(57)【要約】【課題】補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供する。【解決手段】試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算部２６と、高調波演算部２６で演算された、任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部２８と、高周波生成部２８で演算処理された任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、基本波成分とを入力し合算して、試験装置への制御波形を生成する加算部３０と、を備えた波形補正演算部２４を備える。【選択図】図１
2015072242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御装置であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算部と、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部と、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算部と、
を備えた波形補正演算部を備えることを特徴とする試験装置の制御装置。
【請求項２】
前記高調波演算部において、計測波形ｆ（ｔ）
【数３１】
2015072242.tif 000033
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数３２】
2015072242.tif 000034
と、振幅、
【数３３】
2015072242.tif 000035
を求めるように構成されていることを特徴とする試験装置の制御装置。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数３４】
2015072242.tif 000036
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【請求項３】
前記高周波生成部において、前記高調波演算部で演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数３５】
2015072242.tif 000037
を生成するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の試験装置の制御装置。
【請求項４】
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算部からの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項５】
前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項６】
前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項７】
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御方法であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算ステップと、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成ステップと、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算ステップと、
を備えることを特徴とする試験装置の制御方法。
【請求項８】
前記高調波演算ステップにおいて、計測波形ｆ（ｔ）
【数３６】
2015072242.tif 000038
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数３７】
2015072242.tif 000039
と、振幅、
【数３８】
2015072242.tif 000040
を求めるように構成されていることを特徴とする試験装置の制御方法。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数３９】
2015072242.tif 000041
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【請求項９】
前記高周波生成ステップにおいて、前記高調波演算ステップで演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数４０】
2015072242.tif 000042
を生成することを特徴とする請求項８に記載の試験装置の制御方法。
【請求項１０】
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算ステップからの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算処理ステップを備えることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の試験装置の制御方法。
【請求項１１】
前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の試験装置の制御方法。
【請求項１２】
前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の試験装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車輛のショックアブソーバ、橋梁・ビル・住宅・建築物などの構造物に対して、外力を負荷する載荷試験など各種試験を行うための試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の試験装置として、被試験対象物、例えば、車輛のショックアブソーバについて試験を行うため、図７に示したような構造の試験装置１００が提案されている。
