(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータにより異なる方向から供試体を負荷する試験装置において、
前記複数のアクチュエータの内の一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が目標値と一致するようにこの一つのアクチュエータを制御する第１のフィードバック回路と、
前記一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が入力されこの変形もしくは荷重に基づいて前記複数のアクチュエータの内の他のアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重目標値を出力するデジタル信号処理プロセッサと、
前記他のアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重が前記デジタル信号処理プロセッサから出力された目標値と一致するように前記他のアクチュエータを制御する第２のフィードバック回路とを備えたことを特徴とする試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータにより構造物に負荷を与えることにより、構造物の強度を試験する試験装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、建物などの構造物の強度を試験する場合には、例えば図３に示すような変位または荷重フィードバック系が用いられる。例えば変位フィードバック系では、構造物の試験すべき場所に負荷を与えるアクチュエータ１０１が設けられ、このアクチュエータ１０１の変位が変位計１０２で計測されるとともに、このアクチュエータ１０１の変位の目標値（設定信号）が設定信号発生部１０３から入力され、加算器１０４においてこれらの偏差が演算される。この偏差は増幅器１０５で増幅された後、ＰＩＤ制御装置１０６に入力され、ＰＩＤ制御装置１０６は、この入力信号に基づいて、サーボ弁１０７を、アクチュエータ１０１の変位が設定信号に一致するように制御する。このようにして、構造物には、あらかじめ設定されている設定信号にしたがった変位が与えられ、構造物の強度が計測される。なお、荷重フィードバック系では、図３の変位計１０２の代わりに荷重計が用いられる。
【０００３】
ところで、このような構造物の強度試験においては、例えば図４に示すような断面逆Ｔ字型の建物の基礎杭である構造物１１０等について、異なる２方向（例えば鉛直方向と水平方向）から同時に負荷を与えることにより、試験を行うことがある。すなわち、この構造物１１０の基板部１１１から上方に垂直に延び出す柱部１１２に鉛直上方からアクチュエータＡにより負荷を与える一方で、水平方向からはアクチュエータＢにより負荷を与える。この場合、アクチュエータＢにより与えられる荷重を、アクチュエータＡの変位（すなわち構造物１１０の変形）に追従させて変化させることにより、構造物１１０の柱部１１２が鉛直方向に変形され、かつ水平方向から荷重を受けたときの強度を計測する。
【０００４】
従来、このような鉛直方向と水平方向の複合した負荷に対する強度を計測する場合には、アクチュエータＡおよびアクチュエータＢのそれぞれに図３に示したようなフィードバック系を備えるようにしている。そして、アクチュエータＡ側のフィードバック系の変位計１０２からの検出信号をアクチュエータＢ側のフィードバック系の設定信号発生部１０３に入力し、アクチュエータＡ側の検出信号にしたがってアクチュエータＢ側の設定信号を調整する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように一方のアクチュエータＡ側の検出信号を他方のアクチュエータＢ側の設定信号発生部１０３に入力するのでは、実際にはコンピュータである設定信号発生部１０３での演算時間などの分だけ、アクチュエータＢの反応に遅れが生じてしまう。このため、アクチュエータＡの変位に対してリアルタイム（例えば１００μｓｅｃ〜２００μｓｅｃ程度の遅れ）でアクチュエータＢの負荷を追従させることは難しい。