(57)【要約】【課題】多軸の振動試験機であっても、正確な振動試験を行う。【解決手段】振動試験機制御システム（１００）は、載置台（１２）と、加振手段（１１ｘ，１１ｚ）と、検出手段（１３ｘ，１３ｚ）と、制御手段（２）と、を備える。制御手段（１２）は、ｎ次の正方行列からなる内伝達行列（Ｘ）のｍ（ｍは自然数、ｎ≧ｍ）行に、システムを同定するためのｎ次の正方行列からなる目標行列（Ｒ）のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列（Ｏ）を算出し、この出力行列（Ｏ）で加振手段（１１ｘ，１１ｚ）を駆動させ、得られた入力行列（Ｉ）を目標行列（Ｒ）で除して誤差行列（Ｅ）を算出し、この誤差行列（Ｅ）の逆行列を求めて内伝達行列（Ｘ）を補正する補正行列（Ｃ）を算出し、この補正行列（Ｃ）によって内伝達行列（Ｘ）を補正する補正手段（２）を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体が載置される載置台と、この載置台をｎ（ｎは自然数）方向に加振する加振手段と、この加振手段によって加振された前記載置台の振動を検出する検出手段と、この検出手段からの出力信号の入力に基づいて前記加振手段を駆動させる駆動信号の制御を行う制御手段と、を備える振動試験機制御システムであって、
前記制御手段は、
ｎ次の正方行列からなる内伝達行列のｍ（ｍは自然数、ｎ≧ｍ）行に、システムを同定するためのｎ次の正方行列からなる目標行列のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列を算出し、この出力行列で前記加振手段を駆動させ、得られた入力行列を前記目標行列で除して誤差行列を算出し、この誤差行列の逆行列を求めて前記内伝達行列を補正する補正行列を算出し、この補正行列によって前記内伝達行列を補正する補正手段を備えることを特徴とする振動試験機制御システム。
【請求項２】
加振手段によって加振された加振対象の振動を検出する検出手段からの出力信号の入力に基づいて前記加振手段を駆動させる駆動信号の制御を行うコンピュータに、
予め設定されたｎ次の正方行列からなる内伝達行列のｍ（ｍは自然数、ｎ≧ｍ）行に、予め設定されたｎ次の正方行列からなる目標行列のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列を算出する機能と、
この出力行列で前記加振手段を駆動させ、得られた入力行列を前記目標行列で除して誤差行列を算出する機能と、
この誤差行列の逆行列を求めて前記内伝達行列を補正する補正行列を算出する機能と、
この補正行列によって補正された前記内伝達行列に基づいて前記駆動信号を補正する機能と、
を実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動試験機制御システム及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動試験機は、供試体を加振する加振装置、加振された供試体の振動を検出する検出装置、加振装置の駆動制御を行う制御装置等を備えている。このような振動試験機を用いて振動試験を行う場合には、供試体から検出された振動が制御装置にフィードバックされ、制御装置が加振装置に送信する駆動信号を目標値に近づくように補正し、誤差を小さくする制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１３３３５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の制御方法は、振動試験機が一軸の場合には有効であるが、多軸の振動試験機に適用することは困難であった。その理由は、多軸の振動試験機の場合、各加振装置はその不完全さゆえに、クロストーク成分が発生し、相互の軸に悪影響を与えてしまい、各加振装置によって印加された加振力を軸毎に個別に検出することができないからである。