(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を負荷するための複数のアクチュエータと、
前記供試体の変位または荷重を検出するセンサと、
前記センサから出力された信号と目標信号との差分を算出する第１の算出部と、
前記アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分を各アクチュエータについて算出する第２の算出部と、
前記第１の算出部および前記第２の算出部による算出結果に基づいて、前記複数のアクチュエータをそれぞれ駆動制御する制御部とを備えることを特徴とする試験装置。
【請求項２】
請求項１の試験装置において、
前記制御部は、前記複数のアクチュエータの油圧をそれぞれ制御するためのサーボバルブと、前記第１の算出部および前記第２の算出部による算出結果に基づいて、ＰＩＤ制御方式により前記サーボバルブを駆動制御するためのＰＩＤ制御部とを有し、
前記複数のアクチュエータは、前記サーボバルブにより制御された油圧に応じてそれぞれ駆動することを特徴とする試験装置。
【請求項３】
請求項１または２の試験装置において、
前記制御部は、前記第１の算出部により算出された差分と前記第２の算出部により各アクチュエータについて算出された差分とに基づいて、各アクチュエータをそれぞれ駆動制御することを特徴とする試験装置。
【請求項４】
請求項３の試験装置において、
前記第２の算出部は、前記アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分に、さらに予め定められた所定の補正係数を乗じた補正値を各アクチュエータについて算出し、
前記制御部は、前記第１の算出部により算出された差分から前記第２の算出部により各アクチュエータについて算出された補正値を減じた値に基づいて、各アクチュエータをそれぞれ駆動制御することを特徴とする試験装置。
【請求項５】
供試体を負荷するための複数のアクチュエータと、前記供試体の変位または荷重を検出するセンサとを有する試験装置において各アクチュエータをそれぞれ駆動制御する試験装置の駆動制御方法であって、
前記センサから出力された信号と目標信号との差分を算出する第１の算出工程と、
前記アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分を各アクチュエータについて算出する第２の算出工程と、
前記第１の算出工程および前記第２の算出工程による算出結果に基づいて、前記複数のアクチュエータをそれぞれ駆動制御する制御工程とを備える
ことを特徴とする試験装置の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアクチュエータを用いて供試体を負荷することにより、疲労試験や強度試験など各種の試験を行う試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアクチュエータを用いて供試体に負荷を加える試験装置において、一方のアクチュエータ（アクチュエータＢとする）の変位量を検出し、その変位量に応じてもう一方のアクチュエータ（アクチュエータＡとする）を制御するものがある。このような試験装置では、アクチュエータＢの動作に追従してアクチュエータＡが制御されるため、アクチュエータＡの反応時間に遅れが生じてしまう。そこで、デジタル信号処理プロセッサを用いることで、アクチュエータＢの変位検出信号に基づいて直ちにアクチュエータＡの制御目標値を算出し、アクチュエータＡの反応時間の遅れを解消するようにした試験装置が知られている（特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４４６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される試験装置では、高速な演算が可能なデジタル信号処理プロセッサを用いたとしても、アクチュエータＢが動作しないとアクチュエータＡの動作が開始されないため、反応時間の遅れを完全に解消することはできない。従来の試験装置におけるこのような問題を解決するために、複数のアクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる試験装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による試験装置は、供試体を負荷するための複数のアクチュエータと、供試体の変位または荷重を検出するセンサと、センサから出力された信号と目標信号との差分を算出する第１の算出部と、アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分を各アクチュエータについて算出する第２の算出部と、第１の算出部および第２の算出部による算出結果に基づいて、前記複数のアクチュエータをそれぞれ駆動制御する制御部とを備える。