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、少なくとも一対のアクチュエータの一方により構造物に与えられる変形または荷重を、デジタル信号処理プロセッサに入力して、他方のアクチュエータの目標値を設定することにより、一方のアクチュエータの動作に対して、他方のアクチュエータの動作を遅れなく高精度で追従させることができる試験装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１を参照して説明すると、請求項１に記載の発明は、複数のアクチュエータ１、２により異なる方向から供試体を負荷する試験装置において、前記複数のアクチュエータ１、２の内の一つのアクチュエータ１による前記供試体の変形もしくは荷重ｘが目標値ｘ0と一致するようにこの一つのアクチュエータ１を制御する第１のフィードバック回路Ｂと、前記一つのアクチュエータによる前記供試体の変形もしくは荷重ｘが入力されこの変形もしくは荷重に基づいて前記複数のアクチュエータ１、２の内の他のアクチュエータ２による前記供試体の変形もしくは荷重ｙの目標値ｙ0を出力するデジタル信号処理プロセッサ９と、前記他のアクチュエータ２による前記供試体の変形もしくは荷重ｙが前記デジタル信号処理プロセッサ９から出力された目標値ｙ0と一致するように前記他のアクチュエータ２を制御する第２のフィードバック回路Ａとを備えている。
【０００８】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１にブロック構成図として示されるように、本発明による試験装置は、アクチュエータ１（アクチュエータＢ）の変位をＰＩＤ制御するフィードバック系Ｂと、アクチュエータ２（アクチュエータＡ）が、供試体（例えば構造物１１０）に与える荷重をＰＩＤ制御するフィードバック系Ａから構成される。
【００１１】
このフィードバック系Ｂ側のアクチュエータ１は、例えば図４に示すような構造物１１０の柱部１１２に水平方向の負荷を与えるものであり、このアクチュエータ１の変位の設定信号（目標値）ｘ0は、パソコン２０から設定信号発生部３に設定される。一方、このアクチュエータ１の実際の変位（すなわち構造物１１０の変形）ｘは変位計４により検出され、この検出値ｘと設定信号ｘ0との偏差が加算器５において演算される。この偏差が増幅器６において増幅されてＰＩＤ制御装置７に入力されることにより、ＰＩＤ制御装置７は、アクチュエータ１の変位ｘが設定信号（目標値）ｘ0と一致するように、アクチュエータ１のサーボ弁８を制御する。
【００１２】
このアクチュエータ１の変位の検出値ｘは、デジタル信号処理プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）９（以下、「ＤＳＰ」と略称する）にも入力される。このＤＳＰ９は、この検出値ｘに基づいて、アクチュエータ２により与えられる荷重の目標値ｙ0を演算し、デジタル信号として出力する。なお、この目標値ｙ0は、例えば、図２に示すように、上限値ｙ0maxと下限値ｙ0minの間で、
ｙ0＝αｘ＋β  …（１）
と演算される。
【００１３】
一方、アクチュエータ２により与えられている実際の荷重ｙはロードセル１０により検出され、加算器１１において、この荷重の検出値ｙと目標値ｙ0の偏差が演算される。この偏差は、ＤＳＰ９と増幅器１３の間に介装されたＯＮ／ＯＦＦ自在のスイッチ１２を通じて増幅器１３に達し、増幅器１３において増幅され、ＰＩＤ制御装置１４に入力される。そして、ＰＩＤ制御装置１４は、アクチュエータ２により与えられる荷重ｙがＤＳＰ９の出力ｙ0と一致するように、アクチュエータ２のサーボ弁１５を制御する。
【００１４】
なお、設定信号発生部３から出力される変位の目標値ｘ0や、ＤＳＰ９での目標値ｙ0の演算式（１）における係数α、βは、パソコン２０の操作により任意に変更することができる。
【００１５】
つぎに、このように構成された試験装置の動作を説明する。
【００１６】
まず、供試体である構造物１１０に対して水平方向から変形を与え、この変形に対する構造物１１０の強度を試験する場合、すなわち、アクチュエータ１のみを動作させフィードバック系Ｂ側のみの制御を行う場合には、スイッチ１２はＯＦＦ（開放）としておく。これにより、フィードバック系Ｂの制御は進行する一方で、フィードバック系Ａ側には信号が入力されないので、フィードバック系Ａは作動せず、アクチュエータ２は構造物１１０に負荷を与えない。