従って、多軸の振動試験機の場合には、正確な振動試験を行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、多軸の振動試験機であっても、正確に目標値どおりの振動試験を行うことができる振動試験機制御システム及びプログラムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、供試体が載置される載置台（例えば、載置台１２）と、この載置台をｎ（ｎは自然数）方向に加振する加振手段（例えば、振動発生機１１ｘ，１１ｚ）と、この加振手段によって加振された前記載置台の振動を検出する検出手段（例えば、センサ１３ｘ，１３ｚ）と、この検出手段からの出力信号の入力に基づいて前記加振手段を駆動させる駆動信号の制御を行う制御手段（例えば、制御装置２）と、を備える振動試験機制御システム（例えば、振動試験機制御システム１００）であって、前記制御手段は、ｎ次の正方行列からなる内伝達行列（Ｘ）のｍ（ｍは自然数、ｎ≧ｍ）行に、システムを同定するためのｎ次の正方行列からなる目標行列（Ｒ）のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列（Ｏ）を算出し、この出力行列で前記加振手段を駆動させ、得られた入力行列（Ｉ）を前記目標行列で除して誤差行列（Ｅ）を算出し、この誤差行列の逆行列を求めて前記内伝達行列を補正する補正行列（Ｃ）を算出し、この補正行列によって前記内伝達行列を補正する補正手段（例えば、制御装置２）を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、加振手段（例えば、振動発生機１１ｘ，１１ｚ）によって加振された加振対象（例えば、載置台１２）の振動を検出する検出手段（例えば、センサ１３ｘ，１３ｚ）からの出力信号の入力に基づいて前記加振手段を駆動させる駆動信号の制御を行うコンピュータに、予め設定されたｎ次の正方行列からなる内伝達行列（Ｘ）のｍ（ｍは自然数、ｎ≧ｍ）行に、予め設定されたｎ次の正方行列からなる目標行列（Ｒ）のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列（Ｏ）を算出する機能と、この出力行列で前記加振手段を駆動させ、得られた入力行列（Ｉ）を前記目標行列で除して誤差行列（Ｅ）を算出する機能と、この誤差行列の逆行列を求めて前記内伝達行列を補正する補正行列（Ｃ）を算出する機能と、この補正行列によって補正された前記内伝達行列に基づいて前記駆動信号を補正する機能と、を実現させることを特徴とする。
【０００８】
ここで、伝達行列とは、伝達関数の概念を多変数のシステムに対して一般化したものであり、入力変数を表すベクトルと伝達行列との積は、出力変数を表すベクトルを表す。
内伝達行列（Ｘ）は、制御手段が有する伝達関数をベクトルで表したものであり、目標行列（Ｒ）は、加速度の目標値として定められる伝達関数をベクトルで表したものである。出力行列（Ｏ）は、内伝達行列（Ｘ）と目標行列（Ｒ）の積であり、制御手段から出力される駆動信号が有する伝達関数である。入力行列（Ｉ）は、出力行列（Ｏ）と外伝達行列（Ｙ）の積であり、制御手段から出力された駆動信号が加振手段や検出手段を通って制御手段に戻されるときの駆動信号をベクトルで表したものである。なお、外伝達行列（Ｙ）は、加振手段、増幅器、載置台、検出手段、供試体等の制御手段以外の系の伝達関数行列である。誤差行列（Ｅ）は、入力行列（Ｉ）を目標行列（Ｒ）の個々の要素で割ったものであり、目標行列（Ｒ）と入力行列（Ｉ）との間の誤差をベクトルで表したものである。補正行列（Ｃ）は、誤差行列（Ｅ）の逆行列であり、目標行列（Ｒ）と入力行列（Ｉ）との間の誤差を補正する伝達関数をベクトルで表したものである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段が目標とする駆動信号を加振手段に送信すると、加振手段が駆動して載置台及び供試体を振動させる。供試体の振動は、検出手段によって検出され、制御手段に送信される。