランダムで与えたのではないという点である。このように、正規分布に従ったランダムな位相差ΔφRを順に加算して各ラインの位相を算出することで、結果として、非ガウス特性のランダム波形を生成できる。
【００３９】
図１に示す重ね合わせ手段Ｂ１１は、非ガウス特性波形生成手段Ｂ０５から非ガウス特性ランダム波形を複数受けて、これらをシフトして足し合わせることにより、連続した非ガウス特性ランダム波形を生成し、ドライブ波形として出力する手段である。
【００４０】
非ガウス特性制御手段Ｂ１３は、目標非ガウス特性（［Ｋ’、Ｓ’］）を読み出して、目標クルトシスＫ’に対応する制御用の標準偏差σと、目標スキューネスＳ’に対応する制御用の初期位相φ０の値を算出する手段である。
【００４１】
以上の各手段を備えることで、本発明の振動制御装置１００は、目標非ガウス特性を有する連続した非ガウス特性のランダム波形を生成し、振動試験機２に与えることができる。
【００４２】
［ハードウェア構成］
図１の振動制御装置１００のハードウエア構成を、図２に示す。振動制御装置１００には、Ａ／Ｄ変換器８、Ｄ／Ａ変換器１０、メモリ１２、フラッシュＲＯＭ１４、ＤＳＰ１６が接続されている。
【００４３】
振動試験機２によって振動させられた供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、アナログの応答波形としてＡ／Ｄ変換器８に出力される。Ａ／Ｄ変換器８は、アナログの応答波形をデジタルデータに変換する。Ｄ／Ａ変換器１０は、デジタルのドライブ波形をアナログ信号に変換して、振動試験機２に与える。
【００４４】
フラッシュＲＯＭ１４には、非ガウス波形制御のための制御プログラム１８が記録されている。制御プログラム１８は、目標ＰＳＤのデータのほか、制御しようとする目標非ガウス特性［目標クルトシスＫ’、目標スキューネスＳ’］の値や、これら目標非ガウス特性［目標クルトシスＫ’、目標スキューネスＳ’］に対応する標準偏差σ、初期位相φ0を決定するための計算式・テーブルを有する（図示せず）。
【００４５】
図３Ａに、目標ＰＳＤとして予め設定された、一般的な輸送環境（主として道路）に対応するＰＳＤデータの例を示す（ＪＩＳ Ｚ ０２３２）。図３Ｂに、目標クルトシスＫ’に対応する標準偏差σを算出するために用いられる、目標クルトシスＫ’と、位相差Δφの確率密度分布の標準偏差σとの関係を示す。
【００４６】
図３Ｂのグラフを見ると、標準偏差σの値を大きくすれば、確率密度分布の急峻度（尖度）を示すクルトシスＫは３に近づいていくこと、すなわち、ガウス特性のランダム振動が得られることがわかる。一方で、標準偏差σの値を小さくしていくと、クルトシスＫの値が大きくなっていくこと、非ガウス特性のランダム振動が得られることがわかる。このようなクルトシスＫと標準偏差σの関係に基づき、所望のクルトシスＫに対応する標準偏差σの値を設定することが可能となる。
【００４７】
分布の非対称性（歪度）を示すスキューネスＳには、初期位相φ0との相関性が存在することが知られている。しかし、クルトシスＫと標準偏差σの関係のように一義的に定まるものではなく、クルトシスＫとの関係を考慮して探索して決定することが可能である。よって、例えば、予めクルトシスＫおよび初期位相φ０との関係で得られる目標スキューネスＳの関係を実測してテーブルに記憶しておくことで、目標スキューネスＳ’に対応する初期位相φ０の値を得ることができる。また、初期位相φ0を設計変数にして、Ｋ、Ｓを目的関数として予めアルゴリズムを作成しておくことで、スキューネスＳを導き出すことも可能である。
【００４８】
［制御プログラム１８のフローチャート］
図２に示す制御プログラム１８により実行される処理について、図４のフローチャートを用いて以下に説明する。
【００４９】
まず、ＤＳＰ１６（図２）は、振動試験機２からの応答波形を取得する（ステップＳ１００）。これを応答波形フーリエ変換して、各周波数成分についての応答ＰＳＤを算出し、メモリ１２に記憶する（ステップＳ１０２）。
【００５０】
さらに、予め設定された目標ＰＳＤをフラッシュＲＯＭ１４から読み出し（ステップＳ１０４）、応答ＰＳＤを目標ＰＳＤと比較して、応答ＰＳＤが目標ＰＳＤと等しくなるように制御用ＰＳＤを生成する（ステップＳ１０６）。例えば、応答ＰＳＤと目標ＰＳＤとで、誤差スペクトルを求め制御用ＰＳＤを調整する処理を実行する。
