(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振動台であって、
前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、
前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力される修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している
ことを特徴とする振動台。
【請求項２】
供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振動台であって、
前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、
前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、目標の振動台伝達特性もしくは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性を有して前記第二の適応フィルタから出力される修正信号に対する目標の振動台出力信号を生成する参照信号生成手段と、この参照信号生成手段で生成された目標の振動台出力信号と前記計測手段で検出した検出信号とに基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している
ことを特徴とする振動台。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動台において、前記第一の適応フィルタの特性と前記第二の適応フィルタの特性を同一にすると共に、この両適応フィルタの特性を振動台伝達特性の変動の逆特性とするための制御信号を出力する前記同定手段としていることを特徴とする振動台。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの振動台において、前記同定手段への２つへの入力信号それぞれに作用する同じ特性のローパスフィルタもしくはバンドパスフィルタを有していることを特徴とする振動台。
【請求項５】
供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振動台であって、
前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、
前記制御装置は、前記目標信号発生手段から出力される目標信号及び前記計測手段の検出信号に基づいて前記入力補償手段から出力される入力補償信号の補償を行う第一の制御装置と、この第一の制御装置から出力される指令信号を前記計測手段の検出信号に基づいて補償する第二の制御装置とを有し、
前記第一の制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記第二の制御装置に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している
ことを特徴とする振動台。
【請求項６】
信号発生器から出力されるテーブル加振用の信号と供試体を搭載するためのテーブルの運動状態を計測する計測手段の検出信号とに基づいて、前記テーブルを加振する加振手段を制御する振動台の制御装置であって、
前記信号発生器のオフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、
前記信号発生器の目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、
この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段と、
を有していることを特徴とする振動台の制御装置。
【請求項７】
供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置とを備えた振動台の制御方法であって、
前記信号発生器の目標信号発生手段で振動台で実現する目標信号を発生し、
前記信号発生器のオフライン補償手段で前記目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を発生し、
前記制御装置の第一の適応フィルタで、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力し、
前記制御装置の第二の適応フィルタで、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を同定手段側に出力し、
前記制御装置の同定手段で、前記第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する
