(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加振手段によって少なくとも２方向に加振される第１の振動台を有する第１加振装置と、
前記第１の振動台に搭載されてパラレルリンク機構で構成される複数の第２の加振手段で第２の振動台を加振する第２加振装置と、
前記第１の振動台の振動と、前記第２の振動台の振動とを同期させる振動制御装置と、
を備えることを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
対向配置される少なくとも一対の前記第２の加振手段と、
少なくとも一対の前記第２の加振手段の間に設けられる前記第２の振動台と、
前記第１の振動台の上に設けられ、前記第２の加振手段の前記第２の振動台に取り付けられる側とは反対側に取り付けられる支持部材と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
前記振動制御装置は、
前記第２の振動台の変位と、前記第１の振動台の変位を係数倍したものに基づいて設定された前記第２の振動台の変位目標値との変位差が０になるように、かつ、前記変位差に基づいて得られる前記第２の振動台の模擬荷重と、前記第２の振動台が生成する荷重との荷重差が０になるように、前記第２の振動台を加振することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動試験装置。
【請求項４】
第１の加振手段によって少なくとも２方向に加振される第１の振動台を有する第１加振装置と、
前記第１の振動台に搭載されてパラレルリンク機構で構成される第２の加振手段で第２の振動台を加振する第２加振装置と、
前記第１の振動台の振動と、前記第２の振動台の振動とを同期させる振動制御装置と、
を備え、
前記振動制御装置は、
前記第２の振動台の変位と、前記第１の振動台の変位を係数倍したものに基づいて設定された前記第２の振動台の変位目標値との変位差が０になるように、かつ、前記変位差に基づいて得られる前記第２の振動台の模擬荷重と、前記第２の振動台が生成する荷重との荷重差が０になるように、前記第２の振動台を加振することを特徴とする振動試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験体に対して振動試験を実行する振動試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加振手段で振動させる振動台の上に、この振動台とは異なる振動台及び当該振動台を振動させる加振手段を載置して、１台の加振手段では得られない加速度を発生させる振動試験装置が知られている。例えば、特許文献１には、このような振動試験装置において、それぞれの加振手段を同期して動作させて運転する振動試験装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３９０１９１０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に開示された技術は、試験体に高加速度入力を与えることができるが、２台の加振手段を同期して運転させて、振動台上の試験体を加振する方向は１方向に限定されており、複数の方向で試験体を加振する場合には、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の振動台及び加振手段を組み合わせた振動試験装置において、２方向以上の加振入力を試験体に与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る振動試験装置は、第１の加振手段によって少なくとも２方向に加振される第１の振動台を有する第１加振装置と、前記第１の振動台に搭載されてパラレルリンク機構で構成される第２の加振手段で第２の振動台を加振する第２加振装置と、前記第１の振動台の振動と、前記第２の振動台の振動とを同期させる振動制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、第１加振装置を構成する第１の振動台の上に、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段で第２の振動台を加振する第２の加振装置を搭載する。第２の加振装置は、パラレルリンク機構で構成されているので、第２の振動台を６軸方向に加振できる。そして、振動制御装置で、少なくとも２方向に加振される第１の振動台と、６軸方向に加振可能な第２の振動台とを同期して加振することにより、第２の振動台２１に載置された試験体に２方向以上の加振入力を与えることができる。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記振動試験装置において、前記第２の加振手段を複数備えることが好ましい。これによって、より大きい加速度を試験体に与えることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記振動試験装置において、対向配置される少なくとも一対の前記第２の加振手段と、少なくとも一対の前記第２の加振手段の間に設けられる前記第２の振動台と、前記第１の振動台の上に設けられ、前記第２の加振手段の前記第２の振動台に取り付けられる側とは反対側に取り付けられる支持部材と、を備えることが好ましい。
【００１０】
このように、対向して配置される第２の加振手段の間に第２の振動台を配置して試験体を加振するので、第２の加振手段の鉛直方向上方に配置される第２の振動台上に試験体を載置するよりも、試験体の重心を低くできる。その結果、振動試験においては、試験体がより安定するので好ましい。
【００１１】
