(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、
前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、
前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された１つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、
前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、
前記制御系は、
ａ．前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、
ｂ．前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、
ｃ．前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、
ｄ．前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、
ｅ．前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、
ｆ．前記複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、
ｇ．制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有し、
前記補償手段は、
制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、
制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、
制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、
前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられている、
ことを特徴とするフィードバック制御式材料試験機。
【請求項２】
試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、
前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、
前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された１つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、
前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、
前記制御系は、
ａ．前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、
ｂ．前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、
ｃ．前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、
ｄ．前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、
ｅ．前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、
ｆ．前記複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、
ｇ．制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有し、
前記補償手段は、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、
前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、
前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられている、
ことを特徴とするフィードバック制御式材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な材料試験を行うために、試験片の制御対象物理量を、フィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機が知られている。
【０００３】
制御対象物理量は、実行する材料試験の種類に応じて様々に選択される。例えば、ある材料試験では、試験片に負荷する引張荷重を制御対象物理量として制御しつつ、その引張荷重によって発生する試験片の伸びを継続的に計測する。また、試験片を取付けたチャックの変位や、試験片に発生する伸びをもって制御対象物理量とすることもある。
【０００４】
そして、圧縮荷重や引張荷重を制御対象物理量とする材料試験機の制御モードを荷重制御モードといい、チャックの変位を制御対象物理量とする制御モードは変位制御モードといい、また、試験片の伸びを制御対象物理量とする制御モードは伸び制御モードという。
【０００５】
一般的にこの種のフィードバック制御式材料試験機は、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段を備えていると共に、その目標値関数信号が入力され、試験片に関する複数の物理量のうちの選択された１つの物理量をその目標値関数信号に従うように制御する制御系を備えている。
【０００６】
更に、この制御系は、複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、多くの場合、その構成要素として、以下のａ．〜ｆ．を有する。
【０００７】
即ち、ａ．複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサ、ｂ．センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段、ｃ．目標値関数信号と負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段、ｄ．誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段、ｅ．前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系、及び、ｆ．前記複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段である。
【０００８】
尚、以上において、制御対象物理量とは、例えば、試験片に負荷される荷重、試験片を取付けたチャックの変位、それに、試験片に発生する伸び等である。
【０００９】
また、アクチュエータ系としては、通常、アクチュエータ駆動信号が入力する電磁サーボ弁を備えた油圧アクチュエータが使用される。
【００１０】