【０００３】
すなわち、図７に示したように、従来の試験装置１００は、試験を行うための試験装置本体１０２を備えている。この試験装置本体１０２は、この実施例では、試験の一例として、加振装置から構成されている。
【０００４】
図７に示したように、試験装置本体１０２は、架台フレーム１０４を備えており、この架台フレーム１０４の下方にシリンダからなるアクチュエータ１０６を備えている。このアクチュエータ１０６には、テストピースＡを載荷するためのピストン１０８と、変位を検出するための変位検出器１１０とを備えている。また、図示しないが、速度を検出する速度検出器と、ピストン１０８の先端には、加速度を検出する加速度検出器を備えている。
【０００５】
また、架台フレーム１０４の上方には、上方フレーム１１８が立設されており、この上方フレーム１１８には、上方フレーム１１８と架台フレーム１０４との間に、ガイドロッド１１２が設けられている。
【０００６】
そして、ガイドロッド１１２の下方と上方フレーム１１８との間には、ボールネジ１１４が設けられており、ボールネジ１１４により、ピストン１０８に対して、上下動可能なクロスヘッド１１６が設けられている。また、このクロスヘッド１１６には、ピストン１０８と対峙するように、例えば、荷重センサなどから構成される検出器１２０が設けられている。
【０００７】
このように構成される試験装置１００では、以下のように試験が行われる。
【０００８】
図７に示したように、ピストン１０８の上面に、例えば、ショックアブソーバなどのテストピースＡを載荷して、図示しない駆動機構によって、ボールネジ１１４により、ピストン１０８に対してクロスヘッド１１６を下降して、ピストン１０８の上面とクロスヘッド１１６の下面との間にテストピースＡを挟持する。
【０００９】
そして、図示しない制御装置に予め記憶されたプログラムに基づいて、試験条件などの設定、試験の実施、試験データの収集が行われるようになっている。
【００１０】
すなわち、図７に示したように、制御装置の制御によって、制御装置に接続された図示しないアクチュエータ動力源を所定の条件で駆動させる。これにより、アクチュエータ動力源に接続されたアクチュエータ１０６が所定の条件で駆動して、テストピースＡに対して一定の振動を与えるようになっている。
【００１１】
そして、アクチュエータ１０６に設けられた変位検出器１１０によって、テストピースＡの変位が検出され、テストピースＡの変位データが、制御装置に入力されるようになっている。一方、クロスヘッド１１６に設けられた検出器１２０によって、テストピースＡにかかる荷重などが検出され、テストピースＡにかかる荷重データなどが、制御装置に入力されるようになっている。
【００１２】
また、これらの試験データに基づいて、制御装置のプログラムにより、制御装置からアクチュエータ動力源に、フィードバック指令信号が出力され、アクチュエータ１０６を所定の条件で駆動させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３０５５７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、従来、このような試験装置１００において、振幅制御を行う場合には、アクチュエータ１０６が油圧式のアクチュエータである場合には、作動油の油圧共振とアクチュエータ１０６内にあるそれぞれの摺動部の影響により、アクチュエータ１０６内に備えられている速度検出器の速度波形と、ピストン１０８の先端に備えられている加速度検出器の加速度波形が、図８（Ｂ）のＡ部分と、図８（Ｃ）のＢ部分で示したように歪むことになる。
【００１５】
なお、図８（Ａ）は入力波形、図８（Ｂ）は速度波形、図８（Ｃ）は加速度波形を示している。
【００１６】
すなわち、実際の計測波形ｆ（ｔ）は、
【数１】
2015072242.tif 000003
であり、余分な高調波成分（すなわち、上記式の第２項以降の高調波成分）が存在し、誤差（歪）が生じるおそれがある（図８（Ｂ）のＡ部分と、図８（Ｃ）のＢ部分参照）。
【００１７】
このため、例えば、振動試験などの場合、この歪によりテストピースＡに加える振動エネルギーの正確性が損なわれ、正確な振動試験結果が得られないおそれがある。
【００１８】
また、従来の試験装置１００では、予め計測した伝達関数を補正することで、波形歪の改善を試みていた。しかしながら、その方法では、テストピースＡなどの状態変化などによる伝達関数の変化が生じた場合、瞬時にその変化に対応できなかった。
【００１９】
すなわち、従来の試験装置１００では、図９のグラフに示したように、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform: FFT)によって、１周期分について、Δｆ毎の周波数特性を求めて、
伝達関数Ｈ＝Ｙ／Ｘから、入力波形Ｘ＝Ｙ／Ｈを求め、その後フーリエ変換 (IFFT)により、制御信号を生成する振幅制御を行っている。なお、ここで、Ｙは出力信号、Ｘは入力信号である。
【００２０】
すなわち、従来の試験装置１００において、振幅制御は、図１０に示したフローチャートに示したように行われる。
【００２１】
先ず、ステップＳ１０１において、制御が開始され、ステップＳ１０２において、伝達関数が測定される。そして、ステップＳ１０３において、システムが同定され、ステップＳ１０４において、制御波形が作成される。
【００２２】
次に、ステップＳ１０５において、試験が開始され、ステップＳ１０６において、予め設定された時間、回数などの終了条件か否か判断され、終了条件と判断された場合には、ステップＳ１０７に進み、制御が終了される。一方、ステップＳ１０６において、終了条件でないと判断された場合には、ステップＳ１０６に再び戻って、終了条件か否か繰り返し判断される。
【００２３】