ことを特徴とする振動台の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動台及びその制御装置並びに制御方法に係わり、特に、加振対象である供試体や振動台の非線形性を含む振動台伝達特性の変動をオンラインで補償するための振動台及びその制御装置並びに制御方法に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動台制御方法では、例えば、『３次元６自由度振動台のサーボ機構』（機械設計、第３５巻第４号、１９９１年４月、２５頁〜２８頁）に開示されるように、振動台の変位や加速度をフィードバックしていた（以下、従来技術１という）。
【０００３】
また、特開平１０−３１８８７９号公報、特開平１１−９４６８９号公報などに開示されるように、外乱オブザーバを用いて外乱を推定し、この外乱を相殺する補償信号を生成して制御する方法もある（以下、従来技術２という）。
【０００４】
さらに、ＷＯ９７／１１３４４号公報に開示されるように、供試体反力を計測し、この反力を相殺する補償信号を生成して制御する方法もある（以下、従来技術３という）。
【０００５】
さらに、『電気油圧式地震振動台の波形制御』（日本機械学会、Dynamics and Design Conference '９９講演論文集、Vol.B、１９９９年３月、１５頁〜１８頁）に開示されるように、供試体を含む振動台の逆伝達関数の適応フィルタを作成し、この適応フィルタと等価なフィルタで振動台への入力信号を補償し、見かけ上の振動台伝達特性を無負荷のときと等価にする方法もある（以下、従来技術４という）。
【０００６】
さらに、特開平６−１９５１０５号公報に開示されるように、制御対象と調整操作部を合わせた系の動特性モデルを同定し、参照モデルと同一の伝達特性を実現するために調整操作部の制御パラメータを決定する方法もある（以下、従来技術５という）。
【０００７】
さらに、『耐震設計と構造動力学』（日本機械学会編、１９８５年、２６７頁〜２７５頁）に開示されるように、目標波形に供試体を含む振動台の逆伝達関数を乗じ、振動台への指令信号を補正するという方法もある（以下、従来技術６という）。また、『電気油圧式振動試験機に関する研究（第３報）』（日本機械学会論文集、第４２巻第３６１号、１９７６年９月、２７４４頁〜２７５１頁）に開示されるように、供試体のモデルを持った加振機制御回路で供試体反力を補償するという方法もある（以下、従来技術７という）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術１では、供試体の重量がテーブル重量に比べて大きくなるにつれて補償効果が小さくなる。特に供試体が共振する振動数付近で加振する場合の補償効果が小さくなる。
【０００９】
また、従来技術２では、外乱を推定する際に正確に同定された振動台モデルを必要とし、必ずしも容易でなかった。
【００１０】
さらに、従来技術３では、一般の振動台には具備されていない供試体反力を計測する手段が必要となっていた。
【００１１】
さらに、従来技術４では、適応フィルタが次数の大きなFinite Impulse Response型のフィルタであるため、適応に比較的長い時間を要していた。しかも、振動台制御で一般的に利用される前述の逆伝達関数補償法で入力信号をオフライン補正した場合には、目標波形ではなく、補償された信号を実現するように制御されてしまうものであった。
【００１２】
さらに、従来技術５では、制御対象の遅れをも考慮した一定時間にわたって調整操作部の制御パラメータを保持し続けねばならず、この時間中に制御対象の特性が変化する場合には補償できない、ということに対して配慮されていなかった。
【００１３】
さらに、従来技術６及び７では、供試体の特性が、例えば供試体の部材が破断するなどして、加振中に変化する場合、あるいは供試体の特性に非線形性がある場合は必ずしも補償されるものではなかった。
【００１４】
本発明の目的は、テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすることなく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響をオフラインで補償することができると共に、振動台伝達特性の変動をオンラインで補償することができ、これにより高精度かつ高速に振動台特性を補償することができる振動台及びその制御装置並びに制御方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、第二の制御装置を有する既存の振動台に第一の制御装置を追加するのみで、テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすることなく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響をオフラインで補償することができると共に、振動台伝達特性の変動をオンラインで補償することができ、これにより高精度かつ高速に振動台特性を補償することができる振動台を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の振動台の第１の特徴は、供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している、構成にしたことにある。