さらに、負帰還信号発生手段、差分発生手段、及びアクチュエータ駆動信号発生手段は、オペアンプを用いたアナログ回路として構成することも可能であるが、最近では、Ｄ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータと、高速で高性能のマイクロコンピュータとを使用し、マイクロコンピュータにディジタル信号処理を実行させることにより、それら手段をソフトウェアで構成するということも行われており、特に、後者の方式は一般的にディジタルシグナルプロセッシングと呼ばれている。
【００１１】
この種のフィードバック制御式材料試験機を使用して材料試験を実行するときには、多くの場合、一連の試験シーケンスの中で制御モードの切換が行われる。
【００１２】
例えば、目標値関数に従って変化させる引張荷重を試験片に負荷しつつ計測を行う材料試験では、計測中は材料試験機を荷重制御モードで動作させるのに対し、計測が完了したならば、材料試験機から試験片を取外すために、制御モードを変位制御モードへ切り換えるのが普通である。
【００１３】
制御モードの切換は、制御系が選択的に確立することのできる複数の制御ループを切り換えることで行われ、それによって使用されるセンサが交替する。
【００１４】
例えば、荷重制御モードから変位制御モードへの切換に際しては、それまでは荷重センサが送出しているセンサ信号が使用されていたものが、変位センサが送出しているセンサ信号が使用されるようになる。
【００１５】
従って一般的に、制御ループを切り換えたならば、その時点で負帰還信号の大きさがステップ状に変化し、その結果としてアクチュエータ駆動信号が急変する。そのため、単純に制御ループを切り換えるだけであると、その切換と同時にアクチュエータが突発的に高速動作を開始するために、材料試験機に有害なショックが加わったり、試験片を破損したりする等の様々な不都合が発生するおそれがある。
【００１６】
このような不都合を回避するために、以前は、制御モードの切換に際してはセンサ信号をモニタしながらアクチュエータの油圧、及び／または、制御系の信号を制御することで、アクチュエータの突発的動作を防止するようにしていた。しかしながらこの方法には、新たな制御モードでの動作を開始するまでに時間がかかり、材料試験の稼働効率が低くなるという問題があった。
【００１７】
最近では、ディジタルシグナルプロセッシング技術を利用して制御系の主要部分をディジタル構成とした材料試験機が多く使用されており、この場合には、制御系の信号に補償を加えることが比較的容易であるため、以上の方法とはまた別の方法が用いられている。
【００１８】
その方法とは、制御モードの切換に際して目標値関数信号に補償を加えることで、制御モードの切換直後のアクチュエータ駆動信号の大きさを切換直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと同じになるようにするというものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このようにアクチュエータ駆動信号に補償を加えるようにした従来の制御モード切換方法によれば、誤差信号に従ってアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が実質的に比例要素として構成されている場合には良好な結果が得られる。
【００２０】
しかしながら、比例要素に必然的に付随する定常偏差を除去するために、アクチュエータ駆動信号発生手段を、積分要素を含む構成とした場合には、この従来の制御モード切換方法では問題が発生する。
【００２１】
これについて詳しく説明すると、アクチュエータ駆動信号発生手段が比例要素として構成されている場合には、制御モード切換の前後でアクチュエータ駆動信号の大きさが変化しないように目標値関数信号の大きさを調整しさえすれば、制御モード切換の直後の時点で、制御系は既に定常状態となっている。
【００２２】
これに対して、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合には、そのように目標値関数信号の調整を行った場合に、制御モード切換の直後の時点で制御系が定常状態なっているとは限らず、一般的には定常状態にはなっていない。
【００２３】
そのため、制御モードの切換の直後に、それまで静止していたアクチュエータが、制御系の定常状態を目指して意図しない動作を開始し、試験片に望ましくない荷重が加わったり、場合によっては試験片が破損することもあった。
【００２４】
また、切換後の新たな制御モードでの動作制御を開始するためには制御系が一旦定常状態に落ち着くのを待つ必要があるため、試験に時間がかかり、材料試験機の稼働効率の低下を招いていた。
【００２５】
本発明は上述した従来の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、上述の種類のフィードバック制御式材料試験機において、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止すると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにすることにより新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始できるようにすることにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１及び請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された１つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、前記制御系は、ａ．前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、ｂ．前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、ｃ．前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、ｄ．前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、ｅ．前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、ｆ．前記複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、ｇ．制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有することを特徴としている。
【００２７】
そして、請求項１に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられていることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１及び請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、制御モードの切換に際して制御系の信号に対して補償を施すことで、その制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるようにすることができる。
【００３０】