しかしながら、このような従来の試験装置１００の制御方法では、図１０に示したように、項目毎にプログラム（プログラム（１）〜（３）が分れており、一連の流れでは補正できず、図１０に示したように、例えば、プログラム（１）で３０分、プログラム（２）で６０分と、時間がかかってしまうことになる。
【００２４】
また、プログラム（２）において制御波形を作成しても、プログラム（３）の過程で、対象の系が変化した場合、その変化に対応できない。
【００２５】
また、このような従来の試験装置１００の制御方法では、補正に必要な目標波形長が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形長データについて、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行っているので、計算処理数が増加して、制御装置の演算負荷が重くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が必要になって、コストが高くつくことになる。
【００２６】
また、従来の試験装置１００の制御方法では、補正に必要な目標波形長が１周期となるので、加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要があるので、補正時間が長くなり、テストピースＡなどの状態変化などによる伝達関数の変化が生じた場合、瞬時にその変化に対応できなかった。
【００２７】
さらに、従来の制御方法では、波形補正後において、ピークを制御することを行っていないので、振幅誤差の補正が正確には行われておらず、正確な振動試験結果が得られないおそれがある。
【００２８】
本発明は、このような現状に鑑み、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明は、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が不要で、コストを低減することができる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００３０】
また、本発明は、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００３１】
さらに、本発明は、波形補正を行いつつピークの制御を行って、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法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】
【００３２】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の試験装置は、
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御装置であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算部と、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部と、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算部と、
を備えた波形補正演算部を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の試験装置の制御方法は、
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御方法であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算ステップと、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成ステップと、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００３４】
このように構成することによって、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が不要で、コストを低減することができる。
【００３５】
また、任意のｎ倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。
【００３６】
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。
【００３７】
また、本発明の試験装置は、前記高調波演算部において、計測波形ｆ（ｔ）
【数２】
2015072242.tif 000004
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数３】
2015072242.tif 000005
と、振幅、
【数４】
2015072242.tif 000006
を求めるように構成されていることを特徴とする。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数５】
2015072242.tif 000007
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【００３８】
また、本発明の試験装置の制御方法は、
前記高調波演算ステップにおいて、計測波形ｆ（ｔ）
【数６】
2015072242.tif 000008
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数７】
2015072242.tif 000009
と、振幅、
【数８】
2015072242.tif 000010
を求めるように構成されていることを特徴とする。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数９】
2015072242.tif 000011
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【００３９】