このとき、補正手段は、制御手段が有するｎ次の正方行列からなる内伝達行列のｍ行に、システムを同定するためのｎ次の正方行列からなる目標行列のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列を算出し、この出力行列で加振手段を駆動させることにより、入力行列が得られ、得られた入力行列を目標行列で除して誤差行列を算出し、この誤差行列の逆行列を求めて内伝達行列を補正する補正行列を算出し、この補正行列よって補正された内伝達行列に基づいて駆動信号を補正する。すなわち、内伝達行列を補正行列によって補正することにより、検出手段から得られる信号を目標値に近づけることができるので、正確な振動試験を行うことができる。また、加振方向毎に補正行列を求めて軸間相互の影響も求めているので、多軸の加振を同時に行っても、他の加振方向の振動の影響を加味して制御できるので、他の軸間の影響を相殺することができ、正確な振動試験を行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、プログラムは、コンピュータが有するｎ次の正方行列からなる内伝達行列のｍ行に、システムを同定するためのｎ次の正方行列からなる目標行列のｍ列を乗じて加振方向毎の出力行列を算出し、この出力行列で加振手段を駆動させることにより入力行列が得られ、得られた入力行列を目標行列で除して誤差行列を算出し、この誤差行列の逆行列を求めて内伝達行列を補正する補正行列を算出し、この補正行列によって補正された内伝達行列に基づいて駆動信号を補正する。すなわち、内伝達行列を補正行列によって補正することにより、制御装置に入力される加速度信号を目標値に近づけることができるので、正確な振動試験を行うことができる。また、システムの同定時に、加振方向毎に補正行列を求めて内伝達関数を補正しているので、多軸の振動試験機であっても、他の加振方向の振動の影響を加味して制御できるので、他の軸間の影響を相殺することができ、正確な振動試験を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る振動試験機制御システム及びプログラムについての実施の一形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、二軸の振動試験機を例に挙げて説明する。
図１に示すように、振動試験機制御システム１００には、供試体を振動させて振動試験を行う振動試験機１、振動試験機１の動作を制御する制御手段としての制御装置２等が備えられている。
【００１２】
振動試験機１には、供試体を異なる二方向に加振する加振手段としての二つの振動発生機１１ｘ，１１ｚが設けられている。また、各振動発生機１１ｘ，１１ｚの先端部は、供試体を載置する一台の載置台１２に接続されている。二つの振動発生機１１ｘ，１１ｚのうち、一方の振動発生機１１ｘは、載置台１２を水平方向に振動させるように配置されており、他方の振動発生機１１ｚは、載置台１２を鉛直方向に振動させるように配置されている。
【００１３】
載置台１２には、振動発生機１１ｘ，１１ｚによって加振された載置台１２の振動を検出する検出手段としての二つのセンサ１３ｘ，１３ｚが設けられている。センサ１３ｘ，１３ｚは、載置台１２の振動加速度を検出するために用いられ、載置台１２とともに振動し、検出したアナログの加速度信号を制御手段としての制御装置２に出力するものである。二つのセンサ１３ｘ，１３ｚのうち、一方のセンサ１３ｘは、載置台１２の水平方向の振動を検出するものであり、他方のセンサ１３ｚは、載置台１２の鉛直方向の振動を検出するものである。
【００１４】
制御装置２は、例えば、センサ１３ｘ，１３ｚからの出力信号の入力に基づいて振動発生機１１ｘ，１１ｚを駆動させる駆動信号の補正を行う補正手段としての機能を有する。制御装置２は、ユーザ端末Ｔに接続され、電力増幅器２５ｘ，２５ｚを介して、振動発生機１１ｘ，１１ｚに接続されている。また、制御装置２は、チャージアンプ２６ｘ，２６ｚを介してセンサ１３ｘ，１３ｚに接続されている。
【００１５】
具体的に、制御装置２は、内部に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ（何れも図示略）を備え、ＲＯＭに記憶された駆動信号制御プログラムをＲＡＭに展開して、ＣＰＵにより演算を行う。
【００１６】