本発明の望ましい態様としては、前記振動試験装置において、前記振動制御装置は、前記第２の振動台の変位と、前記第１の振動台の変位を係数倍したものに基づいて設定された前記第２の振動台の変位目標値との変位差が０になるように、かつ、前記変位差に基づいて得られる前記第２の振動台の模擬荷重と、前記第２の振動台が生成する荷重との荷重差が０になるように、前記第２の振動台を加振することが好ましい。これによって、試験体が非線形応答をする場合において、制御目標値と実際の試験体の挙動との乖離を低減する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、複数の振動台及び加振手段を組み合わせた振動試験装置において、２方向以上の加振入力を試験体に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係る振動試験装置を示す全体構成図である。図２は、実施例１に係る振動試験装置を示す平面図である。図３、図４は、実施例１に係る振動試験装置の他の構成例を示す全体構成図である。図１に示す振動試験装置１は、第１加振装置１０と、第２加振装置２０と、振動制御装置３０とを有し、振動制御装置３０によって第１加振装置１０及び第２加振装置２０が制御される。振動試験の対象である試験体２は、第２加振装置２０を構成する第２の振動台２１上に載置される。
【００１５】
図２に示すように、第１加振装置１０は、第１の振動台１１と、第１の振動台１１を加振する第１の加振手段とで構成される。第１の加振手段は、少なくとも２方向に第１の振動台１１を加振する。本実施例において、第１の加振手段は、第１の振動台１１を同一平面内におけるｘ方向、及びｘ方向と直交するｙ方向、及び前記平面と直交するｚ方向の３方向に加振するため、ｘ方向加振手段１２Ａとｙ方向加振手段１２Ｂとｚ方向加振手段１２Ｃとで構成される。なお、第１の加振手段は、ｘ方向加振手段１２Ａとｙ方向加振手段１２Ｂとを備え、ｘ方向及びｙ方向の２方向に第１の振動台１１を加振するようにしてもよい。第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃは、例えば、油圧シリンダを用いた油圧加振装置を用いる。
【００１６】
図１に示すように、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１は、平面視が矩形形状であり、凹状に形成されたピット３の内部に配置される。そして、ピット３の壁面３Ｗと第１の振動台１１の辺１１Ａとの間にｘ方向加振手段１２Ａが設けられ、ピット３の壁面３Ｗと第１の振動台１１の辺１１Ｂとの間にｙ方向加振手段１２Ｂが設けられる。また、第１の振動台１１は、第２加振装置２０を載置する載置面とは反対側と、ピット３の底部３Ｂとの間に、ｚ方向加振手段１２Ｃが設けられる。振動制御装置３０からの指令によってｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃが伸縮することにより、第１の振動台１１が加振される。
【００１７】
第２加振装置２０は、複数の加振手段を組み合わせたパラレルリンク機構で構成される。第２加振装置２０は、第２の加振手段として複数（本実施例では６個）の油圧シリンダ２３を用い、これらをパラレルリンク機構として構成される。第２加振装置２０は、それぞれの油圧シリンダ２３の一端部が第２加振装置基台２２に対してピン結合となるように第２加振装置基台２２へ取り付けられ、他端部が第２の振動台２１に対してピン結合となるように第２の振動台２１に取り付けられる。油圧シリンダ２３の一端部は、例えば、油圧シリンダ２３のシリンダケースの端部であり、他端部は、油圧シリンダ２３のピストンの端部である。
【００１８】
パラレルリンク機構で構成される第２加振装置２０は、並列にリンク機構、すなわち複数の油圧シリンダ２３が制御されることにより、第２の振動台２１の動きが決定される。第２加振装置２０は、振動制御装置３０が、複数の油圧シリンダ２３をそれぞれ並列に制御することにより、第２の振動台２１を６軸方向に加振できる。
【００１９】
第２加振装置基台２２は、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１の上に取り付けられる。なお、本実施例では、第２加振装置基台２２を介して第１の振動台１１の上に複数の油圧シリンダ２３を取り付けたが、複数の油圧シリンダ２３の一端部を、第１の振動台１１に対してピン結合となるように、直接第１の振動台１１の上に取り付けてもよい。
【００２０】
本実施例において、第１加振装置１０は、既設の振動試験装置を用いることができる。そして、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１上に第２加振装置２０を設置することで、比較的簡易に振動試験装置１を構成できる。また、試験体２の寸法が大きく、第２加振装置２０の第２の振動台２１上に試験体２を載置できない等の事情がある場合には、第２加振装置２０を第１の振動台１１から取り外す必要があるが、このような場合でも、比較的簡易に第２加振装置２０を第１の振動台１１から撤去することができる。これによって、振動試験装置１は、試験体２の大きさや、振動試験の仕様が変化した場合でも、比較的容易に対応できる。
【００２１】
振動試験装置１は、振動制御装置３０が、第１の振動台１１の振動と、第２の振動台２１の振動とを同期させて駆動することにより、１台の加振装置よりも大きな加速度及び振幅を第２の振動台２１上に載置された試験体２へ与えることができる。より具体的には、振動制御装置３０は、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１を駆動する第１の加振手段と、第２加振装置２０を構成する第２の振動台２１を駆動する複数の油圧シリンダ２３とを同期して駆動する。これによって、１台の加振装置よりも大きな加速度及び振幅を試験体２へ与える。
【００２２】