このように構成することによって、任意のｎ倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。
【００４０】
また、任意のｎ倍高調波までの周波数解析と複素フーリエ級数展開によって、位相と振幅を求めるので、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が不要で、コストを低減することができる。
【００４１】
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。
【００４２】
また、本発明の試験装置は、
前記高周波生成部において、前記高調波演算部で演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数１０】
2015072242.tif 000012
を生成するように構成されていることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の試験装置の制御方法は、
前記高周波生成ステップにおいて、前記高調波演算ステップで演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数１１】
2015072242.tif 000013
を生成することを特徴とする。
【００４４】
このように構成することによって、任意のｎ倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。
【００４５】
また、本発明の試験装置は、
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算部からの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算部を備えることを特徴とする。
【００４６】
また、本発明の試験装置の制御方法は、
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算ステップからの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算処理ステップを備えることを特徴とする。
【００４７】
このように構成することによって、ピークの制御を行っているので、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる。
【００４８】
また、本発明では、前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする。
【００４９】
このように、制御波形が、正弦波の周期関数であるのが望ましい。
【００５０】
さらに、本発明では、前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする。
【００５１】
このように、制御波形が、重畳された制御波形であっても使用することができる。例えば、２Ｈｚの回転波形に、５Ｈｚの荷重波形を重ねて試験する場合などにも適用することができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が不要で、コストを低減することができる。
【００５３】
また、任意のｎ倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。
【００５４】
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の試験装置を、試験の一例として、加振試験を行う加振試験装置に適用した実施例を示す概略ブロック図である。
【図２】図２（Ａ）は目標波形、図２（Ｂ）は実際の計測波形、図２（Ｃ）は本発明の制御装置１０で補正後の波形を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の試験装置１０のピーク演算部３６での処理の概略を説明する概略図である。
【図４】図４は、本発明の試験装置の制御装置１０の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の試験装置の制御装置１０の制御パラメータの設定方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の試験装置の制御装置１０による試験装置の制御方法を示すグラフで、図６（Ａ）は入力波形、図６（Ｂ）は速度波形、図６（Ｃ）は加速度波形を示すグラフである。
【図７】図７は、従来の試験装置１００の正面図である。
【図８】図８は、従来の試験装置１００による試験装置の制御方法を示すグラフで、図８（Ａ）は入力波形、図８（Ｂ）は速度波形、図８（Ｃ）は加速度波形を示すグラフである。
【図９】図９は、従来の試験装置１００の制御方法を示すグラフである。
【図１０】図１０は、従来の試験装置１００の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００５７】
図１は、本発明の試験装置を、試験の一例として、加振試験を行う加振試験装置に適用した実施例を示す概略ブロック図、図２（Ａ）は目標波形、図２（Ｂ）は実際の計測波形、図２（Ｃ）は本発明の制御装置１０で補正後の波形を示すグラフである。
【００５８】
図１において、符号１０は、全体で本発明の試験装置の制御装置１０（以下、単に「制御装置１０」と言う）を示している。
【００５９】
図１に示したように、本発明の制御装置１０は、試験を行うための試験装置本体１２に対して、試験装置の制御を行うものである。
【００６０】
この試験装置本体１２は、この実施例では、試験の一例として、加振試験を行う加振試験装置から構成されている。
【００６１】
図１に示したように、試験装置本体１２は、例えば、油圧シリンダからなるアクチュエータ１４を備えている。このアクチュエータ１４には、被試験構造物である、例えば、車輛のショックアブソーバなどのテストピースＡを載荷するためのピストン１６と、例えば、変位センサ・速度センサ・加速度センサ・荷重センサなどから構成される検出センサ１８とを備えている。