次に、具体例を挙げて、制御装置２による振動試験機１の制御方法について、図２を用いて説明する。制御の手順としては、システムの同定を軸の数と同じ回数行った後に本加振を行う。
図２に示すように、まず、ユーザがユーザ端末Ｔにより、制御装置２の内伝達行列Ｘ、センサ１３ｘ，１３ｚの外伝達行列Ｙ、目標行列Ｒを設定する。ここで、例えば、内伝達行列Ｘを単位行列（Ｘ００＝１，Ｘ０１＝０，Ｘ１０＝０，Ｘ１１＝１）、外伝達行列Ｙを（Ｙ００＝８，Ｙ０１＝２，Ｙ１０＝１，Ｙ１１＝７）、目標行列Ｒを（Ｒ００＝３，Ｒ０１＝０，Ｒ１０＝０，Ｒ１１＝４）に設定したとする。
【００１７】
＜システム同定１回目＞
１回目のシステム同定では、制御装置２は、内伝達行列Ｘの一行目（Ｘ００＝１，Ｘ０１＝０）に目標行列Ｒの一列目（Ｒ００＝３，Ｒ１０＝０）を乗じて水平方向の出力行列Ｏ（Ｏ００＝３，Ｏ１０＝０）を算出する。次いで、制御装置２は、算出された出力行列Ｏ（Ｏ００＝３，Ｏ１０＝０）をそれぞれ振動発生機１１ｘ，１１ｚに出力する。その結果、センサ１３ｘ，１３Ｚからの入力は、出力行列Ｏに外伝達関数が乗じられ、入力行列Ｉ（Ｉ００＝２４，Ｉ１０＝３）が入力される。次いで、制御装置２は、入力行列Ｉ（Ｉ００＝２４，Ｉ１０＝３）の各要素を目標行列Ｒの対角成分（Ｒ００＝３）で除して水平方向の誤差行列Ｅ（Ｅ００＝８，Ｅ１０＝１）を算出する。ここで、Ｅ００は、水平方向の入力行列Ｉと水平方向の目標行列Ｒとの誤差を示し、誤差がない状態では１となる。Ｅ１０は、鉛直方向の入力行列Ｉと水平方向の目標行列Ｒとの誤差を示し、軸間の影響がない状態では０となる。
【００１８】
＜システム同定２回目＞
２回目のシステム同定では、制御装置２は、内伝達行列Ｘの二行目（Ｘ１０＝０，Ｘ１１＝１）に目標行列Ｒの二列目（Ｘ０１＝０，Ｘ１１＝４）を乗じて鉛直方向の出力行列Ｏ（Ｏ０１＝０，Ｏ１１＝４）を算出する。次いで、制御装置２は、算出された出力行列Ｏ（Ｏ０１＝０，Ｏ１１＝４）をそれぞれ振動発生機１１ｘ，１１ｚに出力する。その結果、センサ１３ｘ，１３Ｚからの入力は、出力行列Ｏに外伝達関数が乗じられ、入力行列Ｉ（Ｉ０１＝８，Ｉ１１＝２８）が入力される。次いで、制御装置２は、鉛直方向の入力行列Ｉ（Ｉ０１＝８，Ｉ１１＝２８）の各要素を目標行列Ｒの対角成分（Ｘ１１＝４）で除して鉛直方向の誤差行列Ｅ（Ｉ０１＝２，Ｉ１１＝７）を算出する。Ｅ０１は、水平方向の入力行列Ｉと鉛直方向の目標行列Ｒとの誤差を示し、軸間の影響がない状態では０となる。Ｅ１１は、鉛直方向の入力行列Ｉと鉛直方向の目標行列Ｒとの誤差を示し、誤差がない状態では１となる。
そして、システム同定１回目の誤差行列Ｅ（Ｅ００＝８，Ｅ１０＝１）と、鉛直方向の誤差行列Ｅ（Ｉ０１＝２，Ｉ１１＝７）とを合わせることで、誤差行列Ｅ（Ｅ００＝８，Ｅ０１＝２，Ｅ１０＝１，Ｅ１１＝７）が求められる。
【００１９】
＜補正量の算出＞
次いで、誤差行列Ｅ（Ｅ００＝８，Ｅ０１＝２，Ｅ１０＝１，Ｅ１１＝７）の逆行列を求めることにより、内伝達行列Ｘの補正行列Ｃ（Ｃ００，Ｃ０１，Ｃ１０，Ｃ１１）を算出する。補正行列Ｃの各要素は、Ｃ００＝Ｅ１１／（Ｅ００Ｅ１１−Ｅ０１Ｅ１０），Ｃ０１＝−Ｅ０１／（Ｅ００Ｅ１１−Ｅ０１Ｅ１０），Ｃ１０＝−Ｅ１０／（Ｅ００Ｅ１１−Ｅ０１Ｅ１０），Ｃ１１＝Ｅ００／（Ｅ００Ｅ１１−Ｅ０１Ｅ１０）で求めることができるので、Ｅ００〜Ｅ１１を代入すると、補正行列Ｃは、Ｃ（Ｃ００＝０．１２９６，Ｃ０１＝−０．０３７，Ｃ１０＝−０．０１８５，Ｃ１１＝０．１４８）となる。
次いで、算出された補正行列Ｃを内伝達行列Ｘに乗じて、内伝達行列Ｘを補正する。内伝達行列Ｘの各要素は、Ｘ００＝Ｘ００×Ｃ００ｋ、Ｘ０１＝Ｘ００×Ｃ０１、Ｘ１０＝Ｘ１１×Ｃ１０、Ｘ１１＝Ｘ１１×Ｃ１１ｋで求めることができる。ここで、ｋはループゲインであり、０〜１の範囲内で定められる。ループゲインｋが０の時は全く補正されず、１の時は１回で完全に補正される。なお、ループゲインｋは、系の安定化を図るために０．５程度に設定することが望ましい。
上記の処理を数回繰り返すことにより、内伝達行列Ｘが補正され、外伝達行列Ｙの逆行列となる。
【００２０】
＜本加振＞