上記の試験装置において、制御部は、複数のアクチュエータの油圧をそれぞれ制御するためのサーボバルブと、第１の算出部および第２の算出部による算出結果に基づいて、ＰＩＤ制御方式により前記サーボバルブを駆動制御するためのＰＩＤ制御部とを有し、複数のアクチュエータは、サーボバルブにより制御された油圧に応じてそれぞれ駆動することが好ましい。
また、上記の試験装置において、制御部は、第１の算出部により算出された差分と第２の算出部により各アクチュエータについて算出された差分とに基づいて、各アクチュエータをそれぞれ駆動制御することができる。
この試験装置では、第２の算出部は、アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分に、さらに予め定められた所定の補正係数を乗じた補正値を各アクチュエータについて算出し、制御部は、第１の算出部により算出された差分から第２の算出部により各アクチュエータについて算出された補正値を減じた値に基づいて、各アクチュエータをそれぞれ駆動制御することが好ましい。
本発明による試験装置の駆動制御方法は、供試体を負荷するための複数のアクチュエータと、供試体の変位または荷重を検出するセンサとを有する試験装置において各アクチュエータをそれぞれ駆動制御する試験装置の駆動制御方法であって、センサから出力された信号と目標信号との差分を算出する第１の算出工程と、アクチュエータのいずれかの変位量または荷重量から各アクチュエータの変位量または荷重量の平均値を減算した差分を各アクチュエータについて算出する第２の算出工程と、第１の算出工程および前記第２の算出工程による算出結果に基づいて、前記複数のアクチュエータをそれぞれ駆動制御する制御工程とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数のアクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による試験装置のブロック図である。
【図２】本発明の試験装置において外部変位設定信号の大きさを周期的に変化させたときに得られる各アクチュエータの内部ストローク変位量の例を示したグラフである。
【図３】従来の試験装置のブロック図である。
【図４】従来の試験装置において外部変位設定信号の大きさを周期的に変化させたときに得られる各アクチュエータの内部ストローク変位量の例を示したグラフである。
【図５】本発明の変形例による試験装置のブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態による３つ以上のアクチュエータを有する試験装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０００８】
１ａ、１ｂ、１ｃ：アクチュエータ      ２ａ、２ｂ、２ｃ：サーボバルブ
３ａ、３ｂ、３ｃ：ＰＩＤ制御部        ４ａ、４ｂ、４ｃ：減算器
５ａ、５ｂ、５ｃ：減算器              ６ａ、６ｂ、６ｃ：演算器
７：変位計                            ８：供試体
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
−第１の実施の形態−
本発明の一実施形態による電気油圧サーボ式の試験装置のブロック図を図１に示す。この試験装置は一対のアクチュエータ１ａおよび１ｂを有しており、アクチュエータ１ａおよび１ｂを制御するために、それぞれ一対のサーボバルブ２ａおよび２ｂ、ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂ、減算器４ａおよび４ｂ、減算器５ａおよび５ｂ、演算器６ａおよび６ｂが備えられている。さらに、アクチュエータ１ａおよび１ｂの制御に共通に用いられる変位計７が備えられている。これらの各構成を用いてアクチュエータ１ａおよび１ｂをフィードバック制御して供試体８を負荷することにより、各種の構造物を供試体に用いた負荷試験が行われる。たとえば、供試体８に免震ゴムを用いてアクチュエータ１ａおよび１ｂの変位量を周期的に変化させることで、免震ゴムの疲労試験が行われる。【００１０】
供試体８は図示しない支持枠によって支持されており、アクチュエータ１ａおよび１ｂから各々の変位量に応じた負荷が加えられる。アクチュエータ１ａおよび１ｂから負荷が加えられることによって供試体８が変形すると、その変形によって生じる供試体８の変位量が変位計７により検出される。変位計７は、供試体８の変位量の検出結果を外部変位信号として減算器５ａおよび５ｂに出力する。【００１１】
減算器５ａおよび５ｂには、上記のように供試体８の変位量を表す外部変位信号が変位計７から入力されると共に、アクチュエータ１ａおよび１ｂに対して供試体８の変位量の目標値を設定するための外部変位設定信号が入力される。減算器５ａおよび５ｂは、入力された外部変位信号と外部変位設定信号の差分（以下、外部変位差と称する）を演算し、その演算結果を減算器４ａおよび４ｂに対してそれぞれ出力する。【００１２】