また、振動試験装置１を構成する第２加振装置２０は、第２の振動台２１を６軸方向に加振できる。第１加振装置１０が、第１の振動台１１を水平方向に２方向加振できる場合、第２加振装置２０における第２の振動台２１の加振方向を第１の振動台１１の加振方向と同じ２方向とし、両者の加振を同期させることにより、振動試験装置１は、試験体２に対して２方向同時の振動試験が実現できる。また、第１加振装置１０が、第１の振動台１１を水平方向に２方向及び前記２方向と直交する方向の計３方向に加振できる場合、第２加振装置２０が備える第２の振動台２１の加振方向を、第１加振装置１０が備える第１の振動台１１の加振方向と同じ３方向とし、両者の加振を同期させることにより、振動試験装置１は、試験体２に対して３方向同時の振動試験が実現できる。これによって、例えば、地震波を想定した振動試験を実行する場合には、試験体２の設置状態を変更することなく地震波での振動試験が実行できるので、試験効率が向上する。
【００２３】
振動試験装置１の第１の振動台１１には、第１の振動台１１の加速度を検出する加速度検出手段として、第１加速度計４１が取り付けられる。また、振動試験装置１の第２の振動台２１には、第２の振動台２１の加速度を検出する加速度検出手段として、第２加速度計４２が取り付けられる。第１加速度計４１及び第２加速度計４２は振動制御装置３０と接続され、第１加速度計４１及び第２加速度計４２が検出した情報は、振動制御装置３０の入力となり、振動試験装置１の制御に用いる。
【００２４】
振動制御装置３０は、入力部と、処理部３０Ｐと、出力部と、逆運動演算部３０ＲＣと、記憶部３０Ｍとを有する。入力部は、増幅器３１、３２と、Ａ／Ｄ変換器３３とを含んで構成される。処理部３０Ｐは、例えばマイクロコンピュータで構成される。出力部は、Ｄ／Ａ変換器３４と、サーボ増幅器３５、３６とを含んで構成される。
【００２５】
第１加速度計４１の出力は、増幅器３１によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３でディジタル信号に変換されて処理部３０Ｐへ入力される。また、第２加速度計４２の出力は、増幅器３２によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３でディジタル信号に変換されて処理部３０Ｐへ入力される。第１加速度計４１及び第２加速度計４２が検出した第１の振動台１１及び第２の振動台２１の加速度は、処理部３０Ｐへ取り込まれて、振動試験装置１の制御に用いられる。
【００２６】
処理部３０Ｐは、第１加振装置１０を構成する第１の加振手段及び第２加振装置２０を構成する第２の加振手段を制御するための制御信号を生成する。処理部３０Ｐが生成した制御信号は、Ｄ／Ａ変換器３４でアナログ信号に変換された後、サーボ増幅器３５及び逆運動演算部３０ＲＣへ出力される。処理部３０Ｐからサーボ増幅器３５へ出力される制御信号は、第１加振装置１０を構成する第１の加振手段を制御するものであり、逆運動演算部３０ＲＣへ出力される制御信号は、第２加振装置２０を構成する第２の加振手段を制御するためのものである。第１加振装置１０を構成する第１の加振手段は、サーボ増幅器３５へ出力される制御信号にしたがって駆動され、第１の振動台１１を加振する。
【００２７】
逆運動演算部３０ＲＣは、第２加振装置２０が備える、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段を制御するためのものである。処理部３０Ｐは、第２加振装置２０が備える第２の振動台２１を加振させるにあたって、第２の振動台２１の変位情報（第２の振動台２１の位置に関する情報）を生成する。逆運動演算部３０ＲＣは、処理部３０Ｐによって生成された第２の振動台２１の変位情報から、第２加振装置２０が備える、パラレルリンク機構で構成される複数の油圧シリンダ２３の変位信号を求める。
【００２８】
すなわち、逆運動演算部３０ＲＣは、試験体２が載置される面、すなわち、第２の振動台２１の動作を指令する信号が生成される。そして、逆運動演算部３０ＲＣは、生成した複数の油圧シリンダ２３の駆動目標信号をサーボ増幅器３６に出力し、サーボ増幅器３６で増幅された複数の油圧シリンダ２３の駆動目標信号によって、それぞれの油圧シリンダ２３が駆動される。
【００２９】
図３、図４は、実施例１に係る振動試験装置の他の構成例を示す全体構成図である。図３に示す振動試験装置１ａは、上述した振動試験装置１と略同様の構成であるが、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段を複数有する第２加振装置２０ａを備える点が異なる。振動試験装置１ａは、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１の上に、第２加振装置２０ａが載置される。
【００３０】
第２加振装置２０ａは、第２加振装置基台２２と第２の振動台２１との間に、６本の油圧シリンダ２３でパラレルリンクを構成するパラレルリンク機構２３＿１と、同じく６本の油圧シリンダ２３でパラレルリンクを構成するパラレルリンク機構２３＿２とを有する。なお、図３には、２組のパラレルリンク機構２３＿１、２３＿２を示すが、実際には、第２加振装置２０ａには少なくとも３組のパラレルリンク機構が必要である。
【００３１】
このように、振動試験装置１ａは、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段を複数有するので、上述した振動試験装置１よりも大きな加速度を発生させることができる。これによって、上述した振動試験装置１よりも大きな加速度を試験体２に与えることができ、また、上述した振動試験装置１よりも質量や寸法の大きい試験体に対して振動試験を実行できる。なお、パラレルリンク機構で構成される複数の第２の加振手段は、それぞれが必ずしも同一の特性を有していなくてもよい。
【００３２】