【００１７】
本発明の振動台の第２の特徴は、供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、
を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、目標の振動台伝達特性もしくは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性を有して前記第二の適応フィルタから出力される修正信号に対する目標の振動台出力信号を生成する参照信号生成手段と、この参照信号生成手段で生成された目標の振動台出力信号と前記計測手段で検出した検出信号とに基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している、構成にしたことにある。
【００１８】
そして、特に好ましくは、前記第一の適応フィルタの特性と前記第二の適応フィルタの特性を同一にすると共に、この両適応フィルタの特性を振動台伝達特性の変動の逆特性とするための制御信号を出力する前記同定手段としている、構成にしたことにある。
【００１９】
さらに好ましくは、前記同定手段への２つへの入力信号それぞれに作用する同じ特性のローパスフィルタもしくはバンドパスフィルタを有している、構成にしたことにある。
【００２０】
本発明の振動台の第３の特徴は、供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置と、を備えた振動台であって、前記信号発生器は、振動台で実現する目標信号を発生する目標信号発生手段と、この目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を生成するオフライン補償手段とを有しており、前記制御装置は、前記目標信号発生手段から出力される目標信号及び前記計測手段の検出信号に基づいて前記入力補償手段から出力される入力補償信号の補償を行う第一の制御装置と、この第一の制御装置から出力される指令信号を前記計測手段の検出信号に基づいて補償する第二の制御装置とを有し、前記第一の制御装置は、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記第二の制御装置に出力する第一の適応フィルタと、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している、構成にしたことにある。
【００２１】
前記目的を達成するための本発明の振動台の制御装置の特徴は、信号発生器から出力されるテーブル加振用の信号と供試体を搭載するためのテーブルの運動状態を計測する計測手段の検出信号とに基づいて、前記テーブルを加振する加振手段を制御する振動台の制御装置であって、前記信号発生器のオフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力する第一の適応フィルタと、前記信号発生器の目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を出力する第二の適応フィルタと、この第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する前記同定手段とを有している、構成にしたことにある。
【００２２】
前記目的を達成するための本発明の振動台の制御方法の特徴は、供試体を搭載するためのテーブルと、このテーブルを加振する加振手段と、前記テーブルの運動状態を計測する計測手段と、前記テーブルを加振するための信号を発生する信号発生器と、前記計測手段の検出信号及び前記信号発生器の信号に基づいて前記加振手段を制御する制御装置とを備えた振動台の制御方法であって、前記信号発生器の目標信号発生手段で振動台で実現する目標信号を発生し、前記信号発生器のオフライン補償手段で前記目標信号発生手段の目標信号をオフラインで補償して入力補償信号を発生し、前記制御装置の第一の適応フィルタで、前記オフライン補償手段から出力される入力補償信号を同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、指令信号を前記加振手段側に出力し、前記制御装置の第二の適応フィルタで、前記目標信号発生手段から出力される目標信号を前記同定手段から出力される制御信号に基づいてオンラインで補償して、修正信号を同定手段側に出力し、前記制御装置の同定手段で、前記第二の適応フィルタから出力された修正信号と前記計測手段で検出した検出信号に基づいて振動台伝達特性の変動をオンラインで同定し、かつ振動台伝達特性の変動を補償するための制御信号を前記第一の適応フィルタ及び前記第二の適応フィルタに出力する構成にしたことにある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の振動台の一実施例を図を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、振動台の全体構成を図２を参照しながら説明する。図２は本発明の振動台の構成図である。