アクチュエータ１ａおよび１ｂは、各々の内部ストローク変位量を検出し、その検出結果を内部変位信号ＡおよびＢとして、演算器６ａおよび６ｂへそれぞれ出力する。演算器６ａ，６ｂは、内部変位信号ＡまたはＢから、これらの平均値すなわち（Ａ＋Ｂ）／２を引いて補正係数ｋを乗じた値をそれぞれ演算し、その演算結果を減算器４ａおよび４ｂに対してそれぞれ出力する。このとき、演算器６ａでは、内部変位信号Ａから両内部変位信号Ａ，Ｂの平均値を減算した値（以下、内部変位差Ａと称する）を演算し、さらにその内部変位差Ａに補正係数ｋを乗じた値（以下、内部変位差Ａの補正値と称する）を演算する。一方演算器６ｂでは、内部変位信号Ｂから両内部変位信号Ａ，Ｂの平均値を減算した値（以下、内部変位差Ｂと称する）を演算し、さらにその内部変位差Ｂに補正係数ｋを乗じた値（以下、内部変位差Ｂの補正値と称する）を演算する。なお補正係数ｋは、アクチュエータ１ａおよび１ｂにおける外部制御と内部制御のゲイン比、すなわち外部変位信号に対するゲインと内部変位信号に対するゲインの比率に応じて決まる補正係数であり、その値は予め定められている。【００１３】
減算器４ａおよび４ｂは、減算器５ａおよび５ｂからそれぞれ出力された外部変位差と、演算器６ａまたは６ｂからそれぞれ出力された内部変位差ＡまたはＢの補正値との差分をそれぞれ演算する。算出された差分は、ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂにそれぞれ出力される。このとき、減算器４ａでは、減算器５ａにおいて算出された外部変位差から演算器６ａにおいて算出された内部変位差Ａの補正値を減算した値（以下、制御値Ａと称する）を算出してＰＩＤ制御部３ａに出力する。一方減算器４ｂでは、減算器５ｂにおいて算出された外部変位差から演算器６ｂにおいて算出された内部変位差Ｂの補正値を減算した値（以下、制御値Ｂと称する）を算出してＰＩＤ制御部３ｂに出力する。【００１４】
ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂは、減算器４ａおよび４ｂからそれぞれ出力された制御値Ａおよび制御値Ｂに基づいて、アクチュエータ１ａおよび１ｂの内部ストローク変位量が制御値ＡまたはＢのうち対応するものと一致するように、サーボバルブ２ａおよび２ｂの駆動をそれぞれ制御する。このときＰＩＤ制御と呼ばれる制御方式が用いられる。サーボバルブ２ａおよび２ｂは、ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂの制御に応じてそれぞれ駆動し、アクチュエータ１ａおよび１ｂに加える油圧をそれぞれ制御する。アクチュエータ１ａおよび１ｂは油圧ジャッキであり、サーボバルブ２ａおよび２ｂからそれぞれ加えられる油圧に応じて内部ストローク変位量が変化する。このようにしてアクチュエータ１ａおよび１ｂが駆動され、その駆動量に応じた負荷が供試体８に加えられる。【００１５】
以上説明したような制御が図１の試験装置において行われることにより、アクチュエータ１ａとアクチュエータ１ｂの動作タイミングを同期させることができ、一方のアクチュエータが動作しないともう一方のアクチュエータの動作が開始されないという状態を避けることができる。その結果、アクチュエータ１ａおよび１ｂの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。【００１６】
図２のグラフは、図１の試験装置において外部変位設定信号の大きさを周期的に変化させたときに得られるアクチュエータ１ａおよび１ｂの内部ストローク変位量の例を示している。この例では、周波数３Ｈｚ、振幅５ｍｍでアクチュエータ１ａおよび１ｂの内部ストローク変位量がそれぞれ変化するように、外部変位設定信号の大きさを変化させている。図２のグラフにより、アクチュエータ１ａに対するアクチュエータ１ｂの変位遅れは、最大で約０．００２秒程度であることが分かる。【００１７】
次に、図１の試験装置と従来の試験装置とを比較して説明する。図３は、従来の試験装置の例として、アクチュエータ１ａの動作に追従してアクチュエータ１ｂを制御する試験装置のブロック図を示している。【００１８】
図３の試験装置は、入力される外部変位設定信号と変位計７から出力される外部変位信号との差分を減算器５ａにおいて演算し、その演算結果をＰＩＤ制御部３ａに入力してサーボバルブ２ａを制御することにより、アクチュエータ１ａを変位させる。また、アクチュエータ１ａおよび１ｂからそれぞれ出力される内部変位信号ＡおよびＢの差分を演算器６において演算し、その演算結果をＰＩＤ制御部３ｂに入力してサーボバルブ２ｂを制御することにより、アクチュエータ１ｂを駆動させる。このようにしてアクチュエータ１ａの動作に追従してアクチュエータ１ｂを制御することにより、アクチュエータ１ａおよび１ｂそれぞれの駆動量に応じた負荷が供試体８に加えられる。【００１９】
図４は、図３の試験装置において外部変位設定信号の大きさを周期的に変化させたときに得られるアクチュエータ１ａおよび１ｂの内部ストローク変位量の例を示している。この例でも図２のグラフと同様に、アクチュエータ１ａおよび１ｂの内部ストローク変位量が周波数３Ｈｚ、振幅５ｍｍでそれぞれ変化するように、外部変位設定信号の大きさを変化させている。図４のグラフにより、アクチュエータ１ａに対するアクチュエータ１ｂの変位遅れは最大で約０．００６秒程度であり、図２のグラフにおける変位遅れの最大値である約０．００２秒と比較して大きいことが分かる。【００２０】
