(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を加振する加振機と、入力された変位指令値に基づき前記加振機を駆動する変位制御手段とを有する加振装置において、
前記加振装置に与えられる変位指令値から前記変位制御手段に入力される修正指令値を生成する指令値修正手段を前記変位制御手段の前段に備え、
前記指令値修正手段が、時刻ｔにおける前記加振装置への変位指令値をＸ（ｔ）とし時刻ｔにおける前記変位制御手段に入力される修正指令値をＹ（ｔ）とするとき、加振時には、Ｙ（ｔ）がＸ（ｔ）であり、加振停止指令発行後は、Ｙ（ｔ）が時刻ｔに関して滑らかに変化し、加振停止時には、Ｙ（ｔ）が前記加振停止指令発行時の変位指令値近傍の変位に保持されるような前記修正指令値Ｙ（ｔ）を生成する手段である
ことを特徴とする加振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加振装置において、
前記指令値修正手段が、前記変位指令値Ｘ（ｔ）と前記修正指令値Ｙ（ｔ）との間でカットオフ周波数が可変のローパスフィルタを含み、
加振時は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を加振周波数より大きい値に設定し、加振停止指令発行後は、前記カットオフ周波数を時刻とともに減少させ、加振停止時は、Ｘ（ｔ）のＤＣ成分のみを出力する
ことを特徴とする加振装置。
【請求項３】
請求項１に記載の加振装置において、
前記指令値修正手段が、ディジタル計算機で構成され、
前記加振停止指令発行の時刻をｔｃ，サンプリング時間をｄｔ，前記加振停止指令が発行されてから停止するまでの時間をｅとするとき、
時刻ｔがｔ≦ｔｃでは、
Ｙ（ｔ）＝Ｘ（ｔ），
時刻ｔがｔ＞ｔｃでは、
Ｙ（ｔ）＝Ｙ（ｔ−ｄｔ）＋ｆ（ｔ）｛Ｘ（ｔ）−Ｘ（ｔ−ｄｔ）｝
（ただし、ｆ（ｔ）はｆ（ｔｃ）＝１、かつ、ｆ（ｔｃ＋ｅ）＝０となるｔに関して連続な単調減少関数）となるような前記修正指令値Ｙ（ｔ）を生成する
ことを特徴とする加振装置。
【請求項４】
請求項１に記載の加振装置において、
前記指令値修正手段が、前記指令値修正手段に入力される変位指令値を保持するホールド回路と、前記変位指令値を微分する微分回路と、前記微分回路の出力に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路と、前記係数回路の出力を積分する積分回路と、前記ホールド回路の出力および前記積分回路の出力を加算する加算回路とを含む
ことを特徴とする加振装置。
【請求項５】
請求項１に記載の加振装置において、
前記指令値修正手段が、前記指令値修正手段に入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路と、変位指令値に前記減衰係数回路の係数の微分値を乗じる係数回路と、前記係数回路の出力を積分する積分回路と、前記減衰係数回路の出力と前記積分回路の出力との差をとる差分回路とを含む
ことを特徴とする加振装置。
【請求項６】
請求項１に記載の加振装置において、
前記指令値修正手段が、前記指令値修正手段に入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して指数関数的に減少する減衰係数回路と、前記減衰係数回路の出力を積分する積分回路と、前記積分回路の出力に前記減衰係数回路の時定数を乗じる係数回路と、前記減衰係数回路の出力および前記係数回路の出力を加算する加算回路とを含む
ことを特徴とする加振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試体を変位させ加振する加振装置に係り、特に、加振装置を安全かつ滑らかに停止させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
供試体を変位させ加振する加振装置を停止させる方法としては、特開昭６２―１６８２０８号公報に記載されているように、加振停止指令が発行されると加振機変位を加振開始時の変位に収束させる方法（従来技術１）が知られている。
【０００３】
また、加振停止指令が発行された時刻の変位を保持する方法（従来技術２）も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