図４に示す振動試験装置１ｂは、６本の油圧シリンダ２３でパラレルリンク機構を構成する第２の加振手段を対向配置するとともに、対向配置された第２の加振手段の間に第２の振動台２１ｂを配置する。振動試験装置１ｂは、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１の上に、第２加振装置２０ｂが載置される。
【００３３】
第２加振装置２０ｂは、６本の油圧シリンダ２３でパラレルリンクを構成するパラレルリンク機構２３＿１と、同じく６本の油圧シリンダ２３でパラレルリンクを構成するパラレルリンク機構２３＿２と、一対の支持部材２２ｂ１、２２ｂ２とを有する。一対の支持部材２２ｂ１、２２ｂ２は、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１上に対向して設けられる。それぞれの支持部材２２ｂ１、２２ｂ２には、パラレルリンク機構２３＿１、２３＿２が取り付けられる。これによって、一対のパラレルリンク機構２３＿１、２３＿２は対向して配置される。
【００３４】
そして、パラレルリンク機構２３＿１、２３＿２の支持部材２２ｂ１、２２ｂ２取り付け側とは反対側に、第２の振動台２１ｂが取り付けられる。すなわち、それぞれのパラレルリンク機構２３＿１、２３＿２の第２の振動台２１ｂ取り付け側とは反対側に、それぞれの支持部材２２ｂ１、２２ｂ２が取り付けられる。このような構成により、振動試験装置１ｂにおいては、第２加振装置２０ｂを構成する第２の振動台２１ｂが、対向して配置される一対のパラレルリンク機構２３＿１、２３＿２の間に設けられ、支持される。
【００３５】
これによって、試験体２に大きな加速度を付与する場合、あるいは質量の大きい試験体を試験する場合、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段の個数を増加させることで、簡単に対応できる。また、対向して配置される第２の加振手段の間に第２の振動台２１ｂを配置して試験体２を加振するので、上述した振動試験装置１、１ａのように第２の加振手段の鉛直方向上方に配置される第２の振動台２１上に試験体２を載置するよりも、試験体２の重心を低くできる。その結果、加振時においては、試験体２がより安定するので好ましい。
【００３６】
次に、本実施例において、振動試験装置が備える第１の振動台と第２の振動台とを同期させて加振する振動制御方法を説明する。次の説明では、振動試験装置１を構成する第２加振装置２０が備える第２の振動台２１と、第１加振装置１０が備える第１の振動台１１とを同期させて加振する場合を例とするが、本実施例の振動制御方法は、上述した振動試験装置１ａ、１ｂにも同様に適用できる。
【００３７】
図５は、実施例１に係る振動試験装置の制御流れ図である。本実施例に係る振動制御方法、すなわち、複数の振動台を同期させて加振する方法は、第１の振動台１１及び第２の振動台２１の伝達関数を求めることにより、両者の振動特性を求める特性把握加振工程と、必要な補正条件を目標波の基準加速度信号に付加して、所望の加速度信号を生成する入力補償加振工程とにより構成される。
【００３８】
すなわち、第１の加振手段及び第２の加振手段に速度信号を与えて、第１の振動台１１及び第２の振動台２１から得られる第１加速度信号と、第１の加振手段及び第２の加振手段に入力した加速度信号とから、第１の振動台１１及び第２の振動台２１に対する伝達関数を求め、この伝達関数の逆特性を求めて振動制御装置３０の記憶部３０Ｍに記憶しておく。例えば、伝達関数Ｇと、これとは逆特性を有する伝達関数Ｇ−１との積を取ると所定値（１００％）になる。すなわち、負の方向に増加した値となる逆特性分を減算すれば、結果的に負の増加分が加算され、所定値（１００％）となる。
【００３９】
したがって、要求される振動加速度を有する目標波を形成する基準加速度信号を、前記伝達関数の逆特性を用いて補正した補正加速度信号により、第１の加振手段及び第２の加振手段を振動させつつ、加速度信号を検出して第２加速度信号を得て、前記基準加速度信号と、前記第２加速度信号との差が所定値（１００％を越えても、それ以下であってもよい）となるように補正することにより、振動試験に必要な目標波の加速度が出力できる。これによって、高加速度の加振を容易に実現できる。
【００４０】
次に、本実施例に係る振動制御方法の動作を、図５の制御流れ図を用いて説明する。次の説明において、添字のｊは、同一平面内における直交座標の座標軸ｘ、ｙと、座標軸ｘ、ｙに直交する座標軸ｚとを示す。すなわち、ｊ＝ｘであればｘ方向の加速度や変位等であり、ｊ＝ｙであればｙ方向の加速度や変位等であり、ｊ＝ｚであればｚ方向の加速度や変位を表す。また、添字の１は、第１加振装置１０を構成する第１の加振手段や第１の振動台１１の加速度や変位であることを意味し、添字の２は、第２加振装置２０を構成する第２の加振手段や第２の振動台２１の加速度や変位であることを意味する。以下の説明において、ｕは入力を、ｖは出力を意味し、また、ｕｊ、ｖｊは、それぞれの座標軸ｘ、ｙ、ｚの方向における変位を表す。そして、ｔは時間領域であることを示し、ωは周波数領域であることを示す。
【００４１】
ここで、ｕｊ（ｔ）’’＝｛ｕｊ１（ｔ）’’、ｕｊ２（ｔ）’’｝、ｕｊ（ｔ）’＝｛ｕｊ１（ｔ）’、ｕｊ２（ｔ）’｝、ｖｊ（ｔ）’’＝｛ｖｊ１（ｔ）’’、ｖｊ２（ｔ）’’｝、ｖｊ（ｔ）’’＝｛ｖｊ１（ｔ）’’、ｖｊ２（ｔ）’’｝、ｕｊＴ（ｔ）’’＝｛ｕｊＴ（ｔ）’’、ａ×ｕｊＴ（ｔ）’’｝、Δｕｊ（ｔ）’’＝｛Δｕｊ１（ｔ）’’、Δｕｊ２（ｔ）’’｝である。なお、ａは増幅係数である。’は一階微分を意味し、’’は二階微分を意味する。ｕｊ（ｔ）、ｖｉ（ｔ）等は変位なので、ｕｊ（ｔ）’、ｖｉ（ｔ）’等は速度、ｕｊ（ｔ）’’、ｖｉ（ｔ）’’等は加速度となる。
【００４２】