【００５１】
ＤＳＰ１６は、ステップＳ１０６で生成した制御用ＰＳＤの各周波数成分に与える位相を算出し（ステップＳ１０８）、逆フーリエ変換処理を実行する（ステップＳ１１０）。
【００５２】
図５に位相設定処理（ステップＳ１０８）の詳細なフローチャートを示す。
【００５３】
図５に示すように、ＤＳＰ１６は、フラッシュＲＯＭ１４に記憶された目標非ガウス特性［目標クルトシスＫ’、目標スキューネスＳ’］の値を読み出す（ステップＳ２００）。例えば、Ｋ’＝４、Ｓ’＝０の値が読み出される。
【００５４】
つぎに、目標非ガウス特性［目標クルトシスＫ’、目標スキューネスＳ’］に対応する標準偏差σ、初期位相φ0を設定する（ステップＳ２０２）。例えば、目標クルトシスＫ’＝４のとき、図３Bに示すグラフから、対応する標準偏差σを２２０に設定する。目標非ガウス特性Ｓに対応する初期位相φ0は、目標スキューネスＳ’および目標クルトシスＫ’の値に基づいてテーブルを参照して設定することができる。
【００５５】
さらに、ＤＳＰ１６は、正規分布の中心値μを設定する（ステップＳ２０４）。例えば、中心値μの値として、フレーム毎に０〜２πの間で一様にランダムな値を設定することができる。これにより、各フレームのピーク位置をランダムにすることが可能であり、クルトシスの劣化を抑制することができる。
【００５６】
ＤＳＰ１６は、ステップＳ２０２で設定した初期位相φ０を、フレーム波形生成手段Ｂ０５に与える（ステップＳ２０６）。さらに、図６に示すような正規分布［標準偏差σ、中心値μ］に従うランダムな位相差ΔφRを各位相ごとに発生させて、これを順次加えた位相φkを算出してフレーム波形生成手段Ｂ０５に与える（ステップＳ２０８）。このように、最初の周波数成分に隣接する各周波数成分については、k番目の位相φk-1を、φk-1＝φk-2＋ΔφRより算出する。
【００５７】
すなわち、第２ラインの周波数成分ＰＳＤ1に対しては、正規分布に従った０〜２πまでのランダムな位相差ΔφR1を、ステップＳ２０２で設定した初期位相φ０に加算して得た位相φ１（＝φ０+ΔφR1）が与えられる。第３ラインの周波数成分ＰＳＤ2に対しては、正規分布に従ったランダムな位相差ΔφR2を位相φ１に加算して得た位相φ２（＝φ１+ΔφR2）が与えられる。以降のラインについても同様にして、全ての隣接するラインに位相差ΔφRを順次加算して得た位相が与えられる。
【００５８】
上記のように与えた位相を設定して、図４のステップＳ１１０に示す逆フーリエ変換処理を実行した後、ＤＳＰ１６は、生成した非ガウス特性ランダム波形に窓関数を掛け合わせて窓操作処理を実行する（図４のステップＳ１１２）。なお、この実施形態では、１つの制御用ＰＳＤに対して、生成した異なる位相を与えて、複数フレームの非ガウス特性ランダム波形を生成するようにしている。
【００５９】
ここで、窓関数を用いるのは、各フレーム間の非ガウス特性ランダム信号を滑らかに繋ぐためである。この実施形態では、窓関数としてハニングウインドウを用いている。
【００６０】
窓操作処理を実行した所定フレーム数の非ガウス特性ランダム波形は、シフトした上で（ステップＳ１１４）、順に重ね合わせ処理が行われる（ステップＳ１１６）。例えば、図７に示すように、所定長だけずらされた状態で、波形Ｗ１〜Ｗｎが足し合わされる。これにより、図７に示す連続した波形Ｗが生成される。
【００６１】
なお、制御用ＰＳＤ（図４のステップＳ１０６で生成）は、離散値として算出された線スペクトルであるから、これに基づいて生成される非ガウス特性ランダム波形は、線スペクトルとしての周波数特性を有することになる。しかし、この実施形態では、異なる波形の非ガウス特性ランダム波形を複数生成し、窓操作、重ね合わせを行うことで線スペクトルを連続スペクトル化している。
【００６２】
つまり、１つの制御用ＰＳＤに対して、生成した異なる位相を与えて、複数フレームの非ガウス特性ランダム波形を生成し、これらに窓操作処理（ステップＳ１１２）を実行し、さらに、シフト処理（ステップＳ１１４）および重ね合わせ処理（ステップＳ１１６）を施すことにより、線スペクトルから連続スペクトルに変えることができる。