所定の荷重が加わった状態での加振実験や、特開平５−１０８４６号公報に記載されているような構造物の一部分を用いた加振実験と他の部分の振動応答計算とを組み合わせて構造物の振動応答を評価する実験などでは、加振装置に加える変位指令値がドリフトする場合がある。
【０００５】
このとき、上記従来技術１を用いて加振装置を停止させると、加振開始位置まで引き戻されるために、最終状態を保持できないという問題がある。
【０００６】
一方、上記従来技術２を用いて加振装置を停止させると、速度が不連続に変化するため、急激な加速度変動に基づく衝撃により、供試体や加振装置が破損する恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、変位指令値がドリフトする場合でも、加振装置を安全かつ滑らかに停止させることができる手段を備えた加振装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、供試体を加振する加振機と、入力された変位指令値に基づき加振機を駆動する変位制御手段とを有する加振装置において、加振装置に与えられる変位指令値から変位制御手段に入力される修正指令値を生成する指令値修正手段を変位制御手段の前段に備え、指令値修正手段が、時刻ｔにおける加振装置への変位指令値をＸ（ｔ）とし時刻ｔにおける変位制御手段に入力される修正指令値をＹ（ｔ）とするとき、加振時には、Ｙ（ｔ）がＸ（ｔ）であり、加振停止指令発行後は、Ｙ（ｔ）が時刻ｔに関して滑らかに変化し、加振停止時には、Ｙ（ｔ）が加振停止指令発行時の変位指令値近傍の変位に保持されるような修正指令値Ｙ（ｔ）を生成する手段である加振装置を提案する。
【０００９】
前記指令値修正手段は、変位指令値Ｘ（ｔ）と修正指令値Ｙ（ｔ）との間でカットオフ周波数が可変のローパスフィルタを含み、加振時は、ローパスフィルタのカットオフ周波数を加振周波数より大きい値に設定し、加振停止指令発行後は、カットオフ周波数を時刻とともに減少させ、加振停止時は、Ｘ（ｔ）のＤＣ成分のみを出力するようにする。
【００１０】
前記指令値修正手段をディジタル計算機で構成する場合は、加振停止指令発行の時刻をｔｃ，サンプリング時間をｄｔ，加振停止指令が発行されてから停止するまでの時間をｅとするとき、
時刻ｔがｔ≦ｔｃでは、
Ｙ（ｔ）＝Ｘ（ｔ），
時刻ｔがｔ＞ｔｃでは、
Ｙ（ｔ）＝Ｙ（ｔ−ｄｔ）＋ｆ（ｔ）｛Ｘ（ｔ）−Ｘ（ｔ−ｄｔ）｝
（ただし、ｆ（ｔ）はｆ（ｔｃ）＝１、かつ、ｆ（ｔｃ＋ｅ）＝０となるｔに関して連続な単調減少関数）となるような修正指令値Ｙ（ｔ）を生成することになる。
【００１１】
前記指令値修正手段は、より具体的には、指令値修正手段に入力される変位指令値を保持するホールド回路と、変位指令値を微分する微分回路と、微分回路の出力に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路と、係数回路の出力を積分する積分回路と、ホールド回路の出力および積分回路の出力を加算する加算回路とを含むことができる。
【００１２】
前記指令値修正手段は、指令値修正手段に入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路と、変位指令値に減衰係数回路の係数の微分値を乗じる係数回路と、係数回路の出力を積分する積分回路と、減衰係数回路の出力と積分回路の出力との差をとる差分回路とを含むようにしてもよい。
【００１３】
前記指令値修正手段は、指令値修正手段に入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して指数関数的に減少する減衰係数回路と、減衰係数回路の出力を積分する積分回路と、積分回路の出力に減衰係数回路の時定数を乗じる係数回路と、減衰係数回路の出力および係数回路の出力を加算する加算回路とを含むことも可能である。
【００１４】
本発明においては、加振時には、Ｙ（ｔ）がＸ（ｔ）であり、加振停止指令発行後は、Ｙ（ｔ）が時刻ｔに関して滑らかに変化し、加振停止時には、Ｙ（ｔ）が加振停止指令発行時の変位指令値近傍の変位に保持されるような修正指令値Ｙ（ｔ）を生成する指令値修正手段を変位制御手段の前段に備えたので、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機を滑らかに停止させることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５を参照して、本発明による加振装置の実施例を説明する。