振動制御装置３０は、図１、図２に示す振動試験装置１の振動特性を把握するために、特性把握加振工程Ｉを実行し、第１の振動台１１及び第２の振動台２１の伝達関数Ｇを得る。そして、振動制御装置３０は、入力補償加振工程IIを行い、試験体２を振動させる第２の振動台２１が目標振動波を形成するための入力加速度と同じ加速度を出力するには、得られた伝達関数Ｇを用いてどの程度の付加補償値を与えるかを演算する。
【００４３】
まず、特性把握加振工程Ｉを説明する。特性把握加振工程Ｉにおいては、まず、設計上の加速度を与えたときに、第１の振動台１１と第２の振動台２１とが目標とする振動特性の得られる伝達関数Ｇｋが判定基準として用意される（１２６）。判定基準とする伝達関数Ｇｋは、実験やシミュレーション等によって予め求められる。
【００４４】
そして、振動制御装置３０の処理部３０Ｐは、第１の振動台１１と第２の振動台２１とが目標とする設計上の加速度ｕｊ（ｔ）’’を入力とし（１２７）、この加速度ｕｊ（ｔ）’’をフーリエ変換して（１１０）加速度の周波数信号ｕｊ（ω）’’を得て、これをさらに積分して（１１１）速度の周波数信号ｕｊ（ω）’を得た後、逆フーリエ変換を行って（１１２）速度ｕｊ（ｔ）’を得る。そして、処理部３０Ｐは、逆フーリエ変換を行って得られた速度ｕｊ（ｔ）’で、第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃと、第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３とを駆動する。
【００４５】
これによって第１の振動台１１と第２の振動台２１とが加振される（１１３）。このとき、処理部３０Ｐは、第１加速度計４１、第２加速度計４２から、そのときの加速度ｖｊ（ｔ）’’を得て、この加速度ｖｊ（ｔ）’’に対してフーリエ変換を実行し（１１４）、第１の加振手段及び第２の加振手段の加速度の周波数信号ｖｊ（ω）’’を得る。ここで、処理部３０Ｐは、加速度ｕｊ（ｔ）’’をフーリエ変換して得られた加速度ｕｊ（ｔ）’’の周波数信号ｕｊ（ω）’’と、第１の加振手段及び第２の加振手段の加速度の周波数信号ｖｊ（ω）’’とから、伝達関数Ｇ＝｛Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２｝を得る（１１５）。
【００４６】
Ｇ１１は、第１の振動台１１を加振する第１の加振手段に対する入力信号と、この入力信号によって第１の振動台１１が振動する応答加速度との間の伝達関数である。また、Ｇ１２は、第１の振動台１１を加振する第１の加振手段に対する入力信号と、この入力信号によって第２の振動台２１が振動する応答加速度との間の伝達関数である。また、Ｇ２１は、第２の振動台２１を加振する第２の加振手段に対する入力信号と、この入力信号によって第１の振動台１１が振動する応答加速度との間の伝達関数である。また、Ｇ２２は、第２の振動台２１を加振する第２の加振手段に対する入力信号と、この入力信号によって第２の振動台２１が振動する応答加速度との間の伝達関数である。
【００４７】
処理部３０Ｐは、このようにして得られた伝達関数Ｇと、予め用意された前述の判定基準伝達関数Ｇｋとを比較する（１１６）。そして、同一性がない場合、処理部３０Ｐは、入力波を変更して再度第１の振動台１１及び第２の振動台２１を振動させ（１２７）、両者の加速度を測定して伝達関数Ｇを演算して求め（１１５）、再度判定基準伝達関数Ｇｋと比較する（１１６）。このように、処理部３０Ｐは、伝達関数Ｇと判定基準伝達関数Ｇｋとが同一性を有するまで入力波を変更して伝達関数Ｇを求め、判定基準伝達関数Ｇｋと比較する。伝達関数Ｇと判定基準伝達関数Ｇｋとに同一性があれば、処理部３０Ｐは、逆特性を計算して、Ｇ＋Ｇ−１＝１となる逆伝達関数Ｇ−１を得る（１１７）。
【００４８】
次に、入力補償加振工程IIを説明する。第１の振動台１１の加速度と第２の振動台２１の加速度とが加算されることによって形成される目標波を得るためには、試験体２が載置される第２の振動台２１の加算加速度が目標加速度ｕｊＴ（ｔ）’’（１２８）となるように目標加速度ｕｊＴ（ｔ）’’をフーリエ変換して（１１８）、目標加速度の周波数信号ｕｊＴ（ω）’’を得る。そして、第１の振動台１１及び第２の振動台２１の逆伝達関数Ｇ−１を用いて、式（１）に示すように、目標加速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’’を得る初期入力補償を行う（１１９）。
ｕｊＣ（ω）’’＝Ｇ−１×ｕｊＴ（ω）’’・・・（１）
【００４９】
初期入力補償後における目標加速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’’をさらに積分して（１２０）、速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’を得る。そして、これを逆フーリエ変換（１２１）して得られた速度ｕｊＣ（ｔ）’で、第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃと、第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３とを駆動する。これによって第１の振動台１１と第２の振動台２１とが加振される（１２２）。そして、試験体２が載置される第２の振動台２１の加算加速度ｕｊ（ｔ）’’を得て、この加算加速度ｕｊ（ｔ）’’と、目標加速度ｕｊＴ（ｔ）’’とを式（２）に示すように減算し、偏差分Δｕｊ（ｔ）’’を得る（１２９）。
Δｕｊ（ｔ）’’＝ｕｊＴ（ｔ）’’−ｕｊ（ｔ）’’・・・（２）
【００５０】
