(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験台に２カ所で同一方向にそれぞれに加速度を与えるための２基１対のアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動するための電気制御系と、
前記試験台の２カ所のそれぞれの２変位量を計測するための２つの変位計と、
前記試験台の２カ所のそれぞれの２加速度を計測するための２つの加速度計と、
前記２変位量は、計測時系列の２変位量としてそれぞれにｄｉｓ１（ｔｋ）、ｄｉｓ２（ｔｋ）で表され、ここで前記ｋは時系列の順序数であり、前記ｋより大きい数ｎで表されるｄｉｓ１（ｔｎ）とｄｉｓ２（ｔｎ）の主差分が、ｄｉｓ１（ｔｋ）とｄｉｓ２（ｔｋ）の主差分よりも小さくなるように主計算された主制御電気信号を前記電気制御系に入力するための主電気制御系と、
前記２加速度は、計測時系列の２加速度としてそれぞれにａｃｃ１（ｔｋ）、ａｃｃ２（ｔｋ）で表され、ａｃｃ１（ｔｎ）とａｃｃ２（ｔｎ）の副差分が、ａｃｃ１（ｔｋ）とａｃｃ２（ｔｋ）の副差分よりも小さくなるように副計算された副電気制御信号を前記主制御電気信号に重ね合わせるための副電気制御系とを含み、
前記ｎは前記ｋより１だけ大きい
振動試験台のヨーイング制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記副計算は、（ａｃｃ１（ｔｋ）−ａｃｃ２（ｔｋ））／２に基づいて実行される
ことを特徴とする振動試験台のヨーイング制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記副計算は、前記｛（ａｃｃ１（ｔｋ）−ａｃｃ２（ｔｋ））／２｝に比例定数をかけた値が前記副電気制御信号として用いられ、
前記比例定数は可変である
ことを特徴とする振動試験台のヨーイング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動試験台のヨーイング制御装置に関し、特に、２基１対のアクチュエータにより１方向に加速され振動する振動試験台のヨーイングを防止するための振動試験台のヨーイング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種分野で振動試験が行われ、その振動試験のために振動試験台が用いられている。地盤、巨大建築・構築物は、地震波のような巨大な振動力を受ける。地盤の振動試験は、５０分の１、１００分の１の縮尺地盤が５０倍、１００倍の重力相当を生起させる遠心載荷装置のバケットに搭載されて実行されている。その遠心載荷装置に振動試験台が搭載されその縮尺地盤がその振動試験台に載荷される。
【０００３】
２基１対のアクチュエータにより１直線上で振動力を与えられる振動試験台が知られている。２つのアクチュエータは、制御機構により同期して同じ位相でそれぞれに１直線上で往復運動する。このように知られているアクチュエータにより加振される試験台には、２つのアクチュエータの僅かな位相のずれのために、ヨーイングが生じ回転運動を開始する。このようなヨーイングは、振動試験の高精度化を阻んでいる。
【０００４】
振動試験台にヨーイングを生じさせないことが望まれる。特に、アクチュエータの制御にヨーイングを生じさせない制御が望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、振動試験台にヨーイングを生じさせない振動試験台のヨーイング制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、アクチュエータの制御にヨーイングを生じさせない制御を組み込んで振動試験台にヨーイングを生じさせない振動試験台のヨーイング制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中の請求項対応の技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも１つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしているが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的事項に限定されることを示すためのものではない。