以上説明したように、従来の試験装置と比較して、図１の試験装置では一方のアクチュエータ１に対するもう一方のアクチュエータの変位遅れを小さくすることができる。したがって、複数のアクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。【００２１】
以上説明した第１の実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
（１）減算器５ａおよび５ｂにより、変位計７からの外部変位信号と、供試体８の変位量の目標を設定するための信号である外部変位設定信号との差分を、外部変位差として算出する。また、演算器６ａおよび６ｂにより、アクチュエータ１ａおよび１ｂの変位の差分を、内部変位差として算出する。これらの算出結果に基づいて、減算器４ａおよび４ｂ、ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂ、サーボバルブ２ａおよび２ｂにより、アクチュエータ１ａおよび１ｂをそれぞれ駆動制御することとした。このようにしたので、複数のアクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。【００２２】
（２）サーボバルブ２ａおよび２ｂにより制御された油圧に応じて、アクチュエータ１ａおよび１ｂをそれぞれ駆動することとしたので、複数のアクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御する電気油圧サーボ式の試験装置を実現することができる。【００２３】
（３）演算器６ａおよび６ｂにおいて、アクチュエータ１ａまたは１ｂいずれかの変位量から各アクチュエータの変位量の平均値を減算した差分を各アクチュエータについて算出し、算出された差分に基づいて、各アクチュエータをそれぞれ駆動制御することとした。具体的には、演算器６ａにおいて、アクチュエータ１ａの変位量を表す内部変位信号Ａから、この内部変位信号Ａとアクチュエータ１ｂの変位量を表す内部変位信号Ｂとの平均値を減算して内部変位差Ａを算出し、さらにその内部変位差Ａに補正係数ｋを乗じることにより、内部変位差Ａの補正値を算出する。また、演算器６ｂにおいて、アクチュエータ１ｂの変位量を表す内部変位信号Ｂから、この内部変位信号Ｂとアクチュエータ１ａの変位量を表す内部変位信号Ａとの平均値を減算して内部変位差Ｂを算出し、さらにその内部変位差Ｂに補正係数ｋを乗じることにより、内部変位差Ｂの補正値を算出する。そして、減算器５ａにより算出された外部変位差から内部変位差Ａの補正値を減じた値を減算器４ａにおいて算出し、その算出結果に基づいてＰＩＤ制御部３ａとサーボバルブ２ａによりアクチュエータ１ａを駆動すると共に、減算器５ｂにより算出された外部変位差から内部変位差Ｂの補正値を減じた値を減算器４ｂにおいて算出し、その算出結果に基づいてＰＩＤ制御部３ｂとサーボバルブ２ｂによりアクチュエータ１ｂを駆動することとした。このようにしたので、２つのアクチュエータを目標値にしたがって制御すると共に、両アクチュエータの変位に差が生じないように制御できる。【００２４】
なお、上記の実施の形態において、図１の試験装置に代えて図５のような試験装置を用いることもできる。この試験装置は、演算器６ａ、６ｂの代わりに減算器９が備えられており、減算器９において、内部変位信号ＡとＢの差分を算出する。算出された差分は減算器４ａおよび４ｂに出力される。減算器４ａおよび４ｂは、減算器５ａおよび５ｂからそれぞれ出力された外部変位差と、減算器９から出力された内部変位信号ＡとＢの差分との差分をそれぞれ演算し、ＰＩＤ制御部３ａおよび３ｂにそれぞれ出力する。このようにしても、いずれか一方のアクチュエータの変位量が大きい場合には、そのアクチュエータの駆動量よりも他方のアクチュエータの駆動量が大きくなるため、両アクチュエータの変位に差が生じないように制御できる。【００２５】
−第２の実施の形態−
上記の第１の実施の形態では、２つのアクチュエータを有する試験装置について説明したが、同様の制御方法を３つ以上のアクチュエータを有する試験装置に適用することもできる。図６は、３つのアクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃを有する試験装置に適用した場合のブロック図を示している。なお、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃがそれぞれ供試体８を負荷する負荷点の間の距離は、いずれも等しいものとする。すなわち、各負荷点は供試体８上に正三角形状に配置されている。この試験装置では、外部変位設定信号と変位計７からの外部変位信号が減算器５ａ、５ｂおよび５ｃにそれぞれ入力され、減算器５ａ、５ｂおよび５ｃにおいて外部変位差がそれぞれ算出されて、減算器４ａ、４ｂおよび４ｃにそれぞれ入力される。【００２６】