そのため、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止できると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにして新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始することが可能である。
【００３１】
また、請求項１に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、前記補償手段が、前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成るものであるため、目標値関数信号発生手段及びアクチュエータ駆動信号発生手段が、通常そうであるように、プログラムメモリと積和演算器とを備えたディジタルシグナルプロセッサで構成されている場合には、それらディジタルシグナルプロセッサのプログラムに変更を加えるだけで本発明を実施することが可能である。
【００３２】
また、請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機によれば、前記補償手段が、負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成るものであるため、負帰還信号をモニタして負荷信号発生手段を制御するだけで本発明を実施することができ、従って既存のフィードバック制御式材料試験機に最小限の改造を施すだけで、本発明を容易にレトロフィットにより組み込むことが可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系１０を示したブロック図である。
【００３４】
先ず材料試験機の機械部分について簡単に説明すると、この材料試験機は、試験機フレームに位置調節可能に固定される固定側荷重負荷部と、油圧アクチュエータ系で駆動される可動側荷重負荷部とを備えており、それら荷重負荷部の間にチャックを介して試験片を装着し、油圧アクチュエータ系の動作を制御することで、その試験片に試験操作を加えるように構成したものである。
【００３５】
ただし本発明にとっては、材料試験機の機械部分の構成は重要ではないことから、機械部分の全体は図示せず、図には単に、油圧アクチュエータ系のうちのサーボ弁Ｓ／Ｖ及び油圧アクチュエータＡＣＴと、この油圧アクチュエータ系によって駆動されるチャック及びそのチャックに取付けられた試験片ＣＨＫ／ＴＰとを、１つのブロック１２で示した。
【００３６】
従ってブロック１２は、サーボ弁Ｓ／Ｖへ供給されるアクチュエータ駆動信号を入力とし、試験片ＴＰに関する物理量を出力とする要素を表している。
【００３７】
この図１の実施の形態では、制御系１０が制御することのできる試験片ＴＰに関する物理量は、試験片ＴＰに負荷される荷重、試験片ＴＰを取付けたチャックＣＨＫの変位、それに、試験片ＴＰに発生する伸びであり、それら物理量のうちの１つが制御対象物理量として選択されて制御系１０の出力となる。制御系１０は、それら３つの物理量を夫々に検出するための３個のセンサを備えている。
【００３８】
試験片ＴＰに負荷される荷重は、一方の荷重負荷部に取付けたロードセル及びそれに付随するブリッジ回路で構成した荷重センサ１４よって検出され、この荷重センサ１４は、検出した荷重の大きさに応じたアナログ電気信号である荷重センサ信号ＳＬＯＡＤを発生している。
【００３９】
また、試験片ＴＰを取付けたチャックＣＨＫの変位は、ポテンショメータ等を使用した変位センサ１６によって検出され、この変位センサ１６は、検出した変位の大きさに応じたアナログ電気信号である変位センサ信号ＳＤＩＳＰを発生している。
【００４０】
また、試験片ＴＰに発生する伸びは、伸びセンサ１８によって検出され、この伸びセンサ１８は、検出した伸びの大きさに応じたアナログ電気信号である伸びセンサ信号ＳＥＬＮＧを発生している。
【００４１】
図１に示した制御系１０の構成要素のうち、以上に説明したブロック１２及びセンサ１４〜１８以外の構成要素は、信号を電気的に発生ないし処理するためのものであり、図示の実施の形態では、それら構成要素は、５個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ０〜ＤＳＰ４と、それらディジタルシグナルプロセッサの入出力信号をモニタすると共にそれらディジタルシグナルプロセッサの動作を制御する制御用コンピュータ２０とで構成されている。
【００４２】
５個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ０〜ＤＳＰ４の各々は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それに積和演算器等を組合せた一般的な構成のものであり、その具体的な構成よりもその機能の方が重要であるため、図１には、各ディジタルシグナルプロセッサの機能を幾つかの機能要素の組合せで表してある。
【００４３】
以下に説明する各ディジタルシグナルプロセッサの機能を得るためにそのディジタルシグナルプロセッサのハードウェアをどのように構成し、そのプログラムをどのように作成すればよいかは、当業者には自明のことであるのでそれらについては説明を省略する。
【００４４】
ＤＳＰ０は、目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）を発生する関数信号発生部２２を有する。目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）とは、制御対象物理量の目標値を時間の関数として表す信号である。
【００４５】
関数信号発生部２２は、図中に接続記号Ｃ０１で示したように制御用コンピュータ２０によって制御されており、従って、この関数信号発生部２２と制御用コンピュータ２０とで、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段が構成されている。
【００４６】
目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）は、制御用コンピュータ２０からの指令に応じて、引張強度試験のためにランプ関数として発生されることもあれば、疲労強度試験のために正弦関数として発生されることもあり、更には、試験片ＴＰの装着及び取外しのために、その他の適当な関数として発生されることもある。
【００４７】
ＤＳＰ０は更に、加算器２４とオフセット信号発生部２６を有する。オフセット信号発生部２６は、図中に接続記号Ｃ０２で示したように制御用コンピュータ２０によって制御されており、目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）に加えるべきオフセット信号ＤＯＳを発生するものである。
【００４８】
制御用コンピュータ２０がオフセット信号ＤＯＳをゼロ以外の（正または負の）大きさに設定したならば、そのオフセット信号ＤＯＳが加算器２４によって目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）に加算される。
【００４９】