【０００７】
本発明による振動試験台のヨーイング制御装置は、試験台（１）に２カ所で同一方向にそれぞれに加速度を与えるための２基１対のアクチュエータ（２）と、アクチュエータ（２）を駆動するための電気制御系（２３−１，２）と、試験台の２カ所のそれぞれの２変位量を計測するための２つの変位計（１２，１３）と、試験台（１）の２カ所のそれぞれの２加速度を計測するための２つの加速度計（１４，１５）と、その２変位量は、計測時系列の２変位量としてそれぞれにｄｉｓ１（ｔｋ）、ｄｉｓ２（ｔｋ）で表され、ここでｋは時系列の順序数であり、ｋより大きい数ｎで表されるｄｉｓ１（ｔｎ）とｄｉｓ２（ｔｎ）の主差分が、ｄｉｓ１（ｔｋ）とｄｉｓ２（ｔｋ）の主差分よりも小さくなるように主計算された主制御電気信号を電気制御系（２３−１，２）に入力するための主電気制御系（２１−１，２）と、２加速度は、計測時系列の２加速度としてそれぞれにａｃｃ１（ｔｋ）、ａｃｃ２（ｔｋ）で表され、ａｃｃ１（ｔｎ）とａｃｃ２（ｔｎ）の副差分が、ａｃｃ１（ｔｋ）とａｃｃ２（ｔｋ）の副差分よりも小さくなるように副計算された副電気制御信号（３４）を主制御電気信号に重ね合わせるための副電気制御系（２２）とからなる。
【０００８】
加速度の積分である変位は、加速度のずれにより増幅される。変位のずれをリアルタイムでフィードバック制御しても、振動系内共振性は回転運動を継続させるが、フィードバック加速度のずれ情報を変位を制御変数とする制御系にリアルタイムで持ち込むことにより、回転運動の発生を解消することができる。
【０００９】
ｎはｋより１だけ大きくすることが望ましいが、過去のデータの平均値をフィードバック信号とすることができる。副計算は、（ａｃｃ１（ｔｋ）−ａｃｃ２（ｔｋ））／２に基づいて実行されることが望ましい。このような差分情報に適正な重みをかけることができる。差分は、１次の引き算に限られず、２次の引き算が用いられうる。平均化処理の手段は、さまざまの慣用手段が知られている。
【００１０】
その副計算は、｛（ａｃｃ１（ｔｋ）−ａｃｃ２（ｔｋ））／２｝に比例定数をかけた値が副電気制御信号として用いられ、その比例定数は可変であることがさまざまな周波数特性を持つ加振系に対応し、且つ、適正なヨーイング抑制を行うことができる点で特に好ましい。アクチュエータである加振機としても、さまざまな慣用手段が用いられうる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による振動試験台のヨーイング制御装置の実施の形態は、振動試験台を動作させるためのアクチュエータが設けられている。重い物体である振動試験台１は、２基１対のアクチュエータ２により加振される。２基１対のアクチュエータ２は、第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４とから形成されている。振動試験台１は、２基１対のクチュエータ２により、振動試験台１から独立した外部座標系Ｘ−Ｙ上のＸ軸上で往復運動力を与えられる。
【００１２】
振動試験台１は、他の２基１対のアクチュエータ５により加振される。他の２基１対のアクチュエータ５は、他の第１アクチュエータ６と他の第２アクチュエータ７とから形成されている。振動試験台１は、２基１対のクチュエータ５により、振動試験台１から独立した外部座標系Ｘ−Ｙ上のＹ軸上で往復運動力を与えられる。
【００１３】
第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４とは、流体圧の作用を受けて往復運動するピストン又はピストンロッド７，８をそれぞれに備えている。ピストンロッド７，８の自由端が、振動試験台１に連結されている。第１アクチュエータ６と第２アクチュエータ７とは、流体圧の作用を受けて往復運動するピストン又はピストンロッド９，１１をそれぞれに備えている。ピストンロッド９，１１の自由端が、振動試験台１に連結されている。このような流体圧動作機構に代えて、電気モータを用いることができる。
【００１４】