【００２５】
振動台１００は、供試体１０６を搭載するためのテーブル１０１と、このテーブル１０１を加振する加振手段を構成する加振機１０２と、テーブル１０１の運動状態を計測する計測手段を構成する加速度計測手段１０４と、テーブル１０１を加振するための信号を発生する信号発生器１と、加速度計測手段１０４の検出信号及び信号発生器１の信号に基づいて加振機１０２を制御する制御装置１１０とを備えている。
【００２６】
即ち、テーブル１０１は軸受１０５を介して基礎１０７上に加振可能に支持されている。ただし、軸受１０５は振動台の構成によっては必ずしも必要とは限らない。また、テーブル１０１は同じく基礎１０７上に設置されている加振機１０２のピストン１０２ａに連結されている。また、テーブル１０１の上面には加速度計測手段１０４が設置されている。加振機１０２は、目標加速度波形Ｘを再現するように、少なくとも加速度計測手段１０４で計測した実現加速度波形Ｙがフィードバックされる制御装置１１０によって制御される。テーブル１０１上には試験対象である供試体１０６が設置される。
【００２７】
さらには、信号発生器１は、振動台で実現する目標信号である目標加速度波形Ｘを発生する目標信号発生手段１０９と、この目標信号発生手段１０９の目標加速度波形Ｘをオフラインで補償して入力補償信号である入力補償加速度波形Ｕを発生するオフライン補償手段１０８とを有している。
【００２８】
次に、本発明の振動台１００の制御装置１１０、特に第二の制御装置１０３を主体に図３を参照しながら説明する。図３は本発明の振動台における制御装置の特に第二の制御装置を詳細に示す制御ブロック図である。
【００２９】
図３において、信号発生器１の目標信号発生手段１０９で発生される地震加速度などの目標加速度波形Ｘは、例えば、試加振の結果に応じて供試体１０６を含む振動台の伝達特性の逆伝達関数Ｈの特性を持つオフライン補償手段１０８で入力補償加速度波形Ｕにオフライン補正され、制御装置１１０の第一の制御装置１１１に入力される。この第一の制御装置１１１で入力補償加速度波形Ｕが指令加速度波形Ｕ'に補正され、この補正された指令加速度波形Ｕ'が加振機１０２の制御装置１０３に入力される。
【００３０】
そして、加速度計測手段１０４で計測したテーブル１０１の実現加速度波形Ｙを含むフィードバック信号Ｚがフィードバックされ、ブロックＢで示される処理を施された後、入力補償加速度波形Ｕ'に適当な処理Ｐを施された信号と比較され、偏差信号Ｅを算出する。この偏差信号Ｅに適当な処理Ｑを施して加振機１０２の駆動信号Ｃが出力される。加振機１０２はこの駆動信号Ｃに基づいてテーブル駆動力Ｆを発生させる。ここでは駆動信号Ｃからテーブル駆動力Ｆまでの伝達関数をＡで表している。その結果、実現加速度波形Ｙが得られる。
【００３１】
テーブル１０１や加振機ピストン１０２ａなどの可動部分の質量をＭとすると、テーブル駆動力Ｆから実現加速度波形Ｙの伝達関数は１/Ｍとなる。このとき、供試体１０６がテーブル１０１に搭載されていると、実現加速度波形Ｙにより供試体１０６が振動し、テーブル１０１に供試体１０６から荷重Ｆ'が加わることになる。ここでは、実現加速度波形Ｙから荷重Ｆ’までの伝達関数をＴで表す。
【００３２】
なお、ブロックＢを介してフィードバックされるフィードバック信号Ｚにはテーブル１０１や加振機１０２の速度や変位などが含まれていてもよい。以下に示す実施例の説明では、フィードバック信号Ｚは実現加速度波形Ｙだけとして簡略化して説明する。
【００３３】
オフライン補償手段１０８の伝達関数Ｈ＝１、即ち、オフライン補償を行わない場合であって、供試体１０６が搭載されていない無負荷状態のとき、目標加速度波形Ｘから実現加速度波形Ｙまでの伝達関数は次の式(１)で表される。
【００３４】
Ｙ/Ｘ＝Ｍ-1ＡＱＰ(１+ＢＭ-1ＡＱ)-1≡Ｇ                        (１)
そして、ブロックＢ、Ｐ、Ｑは使用周波数範囲でＧが１となるように調整して使用される。ところが、供試体１０６が搭載されている場合には、伝達関数は次の式(２)のように変化する。
【００３５】
Ｙ/Ｘ＝Ｍ-1ＡＱＰ(１+ＢＭ-1ＡＱ-ＴＭ-1)-1≡ＧＪ            (２)
即ち、伝達関数Ｔが加わることにより振動台伝達特性がＪだけ変化し、式(１)の下で調整されたブロックＢ、Ｐ、Ｑを用いると波形再現性が低下する。
【００３６】
そこで、信号発生器１のオフライン補償手段１０８における逆伝達関数補償法では、供試体特性が変動しない条件での加振、例えば目標の加速度よりも小さい加速度での加振（試加振）を繰り返し行い、供試体１０６による振動台伝達特性の変化Ｊを同定し、オフライン補償手段１０８の伝達関数ＨをＪ-１としてから、目標の加速度で加振（本加振）する。