【００６３】
ＤＳＰ１６は、所定数のフレームを重ね合わせた連続した非ガウス特性ランダム波形をドライブ波形として出力する（図４のステップＳ１２０）。これにより、振動試験機２が、入力されたドライブ波形に基づいて、非ガウス特性の振動を発生させることができる。
【００６４】
２．第２の実施形態（非ガウス特性のフィードバック）
上記のようなオープンループ制御の場合、生成した非ガウス特性ランダム波形に比べて、応答波形の非ガウス特性が劣化してしまうことがある（例えば、目標のクルトシスＫが５であったとき、出力のクルトシスＫが４に劣化してしまう）。このような場合、目標クルトシスＫ’よりも大きなクルトシスを与えることが必要となる。そこで、応答波形から得られる非ガウス特性［応答クルトシスＫ”とスキューネスＳ”］をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００６５】
応答波形から得られる振動加速度の確率密度分布から得られる応答クルトシスＫ”、応答スキューネスＳ”をフィードバック制御した振動制御装置２００のブロック図を図８に示す。
【００６６】
図８に示すブロック図は、非ガウス特性算出手段Ｂ１５が追加されている点および非ガウス特性制御手段Ｂ１３が応答非ガウス特性と、目標非ガウス特性とを比較して、制御用の非ガウス特性を決定する点で、図１に示すブロック図とは異なっている。
【００６７】
図８に示す非ガウス特性算出手段Ｂ１５は、応答波形から非ガウス特性［応答クルトシスＫ”とスキューネスＳ”］を算出して非ガウス特性制御手段１３に与える手段である。
【００６８】
制御プログラム１８が実行する処理は、図４のフローチャートに示す処理と同じであるが、位相設定処理（図４のステップＳ１０８）の詳細が異なる。図９に本実施形態における位相設定処理（ステップＳ１０８）の詳細なフローチャートを示す。
【００６９】
図９に示すように、ＤＳＰ１６は、まず、応答波形から応答非ガウス特性［応答クルトシスＫ”とスキューネスＳ”］を算出する（ステップＳ３００）。応答非ガウス特性の算出は、応答波形から求めて行ってもよいし、ヒストグラム分析を行い確率密度分布から求めて行ってもよい。例えば、応答クルトシスＫ’＝４、目標スキューネスＳ’＝０の値が読み出される。
【００７０】
つぎに、ＤＳＰ１６は、フラッシュＲＯＭ１４に記憶された目標非ガウス特性［目標クルトシスＫ’、目標スキューネスＳ’］の値を読み出す（ステップＳ３０２）。例えば、Ｋ’＝６、Ｓ’＝０の値が読み出される。
【００７１】
さらに、ＤＳＰ１６は、応答非ガウス特性と、目標非ガウス特性とを比較して、制御用の非ガウス特性を決定する（ステップＳ３０４）。例えば、応答クルトシスＫ”＝４で、目標クルトシスＫ’＝６のとき、制御クルトシスＫは、劣化した分を目標クルトシスＫ’に加算して、Ｋ＝８に設定する。  
【００７２】
つぎに、制御非ガウス特性［制御クルトシスＫ’、制御スキューネスＳ’］に対応する標準偏差σ、初期位相φ0を設定する（ステップＳ３０６）。
【００７３】
さらに、ＤＳＰ１６は、正規分布の中心値μを設定する（ステップＳ３０８）。例えば、中心値μの値として、フレーム毎に０〜２πの間で一様にランダムな値を設定することができる。
【００７４】
ＤＳＰ１６は、ステップＳ２０２で設定した初期位相φ０を、フレーム波形生成手段Ｂ０５に与える（ステップＳ３１０）。さらに、図６に示すような正規分布［標準偏差σ、中心値μ］に従うランダムな位相差ΔφRを各位相ごとに発生させて、これを順次加えた位相φkを算出してフレーム波形生成手段Ｂ０５に与える（ステップＳ３１２）。このように、最初の周波数成分に隣接する各周波数成分については、k番目の位相φk-1を、φk-1＝φk-2＋ΔφRより算出する。
【００７５】
上記のように設定した位相を与えて逆フーリエ変換処理（図４のステップＳ１１０）、窓操作処理（図４のステップＳ１１２）を実行して、応答非ガウス特性をフィードバック制御した非ガウス特性波形を生成することができる。
【００７６】
３．第３の実施形態（ZMNL方式での非ガウス特性のフィードバック）