振動試験台１は、２基１対のアクチュエータ２によりＸ軸方向に運動し、且つ、２基１対のアクチュエータ５によりＹ軸方向に運動するように図示しない案内系により支持されている。Ｘ軸方向のその運動とＹ軸方向のその運動とは、独立関係又は従属関係にある。振動試験台１とは独立に、即ち、Ｘ−Ｙ座標系に固定されて、第１Ｘ方向変位計１２と第２Ｘ方向変位計１３とが設けられている。第１Ｘ方向変位計１２は振動試験台１のある位置のＸ座標又はそのＸ方向変位を検出し、第２Ｘ方向変位計１３は振動試験台１の他のある位置のＸ座標又はそのＸ方向変位を検出することができる。
【００１５】
振動試験台１には、第１Ｘ方向加速度計１４と第２Ｘ方向加速時計１５が固定されて設けられている。第１Ｘ方向加速度計１４は振動試験台１のある位置のＸ方向の加速度を計測し、第２Ｘ方向加速度計１５は振動試験台１の他のある位置のＸ方向の加速度を計測することができる。Ｙ方向変位計、Ｙ方向加速度計の図示は省略されている。Ｘ方向変位とＸ方向加速度とは、時系列ｔｋで計測され、実質的にリアルタイムで計測される。時系列ｔｋ上で隣り合う時点の時間間隔は、１ｍｓｅｃ程度である。
【００１６】
第１Ｘ方向変位計１２と第２Ｘ方向変位計１３とにより計測した両変位量を用いてフィードバック制御を行うと、重い物体１を含む振動系には、図２に示すＺ軸の回りの回転運動即ちヨーイングが発生する。このようなヨーイングは、第１Ｘ方向加速度計１４と第２Ｘ方向加速度計１５とにより計測した両加速度を用いてフィードバック制御を行うと、重い物体１を含む振動系のヨーイングを回避することができる。
【００１７】
そのようなヨーイングを回避することができる電気制御系が、図３に示されている。図３に示されるフィードバック電気制御系は、主電気制御系２１と副電気制御系２２とから形成されている。主電気制御系２１は、第１アクチュエータ３を含む第１主電気制御系２１−１と第２主電気制御系２１−２とから形成されている。
【００１８】
第１アクチュエータ３は、第１サーボ系２３−１によりフィードバック制御（ＦＢ）が行われる。第２アクチュエータ４は、第２サーボ系２３−２によりフィードバック制御が行われる。第１サーボ系２３−１，２には、主制御信号（図示せず）とＦＢ信号２５−１，２が入力される。
【００１９】
主電気制御系２１−１，２：
第１Ｘ方向変位計１２と第２Ｘ方向変位計１３とにより計測され第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４からそれぞれに出力される第１変位信号２６−１の第１変位電圧ｄｉｓ１と第２変位信号２６−２の第２変位電圧ｄｉｓ２とは、第１引き算器（Ｓｕｍ３）に入力され、値（ｄｉｓ１−ｄｉｓ２）が計算される。その値は、掛け算器（Ｇａｉｎ４）により１／２が掛けられる。その演算後の値に対応するＦＢ電圧（図中、ｙｏｗ）２７がフィードバックされる。
【００２０】
ＦＢ電圧２７と第１変位信号２６−１の電圧ｄｉｓ１とは、第１負加算器（Ｓｕｍ６）で負加算され、その負加算後の信号は、比例倍されて、第１副制御用加算器（Ｓｕｍ９）２９−１に入力される。同じＦＢ電圧２７と第２変位信号２６−２の電圧ｄｉｓ２とは、第２負加算器（Ｓｕｍ７）で負加算され、その負加算後の信号は、比例倍されて、第２副制御用加算器（Ｓｕｍ１０・減算）２９−２に入力される。
【００２１】
副電気制御系２２：
第１Ｘ方向加速度計１４と第２Ｘ方向加速度計１５とにより計測され第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４からそれぞれに出力される第１加速度信号３１−１の第１加速度電圧ａｃｃ１と第２加速度３１−２の第２加速度電圧ａｃｃ２とは、第２引き算器（Ｓｕｍ２）に入力され、値（ａｃｃ１−ａｃｃ２）が計算される。その値は、１／２掛け算器により１／２が掛けられる。この演算後の値は、更に、１０／（２５＊９８０）が掛けられ、その後に更に、可変乗算器３２により可変比例定数である１０が掛けられ、その演算後の副制御信号３４が、第１副制御用加算器（Ｓｕｍ９）２９−１及び第２副制御用加算器（Ｓｕｍ１０・減算）２９−２にそれぞれに入力される。
【００２２】
主・副混成電気制御系：