補正行列Ｃにより、内伝達行列Ｘの補正を行った後、供試体の本加振を行う。本加振においても、システムの同定と同様に、内伝達行列Ｘに目的行列Ｒを乗じて、出力行列Ｏを算出する。次いで、出力行列Ｏに外伝達行列Ｙを乗じて入力行列Ｉを算出し、入力行列Ｉを目的行列Ｒで除して誤差行列Ｅを算出する。次いで、誤差行列Ｅの逆行列を求め、求めた逆行列を内伝達行列Ｘにフィードバックする。また、本加振中の補正は、水平方向及び鉛直方向同時に行われるため、内伝達行列Ｘの対角成分しか補正できない。
【００２１】
次に、振動試験機１を制御装置２により補正したときの結果について、図３及び図４を用いて説明する。
図３（ａ）に示すように、誤差行列Ｅの絶対値は、低周波数帯域から高周波数帯域にかけて、Ｅ００＝１，Ｅ０１＝０，Ｅ１０＝０，Ｅ１１＝１であり、単位行列になっていることが確認できる。これは、誤差がほとんど無いことを意味しており、上記方法による内伝達行列Ｘの補正が有効であるといえる。一方、図３（ｂ）に示すように、誤差行列Ｅの対角成分（Ｅ００及びＥ１１）の位相は、ほぼ０°となっており、内伝達行列Ｘが外伝達行列Ｙの逆行列になっていることがわかる。
また、図４（ａ）に示すように、補正された内伝達行列Ｘの絶対値は、低周波数帯域から高周波数帯域にかけて、Ｘ００＝１０，Ｘ０１＝０，Ｘ１０＝０，Ｘ１１＝１０であり、非常に平坦なので制御装置２外の系がフラットであるといえる。一方、図４（ｂ）に示すように、内伝達行列Ｘの対角成分（Ｘ００及びＸ１１）の位相は、低周波帯域でほぼ０°となっており、その後周波数に比例した位相遅れがあることから、系にフラットな群遅延特性があることがわかる。
【００２２】
本実施の形態によれば、内伝達行列Ｘを補正行列Ｃによって補正することにより、制御装置２から振動発生機１１ｘ，１１ｚに向けて送信される駆動信号を目標値に近づけることができるので、正確な振動試験を行うことができる。また、一軸ずつ振りながら軸間の影響を求めて内伝達関数Ｘを補正しているので、多軸の振動試験機であっても、他の加振方向の振動の影響を補正できるので、正確な振動試験を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では二軸の振動試験機に適用したが、三軸、四軸等の多軸の振動試験機にも適用できる。その他、発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１又は２に記載の発明によれば、内伝達行列を補正行列によって補正することにより、制御手段から加振手段に向けて加速度信号を目標値に近づけることができるので、正確な振動試験を行うことができる。また、一軸ずつ振りながら軸間の影響を求めて内伝達関数Ｘを補正しているので、多軸の振動試験機であっても、他の加振方向の振動の影響を補正できるので、正確な振動試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における振動試験機制御システムの概略ブロック図である。
【図２】振動試験機の制御手順を示す説明図である。
【図３】制御装置の内伝達行列を補正したときの誤差行列を示す説明図である。
【図４】補正された制御装置の内伝達行列を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ｘ，１１ｚ    振動発生機（加振手段）
１２              載置台
１３ｘ，１３ｚ    センサ（検出手段）
２                制御装置（制御手段、補正手段）
１００            振動試験機制御システム
Ｘ                内伝達行列
Ｒ                目標行列
Ｏ                出力行列
Ｙ                外伝達行列
Ｉ                入力行列
Ｅ                誤差行列
Ｃ                補正行列
【図１】
2005009980.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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