【００６２】
また、アクチュエータ１４には、例えば、サーボ弁などから構成される駆動部２０が設けられている。
【００６３】
さらに、本発明の制御装置１０は、試験装置本体１２の駆動部２０に対して、初期の制御波形を入力する制御部２２を備えている。
【００６４】
また、本発明の制御装置１０は、図１の一点鎖線で示したように、波形補正演算部２４を備えている。この波形補正演算部２４は、図１の破線で示したように、試験装置本体１２の検出センサ１８からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算部２６を備えている。
【００６５】
さらに、波形補正演算部２４は、高調波演算部２６で演算された、任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部２８を備えている。なお、図１に示したように、この高周波生成部２８には、ユーザーなどが設定する数の任意のｎ倍高調波まで演算する、複数の高調波生成器２８ａが備えられている。
【００６６】
また、波形補正演算部２４は、高周波生成部２８で演算処理された、任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、基本波成分とを入力し合算して、試験装置本体１２の駆動部２０への制御波形を生成する加算部（加算器）３０を備えている。
【００６７】
さらに、本発明の制御装置１０は、図１に示したように、加算部３０に接続された可変ゲイン器３２と、この可変ゲイン器３２に接続され、試験装置本体１２の駆動部２０への制御波形（制御信号）を増幅するための増幅器（ＡＭＰ）３４が接続されている。
【００６８】
また、本発明の制御装置１０は、図１の二点鎖線で示したように、ピーク演算部３６を備えており、このピーク演算部３６は、検出センサ１８からの応答波形のピークを検出するためのピーク検出部３８を備えている。
【００６９】
また、ピーク演算部３６は、制御部２２とピーク検出部３８の双方に接続された振幅指示値演算部４０を備えている。この、振幅指示値演算部４０は、制御部２２に予め記憶された任意の周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、ピーク演算部３６において検出センサ１８からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、加算部３０からの制御波形に掛けるように構成されている。
【００７０】
このように構成される本発明の制御装置１０では、下記のような制御が行われるように構成されている。
【００７１】
ところで、試験装置本体１２の振幅制御を行う場合には、アクチュエータ１４が、油圧式のアクチュエータである場合には、作動油の油圧共振とアクチュエータ１４内にあるそれぞれの摺動部の影響により、速度波形、加速度波形が、図２（Ｂ）のグラフで示したように歪むことになる。
【００７２】
なお、図２（Ａ）は目標波形、図２（Ｂ）は実際の計測波形、図２（Ｃ）は本発明の制御装置１０で補正後の波形を示している。
【００７３】
すなわち、本発明の試験装置の制御装置１０では、制御部２２によって、試験装置本体１２の駆動部２０に対して、初期の制御波形を入力している。
【００７４】
また、波形補正演算部２４の高調波演算部２６において、検出センサ１８からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理している。
【００７５】
さらに、波形補正演算部２４の高周波生成部２８において、高調波演算部２６で演算された、任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理している。
【００７６】
そして、波形補正演算部２４の加算部３０において、高周波生成部２８で演算処理された、任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、基本波成分とを入力し合算して、試験装置本体１２の駆動部２０への制御波形を生成している。
【００７７】
具体的には、高調波演算部２６において、任意のｎ倍高調波について、下記のように、フーリエ級数展開を行って、位相と振幅を求めている。
【００７８】
先ず、計測波形ｆ（ｔ）を得たとすると、ｆ（ｔ）は、次の様な式で表現できる。
【数１２】
2015072242.tif 000014
【００７９】
そして、計測波形ｆ（ｔ）のフーリエ級数展開を行えば、下記の式のようになる。
【数１３】
2015072242.tif 000015
【００８０】
また、ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数１４】
2015072242.tif 000016
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【００８１】
そして、オイラーの公式を用いて、
【数１５】
2015072242.tif 000017
により、（１）式を置き換えると、計測波形ｆ（ｔ）は、下記の式のようになる。
【数１６】
2015072242.tif 000018
【数１７】
2015072242.tif 000019
【００８２】
さらに、（２）式を負まで拡張すると（１）式から、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数１８】
2015072242.tif 000020
【数１９】
2015072242.tif 000021
となる。
【００８３】
この時、
【数２０】
2015072242.tif 000022
【数２１】
2015072242.tif 000023
とすると、
計測波形ｆ（ｔ）は、下記の式のようになる。
【数２２】
2015072242.tif 000024
【００８４】
そして、振幅Ｆ（ｎ）を、
【数２３】
2015072242.tif 000025
とすると、振幅Ｆ（ｎ）は、下記の式のようになる。