なお、上記実施形態では、非ガウス特性波形生成手段Ｂ０５（図１、図８）を設けることにより、非ガウス特性ランダム波形を生成したが、図１０に示す振動制御装置３００のように、代わりにガウス特性波形生成手段Ｂ０６を設け、ガウス特性ランダム波形を重ね合わせて、連続したガウス特性波形を生成した後で、非ガウス化変換手段Ｂ２５を適用して、非ガウス波形を生成してもよい。
【００７７】
この実施形態では、ガウス特性波形を非ガウス特性波形に変換するために、図１１に示すようなＺＭＮＬ関数による変換を行っている。ＺＭＮＬ関数は、入力信号の振幅を、当該振幅の大きさによって非線形的に変換して出力するものである。これにより、ガウス特性波形を非ガウス特性波形に変換することができる。
【００７８】
ただし、ＺＭＮＬ変換を行うと波形のＰＳＤが変化してしまう。この点については、図１０に示すように、ＺＭＮＬ変換がＰＳＤを制御するフィードバックループの中に設けられているので、フィードバックループによって、このＰＳＤ変化を吸収することができる。つまり、ＺＭＮＬ変換を挿入したとしても、目標ＰＳＤによる振動を達成することができる。
【００７９】
なお、上記のようにＺＭＮＬ変換は非線形変換であるため、特定の周波数領域（たとえば高周波）においては、フィードバック制御では補えない周波数変化をもたらす可能性もある。ただし、ほとんどの周波数帯域では、フィードバックによる制御が実効性を持ち、ほぼ目標ＰＳＤを達成できるといってよい。
【００８０】
また、実施形態１、２において示した位相差をランダムに与える手法では、ＰＳＤに変化はない（制御用ＰＳＤを有する非ガウス特性ランダム波形を得ることができる）。この点において、実施形態１、２の手法の方が優れている。一方で、ＺＭＮＬ関数による変換においては、非ガウス特性の制御が容易であるという特徴がある。
【００８１】
図１０に示すガウス特性波形生成手段Ｂ０６は、フーリエ変換時に各周波数成分にランダムな位相φｋを与える等により、ガウス特性波形を生成する手段であり、生成された波形は、重ね合わせ処理の後、非ガウス特性波形に変換される。
【００８２】
図１０に非ガウス特性制御手段Ｂ１５は、応答非ガウス特性と、目標非ガウス特性とを比較して、決定した制御用の非ガウス特性［応答クルトシスＫ”、応答スキューネスＳ”］を非ガウス化変換手段Ｂ２５に直接与えて、非ガウス特性をフィードバック制御している。
【００８３】
非ガウス化変換手段Ｂ２５としては、例えば、図１１に示すＺＭＮＬ関数を用いることができる。ZMNL関数は、周波数特性が変更してしまう欠点がある反面、クルトシスとスキューネスの値を直接与えることで非ガウス特性の波形を容易に生成できる点で、非ガウス特性の制御がしやすいという利点がある。また、クルトシスとスキューネスの値を算出しなくても、応答波形から得られる確率密度分布をそのままフィードバック制御に利用することができるという利点もある。
【００８４】
そこで、この実施形態では、図１１に示すようなＺＭＮＬ関数（Zero-memory nonliner sysytem関数）を用いて、所望の非ガウス特性を有する信号に変換するようにしている（ステップＳ２６）。図１１において、横軸は与えられた信号であり、縦軸は出力信号である。ガウス特性ドライブ波形x(t)を、このＺＭＮＬ関数によって変換すると、非ガウス特性ドライブ波形y(t)が得られる。
【００８５】
ＺＭＮＬ関数を数式で表すと、数１のとおりである。
【００８６】
【数１】
0005421971.tif 000002
【００８７】
ｘがガウス特性信号、ｙが得られる非ガウス特性信号である。各係数の詳細は、数２に示すとおりである。
【００８８】
【数２】
0005421971.tif 000003
【００８９】
上式におけるスキューネスＳ、クルトシスＫの値を代入することにより、変換によって所望の非ガウス特性ドライブ波形を生成することのできるＺＭＮＬ関数を得ることができる。
【００９０】
なお、上式では、２．８より小さい目標クルトシスを設定することができない。そこで、数３のような関数を用いるようにしてもよい。
【００９１】
【数３】
0005421971.tif 000004
【００９２】
係数Ｃｎは、数４に示す誤差変数εを最小にする最適化問題を解くことにより決定することができる。
【００９３】
【数４】
0005421971.tif 000005
【００９４】