【００３７】
この方法を用いれば、目標加速度波形Ｘから実現加速度波形Ｙまでの伝達関数を次の式(３)とすることができる。
【００３８】
Ｙ/Ｘ＝Ｍ-1ＡＱＰ(１+ＢＭ-1ＡＱ-ＴＭ-1)-1Ｈ＝ＧＪＨ＝Ｇ      (３)
即ち、供試体１０６による振動台伝達特性の変化を補償でき、波形再現性を維持できる。
【００３９】
しかしながら、供試体特性の振幅依存性に起因して伝達関数Ｔが加振加速度とともに変動したり、供試体１０６の破壊に起因して伝達関数Ｔが時間的に変化したりするなどにより、伝達関数Ｔが非線形な場合には、この振動台伝達特性の変動を補償できない場合が生ずる。そこで、本発明では、第一の制御装置１１１を設けることにより、このような振動台伝達特性の変動を補償することができる。その詳細は後述する。
【００４０】
次に、本発明の振動台１００の制御装置１１０、特に第一の制御装置１１１を主体に図１を参照しながら説明する。図１は本発明の振動台における制御装置の特に第一の制御装置の詳細を示す制御ブロック図である。
【００４１】
第一の制御装置１１１は、入力補償加速度波形Ｕを補正する第一の適応フィルタ２と、第一の適応フィルタ２と同一の特性を有して目標加速度波形Ｘを補正する第二の適応フィルタ３と、第二の適応フィルタ３によって補正された信号（修正加速度波形）Ｘ'に基づいて目標の出力加速度波形Ｙ'を算出する参照信号生成手段４と、参照信号生成手段４が算出した目標出力加速度波形Ｙ'に含まれるノイズや直流成分を除去するための参照信号フィルタ５と、加速度計測手段１０４で得られる実現加速度波形Ｙに含まれるノイズや直流成分を除去するための出力信号フィルタ６と、参照信号フィルタ５から出力される参照信号Ｒ並びに出力信号フィルタ６から出力される出力信号Ｖから供試体１０６による振動台伝達特性の変動を同定して第一の適応フィルタ２並びに第二の適応フィルタ３の制御係数ai、bjを算出する同定手段７と、を有している。
【００４２】
この同定手段７で算出された制御係数ai、bj(i=１、…、n、j=０、…、n)は、第一の適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３に逐次伝達され、両適応フィルタ２、３の特性が逐次変更される。
【００４３】
第一の適応フィルタ２は、供試体１０６による振動台伝達特性の変動を補償するものであり、その機能は例えば次のようにして実現される。信号発生器１から入力補償加速度波形Ｕ[k]（kはサンプリング回数）を受けた第一の適応フィルタ２は、同定手段７より指示された制御係数ai、bjに応じて、次の式(４)に基づいて指令加速度波形Ｕ'[k]を生成する。
Ｕ'[k]＝b０Ｕ[k]+b１Ｕ[k-１]+…+bnＵ[k-n]-a１Ｕ'[k-１]-…-anＵ'[k-n]  (４)
ただし、制御係数の初期値はb０=１、ai=０(i=１、…、n)、bj=０(j=１、…、n)である。そして、生成された指令加速度波形Ｕ'[k]は第二の制御装置１０３に入力される。
【００４４】
一方、第二の適応フィルタ３は、指令加速度波形Ｕ'[k]からオフライン補償手段１０８の影響を受けていない目標加速度波形Ｘに、第一の適応フィルタ２と同一の特性のフィルタを作用させて、修正加速度波形Ｘ'[k]を生成する。その機能は例えば次のようにして実現される。
【００４５】
信号発生器１から目標加速度波形Ｘ[k]を受けた第二の適応フィルタ３は、第一の適応フィルタ２と同一の制御係数ai、bjに応じて、次の式(５)に基づいて修正加速度波形Ｘ'[k]を生成する。
Ｘ'[k]＝b０Ｘ[k]+b１Ｘ[k-１]+…+bnＸ[k-n]-a１Ｘ'[k-１]-…-anＸ'[k-n]  (５)
そして、この生成された修正加速度波形Ｘ'[k]は参照信号生成手段４に入力される。
【００４６】
参照信号生成手段４は、目標の振動台伝達特性あるいは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性を有する振動台モデルが修正加速度波形Ｘ'[k]に基づいて生成すべき目標の出力加速度波形Ｙ'[k]を算出するものであり、例えばその機能は次のようにして実現される。
【００４７】
目標の振動台モデルあるいは予め同定された無負荷状態の振動台モデルのシステム行列、制御行列、出力行列、伝達行列をそれぞれＡST、ＢST、ＣST、ＤSTとおき、状態変数ベクトルをＸST[k]とおくと、目標の出力加速度波形Ｙ'[k]は次の式(６)で得られる。
【００４８】
【数１】
0004092878.tif 000002
このようにして算出された目標の出力加速度波形Ｙ'[k]は参照信号フィルタ５に入力される。一方、加速度計測手段１０４で得られた実現加速度波形Ｙ[k]は出力信号フィルタ６に入力される。
【００４９】