【００１７】
一方、構造物１１０に対して水平方向からの変形を与え、この水平方向の変形にしたがって鉛直方向から荷重を与える試験を行う場合、すなわち、フィードバック系Ｂとフィードバック系Ａを組み合わせた制御を行う場合には、スイッチ１２をＯＮ（接続）にする。すると、アクチュエータ１の変位（すなわち構造物１１０の変形）ｘに基づいたＤＳＰ９の出力信号αｘ＋βがフィードバック系Ａに入力される。この入力信号αｘ＋βを目標値としてアクチュエータ２により与えられる荷重ｙを制御することにより、アクチュエータ２による荷重制御を、アクチュエータ１の変位に対して例えば図２に示すような一定の関係で行うことができ、水平方向から変形を与えると同時に鉛直方向から荷重を与えた場合の構造物１１０の強度試験を行うことができる。
【００１８】
この場合、ＤＳＰ９は、アクチュエータ１の変位の検出信号に基づいて、直ちに、アクチュエータ２の荷重の目標値を演算し、フィードバック系Ａに入力することができるので、フィードバック系Ａ側の制御はフィードバック系Ｂ側の制御に遅れることなく高精度に追従し、構造物１１０の変形に対して希望どおりの負荷を与えることが可能となる。
【００１９】
また、このようにＤＳＰ９では、アクチュエータ２により与えられる荷重の目標値αｘ＋βの係数αおよびβを容易に変更することができる。すなわち、本発明によれば、フィードバック系Ａにおける負荷の制御条件を自由かつ容易に変更することが可能となり、試験の自由度が著しく向上する。
【００２０】
なお、上述の実施の形態では、本発明を供試体である構造物１１０に２つのアクチュエータ１、２で負荷を与える試験装置に適用した例を示したが、本発明の適用範囲はこのようなものに限られず、本発明は、３台以上のアクチュエータにより供試体に異なる方向から負荷を与え、これらのアクチュエータの内の一つのアクチュエータが供試体に与える変位または荷重にしたがって、他のアクチュエータが供試体に与える変位または荷重をフィードバック制御する試験装置に適用してもよい。
【００２１】
また、以上の実施の形態では、請求項との関係において、一つのアクチュエータはアクチュエータ１（アクチュエータＢ）に、他のアクチュエータはアクチュエータ２（アクチュエータＡ）に、第１のフィードバック回路はフィードバック系Ｂに、第２のフィードバック回路はフィードバック系Ａに、供試体は構造物１１０に、それぞれ対応する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタル信号処理プロセッサにより、一つのアクチュエータにより供試体に与えられる変形もしくは荷重に基づいて他のアクチュエータによる供試体の変形もしくは荷重の目標値を演算し、これを第２のフィードバック回路に入力するようにしたので、他のアクチュエータを、一つのアクチュエータにより供試体に与えられる変形もしくは荷重に遅れることなく高精度に追従させることができ、試験の精度を向上させることができる。また、デジタル信号処理プロセッサでは、他のアクチュエータにより与えられる変形もしくは荷重の目標値を演算するための定数を、容易に変更することができるので、第２のフィードバック回路による変形もしくは荷重の制御条件を自由かつ容易に変更することが可能となり、試験の自由度が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される試験装置の一実施形態の一例を示すブロック構成図である。
【図２】同じくアクチュエータＢによる変形とアクチュエータＡによる荷重の目標値の関係を示す特性図である。
【図３】同じく従来の試験装置のブロック構成図である。
【図４】同じく供試体である構造物を示す断面図である。
【符号の説明】
１  アクチュエータＢ
２  アクチュエータＡ
３  設定信号発生部
４  変位計
５  加算器
６  増幅器
７  ＰＩＤ制御装置
８  サーボ弁
９  ＤＳＰ
１０  ロードセル
１１  加算器
１２  スイッチ
１３  増幅器
１４  ＰＩＤ制御装置
１５  サーボ弁
２０  パソコン
１１０  構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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