以上のようにして得られた非ガウス特性ドライブ波形を与えることで、非ガウス特性を容易にフィードバックすることができる。
【００９５】
４．伝達特性に基づく波形制御
第２、第３の実施形態では、生成した非ガウス特性ランダム波形を振動試験機２に与えても応答波形の非ガウス特性が劣化することに鑑み、非ガウス特性のフィードバック制御を行っている。
【００９６】
しかし、生成した非ガウス特性ランダム波形と同じ振動を供試体４に与えることができれば、上記の問題は解決する。そこで、この実施形態では、以下のように伝達特性に基づいて波形制御することで、非ガウス特性ランダム波形と同じ振動を与えることとした。
【００９７】
図１２は、伝達特性に基づいてドライブ波形を修正する振動制御装置４００のブロック図である。変換手段Ｂ２３は、ドライブ波形生成手段３２および制御特性更新手段３４を備える。
【００９８】
図１２に示すドライブ波形生成手段３２は、振動試験機２および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス特性ドライブ波形を変形してドライブ波形を生成する。ドライブ波形は、Ｄ／Ａ変換器１０によってアナログ信号に変換され、振動試験機２に与えられる。
【００９９】
図１２に示す制御特性更新手段３４は、ドライブ波形と応答波形に基づいて、系の伝達特性を算出し、その逆特性である制御特性を更新する。更新された制御特性は、ドライブ波形生成手段３２に与えられる。
【０１００】
これにより、供試体４に対し、変換手段２８の変換特性を設定することにより目標とする非ガウス特性を有し、かつ、目標スペクトルを有する振動を、供試体４に与えることができる。
【０１０１】
５．その他の実施形態
なお、上記実施形態（図１、図８）では、目標非ガウス特性の値を予め記憶することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、目標非ガウス特性として、振動加速度の確率分布グラフを予め記憶しておき、これから目標非ガウス特性の値を算出してもよい。
【０１０２】
なお、上記実施形態（図８）では、非ガウス特性算出手段Ｂ１５が応答波形から算出した応答非ガウス特性の値と、予め記憶された目標非ガウス特性の値とを比較することとしたが、これに限定されるものではない。
【０１０３】
例えば、図８に示す非ガウス特性算出手段Ｂ１５を設けずに、非ガウス特性制御手段Ｂ１３が、応答波形から振動加速度の確率密度分布を生成し、これを目標非ガウス特性として予め記憶した振動加速度の確率密度分布と比較するようにしてもよい。この場合、応答波形から非ガウス特性（スキューネス、クルトシス）の値を算出する必要がない。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、図１に示す中心値設定手段Ｂ０９は、正規分布の中心値μを０〜２πの間で一様にランダムな値に設定したが（図５のステップＳ２０４および図９のステップＳ３０８）、これに限定されるものではない。例えば、正規分布の中心値μを固定値に設定してもよい。
【０１０５】
なお、上記実施形態では、隣接する周波数成分に加算するランダムな位相差ΔφRを０〜２πの間に収まるように算出したが（図５のステップＳ２０８、図９のステップＳ３１２）、これに限定されるものではない。例えば、次式  ΔφR＝２π（Ｐ＋σ・ＲＮＤ）により、ランダムな位相差ΔφRを算出するようにしてもよい。ここで、Ｐはフレームにおけるピークの出現位置（０〜１）、σは標準偏差、ＲＮＤは正規乱数（０〜１）を示す。
【０１０６】
なお、図１０に示す第３の実施形態では、応答波形の非ガウス特性をフィードバック制御しているが、応答波形の非ガウス特性をフィードバック制御しないようにしてもよい。
【０１０７】
なお、図１２に示す第４の実施形態では、応答波形の非ガウス特性をフィードバック制御していないが、応答波形の非ガウス特性をフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１０８】
なお、上記実施形態では、予め設定した目標非ガウス特性に近づくように非ガウス波形を生成したが、目標非ガウス特性を設定しないて非ガウス波形を生成してもよい。
【０１０９】