従って、加算器２４と、オフセット信号発生部２６と、制御用コンピュータ２０とで、目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【００５０】
３個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１〜ＤＳＰ３は、いずれも制御用コンピュータ２０によって制御されている。
【００５１】
ＤＳＰ１〜ＤＳＰ３には、前述の試験片ＴＰに関する３つの物理量の夫々に対応したセンサ信号が入力しており、これらＤＳＰ１〜ＤＳＰ３は、それらセンサ信号に対応した夫々の物理量を制御するための夫々の制御ループの一部を構成している。
【００５２】
より詳しくは、ＤＳＰ１には荷重センサ信号ＳＬＯＡＤが入力しており、このＤＳＰ１は荷重制御ループの一部を構成している。ＤＳＰ２には変位センサ信号ＳＤＩＳＰが入力しており、このＤＳＰ２は変位制御ループの一部を構成している。ＤＳＰ３には伸びセンサ信号ＳＥＬＮＧが入力しており、このＤＳＰ３は伸び制御ループの一部を構成している。
【００５３】
これら３個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１〜ＤＳＰ３は、一般的にその動作パラメータが夫々に異なった設定値に設定されるが、その機能自体は互いに相似関係にある。そのため、以下の説明では、ＤＳＰ１についてのみ詳細に説明し、ＤＳＰ２及びＤＳＰ３については、図面中で対応する要素に対応する参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５４】
ＤＳＰ４は、図中に接続記号Ｃ４１で示したように制御用コンピュータ２０によって制御されており、ＤＳＰ１〜ＤＳＰ３が夫々に出力しているディジタル電気信号であるアクチュエータ駆動信号Ｅａ１〜Ｅａ３のうちの１つを選択し、その選択したアクチュエータ駆動信号を、アナログ信号に変換するためのものである。このＤＳＰ４については後に詳細に説明する。
【００５５】
これよりＤＳＰ１について更に詳しく説明して行く。ＤＳＰ１はＡ／Ｄコンバータ１３０を有する。Ａ／Ｄコンバータ１３０は、荷重センサ１４から受取るアナログの荷重センサ信号ＳＬＯＡＤを、所定サンプリングレート（例えば１００μ秒）でサンプリングしてディジタル化するものである。
【００５６】
従って、Ａ／Ｄコンバータ１３０は、入力してくる荷重センサ信号ＳＬＯＡＤの大きさに比例した大きさのディジタル信号を送出する比例要素であり、その比例係数（ゲインＫＣ１）は、制御用コンピュータ２０からの指令によって調節可能としてある。
【００５７】
このＡ／Ｄコンバータ１３０の出力は、荷重制御ループの負帰還信号ＦＢ１として使用される。従って、このＡ／Ｄコンバータ１３０と制御用コンピュータ２０とで、荷重センサ信号ＳＬＯＡＤの大きさに応じた負帰還信号ＦＢ１を発生する負帰還信号発生手段が構成されている。
【００５８】
また、ゲインＫＣ１は、荷重制御ループにおけるフィードバックゲインであり、荷重制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。ＤＳＰ２及びＤＳＰ３も同様のＡ／Ｄコンバータ２３０及び３３０を備えており、それらのフィードバックゲインをＫＣ２及びＫＣ３で表した。
【００５９】
ＤＳＰ１は比較器１３２を有する。この比較器１３２は、ＤＳＰ０とＡ／Ｄコンバータ１３０とから夫々目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）と負帰還信号ＦＢ１とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号Ｅｅ１を発生する差分発生手段を構成している。また、ＤＳＰ２及びＤＳＰ３も同様の比較器２３２及び３３２を備えている。
【００６０】
ＤＳＰ１は信号処理部１３４を有する。この信号処理部１３４は、図中に接続記号Ｃ１１で示したように制御用コンピュータ２０によって制御されており、比較器１３２から入力する誤差信号Ｅｅ１に処理を施してアクチュエータ駆動信号Ｅａ１を発生するものである。
【００６１】
従って、この信号処理部１３４と制御用コンピュータ２０とで、誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が構成されている。
【００６２】
特にこの信号処理部１３４は、発生するアクチュエータ駆動信号Ｅａ１が、入力される誤差信号Ｅｅ１の積分成分を含むように構成されており、より詳しくは、比例・積分要素として構成されている。
【００６３】
アクチュエータ駆動信号Ｅａ１を発生する信号処理部１３４を積分要素を含むものとすることで、定常偏差を排除できるようにしており、これによって荷重制御ループの制御精度を高めている。
【００６４】
信号処理部１３４を構成している比例・積分要素の比例係数（ゲインＫＦ１）は、制御用コンピュータ２０からの指令によって調節可能としてある。このゲインＫＦ１は、荷重制御ループにおけるフォワードゲインであり、荷重制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【００６５】
また、アクチュエータ駆動信号Ｅａ１は、制御用コンピュータ２０からの指令によってリセット可能としてあり、後述する制御モード切換の際にはリセットされる。従って、制御用コンピュータ２０によって、制御モード切換の際にアクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段が構成されている。
【００６６】
ＤＳＰ２及びＤＳＰ３も同様の信号処理部２３４及び３３４を備えており、それらのゲインをＫＦ２及びＫＦ３で表した。
【００６７】
ＤＳＰ１は、加算器１３６とオフセット信号発生部１３８とを有する。オフセット信号発生部１３８は、図中に接続記号Ｃ１２で示したように制御用コンピュータ２０によって制御されており、アクチュエータ駆動信号Ｅａ１に加えるべきオフセット信号ＡＯＳ１を発生するものである。
【００６８】
制御用コンピュータ２０がオフセット信号ＡＯＳ１をゼロ以外の（正または負の）大きさに設定したならば、そのオフセット信号ＡＯＳ１が加算器１３６によってアクチュエータ駆動信号Ｅａ１に加算される。
【００６９】
従って、加算器１３６と、オフセット信号発生部１３８と、制御用コンピュータ２０とで、アクチュエータ駆動信号Ｅａ１に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【００７０】
ＤＳＰ２及びＤＳＰ３に関しては、それらの構成要素を、ＤＳＰ１の対応する構成要素の参照番号の最初の桁の数字を「１」から夫々「２」と「３」とに変更した参照符号を付して示した。
【００７１】
これらＤＳＰ２及びＤＳＰ３の機能は記述の如くＤＳＰ１の機能と相似であり、特に、これらＤＳＰ２及びＤＳＰ３の信号処理部２３４及び３３４も、ＤＳＰ１の信号処理部１３４と同様に比例・積分要素として構成されている。
【００７２】
また、これらＤＳＰ２及びＤＳＰ３においては、誤差信号をＥｅ２及びＥｅ３で表し、負帰還信号をＦＢ２及びＦＢ３で表し、アクチュエータ駆動信号をＥａ２及びＥａ３で表し、オフセット信号をＡＯＳ２及びＡＯＳ３で表している。
【００７３】