【数２４】
2015072242.tif 000026
【００８５】
ここで、
【数２５】
2015072242.tif 000027
の考え方から（４）式で求まったそれぞれの高調波成分の振幅と位相は、
振幅は、
【数２６】
2015072242.tif 000028
位相は、
【数２７】
2015072242.tif 000029
から、
【数２８】
2015072242.tif 000030
となる。
【００８６】
そして、求まった位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数２９】
2015072242.tif 000031
が生成され、振幅ゲイン調整アンプへ出力される。
【００８７】
また、本発明の試験装置の制御装置１０では、ピーク演算部３６の振幅指示値演算部４０において、制御部２２に予め記憶された任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、ピーク演算部３６において検出センサ１８からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、加算部３０からの制御波形に掛けるように構成されている。
【００８８】
具体的には、ピーク演算部３６では、下記のような処理が行われる。すなわち、図３の概略図に示したように、任意の周波数の１周期分のデータがメモリー４２に記憶される。
【００８９】
そして、最大値maxと最小値minから、
指令値AMP＝（max−min）／２である。
【００９０】
これに基づき、下記の式に基づいて、今回の振幅指令値AmpNewが計算処理される。
【数３０】
2015072242.tif 000032
【００９１】
ここで、AmpNewは今回の振幅指令値、AmpOldは１つ前の振幅指令値、Amp Targetは目標振幅、Ampは計測振幅、GainFは振幅調整ゲインである。
【００９２】
上記のように演算処理される本発明の試験装置の制御装置１０は、具体的には、図４、図５に示したフローチャートのように制御される。
【００９３】
先ず、図４のステップＳ１において、制御が開始され、図４、図５のステップＳ２において、パラメータの設定がなされる。
【００９４】
そして、このパラメータの設定は、図５のフローチャートのように設定される。
【００９５】
すなわち、図５に示したように、ステップＳ３において、例えば、正弦波・三角波・矩形波などの加振する波形の設定が行われる。そして、ステップＳ４において、振幅値の設定が行われ、ステップＳ５において、例えば、変位・荷重・速度・加速度など制御目標の設定が行われる。
【００９６】
次に、ステップＳ６において、パラメータの設定が完了し、フラグのＯＮ設定がなされる。
【００９７】
そして、ステップＳ７において、振幅ゲイン調整アンプの初期値設定がなされ、ステップＳ８において、波形補正演算部２４の高周波生成部２８において、ユーザーなどが設定する数の任意のｎ倍高調波まで演算する、複数の高調波生成器２８ａについて、それぞれの高調波生成器２８ａの初期値設定がなされる。これにより、ステップＳ９において、パラメータ設定完了が完了する。
【００９８】
一方、ステップＳ６において、パラメータの設定が完了し、フラグのＯＮ設定がなされると、図４に示したように、ステップＳ１０において、パラメータの設定が完了し、フラグのＯＮ設定がなされたか否かが判断される。
【００９９】
そして、ステップＳ１０において、パラメータの設定が完了し、フラグのＯＮ設定がなされたと判断された場合、図４に示したように、ステップＳ１１に進み、制御部２２から初期指令信号の出力がなされる。
【０１００】
一方、ステップＳ１０において、パラメータの設定が完了せず、フラグのＯＮ設定がなされていないと判断された場合、再び、図４、図５のステップＳ２に戻り、パラメータの設定がなされる。
【０１０１】
次に、図４に示したように、ステップＳ１１において、制御部２２から初期指令信号の出力がなされた後、ステップＳ１２において、初期指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体１２の駆動部２０へ、制御波形（制御信号）として入力される。
【０１０２】
そして、ステップＳ１３において、試験装置本体１２の検出センサ１８からの応答波形について、波形補正演算部２４の高調波演算部２６において、上記で説明したように、フーリエ級数展開計算の演算が開始される。
【０１０３】
次に、ステップＳ１４において、ユーザーなどが設定する数の任意の倍数まで演算したか否かが判断される。そして、ステップＳ１４において、任意の倍数まで演算したと判断された場合には、ステップＳ１５に進む。
【０１０４】
そして、ステップＳ１５では、波形補正演算部２４の高周波生成部２８において、演算結果から、任意のｎ倍の高調波のそれぞれの位相と振幅が抽出される（上記式（５）と式（６）参照）。
【０１０５】
一方、ステップＳ１４において、任意の倍数まで演算したと判断されなかった場合には、再び、ステップＳ１４において、任意の倍数まで演算したか否かの判断が繰り返されるようになっている。
【０１０６】
そして、ステップＳ１５で、高周波生成部２８において、任意のｎ倍の高調波のそれぞれの位相と振幅が抽出された後、ステップＳ１６において、制御目標（例えば、加速度１８０°、速度９０°など）により、それぞれの高調波の位相と振幅が調整される。
【０１０７】
次に、ステップＳ１７において、それぞれの高調波生成器２８ａに、ステップＳ１６において求めた位相と振幅情報が入力される。
【０１０８】
そして、ステップＳ１８において、それぞれの制御波形が、同時に加算部（加算器）３０へ出力される（上記式（７）参照）。
【０１０９】
一方、ピーク演算部３６では、ステップＳ１３において、初期指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体１２の駆動部２０へ、制御波形（制御信号）として入力された後、ステップＳ１９へ進む。
【０１１０】