【００１６】
図１は、本発明による加振装置の一実施例の基本的系統構成を示すブロック図である。加振装置は、供試体４を加振する加振機３と、入力された変位指令値に従って加振機３を駆動する変位制御手段２とからなる。本発明の特徴は、変位制御手段２の前段に指令値修正手段１を設置したことにある。
【００１７】
ここでは、時刻ｔにおいて指令値修正手段１に入力される変位指令値をＸ（ｔ）とし、指令値修正手段１から変位制御手段２に加えられる修正指令値をＹ（ｔ）と表現する。指令値修正手段１は、加振時は、入力変位指令値に従い加振機３を駆動するので、Ｙ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）とする。時刻ｔｃで加振停止指令が発行されると、Ｘ（ｔ）に関わらずＹ（ｔ）をｔに関して滑らかに変化させ、Ｘ（ｔｃ）近傍の変位ｃに収束させる。加振停止時には、Ｙ（ｔ）をｃに保持する。
【００１８】
このように指令値修正手段１が変位指令値を修正すると、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に滑らかに加振装置を停止させることが可能になる。
【００１９】
図２は、指令値修正手段１の原理的構成の一例を示す回路図である。この構成では、変位指令値Ｘ（ｔ）と修正指令値Ｙ（ｔ）との間に、カットオフ周波数が可変のローパスフィルタを介在させる。このローパスフィルタの一例としては、可変抵抗ＲおよびコンデンサＣからなる回路で構成し、可変抵抗Ｒの抵抗値を変えてカットオフ周波数を変化させる。ただし、ここでは動作を理解しやすくするために、可変抵抗として記載しているが、実際にはトランジスタやフォトカプラを用いて外部からの信号により抵抗値を変えられる素子を使用する。なお、カットオフ周波数が可変のローパスフィルタであればよく、本発明は、特定の回路構成には限定されない。
【００２０】
このローパスフィルタのカットオフ周波数の設定について説明する。加振時はカットオフ周波数を加振周波数より大きく設定する。したがって、入力変位指令値がそのまま修正指令値として変位制御手段２に入力される。加振停止指令が発行されると、カットオフ周波数を時刻に関して滑らかに小さくしていく。この制御は、図２の回路で可変抵抗Ｒの抵抗値を大きくすることに対応する。変位制御手段２への指令値は、徐々に高周波成分が減少し、最後には、ＤＣ成分のみとなり、所定定値に収束する。
【００２１】
このように指令値修正手段１を動作させると、変位指令値がドリフトする場合でも、加振停止指令発行時の変位近傍に、急激に速度が変動することなく、加振装置を安全かつ滑らかに停止させることが可能になる。また、簡単な回路構成により、指令値修正手段１を実現できることも、本発明の利点である。
【００２２】
図２の指令値修正手段１の原理的構成をディジタル計算機で実現する場合は、加振停止指令発行時刻をｔｃ、サンプリング時間をｄｔ、加振停止指令が発行されてから停止するまでの時間をｅとするとき、この指令値修正手段１を次のように動作させる。
【００２３】
加振時である時刻ｔがｔ≦ｔｃでは、指令値修正手段１に入力される変位指令値に従い加振機３を駆動するので、数式１のようにする。
【００２４】
【数１】
0003627092.tif 000002
【００２５】
次に、加振停止指令が発行された時刻以後、すなわち、ｔ＞ｔｃでは、徐々に加振機３の速度を減少させ、所定値に収束させるために、数式２のようにする。
【００２６】
【数２】
0003627092.tif 000003
【００２７】
ここで、ｆ（ｔ）は、ｆ（ｔｃ）＝１、かつ、ｆ（ｔｃ＋ｅ）＝０となるｔに関して連続な単調減少関数である。この式の第２項は時間の経過に従い０に収束するので、Ｙ（ｔ）は所定定値に収束することになる。ｆ（ｔ）の一例としては、数式３ような関数を用いればよい。このｆ（ｔ）は、時間に関して連続な関数となっているから、この関数を用いれば、加振機３の速度を連続的に変化させて停止させることができる。
【００２８】
【数３】
0003627092.tif 000004