ＤＳＰ１〜ＤＳＰ３の負帰還信号ＦＢ１〜ＦＢ３は、図中に接続記号Ｍ１１、Ｍ２１、及びＭ３１で示したように制御用コンピュータ２０によってモニタされている。また、ＤＳＰ１〜ＤＳＰ３が出力しているアクチュエータ駆動信号Ｅａ１〜Ｅａ３は、ＤＳＰ４へ入力されていると共に、図中に接続記号Ｍ１２、Ｍ２２、及びＭ３２で示したように制御用コンピュータ２０によってモニタされている。
【００７４】
ＤＳＰ４は、制御用コンピュータ２０からの指令に従って３つのアクチュエータ駆動信号Ｅａ１〜Ｅａ３のうちから１つを選択するセレクタ４０と、その選択したディジタルのアクチュエータ駆動信号をアナログのアクチュエータ駆動信号Ｅａ０に変換するＤ／Ａコンバータ４２とを有する。
【００７５】
ＤＳＰ４から出力されるアクチュエータ駆動信号Ｅａ０は、油圧アクチュエータＡＣＴのサーボ弁Ｓ／Ｖへ供給され、サーボ弁Ｓ／Ｖを駆動する。これによって、図１のブロック１２に含まれるアクチュエータ系が、そのアクチュエータ駆動信号Ｅａ０に応動して、試験片ＴＰに試験操作を加えることになる。
【００７６】
以上の説明から明らかなように、ＤＳＰ１〜ＤＳＰ３から送出されているアクチュエータ駆動信号Ｅａ１〜Ｅａ３のうちから、例えばアクチュエータ駆動信号Ｅａ１が選択されたならば、荷重センサ１４とＤＳＰ１とを含む荷重制御ループが確立されることになり、材料試験機の制御モードは荷重制御モードとなる。そして、別のアクチュエータ駆動信号を選択することで、その選択したアクチュエータ駆動信号に対応した制御モードへ切り換えることができる。
【００７７】
従って、セレクタ４０と制御用コンピュータ２０とで、制御モード選択手段が構成されており、この制御モード選択手段は、複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにするものである。
【００７８】
また、以上から明らかなように、この制御系１０は、試験片ＴＰに関する複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、選択された１つの物理量を目標値関数信号に従うように制御するものである。
【００７９】
以上の構成のフィードバック制御式材料試験機において、制御モードを切り換える際には、その制御モードの切換と同時にアクチュエータ駆動信号がステップ状に変化して油圧アクチュエータＡＣＴが突発的に高速動作を開始するという不都合や、その切換の直後に、油圧アクチュエータＡＣＴが、積分要素を含んでいる制御系１０の定常状態を目指して意図しない動作を開始するという不都合を防止するために、以下の手順を実行するようにしている。
【００８０】
その手順とは、制御モード切換の直前と直後とでアクチュエータ駆動信号Ｅａ０の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に誤差信号が実質的にゼロになるように、制御系１０の信号に対して補償を施すというものである。
【００８１】
これについては、以下に具体的な例に即して説明することとし、ここでは、疲労強度試験のために荷重制御モードで行っていた試験片ＴＰへの繰返荷重の印加プロセスが終了し、その試験片ＴＰを材料試験機から取外すために、荷重制御モードから変位制御モードへ切り換える場合について説明する。
【００８２】
この制御モードの切換に際しては、先ず切換直前の時点で、制御用コンピュータ２０が、荷重制御ループの負帰還信号ＦＢ１をＤＳＰ１から読み取り、また、変位制御ループの負帰還信号ＦＢ２をＤＳＰ２から読み取る。
【００８３】
そして、切換直後にＤＳＰ０のオフセット信号発生部２６から出力すべき新たなオフセット信号ＤＯＳ（ｎｅｗ）を適切な大きさに定めることで、切換直後に変位制御ループの誤差信号Ｅｅ２が実質的にゼロになるようにする。
【００８４】
この場合、切換直前の時点では荷重制御モードで制御が行われているため、荷重制御ループの誤差信号Ｅｅ１は実質的にゼロになっている。そこで、切換直前の時点でＤＳＰ０のオフセット信号発生部２６が出力しているオフセット信号ＤＯＳ（ｏｌｄ）の値を使用して、ＦＢ１−ＤＯＳ（ｏｌｄ）＝ＦＢ２−ＤＯＳ（ｎｅｗ）となるようにＤＯＳ（ｎｅｗ）の値を定めることにより、切換直後の時点における新たな制御ループ（変位制御ループ）の誤差信号Ｅｅ２を実質的にゼロにすることができる。
【００８５】
また以上と並行して、制御用コンピュータ２０は、制御モードの切換直前の時点でＤＳＰ１から出力されているアクチュエータ駆動信号Ｅａ１を読み取り、そして切換直後の時点で、ＤＳＰ２の信号処理部２３４をリセットして、この信号処理部２３４が出力しているアクチュエータ駆動信号をゼロにする。
【００８６】
これと共に、制御用コンピュータ２０は、信号処理部２３４が出力しているそのアクチュエータ駆動信号に対して、ＤＳＰ２の加算器２３６及びオフセット信号発生部２３８を介して適切なオフセット補償を施すことで、ＤＳＰ２からＤＳＰ４へ出力されるオフセット補償後のアクチュエータ駆動信号Ｅａ２の大きさが、先に読み取ったアクチュエータ駆動信号Ｅａ１の大きさと実質的に等しくなるようにする。
【００８７】
これによって、制御モードの切換直前に使用されていたアクチュエータ駆動信号Ｅａ１の大きさと、切換直後に使用されるアクチュエータ駆動信号Ｅａ２の大きさとが実質的に等しくなるため、制御モード切換の直前と直後とで、サーボ弁Ｓ／Ｖに供給されるアクチュエータ駆動信号Ｅａ０の大きさを実質的に同一とすることができる。
【００８８】
従って、アクチュエータ駆動信号Ｅａ０の大きさが制御モード切換の前後で変化しないため、制御モード切換に際して油圧アクチュエータＡＣＴが突発的に高速動作を開始するおそれがなく、また、誤差信号が制御モード切換の直後にゼロになっているため、その時点で新たな制御モードに対応した制御ループは既に定常状態にあり、従って、制御ループが積分要素を含んでいても、制御モードの切換後に、油圧アクチュエータＡＣＴが制御系１０の定常状態を目指して意図しない動作を開始するということがない。
【００８９】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系１０´を示したブロック図である。材料試験機の機械部分の構成要素は、第１の実施の形態と第２の実施の形態とで同一であるため、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
この第２の実施の形態でも、制御系１０´が制御することのできる試験片ＴＰに関する物理量は、試験片ＴＰに負荷される荷重、試験片ＴＰを取付けたチャックＣＨＫの変位、それに、試験片ＴＰに発生する伸びであり、それら物理量のうちの１つが制御対象物理量として選択されてこの制御系１０´の出力となる。
【００９１】
また、制御系１０´は、以上の３つの物理量を夫々に検出するための３個のセンサを備えている。それらセンサは第１の実施の形態のものと同じものであるため、同一の参照番号を付してある。更に、それらセンサが発生するセンサ信号も第１の実施の形態に関して説明したものと同じである。
【００９２】