偏差分Δｕｊ（ｔ）’’が所定値より大きい場合（１２３：Ｎｏ）、処理部３０Ｐは、偏差分Δｕｊ（ｔ）’’をフーリエ変換して（１２４）偏差分の周波数信号Δｕｊ（ω）’’を得る。そして、処理部３０Ｐは、第１の振動台１１及び第２の振動台２１の逆伝達関数Ｇ−１を用いて、式（３）に示すように、加速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）ｎ’’に対して繰り返し入力補償を実行し（１２５）、再度積分して（１２０）速度の周波数信号ｕｊｃ（ω）’を得る。そして、処理部３０Ｐがこのｕｊｃ（ω）’に対して逆フーリエ変換を施して（１２１）得られた速度で、第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃと、第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３とが駆動される。これによって第１の振動台１１と第２の振動台２１とが加振される（１２２）。
ｕｊＣ（ω）ｎ’’＝ｕｊＣ（ω）’’＋Ｇ−１×Δｕｊ（ω）’’・・・（３）
【００５１】
そして、処理部３０Ｐは、試験体２が載置される第２の振動台２１の加算加速度ｕｊ（ｔ）’’を得て、この加算加速度ｕｊ（ｔ）’’と目標加速度ｕｊＴ（ｔ）’’とを式（２）に示すように減算し、偏差分Δｕｊ（ｔ）’’を得る（１２９）。処理部３０Ｐは、この偏差分Δｕｊ（ｔ）’’が所定値より大きいか否かを判定し（１２３）、偏差分Δｕｊ（ｔ）’’が所定値より大きくない場合には、入力補償加振動工程を終了する（ＥＮＤ）。
【００５２】
振動試験においては、このようにして得られた目標加速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’’を積分した速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’で、第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃと、第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３とが駆動されて、第１の振動台１１と第２の振動台２１とが加振される。なお、周波数信号ｕｊＣ（ω）’をさらに積分して得られる変位の周波数信号ｕｊＣ（ω）を用いて第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ等や第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３を駆動してもよい。
【００５３】
振動試験装置１は、第１の加振手段で加振される第１の振動台１１と、パラレルリンク機構で構成される第２の加振手段で支持されて加振される第２の振動台２１を第１の振動台１１の上に設けて構成される。そして、振動試験装置１は、上述した特性把握加振工程及び入力補償加振工程によって、第１の加振手段及び第２の加振手段が制御される。これによって、振動試験装置１は、簡単な構成で第１の振動台１１の振動と、第２の振動台２１の振動とを同期させて、高加速度で加振させることができる。
【００５４】
以上、本実施例では、第１の加振手段によって少なくとも２方向に加振される第１の振動台を有する第１加振装置と、前記第１の振動台に搭載されてパラレルリンク機構で構成される第２の加振手段で第２の振動台を加振する第２加振装置とを備え、振動制御装置によって前記第１の振動台の振動と、前記第２の振動台の振動とを同期させる。これによって、簡単な構成で第１の振動台１１の振動と、第２の振動台２１の振動とを同期させて、高加速度で加振させることができる。その結果、２方向以上の加振入力を試験体に与えることができる。
【実施例２】
【００５５】
図６は、実施例２に係る振動試験装置を示す全体構成図である。実施例２は、第１の加振装置１０及び第２の加振装置２０の制御方法が実施例１とは異なる。第１加振装置１０及び第２加振装置２０の構成は実施例１と同様であり、同一の構成要素には実施例１と同一の符号を付する。本実施例では、第１加振装置１０を構成する第１の振動台１１上に載置される第２加振装置２０が、単数の第２の加振手段（例えば、６本の油圧シリンダ２３を一組として構成されるパラレルリンク機構）を備える場合を説明する。しかし、本実施例は、例えば、図３に示すような第２の加振手段を複数備える振動試験装置１ａや、少なくとも一対の第２の加振手段で第２の振動台を両側から支持する振動試験装置１ｂに対しても、単数の第２の加振手段を有する形式と同様に適用できる。
【００５６】
一般に、振動台上に試験体を載置して、振動台を加振することによって振動試験を実行する際には、試験体が応答することによって必ずその反作用力が振動台側に影響し、振動台の応答挙動を乱すため、目標値通りとならないことが多い。そのために、振動台の制御は上述した特性把握加振工程及び入力補償加振工程を用いるが、非線形応答する試験体を搭載する場合には、制御のアルゴリズム上、特性把握加振工程及び入力補償加振工程では対応することが困難である。
【００５７】
図６に示す振動試験装置１ｃの第２の振動台２１上に載置される試験体２が線形応答する場合、試験体２の固有振動数において応答変位が最大となるため、反作用力においても最大となる。一方、試験体２が非線形応答する場合、試験体２の剛性又は質量が応答量に応じて変化する。この場合、試験体２は、固有振動数を持たず応答レベルによって反作用力が変化するような特性になる。試験体２が線形応答する場合、固有振動数における補償特性が既知となるので、上述した特性把握加振工程及び入力補償加振工程が適用可能となる。しかし、試験体２が非線形応答する場合、固有振動数における補償特性が得られないため、上述した特性把握加振工程及び入力補償加振工程を適用することが困難となる。すなわち、制御目標値に第２の振動台２１の動きが追従しにくくなる。
【００５８】
実施例２において、振動試験装置１ｃは、試験体２の反作用力を補償する機能（演算Ａ〜演算Ｅ）を有するとともに、第２の振動台２１の変位のフィードバック制御、及び第２の加振手段の荷重（すなわち第２の振動台２１及び試験体２の荷重）のフィードバック制御を適用する。これによって、試験体２が非線形応答を示す場合において、制御目標値と実際の試験体２の挙動との乖離を低減する。これによって、制御目標値に第２の振動台２１の動きが追従するようになる。