参照信号フィルタ５は参照信号生成手段４で生成された目標出力加速度波形Ｙ'[k]に含まれるノイズや直流成分を除去した参照信号Ｒ[k]を生成するためのものである。一方、出力信号フィルタ６は加速度計測手段１０４で得られた実現加速度波形Ｙ[k]に含まれるノイズや直流成分を除去した出力信号Ｖ[k]を生成するためのものである。例えば、両フィルタ５、６はバンドパスフィルタであって、その機能は次のようにして実現される。
【００５０】
バンドパスフィルタのシステム行列、制御行列、出力行列、伝達行列をそれぞれＡBP、ＢBP、ＣBP、ＤBPとおき、状態変数ベクトルをＸBP１[k]、ＸBP２[k]とおくと、参照信号Ｒ[k]は次の式(７)で得られる。
【００５１】
【数２】
0004092878.tif 000003
一方、出力信号Ｖ[k]は次の式(８)で得られる。
【００５２】
【数３】
0004092878.tif 000004
そして、これらの参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]は同定手段７に入力される。
【００５３】
同定手段７は、参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]を比較し、目標の振動台伝達特性あるいは予め同定した無負荷状態の振動台伝達特性に対する振動台伝達特性の変動を逐次同定する。そして、同定手段７は、この同定した変動の逆特性を実現する制御係数ai、bjを生成する。同定手段７の機能は、例えば、次のようにして実現される。
【００５４】
参照信号Ｒ[k]は、目標加速度波形Ｘ[k]に対し、第二の適応フィルタ３と参照信号生成手段４と参照信号フィルタ５の影響を受ける。一方、出力信号Ｖ[k]は、オフライン補償手段１０８と第一の適応フィルタ２と第二の制御装置１０３と供試体１０６を含む振動台の伝達特性と出力信号フィルタ６の影響を受ける。ここで、第一の適応フィルタ２と第二の適応フィルタ３の伝達特性は同一であり、また、参照信号フィルタ５と出力信号フィルタ６の伝達特性は同一である。したがって、参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]を比較すれば、目標の振動台伝達特性あるいは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性とオフライン補償された振動台の伝達特性との差を得ることができる。つまり、供試体特性の非線形性などによる振動台伝達特性の変動DJを抽出することができる。
【００５５】
この変動DJを参照信号Ｒ[k]と出力信号Ｖ[k]とから同定する方法の１つに逐次最小２乗法がある。この逐次最小２乗法では、最新の参照信号Ｒ[k]と過去m点の参照信号Ｒ[k-i]と出力信号Ｖ[k-i]から求まる最新の出力信号の推定値Ｖ'[k]を次の式(９)で求める。
Ｖ'[k]=a'0Ｒ[k]+a'1Ｒ[k-１]+…+a'nＲ[k-n]-b'１Ｖ[k-１]-…-b'nＶ[k-n]  (９)
そして、実際の出力信号Ｖ[k]に対する出力信号の推定値Ｖ'[k]の誤差が最小となるような係数a'j、b'iを算出する。この係数a'j、b'iが同定された変動DJを表すパラメータである。
【００５６】
したがって、この変動DJを補償するための制御係数ai、bjは次の式(１０)で求められる。
【００５７】
ai＝a'i/a'０
bi＝b'i/a'０            (１０)
b０＝１/a'０
これらの制御係数ai、bjは第一の適応フィルタ２と第二の適応フィルタ３に送られ、これら適応フィルタ２、３の動特性は変動DJを補償するように変更される。
【００５８】
以上のように、本実施例によれば、目標の振動台伝達特性に対する無負荷時の振動台伝達特性の誤差あるいは供試体搭載時に試加振したときの振動台伝達特性の誤差を観測雑音の影響を受け難い逆伝達関数補償手段でオフライン補正し、一方、加振中に生じる供試体１０６や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達特性の変動を第一の制御装置１１１でオンライン補償することができ、これにより高精度かつ高速に前記誤差の同定並びにこの振動台伝達特性の補償を行うことができる。
【００５９】
また、第一の制御装置１１１は、既存の第二の制御装置１０３を有する振動台に容易に付加することができる。なお、本発明の第一の制御装置１１１は第二の制御装置１０３と同一の演算装置で実現されても良い。また、第一の制御装置１１１は、各構成要素毎に異なる演算装置で実現されても良く、あるいは、いくつかの構成要素をまとめて複数の演算装置で実現されても良い。
【００６０】
次に、本発明の振動台の制御動作を図４を参照しながら説明する。図４は本発明の振動台の制御動作を示すフローチャート図である。
【００６１】
まず、同定手段７の制御係数をb０=１、ai=０、bi=０に初期化する（２００）。次いで、入力補償加速度波形Ｕを第一の適応フィルタ２に読み込み（２０１）、目標加速度波形Ｘを第二の適用フィルタ３に読込み（２０２）、実現加速度波形Ｙを出力信号フィルタ６に読み込む（２０３）。