また、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃから内部変位信号Ａ、ＢおよびＣが演算器６ａ、６ｂおよび６ｃにそれぞれ入力される。この試験装置における演算器６ａ、６ｂおよび６ｃは、各演算器が対応するアクチュエータの内部変位信号からアクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃの内部変位信号の平均値を減算し、さらに補正係数ｋを乗じた値をそれぞれ算出する。すなわち演算器６ａは、対応するアクチュエータ１ａの内部変位信号Ａから、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃの内部変位信号Ａ、ＢおよびＣを合計して３で割ることにより求められる平均値を減算し、補正係数ｋを乗じた値を演算する。同様に、演算器６ｂは、対応するアクチュエータ１ｂの内部変位信号Ｂから上記の平均値を減算して補正係数ｋを乗じた値を演算する。演算器６ｃは、対応するアクチュエータ１ｃの内部変位信号Ｃから上記の平均値を減算して補正係数ｋを乗じた値を演算する。こうして求められた演算器６ａ、６ｂおよび６ｃによる演算結果は、減算器４ａ、４ｂおよび４ｃにそれぞれ出力される。【００２７】
減算器４ａ、４ｂおよび４ｃは、減算器５ａ、５ｂおよび５ｃからそれぞれ出力された外部変位差と、演算器６ａ、６ｂおよび６ｃから出力された各々の演算結果との差分をそれぞれ演算し、その演算結果を制御値Ａ、ＢおよびＣとしてＰＩＤ制御部３ａ、３ｂおよび３ｃにそれぞれ出力する。この制御値Ａ、ＢおよびＣに基づいて、ＰＩＤ制御部３ａ、３ｂおよび３ｃによりサーボバルブ２ａ、２ｂおよび２ｃがそれぞれ制御されることで、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃがそれぞれ駆動し、その駆動量に応じた負荷が供試体８に加えられる。【００２８】
以上説明したような制御が図６の試験装置において行われることにより、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃの動作タイミングを同期させることができる。その結果、３つのアクチュエータを有する場合も図１の試験装置と同様に、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。なお、４つ以上のアクチュエータについても、同様の制御を適用することで各アクチュエータの動作を互いに遅れることなく適切に制御することができる。【００２９】
以上説明した第２の実施の形態によれば、第２の実施の形態において説明した作用効果に加えて、さらに次の作用効果を奏することができる。
（１）演算器６ａ、６ｂおよび６ｃにおいて、アクチュエータ１ａ、１ｂまたは１ｃいずれかの変位量を表す内部変位信号Ａ、ＢまたはＣから各アクチュエータの変位量の平均値を減算した変位差を、各アクチュエータについてそれぞれ算出する。そして、減算器５ａにより算出された外部変位差から、演算器６ａ、６ｂおよび６ｃにより各アクチュエータについて算出された変位差に補正係数ｋを乗じた補正値を減じた値を減算器４ａ、４ｂおよび４ｃにおいてそれぞれ算出し、その算出結果に基づいて、ＰＩＤ制御部３ａ、３ｂおよび３ｃとサーボバルブ２ａ、２ｂおよび２ｃにより、アクチュエータ１ａ、１ｂおよび１ｃをそれぞれ駆動することとした。このようにしたので、３つ以上のアクチュエータを目標値にしたがって制御すると共に、両アクチュエータの変位に差が生じないように制御できる。【００３０】
なお、上記の各実施の形態では、供試体の変位目標値を設定すると共に、供試体の変位と各アクチュエータの変位を検出し、その変位目標値と変位の検出結果に基づいて複数のアクチュエータを駆動制御する変位制御の場合について説明したが、上記の各実施の形態における変位を荷重に置き換えることで、荷重制御の場合にも同様に本発明を適用することができる。すなわち、供試体の荷重目標値を設定すると共に、供試体に加えられている荷重と各アクチュエータの荷重を検出し、その荷重目標値と荷重の検出結果に基づいて、複数のアクチュエータを駆動制御することができる。【００３１】
以上説明した各実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。【００３２】
上記の各実施の形態では、第１の算出部を減算器５ａ、５ｂおよび５ｃにより実現し、第２の算出部を演算器６ａ、６ｂおよび６ｃにより実現し、制御部を減算器４ａ、４ｂおよび４ｃと、ＰＩＤ制御部３ａ、３ｂおよび３ｂと、サーボバルブ２ａ、２ｂおよび２ｃとによって実現している。しかし、これはあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と請求の範囲の記載事項の対応関係には何ら限定も拘束もされない。
【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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