図２に示した制御系１０´の構成要素のうち、ブロック１２及びセンサ１４〜１８以外の構成要素は、信号を電気的に発生ないし処理するためのものであり、図示の実施の形態では、それら構成要素は、２個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ０´及びＤＳＰ１´と、それらディジタルシグナルプロセッサの入出力信号をモニタすると共にそれらディジタルシグナルプロセッサの動作を制御する制御用コンピュータ２０´とで構成されている。
【００９３】
２個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ０´及びＤＳＰ１´の各々は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それに積和演算器等を組合せた一般的な構成のものであり、その具体的な構成よりもその機能の方が重要であるため、図２には、各ディジタルシグナルプロセッサの機能を幾つかの機能要素の組合せで表してある。
【００９４】
以下に説明する各ディジタルシグナルプロセッサの機能を得るためにそのディジタルシグナルプロセッサのハードウェアをどのように構成し、そのプログラムをどのように作成すればよいかは、当業者には自明のことであるのでそれらについては説明を省略する。
【００９５】
ＤＳＰ０´は、目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）を発生する関数信号発生部２２を有する。目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）とは、制御対象物理量の目標値を時間の関数として表す信号である。
【００９６】
関数信号発生部２２は、図中に接続記号Ｃ０１で示したように制御用コンピュータ２０´によって制御されており、従ってこの関数信号発生部２２と制御用コンピュータ２０´とで、目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段が構成されている。
【００９７】
目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）は、制御用コンピュータ２０´からの指令に応じて、引張強度試験のためにランプ関数として発生されることもあれば、疲労強度試験のために正弦関数として発生されることもあり、更には、試験片ＴＰの装着及び取外しのためにその他の適当な関数として発生されることもある。
【００９８】
図２のＤＳＰ０´は、図１の実施の形態のＤＳＰ０とは異なり、目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）に対してオフセット補償を施す手段を備えていない。
【００９９】
もう１つのディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１´は、図１の実施の形態の４個のディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１〜ＤＳＰ４が集合した全体に略々対応した機能を果たしており、このＤＳＰ１´の機能要素のうち、ＤＳＰ１〜ＤＳＰ４に含まれている機能要素に対応するものには、同一の参照番号を付してある。
【０１００】
ＤＳＰ１´は制御用コンピュータ２０´によって制御されており、前述の試験片ＴＰに関する３つの物理量の夫々に対応したセンサ信号が入力している。そして、ＤＳＰ１´は、それらセンサ信号に対応した夫々の物理量を制御するための夫々の制御ループの一部を構成している。
【０１０１】
従って、ＤＳＰ１´には、荷重センサ信号ＳＬＯＡＤと、変位センサ信号ＳＤＩＳＰと、伸びセンサ信号ＳＥＬＮＧとが入力している。
【０１０２】
ＤＳＰ１´は、３個のＡ／Ｄコンバータ１３０、２３０、３３０を有する。これらＡ／Ｄコンバータ１３０、２３０、３３０は、夫々、アナログ電気信号であるセンサ信号ＳＬＯＡＤ、ＳＤＩＳＰ、及びＳＥＬＮＧを、所定サンプリングレート（例えば１００μ秒）でサンプリングしてディジタル化するものである。
【０１０３】
従って、これらＡ／Ｄコンバータ１３０、２３０、３３０は、入力してくるセンサ信号の大きさに比例した大きさのディジタル信号を送出する比例要素であり、その比例係数（ゲインＫＣ１、ＫＣ２、ＫＣ３）は、制御用コンピュータ２０´からの指令によって調節可能としてある。
【０１０４】
これらＡ／Ｄコンバータ１３０、２３０、３３０の出力は、夫々、荷重制御ループ、変位制御ループ、伸び制御ループの負帰還信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３として使用される。従って、各々のＡ／Ｄコンバータと制御用コンピュータ２０´とで、各々のセンサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段が構成されている。また、ゲインＫＣ１、ＫＣ２、ＫＣ３は、夫々の制御ループにおけるフィードバックゲインであり、対応する制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【０１０５】
ＤＳＰ１´は、３個の加算器１４４、２４４、３４４と、それらの各々に組合わされた３個のオフセット信号発生部１４６、２４６、３４６とを有する。オフセット信号発生部１４６、２４６、３４６は、図中に接続記号Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３で示したように制御用コンピュータ２０´によって制御されており、負帰還信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３に夫々加えるべきオフセット信号ＥＯＳ１、ＥＯＳ２、ＥＯＳ３を発生するものである。
【０１０６】
制御用コンピュータ２０´が、オフセット信号ＥＯＳ１〜ＥＯＳ３をゼロ以外の（正または負の）大きさに設定したならば、それらオフセット信号ＥＯＳ１〜ＥＯＳ３が、加算器１４４、２４４、３４４によって夫々負帰還信号ＦＢ１〜ＦＢ３に加算される。
【０１０７】
従って、加算器１４４、２４４、３４４と、オフセット信号発生部１４６、２４６、３４６と、制御用コンピュータ２０´とで、負帰還信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３に対してオフセット補償を施す手段が構成されている。このオフセット補償については後に更に詳しく説明する。
【０１０８】
ＤＳＰ１´は、接続記号Ｃ１４で示したように制御用コンピュータ２０´からの指令に従って３つの負帰還信号ＦＢ１〜ＦＢ３のうちから１つを選択するセレクタ４０と、このセレクタ４０によって選択された負帰還信号ＦＢ０が入力する比較器３２とを有する。
【０１０９】
比較器３２には更に、前述の目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）がＤＳＰ０´から入力しており、比較器３２はそれら信号の差分に比例した誤差信号Ｅｅ０を発生している。従って比較器３２は、第１の実施の形態における比較器１３２と同様の差分発生手段を構成している。
【０１１０】
ＤＳＰ１´は、信号処理部３４を有する。この信号処理部３４は、図中に接続記号Ｃ１５で示したように制御用コンピュータ２０´によって制御されており、比較器３２から入力する誤差信号Ｅｅ０に処理を施してアクチュエータ駆動信号Ｅａを発生するものである。