【００５９】
振動試験装置１ｃが備える振動制御装置３０ｃは、演算Ａ〜演算Ｅを実行するための処理部を備える。この処理部は、例えば、マイクロコンピュータ及びメモリ（情報記憶手段）で構成されており、演算部３９Ａ〜演算部３９Ｅが演算Ａ〜演算Ｅを実行する。すなわち、処理部の演算部３９Ａ〜演算部３９Ｅが、試験体２の反作用力を補償する機能（演算Ａ〜演算Ｅ）を実現する。
【００６０】
本実施例に係る振動制御方法において、第２加振装置２０が備える第２の振動台２１の応答は、第１加振装置１０が備える第１の振動台１１の応答を単純にｎ倍（ｎは整数）できればよい。本実施例に係る振動制御方法を実行するにあたって、まず、第２の振動台２１の制御目標値を生成する必要があるが、これは、第１の振動台１１の応答加速度を２階積分した変位を係数倍することで得られる。すなわち、第１の振動台１１の応答加速度を２階積分した変位に、所定の係数（例えば整数であるがこれに限定されるものではない）を乗ずることで得られる。
【００６１】
振動制御装置３０ｃの処理部の演算部３９Ａが実行する演算Ａでは、第１の振動台１１の応答変位と増幅率Ｎとの積が、第２の振動台２１の制御目標値となる。第１加速度計４１によって検出された第１の振動台１１の加速度（応答加速度）は、増幅器３１によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３＿１でディジタル信号に変換されて演算部３９Ａへ入力される。そして、演算部３９Ａは、第１の振動台１１の応答加速度を２階積分して変位を求め、この変位を整数倍して、第２の振動台２１の制御目標値を生成する。
【００６２】
第２の振動台２１は、実際の変位を直接計測することができない。このため、第２の振動台２１の実際の変位（実応答変位）は、第２の振動台２１を加振する第２の加振手段の変位、より具体的には、パラレルリンク機構を構成する複数の油圧シリンダ２３の変位から推定する。振動制御装置３０ｃの処理部の演算部３９Ｂが実行する演算Ｂが、この推定に相当する。それぞれの油圧シリンダ２３の変位から第２の振動台２１の実際の変位（実応答変位）を推定する演算を、順運動演算という。
【００６３】
パラレルリンク機構を構成する複数の油圧シリンダ２３の変位は、増幅器３２によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３３＿１でディジタル信号に変換されて演算部３９Ｂへ入力される。そして、演算部３９Ｂは、順運動演算によって、それぞれの油圧シリンダ２３の変位から第２の振動台２１の実際の変位（実応答変位）を推定する。この推定された実応答変位を、推定実応答変位という。
【００６４】
次に、振動制御装置３０ｃの処理部は、第２の振動台２１の制御目標値（変位の目標値）と、第２の振動台２１の推定実応答変位との差（変位差、相対変位）に、増幅手段３７によって増幅率（フィードバックゲイン）ＫＡを乗算することで模擬荷重とする。ここで、増幅率ＫＡは、変位を力に変換する係数であり、ばね定数のような機能を有する。
【００６５】
また、振動制御装置３０ｃの処理部の演算部３９Ｄは、第２の振動台２１及び試験体２によって生成される荷重（搭載振動台生成荷重）を算出する演算Ｄを実行する。搭載振動台生成荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｆα、Ｆβ、Ｆγは、式（４）によって求められる。ｘ、ｙ、ｚは、図６に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸であり、αはｘ軸周りの回転、βはｙ軸周りの回転、γはｚ軸周りの回転である。ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６は、第２の加振手段を構成するそれぞれの油圧シリンダ２３の加振力計測値であり、Ａ／Ｄ変換器３３＿２から演算部３９Ｄに入力される値である。ここで、下付文字１〜６は、第２加振装置２０が備える第２の加振手段を構成する６本の油圧シリンダ２３に対応する。また、Ｊ１１〜Ｊ６６は、Ｊａｃｏｂｉａｎ行列の要素であり、式（５）〜式（１０）で示すようになる。要素Ｊ１１〜Ｊ６６で構成される行列がＪａｃｏｂｉａｎ行列となる。
【００６６】
式（５）〜式（１０）のｅｘｉ、ｅｙｉ、ｅｚｉは、それぞれの油圧シリンダ２３と第２の振動台２１との連結位置を示すｘ、ｙ、ｚ座標系における位置である。ｌｘｉ、ｌｙｉ、ｌｚｉは、それぞれの油圧シリンダ２３の長さのｘ方向成分、ｙ方向成分、ｚ方向成分である。ｌｉは、それぞれの油圧シリンダ２３の長さであり、√（ｌｘｉ２、ｌｙｉ２、ｌｚｉ２）となる。なお、式（５）〜式（１０）のｉは、第２加振装置２０が備える第２の加振手段を構成する６本の油圧シリンダ２３に対応し、１〜６の整数である。式（１０）のοは、ランダウの記号である。
【００６７】
【数４】
0005357447.tif 000002
【００６８】
【数５】
0005357447.tif 000003
【００６９】
【数６】
0005357447.tif 000004
【００７０】
【数７】
0005357447.tif 000005
【００７１】
【数８】
0005357447.tif 000006
【００７２】
【数９】
0005357447.tif 000007
【００７３】
【数１０】
0005357447.tif 000008
【００７４】