第１副制御用加算器（Ｓｕｍ９）２９−１、第２副制御用加算器（Ｓｕｍ１０・減算）２９−２からそれぞれに出力される第１主・副制御電気信号３５−１、第２主・副制御電気信号３５−２が、原則的に、第１サーボ系２３−１と第２サーボ系２３−２にそれぞれに入力される。第１主・副制御電気信号３５−１、第２主・副制御電気信号３５−２は、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４から得る何らかの情報に重みを掛けた第１，２重み信号３６−１，３６−２により加工され、最終制御状態の調整が行われる。
【００２３】
このような電気回路で、２変位量は、計測時系列の２変位量としてそれぞれにｄｉｓ１（ｔｋ）、ｄｉｓ２（ｔｋ）で表される。ここでｋは時系列の順序数である。ｋより大きい数ｎで表されるｄｉｓ１（ｔｎ）とｄｉｓ２（ｔｎ）の主差分が、ｄｉｓ１（ｔｋ）とｄｉｓ２（ｔｋ）の主差分よりも小さくなるように主計算された主制御電気信号が、主電気制御系２１にフィードバックされる。
【００２４】
更に、このような電気回路で、２加速度は、計測時系列の２加速度としてそれぞれにａｃｃ１（ｔｋ）、ａｃｃ２（ｔｋ）で表される。ａｃｃ１（ｔｎ）とａｃｃ２（ｔｎ）の副差分が、ａｃｃ１（ｔｋ）とａｃｃ２（ｔｋ）の副差分よりも小さくなるように副計算された副電気制御信号３４が、主・副混成電気制御系で主制御電気信号に重ね合わせられる。可変乗算器３２の可変比例定数である回転抑止ゲインＧΨ（Ψは回転加速度量に相当）を可変することにより、変位系制御に加速度系制御を組み込んだ混成制御系の制御状態が調整され得る。
【００２５】
加速度値を用いた制御方法：
２基の第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４の加速度応答値（ａｃｃ１，ａｃｃ２）から、次式により、Ψ回転加速度量を計算する：
Ψａｃｃ＝（−ａｃｃ１＋ａｃｃ２）／２．・・・（１）
このΨ回転加速度量を各アクチェータ（加振機１，２）のサーボ出力（ＳＶ１，ＳＶ２）に対し、次式によりＦＢして、Ψ回転を抑止する。
ＳＶ１’＝ＳＶ１＋ＧΨ＊Ψａｃｃ，・・・（２）
ＳＶ２’＝ＳＶ２−ＧΨ＊Ψａｃｃ．・・・（３）
この計算が、図３に示される回路により計算されている。
【００２６】
シミュレーション：
諸設定値が、図４の表に示されている。２つの設定値ＫＩとＫＦＤの値を加振機１（第１アクチュエータ３）と加振機２（第２アクチュエータ４）とで異ならせて、加振機１と加振機２の周波数特性を変えることにより、振動試験台１に積極的に回転運動を生起させ、本発明による混成ＦＢ制御のシミュレーションを行った。図４の表に示される条件下で、Ψ抑止ゲインを上昇させて行った時の抑止制御の補償効果をシミュレートした結果、下記の事項が確認された。
（１）２体の加振機の特性が若干異なる場合でも、抑止ゲインを上昇させるほど、加振機のそれぞれの周波数特性を揃えることができ、Ψ回転（量）を抑止することができる。
（２）Ψ補償ゲインを上昇させると系が不安定になり、共振状態になる。このシミュレーションモデルに限れば、ＧΨが１０であることが妥当である。モデルにより、この値は可変化されることが望ましい。
【００２７】
図５，６，７は、それぞれに、横軸が時間であり、縦軸が加振機１，２の変位、回転加速度量Ψである。図５，６，７でそれぞれの（ａ），（ｂ）は、結果を適正に評価しうるように選んだ２種の比較値に関してその結果を示している。図８，９，１０は、それぞれに、横軸が時間であり、縦軸が加振機１，２の変位である。図８，９，１０でそれぞれの（ａ），（ｂ）は、結果を適正に評価しうるように選んだ２種の値（変位）に関してその結果を示している。図８，９，１０に示される結果を得る加振実験の条件は、１０Ｈｚ、１ｃｍの入力である。
【００２８】
図５，８は、ＧΨ＝０の場合（公知制御に相当）の結果を示している。この場合、図５に示されるように、時間の経過とともに、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２の差分値が拡大する。Ψが減少するまでの時間が長い。図８に示されるように、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２は、同時刻で異なる固有の特性を示している。
【００２９】