【０１１１】
従って、この信号処理部３４と制御用コンピュータ２０´とで、誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段が構成されている。
【０１１２】
信号処理部３４は、第１の実施の形態における信号処理部１３４、２３４、３３４と同様に、発生するアクチュエータ駆動信号Ｅａが、入力される誤差信号Ｅｅ０の積分成分を含むように構成されており、より詳しくは、比例・積分要素として構成されている。
【０１１３】
アクチュエータ駆動信号Ｅａを発生する信号処理部３４を、積分要素を含むものとすることで、定常偏差を排除できるようにしており、これによって制御ループの制御精度を高めている。
【０１１４】
信号処理部３４を構成している比例・積分要素の比例係数（即ち、フォワードゲインＫＦ０）及び積分時定数（即ち、Ｔ０）は、制御用コンピュータ２０´からの指令によって調節可能としてある。ＫＦ０及びＴ０は、そのとき選択されている制御対象物理量に応じて制御ループの制御特性を最適化する値に設定される。
【０１１５】
図２の実施の形態のＤＳＰ１´は、図１の実施の形態のＤＳＰ１、ＤＳＰ２、ないしＤＳＰ３とは異なり、アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段を備えていない。
【０１１６】
ＤＳＰ１´の負帰還信号ＦＢ１〜ＦＢ３は、図中に接続記号Ｍ１１〜Ｍ１３で示したように制御用コンピュータ２０´によってモニタされており、信号処理部３４が出力しているアクチュエータ駆動信号Ｅａも、図中に接続記号Ｍ１４で示したように制御用コンピュータ２０´によってモニタされている。
【０１１７】
ＤＳＰ１´は、Ｄ／Ａコンバータ４２を有し、このＤ／Ａコンバータ４２は、信号処理部３４から出力されるディジタルのアクチュエータ駆動信号Ｅａをアナログのアクチュエータ駆動信号Ｅａ０に変換するものである。
【０１１８】
Ｄ／Ａコンバータ４２から出力されるアナログのアクチュエータ駆動信号Ｅａ０は、油圧アクチュエータＡＣＴのサーボ弁Ｓ／Ｖへ供給され、サーボ弁Ｓ／Ｖを駆動する。これによって、図２のブロック１２に含まれるアクチュエータ系が、そのアクチュエータ駆動信号Ｅａ０に応動して、試験片ＴＰに試験操作を加えることになる。
【０１１９】
以上の説明から明らかなように、Ａ／Ｄコンバータ１３０、２３０、３３０から送出されている負帰還信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３のうちから、例えば負帰還信号ＦＢ１が選択されたならば、それによって、荷重センサ１４とＤＳＰ１´とを含む荷重制御ループが確立されることになり、材料試験機の制御モードは荷重制御モードとなる。そして、別の負帰還信号を選択することで、その選択した負帰還信号に対応した制御モードへ切り換えることができる。
【０１２０】
従ってセレクタ４０と制御用コンピュータ２０´とで、制御モード選択手段が構成されており、この制御モード選択手段は、複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにするものである。
【０１２１】
また、以上から明らかなように、この制御系１０´は、試験片ＴＰに関する複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、選択された１つの物理量を目標値関数信号に従うように制御するものである。
【０１２２】
この図２の構成のフィードバック制御式材料試験機において、制御モードを切り換える際には、その制御モードの切換と同時にアクチュエータ駆動信号がステップ状に変化して油圧アクチュエータＡＣＴが突発的に高速動作を開始するという不都合や、その切換の直後に、油圧アクチュエータＡＣＴが、積分要素を含んでいる制御系１０´の定常状態を目指して意図しない動作を開始するという不都合を防止するために、以下の手順を実行するようにしている。
【０１２３】
その手順の概略は、第１の実施の形態のフィードバック制御式材料試験機の場合と同様に、制御モード切換の直前と直後とでアクチュエータ駆動信号Ｅａ０の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に誤差信号が実質的にゼロになるように、制御系１０´の信号に対して補償を施すというものであるが、ただしその手順の細部は、第１の実施の形態のものと異なっている。
【０１２４】
これについては、第１の実施の形態に関して例示したのと同じ状況に即して説明することとし、即ち、疲労強度試験のために荷重制御モードで行っていた試験片ＴＰへの繰返荷重の印加プロセスが終了し、その試験片ＴＰを材料試験機から取外すために、荷重制御モードから変位制御モードへ切り換える場合について説明する。
【０１２５】
この制御モードの切換に際しては、先ず切換直前の時点で、制御用コンピュータ２０が、荷重制御ループのオフセット補償前の負帰還信号ＦＢ１と、変位制御ループのオフセット補償前の負帰還信号ＦＢ２とを読み取る。
【０１２６】
そして、それら負帰還信号の値と、荷重制御ループのオフセット信号ＥＯＳ１の値とを用いて、切換直後に変位制御ループのオフセット信号発生部２４６から出力すべきオフセット信号ＥＯＳ２の値を適切に定めることで、制御モードの切換直後の時点において新たな制御ループ（変位制御ループ）の誤差信号Ｅｅ０が実質的にゼロになるようにする。
【０１２７】
この場合、制御モードの切換直前の時点では荷重制御モードで制御が行われているため、誤差信号Ｅｅ０は実質的にゼロになっている。そこで、ＦＢ１＋ＥＯＳ１＝ＦＢ２＋ＥＯＳ２となるようにＥＯＳ２の値を定めれば、それによって、制御モードの切換直後に比較器３２へ入力する負帰還信号の大きさが切換直前に比較器３２に入力していた負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるため、切換直後の時点における誤差信号Ｅｅ０を実質的にゼロにすることができる。
【０１２８】
更に、信号処理部３４は制御モードの切換後も、切換前から引き続いて誤差信号Ｅｅ０に基づいてアクチュエータ駆動信号Ｅａを発生し続けているため、切換の前後で誤差信号Ｅｅ０がいずれもゼロであれば、アクチュエータ駆動信号Ｅａは制御モードの切換によって変化することはない。
【０１２９】
従って、アクチュエータ駆動信号Ｅａの大きさが制御モード切換の前後で変化しないため、制御モード切換に際して油圧アクチュエータＡＣＴが突発的に高速動作を開始するおそれがなく、また、誤差信号が制御モード切換の直後にゼロになっているため、その時点で新たな制御モードに対応した制御ループは既に定常状態にあり、従って、制御ループが積分要素を含んでいても、制御モードの切換後に、油圧アクチュエータＡＣＴが制御系１０´の定常状態を目指して意図しない動作を開始するということがない。
【０１３０】
この切換手順が完了したならば、制御用コンピュータ２０は、信号処理部３４のゲインＫＦ０及び積分定数Ｔ０を、新たな制御モード（変位制御モード）に適した値に設定し、そして、所望の目標値関数信号Ｅｉ（ｔ）を発生させることで、変位制御モードでの制御を開始する。
【０１３１】