【００６２】
この入力補償加速度波形Ｕに基づき、第一の適応フィルタ２で、指令加速度波形Ｕ'を算出する（２０４）。
【００６３】
また、目標加速度波形Ｘに基づき、第二の適応フィルタ３で、修正加速度波形Ｘ'を算出し、この修正加速度波形Ｘ'を参照信号生成手段４に出力する（２０５）する。そして、この修正加速度波形Ｘ'に基づき、参照信号生成手段４で、目標出力加速度波形Ｙ'を算出し、この目標出力加速度波形Ｙ'を参照信号フィルタ５に出力する（２０６）。さらに、この目標出力加速度波形Ｙ'に基づき、参照信号フィルタ５で、参照信号Ｒを算出し、この参照信号Ｒを同定手段７に出力する（２０７）。一方、先に読み込まれた実現加速度波形Ｙに基づき、出力信号フィルタ６で、出力信号Ｖを算出し、この出力信号Ｖをを同定手段７に出力する（２０８）。
【００６４】
この出力信号Ｖと先に算出された参照信号Ｒとに基づき、同定手段７は供試体１０６や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達特性の変動を同定する（２０９）。さらに、同定手段７は、第一の適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３の制御係数ai、bjを算出し（２１０）、この算出した制御係数ai、bjを第一の適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３へ伝達し（２１１）、第一の適用フィルタ２及び第二の適応フィルタ３における次回の演算に利用する。最後に、先に第一の適応フィルタ２で算出した指令加速度波形Ｕ'を第二の制御装置１０３に出力する（２１２）。
【００６５】
以上の動作を繰り返し行い、供試体１０６や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達特性の変動をオンラインで補償する。
【００６６】
なお、処理の順序はこれに限定されず、等価な処理が行なえれば順序が入れ替わっても、あるいは、並列処理されてもよい。また、制御装置１１１の演算速度が不十分な場合は、同定手段７における同定演算を間引いて実施しても良い。
【００６７】
一般に振動台伝達特性は高次の遅れ系で近似される。そのため、特に振動台の加振周波数範囲を超えるような高周波数域における振動台の応答倍率は低下する。それにもかかわらず、第一の適用フィルタ２のみを用いて目標加速度波形の実現を試みると、第一の適応フィルタ２の特性が不安定となる可能性がある。これに対して、本実施例では、目標の振動台伝達特性あるいは予め同定された無負荷状態の振動台伝達特性を有する参照信号生成手段４で生成した目標出力加速度波形Ｙ'を用いるので、上述のような現象を回避することができる。
【００６８】
また、繰り返し試加振をして入力補償加速度波形Ｕを生成する逆伝達関数補償法に比べて、本加振の最中に逐次同定して指令加速度波形Ｕ'を生成する第一の制御装置１１１による制御は、観測雑音による悪影響を受ける可能性がある。これに対して、本実施例では、加振機１０２や第二の制御装置１０３の特性の補償や供試体１０６の慣性負荷としての振動台伝達特性への影響の補償をオフライン補償手段１０８における逆伝達関数補償で行い、供試体１０６や振動台の非線形性を含む原因による振動台伝達特性の変動をオンライン補償を行うことにより、高速で高い補償効果を得ることができる。
【００６９】
次に、本発明の振動台の補償原理を図５から図８を参照しながら説明する。
【００７０】
図５に示すような目標の擬似速度応答スペクトルとなる最大振幅１０００cm/s２の目標加速度波形で、固有値が２０Ｈzであり、加振加速度が２００cm/s２で弾性限界となるような１自由度系供試体を加振する例により説明する。
【００７１】
まず、第一の制御装置１１１を利用しない状態で、実現加速度が２００cm/s２になるように振幅を縮小した目標加速度波形で試加振して逆伝達関数補償を行うと、図６に示すような擬似速度応答スペクトルが得られる。このとき、供試体１０６の固有値がある２０Ｈz付近では供試体１０６がエネルギーを吸収するので、逆伝達関数補償は２０Ｈz付近の周波数成分が強調されている。
【００７２】
次に、第一の制御装置１１１を利用しないまま本加振を行う。つまり、試加振の結果得られた逆伝達関数補償によって２０Ｈz付近の周波数成分が強調されたままの波形を最大振幅が１０００cm/s２になるように振幅を５倍にして加振し、目標の擬似速度応答スペクトルを得ることを目的として本加振を行う。この本加振で得られる擬似速度応答スペクトルは、図７で明らかなように、２０Ｈz付近の応答が過大となってしまう。この現象は、供試体１０６の塑性変形に起因して供試体１０６の見かけ上の固有値が試加振時の２０Ｈz付近から移動した結果、供試体１０６がエネルギー吸収する周波数成分が移動するために生じる。即ち、２０Ｈz付近の周波数成分は逆伝達関数補償で強調されているのに対し、供試体１０６の塑性変形によるエネルギー吸収が減るため過大な応答となる。したがって、第一の制御装置１１１の制御を利用しない場合、本加振における波形再現性が低下する。