【００２９】
また、ｆ（ｔ）として、数式４のような関数を用いてもよい。このｆ（ｔ）は、時間に関して滑らかな関数となっているので、この関数を用いれば、加振機３の速度を滑らかに変化させて停止させることができる。
【００３０】
【数４】
0003627092.tif 000005
【００３１】
このように指令値修正手段１を動作させると、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機３を滑らかに停止させることが可能になる。また、簡単な演算により、その動作を実現できる。
【００３２】
図３は、本発明における指令値修正手段１の具体的構成の一実施例を示すブロック図である。この指令値修正手段１は、入力される変位指令値をそのまま修正指令値として出力するバイパス１０と、変位制御手段２に加える指令値を滑らかに収束させる停止処理回路２０と、それらを切り換えるスイッチ３０ａ，３０ｂとで構成される。
【００３３】
停止処理回路２０は、入力される変位指令値を保持するホールド回路２１と、変位指令値を微分する微分回路２２と、微分回路２２の出力に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路２３と、減衰係数回路２３の出力を積分する積分回路２４と、ホールド回路２１の出力および積分回路２４の出力を加算する加算回路２５とからなる。なお、減衰係数回路２３には、例えば、特開昭５９−１７６１６号公報に記載されているような回路を採用する。また、このような特性の回路が得られれば、本発明は、使用する素子に限定はない。
【００３４】
図３の指令値修正手段１の動作を説明する。加振時は、入力される変位指令値に従い加振機３を駆動するので、スイッチ３０ａ，３０ｂをバイパス１０側に切り換え、変位指令値をそのまま出力する。加振停止指令が発行されると、スイッチ３０ａ，３０ｂを停止処理回路２０側に切り換える。ホールド回路２１は、その時に入力されている変位指令値の値を保持する。加振停止指令が発行された時刻をｔｃ，減衰係数回路２３の係数値をｆ（ｔ）とすると、停止処理回路から出力される修正指令値Ｙ（ｔ）は、数式５で与えられる。
【００３５】
【数５】
0003627092.tif 000006
【００３６】
この数式５の第２項は、時間の経過とともに所定値に収束するので、修正指令値Ｙ（ｔ）も所定値に収束することになる。
【００３７】
このように指令値修正手段１を動作させると、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機３を滑らかに停止させることが可能になる。また、アナログ回路を用いてその動作を実現できる。
【００３８】
図４は、本発明における指令値修正手段１の具体的構成の他の実施例を示すブロック図である。この指令値修正手段１は、入力される変位指令値をそのまま出力するバイパス１０と、変位制御手段２に加える指令値を滑らかに収束させる停止処理回路２０と、それらを切り換えるスイッチ３０ａ，３０ｂとで構成される。
【００３９】
停止処理回路２０は、入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して単調減少する係数を乗じる減衰係数回路２３と、変位指令値に減衰係数回路２３の係数の微分値を乗じる係数回路２６と、係数回路２６の出力を積分する積分回路２４と、減衰係数回路２３の出力と積分回路２４の出力との差をとる差分回路２７とからなる。なお、このような特性の回路が得られれば、本発明は、使用する素子に限定はない。
【００４０】
図４の指令値修正手段１の動作を説明する。加振時は、入力される変位指令値に従い加振機を駆動するので、スイッチ３０ａ，３０ｂをバイパス１０側に切り換え、変位指令値をそのまま出力する。加振停止指令が発行されると、スイッチ３０ａ，３０ｂを停止処理回路２０側に切り換える。加振停止指令が発行されたときの時刻をｔｃとし、減衰係数回路２３の係数値ｆ（ｔ）とすると、停止処理回路から出力される修正指令値Ｙ（ｔ）は、数式６で与えられる。数式６は、数式５と同様であり、時間が経過すると、Ｙ（ｔ）は所定値に収束する。
【００４１】
【数６】
0003627092.tif 000007
【００４２】