ここで、第１の実施の形態と第２の実施の形態との作用効果上の相違を述べておく。制御系１０と１０´とのいずれにおいても、最も複雑な処理を実行しているのは信号処理部１３４、２３４、３３４、及び３４である。
【０１３２】
第１の実施の形態では、制御対象物理量の各々に対して専用の信号処理部１３４、２３４、３３４を使用しているため、それら信号処理部の構成を、ハードウェアの割合を大きくし、ソフトウェアの割合を小さくした構成とすることができ、従って高速処理が可能であり、より優れた制御特性を達成することができる。
【０１３３】
一方、第２の実施の形態では、同一の信号処理部３４を複数の制御対象物理量の間で共用しているため、ソフトウェア依存性の高い構成となり、処理速度の点で劣ることになる。
【０１３４】
しかしながら、負帰還信号ＦＢ１〜ＦＢ３にオフセット補償を施すだけで本発明の特徴を組み込めるため、既存のフィードバック制御式材料試験機に僅かな改造を加えるだけで本発明を実施することができ、従って、レトロフィットによって本発明を組み込む場合には、第１の実施の形態よりも一般的に有利であるといえる。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１及び請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、試験片の制御対象物理量をフィードバック制御方式で目標値関数に従うように制御するフィードバック制御式材料試験機において、前記目標値関数を表す目標値関数信号を発生する目標値関数信号発生手段と、前記目標値関数信号が入力され、前記試験片に関する複数の物理量のうちの選択された１つの物理量を前記目標値関数信号に従うように制御する制御系とを備えており、前記制御系は、前記複数の物理量の夫々に対応した複数の制御ループのうちの１つを選択的に確立できるように構成されており、前記制御系は、ａ．前記複数の物理量の夫々を検出しその検出した物理量の大きさに応じたセンサ信号を発生する複数のセンサと、ｂ．前記センサ信号の大きさに応じた負帰還信号を発生する負帰還信号発生手段と、ｃ．前記目標値関数信号と前記負帰還信号とが入力されそれら信号の差分に比例した誤差信号を発生する差分発生手段と、ｄ．前記誤差信号が入力されその誤差信号に応じたアクチュエータ駆動信号を発生するアクチュエータ駆動信号発生手段であって、発生するアクチュエータ駆動信号が入力される誤差信号の積分成分を含むように構成されたアクチュエータ駆動信号発生手段と、ｅ．前記アクチュエータ駆動信号に応動して前記試験片に試験操作を加えるアクチュエータ系と、ｆ．前記複数の制御ループのうちの１つを選択して確立させることで、その確立させた制御ループに対応した物理量を制御対象物理量とする制御が行われるようにする制御モード選択手段と、ｇ．制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるように、前記制御系の信号に対して補償を施す補償手段とを有するものとした。
【０１３６】
このため、制御モードの切換に際して制御系の信号に対して補償を施すことで、その制御モード切換の直前と直後とで前記アクチュエータ駆動信号の大きさが実質的に同一となり、且つ、その制御モード切換の直後に前記誤差信号が実質的にゼロになるようにすることができる。そのため、アクチュエータ駆動信号発生手段が積分要素を含んでいる場合でも、制御モードの切換に際して材料試験機にショックが加わるという事態を好適に防止できると共に、制御モードの切換直後の時点で制御系が既に定常状態にあるようにして新たな制御モードでの動作制御を速やかに開始することができる。
【０１３７】
また、請求項１に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の誤差信号の大きさが実質的にゼロになるように前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、制御モード切換の際に前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、制御モード切換の直後のアクチュエータ駆動信号の大きさが制御モード切換の直前のアクチュエータ駆動信号の大きさと実質的に等しくなるように前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられているものとした。
【０１３８】
従って、前記補償手段が、前記目標値関数信号に対してオフセット補償を施す手段と、前記アクチュエータ駆動信号発生手段をリセットする手段と、前記アクチュエータ駆動信号に対してオフセット補償を施す手段とから成るものであるため、目標値関数信号発生手段及びアクチュエータ駆動信号発生手段が、通常そうであるように、プログラムメモリと積和演算器とを備えたディジタルシグナルプロセッサで構成されている場合には、それらディジタルシグナルプロセッサのプログラムに変更を加えるだけで本発明を実施することができる。
【０１３９】
また、請求項２に記載した本発明のフィードバック制御式材料試験機は、前記補償手段が、制御モード切換の直後の負帰還信号の大きさが制御モード切換の直前の負帰還信号の大きさと実質的に等しくなるように前記負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成り、前記アクチュエータ駆動信号発生手段が、複数の制御モードに共通する単一要素で構成されており、前記補償手段と、前記複数の制御ループの一部を構成する各物理量のフィードバック経路とが、複数の制御モードの夫々に対応させて個別に複数設けられているものとした。
【０１４０】
従って、前記補償手段が、負帰還信号にオフセット補償を施す手段から成るものであるため、負帰還信号をモニタして負荷信号発生手段を制御するだけで本発明を実施することができ、それゆえ、既存のフィードバック式材料試験機に最小限の改造を施すだけで、本発明を容易にレトロフィットにより組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系を示したブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかるフィードバック制御式材料試験機の制御系を示したブロック図である。
【符号の説明】
１０，１０´  制御系
１４  荷重センサ
１６  変位センサ
１８  伸びセンサ
２０  制御用コンピュータ
２２  関数信号発生部
２４  加算器
２６  オフセット信号発生部
３２  比較器
３４  信号処理部
４０  セレクタ
４２  Ｄ／Ａコンバータ
１３０，２３０，３３０  Ａ／Ｄコンバータ
１３２，２３２，３３２  比較器
１３４，２３４，３３４  信号処理部
１３６  加算器
１３８  オフセット信号発生部
１４４，２４４，３４４  加算器
１４６，２４６，３４６  オフセット信号発生部
Ｓ／Ｖ  サーボ弁
ＡＣＴ  油圧アクチュエータ
ＣＨＫ  チャック
ＴＰ    試験片
ＤＳＰ０〜ＤＳＰ４  ディジタルシグナルプロセッサ
ＤＳＰ０´，ＤＳＰ１´  ディジタルシグナルプロセッサ
【図１】
0003715108.tif 000002
【図２】
0003715108.tif 000003