【００７３】
これに対して、第一の制御装置１１１の制御を利用して本加振を行うと、図８のような擬似速度応答スペクトルが得られる。この疑似速度応答スペクトルは、図７と比較して明らかなように、第一の制御装置１１１の制御によって供試体１０６の見かけ上の固有値の変動に起因する振動台伝達特性の変動が補償されている。
【００７４】
第一の制御装置１１１に用いる参照信号フィルタ５と出力信号フィルタ６は、バンドパスフィルタに限定されず、両フィルタ５、６が共にノイズ除去を目的としたローパスフィルタであってもよい。また、両フィルタ５、６は、その特性が一致していることが好ましいが、無負荷状態において参照信号と出力信号との差が十分に小さくなる場合は両フィルタの特性が一致していなくてもよい。さらに、両信号の直流成分並びにノイズが十分に小さい場合には、両フィルタ５、６が共になくてもよい。
【００７５】
また、第一の適応フィルタ２、第二の適応フィルタ３、参照信号生成手段４、参照信号フィルタ５、出力信号フィルタ６、及び同定手段７で扱われる信号は、加速度信号に限定されず、変位信号でもよい。
【００７６】
さらには、同定手段７では、参照信号に対する出力信号の伝達特性を算出し、これをカーブフィットさせて伝達関数を算出し、その逆伝達関数のパラメータからなる制御係数を第一の適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３に送り、第一の適応フィルタ２及び第二の適応フィルタ３では、この制御係数に応じて信号を補正するようにしてもよい。
【００７７】
また、オフライン補償手段の伝達特性をＨ＝１、即ち、逆伝達関数補償を行わなくてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすることなく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響をオフラインで補償することができると共に、振動台伝達特性の変動をオンラインで補償することができ、これにより高精度かつ高速に振動台特性を補償することができる振動台及びその制御装置並びに制御方法を得ることができる。
【００７９】
また、本発明によれば、第二の制御装置を有する既存の振動台に第一の制御装置を追加するのみで、テーブルの運動状態を計測する計測手段以外の計測手段や供試体モデルや正確な振動台モデルを必要とすることなく、目標の振動台伝達特性に対する振動台側の影響をオフラインで補償することができると共に、振動台伝達特性の変動をオンラインで補償することができ、これにより高精度かつ高速に振動台特性を補償することができる振動台を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動台における制御装置の特に第一の制御装置の詳細を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の振動台の構成図である。
【図３】本発明の振動台における制御装置の特に第二の制御装置を詳細に示す制御ブロック図である。
【図４】本発明の振動台の制御動作を示すフローチャート図である。
【図５】振動台における目標の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図である。
【図６】振動台の第一の制御装置を利用しない状態で試加振した結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図である。
【図７】振動台の第一の制御装置を利用しない状態で本加振した結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図である。
【図８】振動台の第一の制御装置を利用して本加振した結果の擬似速度応答スペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…信号発生器、２…第一の適応フィルタ、３…第二の適応フィルタ、４…参照信号生成手段、５…参照信号フィルタ、６…出力信号フィルタ、７…同定手段、１０１…テーブル、１０２…加振機、１０２ａ…加振機ピストン、１０３…第二の振動台制御装置、１０４…加速度計測手段、１０５…軸受、１０６…供試体、１０７…基礎、１０８…オフライン補償手段、１０９…目標信号発生手段、１１０…制御装置、１１１…第一の制御装置。
【図１】
0004092878.tif 000005
【図２】
0004092878.tif 000006
【図３】
0004092878.tif 000007
【図４】
0004092878.tif 000008
【図５】
0004092878.tif 000009
【図６】
0004092878.tif 000010
【図７】
0004092878.tif 000011
【図８】
0004092878.tif 000012