なお、上記実施形態では標準偏差σに対応する目標クルトシスを設定したが、分散σ2に対応する目標クルトシスを設定してもよい。
【０１１０】
なお、上記実施形態では、ＤＳＰ１６によって処理を実行したが、代わりにＣＰＵを用いて処理を実行してもよい。
【０１１１】
なお、上記実施形態では、１つの制御用ＰＳＤから複数フレームの非ガウス性ランダム波形を生成する際に、フレーム毎に異なった位相を与えるようにしている、すなわち、制御用ＰＳＤの各ラインの強度をＰ1, Ｐ2, Ｐ3, Ｐ4......Ｐnとしたとき、以下のようにφ1,φ2,φ3,φ4....φmを与えて、逆フーリエ変換を行っている。
【０１１２】
１フレーム目  Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目  Ｐ1(φn+1)、Ｐ2(φn+2)、Ｐ3(φn+3)．．．Ｐn(φn+n)
３フレーム目  Ｐ1(φ2n+1)、Ｐ2(φ2n+2)、Ｐ3(φ2n+3)．．．Ｐn(φ2n+n)
・
・
・
ｍフレーム目  Ｐ1(φn(m-1)+1)、Ｐ2(φn(m-1)+2)、Ｐ3(φn(m-1)+3)．．．Ｐn(φn(m-1)+n)
上記のように、フレーム毎に異なった位相を与えることにより、窓関数をかけて重ね合わされた波形の、ＰＳＤは線スペクトルではなく連続スペクトルになる。
【０１１３】
しかし、複数のフレームに同一の位相を与えて、複数フレームの非ガウス性ランダム波形を生成し、窓関数をかけて重ね合わせることにより、ＰＳＤとして線スペクトルを有する波形を得ることもできる。すなわち、制御用ＰＳＤの各ラインの強度をＰ1, Ｐ2, Ｐ3, Ｐ4......Ｐnとしたとき、以下のようにφ1,φ2,φ3,φ4....φmを与えて、逆フーリエ変換を行っている。
【０１１４】
１フレーム目  Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目  Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
３フレーム目  Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
・
・
・
ｍフレーム目  Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
換言すると、複数フレームについて同一の非ガウス性ランダム波形を生成し、これに窓関数をかけて重ね合わせた場合には、線スペクトルを有する波形を得ることができる。
【０１１５】
通常は、連続スペクトルを有する波形の方が好ましいが、試験の目的によっては線スペクトルを用いることもできる。
【０１１６】
なお、上記実施形態では、異なる位相を与えることにより、１つの制御用ＰＳＤから複数フレームの非ガウス性ランダム波形を生成することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、開始位置をランダムにして、波形をずらせることにより、１つの制御用ＰＳＤから複数フレームの非ガウス性ランダム波形を生成してもよい。
【０１１７】
具体的には、１つの制御用ＰＳＤから、図１５Ａに示す１フレームのランダム波形ｗ１を生成する。次に、開始位置をそれぞれランダムな位置Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４（図１５Ｂ、Ｃ、Ｄ）にずらせて、このランダム波形Ｗ１を循環的に読み出す。すなわち、１フレームの終わりまで読み出すと、先頭に戻って読み出しを続ける。これにより、図１５Ｂ、Ｃ、Ｄに示す複数フレームの非ガウス性ランダム波形Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を簡単に生成することができる。  
【図１】
0005421971.tif 000006
【図２】
0005421971.tif 000007
【図３】
0005421971.tif 000008
【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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