ステップＳ１９では、ピーク検出部３８において、試験装置本体１２の検出センサ１８からの応答波形から、現在の振幅（ピーク）が算出される。
【０１１１】
そして、ステップＳ２０に進み、振幅指示値演算部４０において、設定振幅との差が計算され、ステップＳ２１において、先の差分を用いて振幅指令値の再計算が行われる。次に、ステップＳ２２において、可変ゲイン器３２のパラメータに先の計算結果が設定される（上記式（８）参照）。
【０１１２】
そして、図４に示したように、ステップＳ１８において、それぞれの制御波形が、同時に加算部（加算器）３０へ出力された結果と、ステップＳ２２において設定されたパラメータに基づいて、ステップＳ２３において、可変ゲイン器３２において、振幅が設定される。
【０１１３】
次に、ステップＳ２４において、予め設定された回数、時間などの終了条件か否か判断され、終了条件と判断された場合には、ステップＳ２５に進み、制御が終了される。一方、ステップＳ２４において、終了条件でないと判断された場合には、ステップＳ１３に再び戻って、指令信号が、パワーコンバータを介して、制御対象である試験装置本体１２の駆動部２０へ、制御波形（制御信号）として入力されて、制御が繰り返される。
【０１１４】
このように構成される本発明の試験装置の制御装置１０によれば、従来の制御方法のように、フーリエ変換と逆フーリエ変換を対で行う必要がなく、計算処理数が減少して、制御装置の演算負荷が軽くなって、高性能で高価なマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）が不要で、コストを低減することができる。
【０１１５】
また、任意のｎ倍高調波までの演算であり、余分な高調波成分が存在せず、誤差（歪）が生じるおそれがなく、テストピースに加える振動エネルギーの正確性が損なわれずに、正確な振動試験結果が得られる。
【０１１６】
さらに、従来の制御方法のように、補正に必要な目標波形が１周期となる加振周波数の周期時間以上の波形データ長分について、Δｆ毎の周波数特性を求める必要がなく、補正時間が短くなり、テストピースなどの状態変化が生じた場合にも、瞬時にその変化に対応できる。
【０１１７】
また、ピーク演算部３６ピークの制御を行っているので、振幅誤差の補正を正確に行うことができ、正確な振動試験結果が得られる。
【０１１８】
図６は、本発明の試験装置の制御装置１０による試験装置の制御方法を示すグラフで、図６（Ａ）は入力波形、図６（Ｂ）は速度波形、図６（Ｃ）は加速度波形を示すグラフである。
【０１１９】
図６（Ｂ）のＣ部分と、図８（Ｃ）のＤ部分に示したように、本発明の試験装置の制御方法によれば、従来の制御方法の図８（Ｂ）のＡ部分と、図８（Ｃ）のＢ部分に比較して、極めて歪が減少している。
【０１２０】
また、本発明の試験装置の制御装置１０によれば、例えば、計算ステップ数５０００ステップ以内（２０μ秒）（１サイクル）であり、常に対象の系を制御ループに取り込んでいるので、系の変化に対応できる。
【０１２１】
さらに、従来の試験装置１００では、例えば、ＦＦＴを用いる場合、ｎ＝８とすると高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による計算回数が、２２９３６８回（計算式(N/2×log2(N)+(N/2-2))×4回）である。
【０１２２】
これに対して、本発明の試験装置の制御装置１０によれば、例えば、第４高調波まで計算するとして、１波形のデータ数を１０２４として、基本波含めて計算する回数は、２５６００回であり、従来の試験装置１００に比較して極めて短時間で処理が可能であることが分かる。
【０１２３】
なお、本発明の試験装置の制御装置１０では、制御波形としては、例えば、正弦波、三角波、矩形波などに対して適用でき、何ら限定されるものではないが、正弦波の周期関数であるのが望ましい
【０１２４】
さらに、本発明の試験装置の制御装置１０では、制御波形が、重畳された制御波形であっても使用することができる。例えば、２Ｈｚの回転波形に、５Ｈｚの荷重波形を重ねて試験する場合などにも適用することができる。
【０１２５】
また、本発明の試験装置の制御装置１０では、アクチュエータ１４としては、油圧式のアクチュエータに適用するのが望ましいが、例えば、電気式サーボモータなど電気式のアクチュエータにも適用することができる。
【０１２６】
さらに、本発明の試験装置の制御装置１０では、上記実施例では、ピーク演算部３６を設けたが、ピーク演算部３６を設けないで処理することも可能である。
【０１２７】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の試験装置１０は、試験装置として、例えば、自動車部品（駆動系や足回りの金属部品やゴム部品、ショックアブソーバなど）などの機械部品について、これらの自動車完成品について、さらに、土木関係（橋桁、橋梁や建物用の免震ゴムなど）の構造物について、材料試験・振動試験・疲労試験・特性試験などを行うための材料試験装置、振動試験装置、疲労試験装置など各種の試験装置に適用することが可能であり本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、例えば、車輛のショックアブソーバ、橋梁・ビル・住宅・建築物などの構造物に対して、外力を負荷する載荷試験など各種試験を行うための試験装置の制御装置、および、試験装置の制御方法に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０    制御装置
１２    試験装置本体
１４    アクチュエータ
１６    ピストン
１８    検出センサ
２０    駆動部
２２    制御部
２４    波形補正演算部
２６    高調波演算部
２８    高周波生成部
２８ａ    高調波生成器
３０    加算部
３２    可変ゲイン器
３６    ピーク演算部
３８    ピーク検出部
４０    振幅指示値演算部
４２    メモリー
１００    試験装置