このように指令値修正手段１を動作させると、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機を滑らかに停止させることが可能になる。また、この回路構成では、微分回路を用いずに、その動作を実現できる。
【００４３】
図５は、本発明における指令値修正手段１の具体的構成の別の実施例を示すブロック図である。この指令値修正手段１は、入力される変位指令値をそのまま出力するバイパス１０と、変位制御手段２に加える指令値を滑らかに収束させる停止処理回路２０と、それらを切り換えるスイッチ３０ａ，３０ｂとで構成される。
【００４４】
停止処理回路２０は、入力される変位指令値に１から０の間を時間に関して指数関数的に減少する係数を乗じる減衰係数回路２８と、減衰係数回路２８の出力を積分する積分回路２４と、積分回路の出力に減衰係数回路２８の時定数αを乗じる係数回路２９と、減衰係数回路２８の出力および係数回路２９の出力を加算する加算回路２５とからなる。なお、このような特性の回路が得られれば、本発明は、使用する素子に限定はない。
【００４５】
図５の指令値修正手段１の動作を説明する。加振時は入力される変位指令値に従い加振機３を駆動するので、スイッチ３０ａ，３０ｂをバイパス１０側に切り換えて変位指令値をそのまま出力する。加振停止指令が発行されると、スイッチ３０ａ，３０ｂを停止処理回路２０側に切り換える。加振停止指令が発行されたときの時刻をｔｃとすると、停止処理回路２０から出力される修正指令値Ｙ（ｔ）は、数式７で与えられる。数式７は、数式８に等しくなる。
【００４６】
【数７】
0003627092.tif 000008
【００４７】
【数８】
0003627092.tif 000009
【００４８】
数式８の第２項は、時間の経過とともに所定値に収束するので、Ｙ（ｔ）は時間が経過すると所定値に収束することになる。
【００４９】
このように指令値修正手段１を動作させると、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機を滑らかに停止させることが可能になる。さらに、この構成では、微分回路を用いずにその動作を実現でき、図３および図４の回路と比較して、回路構成が単純になる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、加振時には、Ｙ（ｔ）がＸ（ｔ）であり、加振停止指令発行後は、Ｙ（ｔ）が時刻ｔに関して滑らかに変化し、加振停止時には、Ｙ（ｔ）が加振停止指令発行時の変位指令値近傍の変位に保持されるような修正指令値Ｙ（ｔ）を生成する指令値修正手段を変位制御手段の前段に備えることにより、変位指令値がドリフトする場合でも、急激に速度が変動することなく、加振停止指令発行時の変位近傍に加振機を滑らかに停止させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による加振装置の一実施例の基本的系統構成を示すブロック図である。
【図２】指令値修正手段の原理的構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明における指令値修正手段の具体的構成の一実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明における指令値修正手段の具体的構成の他の実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明における指令値修正手段の具体的構成の別の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  指令値修正手段
２  変位制御手段
３  加振機
４  供試体
１０  バイパス
２０  停止処理回路
２１  ホールド回路
２２  微分回路
２３  減衰係数回路
２４  積分回路
２５  加算回路
２６  係数回路
２７  差分回路
２８  指数関数的に減少する係数を乗じる減衰係数回路
２９  係数回路
３０ａ  スイッチ
３０ｂ  スイッチ
【図１】
0003627092.tif 000010
【図２】
0003627092.tif 000011
【図３】
0003627092.tif 000012
【図４】
0003627092.tif 000013
【図５】
0003627092.tif 000014