振動制御装置３０ｃの処理部は、模擬荷重と搭載振動台生成荷重との偏差（荷重偏差）に増幅手段３８で増幅率（フィードバックゲイン）ＫＢを乗算する。その後、振動制御装置３０ｃの処理部は、第２の振動台２１を加振する第２の加振手段、すなわち、複数の油圧シリンダ２３への荷重制御目標信号（加振力指令値）を生成する。このため、振動制御装置３０ｃの処理部の演算部３９Ｅは、式（１１）を用いて、増幅手段３８から入力される前記荷重偏差に増幅率ＫＢを乗じた量（補正荷重偏差）の座標変換を実行する。
【００７５】
式（１１）中のＦｄｘ、Ｆｄｙ、Ｆｄｚ、Ｆｄα、Ｆｄβ、Ｆｄγが、補正荷重偏差であり、Ｆｃ１、Ｆｃ２、ｆｃ３、Ｆｃ４、Ｆｃ５、Ｆｃ６が、第２の加振手段を構成するそれぞれの油圧シリンダ２３に対する加振力指令値となる。この加振指令値は、Ｄ／Ａ変換器３４＿２でアナログ信号へ変換された後、サーボ増幅器３６で増幅されて、第２の加振手段を構成する複数の油圧シリンダ２３を駆動する。これによって、第２の振動台２１が加振される。
【００７６】
【数１１】
0005357447.tif 000009
【００７７】
一方、第１の振動台１１は、実施例１で説明した、特性把握加振工程及び入力補償加振工程の２工程から構成される振動制御方法で制御される。演算Ｃが、この振動制御方法に相当する。振動制御装置３０ｃの処理部の演算部３９Ｃは、実施例１で説明した特性把握加振工程及び入力補償加振工程を実行する。この場合、第１の振動台１１のみを考えればよいので、ｕｊ（ｔ）’’＝ｕｊ１（ｔ）’’、ｕｊ（ｔ）’＝ｕｊ１（ｔ）’、ｖｊ（ｔ）’’＝ｖｊ１（ｔ）’’、ｖｊ（ｔ）’’＝ｖｊ１（ｔ）’’、ｕｊＴ（ｔ）’’＝｛ｕｊＴ（ｔ）’’、ａ×ｕｊＴ（ｔ）’’｝、Δｕｊ（ｔ）’’＝Δｕｊ１（ｔ）’’、Ｇ＝Ｇ１１となる。
【００７８】
演算部３９Ｃは、実施例１で説明した特性把握加振工程及び入力補償加振工程によって目標加速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’’を得る。そして、演算部３９Ｃは、ｕｊＣ（ω）’’を１階積分した速度の周波数信号ｕｊＣ（ω）’を出力する。この変位の周波数信号ｕｊＣ（ω）は、Ｄ／Ａ変換器３４＿１でアナログ信号へ変換された後、サーボ増幅器３５で増幅されて、第１の加振手段を構成するｘ方向加振手段１２Ａ及びｙ方向加振手段１２Ｂ及びｚ方向加振手段１２Ｃを駆動する。これによって、第１の振動台１１が加振される。
【００７９】
増幅手段３８の増幅率ＫＢの値が小さい場合には、油柱共振振動数における応答が大きくなり、反対に増幅手段３８の増幅率ＫＢの値が大きいと、油柱共振振動数における応答が小さくなる。また、増幅手段３７の増幅率ＫＡの値が小さいと再現できる振動数範囲は狭くなるが、増幅率ＫＡの値を大きくすると、再現できる振動数範囲が広くなる。増幅率ＫＡ、ＫＢは、試験体２を第２の振動台２１に載置した後、振動制御の安定性を確保しつつ、振動試験装置１ｃが最大の性能を発揮できるように設定される。
【００８０】
このように振動試験装置１ｃを制御することにより、本実施例では、試験体２が非線形応答を示す場合でも、試験体２に与える目標加速度と実際の試験において試験体２に与えられる加速度との乖離を低減できる。また、本実施例では、第２の振動台２１の制御目標値（変位の目標値）と、第２の振動台２１の実応答変位との差が０になるように、また、模擬荷重と搭載振動台生成荷重との偏差が０になるように、第２加振装置２０を構成する第２の加振手段を駆動する。このように、本実施例では、第２の振動台２１の変位、及び第２の加振手段の荷重のフィードバック制御としているので、増幅率を考慮した第１の振動台１１の変位と第２の振動台２１の変位との差が０、荷重の和が０となるような効果が得られる。
【００８１】
特に、実施例１で説明した振動試験装置１ａ（図３）や振動試験装置１ｂ（図４）のように、複数組のパラレルリンク機構を有するものは、それぞれのパラレルリンク機構の個体差がある場合、本実施例の振動制御方法によれば、変位及び荷重の条件を互いのパラレルリンク機構が満足するようになる。その結果、それぞれのパラレルリンク機構の耐久性低下を抑制できる等の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係る振動試験装置は、複数の振動台及び加振手段を組み合わせた振動試験装置に有用であり、特に、２方向以上の加振入力を試験体に与えることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１に係る振動試験装置を示す全体構成図である。
【図２】実施例１に係る振動試験装置を示す平面図である。
【図３】実施例１に係る振動試験装置の他の構成例を示す全体構成図である。
【図４】実施例１に係る振動試験装置の他の構成例を示す全体構成図である。
【図５】実施例１に係る振動試験装置の制御流れ図である。
【図６】実施例２に係る振動試験装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  振動試験装置
２  試験体
３  ピット
１０  第１加振装置
１１  第１の振動台
１２Ａ  ｘ方向加振手段
１２Ｂ  ｙ方向加振手段
１２Ｃ  ｚ方向加振手段
２０、２０ａ、２０ｂ  第２加振装置
２１、２１ｂ  第２の振動台
２２  第２加振装置基台
２２ｂ１、２２ｂ２  支持部材
２３  油圧シリンダ
２３＿１、２３＿２  パラレルリンク機構
３０、３０ｃ  振動制御装置
３０Ｍ  記憶部
３０Ｐ  処理部
３０ＲＣ  逆運動演算部
３７、３８  増幅手段
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄ、３９Ｅ  演算部
４１  第１加速度計
４２  第２加速度計
【図１】
0005357447.tif 000010
【図２】
0005357447.tif 000011
【図３】
0005357447.tif 000012
【図４】
0005357447.tif 000013
【図５】
0005357447.tif 000014
【図６】
0005357447.tif 000015