１０２    試験装置本体
１０４    架台フレーム
１０６    アクチュエータ
１０８    ピストン
１１０    変位検出器
１１２    ガイドロッド
１１４    ボールネジ
１１６    クロスヘッド
１１８    上方フレーム
１２０    検出器
１８０    加速度
Ａ    テストピース
【図１】
2015072242.tif 000043
【図２】
2015072242.tif 000044
【図３】
2015072242.tif 000045
【図４】
2015072242.tif 000046
【図５】
2015072242.tif 000047
【図６】
2015072242.tif 000048
【図７】
2015072242.tif 000049
【図８】
2015072242.tif 000050
【図９】
2015072242.tif 000051
【図１０】
2015072242.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月4日(2013.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御装置であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算部と、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成部と、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算部と、
を備えた波形補正演算部を備えることを特徴とする試験装置の制御装置。
【請求項２】
前記高調波演算部において、計測波形ｆ（ｔ）
【数３１】
2015072242.tif 000053
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数３２】
2015072242.tif 000054
と、振幅、
【数３３】
2015072242.tif 000055
を求めるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の試験装置の制御装置。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数３４】
2015072242.tif 000056
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【請求項３】
前記高周波生成部において、前記高調波演算部で演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数３５】
2015072242.tif 000057
を生成するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の試験装置の制御装置。
【請求項４】
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算部からの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項５】
前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項６】
前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の試験装置の制御装置。
【請求項７】
被試験構造物に対して、外力を負荷して各種の試験を行うための試験装置の制御方法であって、
前記試験装置に対して入力された制御波形に対する試験装置からの応答波形を、基本波成分と、任意のｎ倍高調波まで演算処理する高調波演算ステップと、
前記高調波演算部で演算された、前記任意のｎ倍高調波について、その位相と振幅とを演算処理する高周波生成ステップと、
前記高周波生成部で演算処理された前記任意のｎ倍高調波の位相と振幅と、前記基本波成分とを入力し合算して、前記試験装置への制御波形を生成する加算ステップと、
を備えることを特徴とする試験装置の制御方法。
【請求項８】
前記高調波演算ステップにおいて、計測波形ｆ（ｔ）
【数３６】
2015072242.tif 000058
において、前記任意のｎ倍高調波について、フーリエ級数展開を行い、
位相、
【数３７】
2015072242.tif 000059
と、振幅、
【数３８】
2015072242.tif 000060
を求めるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の試験装置の制御方法。
ここで、ａｎ、ｂｎは、それぞれ、
【数３９】
2015072242.tif 000061
であり、
Ｔは、加振周波数の１周期の時間、ω０は加振周波数ｆ０［Ｈｚ］の角周波数ω０＝２πｆ０である。
【請求項９】
前記高周波生成ステップにおいて、前記高調波演算ステップで演算処理することによって得られた位相と振幅に基づいて、制御波形、
【数４０】
2015072242.tif 000062
を生成することを特徴とする請求項８に記載の試験装置の制御方法。
【請求項１０】
予め任意の加振周波数の１周期分のデータを得て振幅を演算処理し、試験装置からの応答波形のピーク検出によって得られた振幅との差分を、前記加算ステップからの制御波形に掛け、試験装置への制御波形を生成するピーク演算処理ステップを備えることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の試験装置の制御方法。
【請求項１１】
前記制御波形が、正弦波の周期関数であることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の試験装置の制御方法。
【請求項１２】
前記制御波形が、重畳された制御波形であることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の試験装置の制御方法。