図６，９は、ＧΨ＝１０の場合の結果を示している。この場合、図６に示されるように、時間の経過とともに、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２の差分値は零に収束している。Ψが減少するまでの時間が短い。図９に示されるように、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２は、その差分は同時刻でほとんど零に近い。
【００３０】
図７，１０は、ＧΨ＝１５の場合の結果を示している。この場合、図７に示されるように、時間の経過とともに、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２の差分値は零に収束し、Ψが減少するまでの時間が短いことは、ＧΨ＝１５の場合と概ね同じである。ＧΨの値が大きくなると、図１０に示されるように、加振機１，２の変位量Ｍｏｄｅｌ１，２は、その差分が小刻みに周期的に変動し、ある場合には、高い周波数で発振してしまう。
【００３１】
このような実験結果は、加速度を制御関数の変数に追加することにより、回転加速度量Ψの増大を抑制し、短い期間でそれを収束させることができることを示している。ＧΨの値を変化させることにより、制御の結果として生じる発振を抑制することもできる。変位のみの制御は、そのＦＢ制御の時間を長引かせるが、加速度を制御変数に付加することにより、そのＦＢ制御の時間を短縮することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による振動試験台のヨーイング制御装置は、振動試験台にヨーイングを生じさせない課題、アクチュエータのサーボ系にヨーイングを生じさせない制御を組み込むことにより、振動試験台にヨーイングを生じさせない課題を有効に解決している。特に、回転加速度の発生を有効に抑制するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による振動試験台のヨーイング制御装置の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１の正面図である。
【図３】図３は、本発明による振動試験台のヨーイング制御装置の実施の形態を示す制御回路図である。
【図４】図４は、実験条件を示すデータ表である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、制御変数が零である場合の実験結果を示すグラフである。
【図６】図６（ａ），（ｂ）は、制御変数が１０である場合の２態様の実験結果をそれぞれに示すグラフである。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、制御変数が１５である場合のその実験結果を示すグラフである。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、制御変数が零である場合の他の２態様の実験結果をそれぞれに示すグラフである。
【図９】図９（ａ），（ｂ）は、制御変数が１０である場合のその実験結果を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ）は、制御変数が１５である場合のその実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…試験台
２…２基１対のアクチュエータ
３…第１アクチュエータ３
４…第２アクチュエータ４
１２…第１Ｘ方向変位計
１３…第２Ｘ方向変位計
１４…第１Ｘ方向加速度計
１５…第２Ｘ方向加速時計
２１−１…第１主電気制御系
２１−２…第２主電気制御系
２２…副電気制御系
２３−１…第１サーボ系
２３−２…第２サーボ系
３２…可変乗算器
３４…副電気制御信号
ｄｉｓ１（ｔｋ）…変位量
ｄｉｓ２（ｔｋ）…変位量
ａｃｃ１（ｔｋ）…加速度
ａｃｃ２（ｔｋ）…加速度
【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】
0003631912.tif 000010
【図１０】
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