(57)【要約】  振動制御システムは、基準ランダムスペクトル密度プロフィールとともに使用者が特定した尖度値を提供する。試験ユニットが取り付けられた振動テーブルを駆動する時間領域出力波形を生成する前に、基準ランダムスペクトル密度プロフィール及び所望の尖度値を埋め込む信号が周波数領域において合計される。振動テーブル又は試験ユニットに取り付けられた感知トランスデューサからのフィードバックは、修正を可能とする所望の値と比較された実現された振動ランダムスペクトル密度及び尖度値は特定する。【選択図】図１
2012529013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動トランスデューサからの入力に応じて励起ランダム信号をアクチュエータに提供する制御尖度振動コントローラであって、
周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを生じるガウススペクトルジェネレータと、
周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを生じる非ガウススペクトルジェネレータと、を含み、
前記非ガウススペクトルジェネレータは、前記運動トランスデューサからの入力に基づく入力信号を受信し、入力信号からスカラー尖度推定値を生成し、スカラー尖度測定値と目標値とを比較し、比較結果を用いて減衰信号の大きさ及び減衰信号の数を含む係数をともなう時間領域のエンベロープを生成し、時間領域のエンベロープを用いて時間領域ランダム信号を変調し、変調された時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルへ変換し、
さらに、前記ガウススペクトルジェネレータ及び前記非ガウススペクトルジェネレータからの夫々のスペクトルを変調する逆変換関数ジェネレータを含み、
前記逆変換関数ジェネレータは入力信号を受信し、入力信号を入力スペクトルへ周波数領域変換し、逆変換関数ジェネレータは振動コントローラ出力駆動信号を受信し、振動コントローラ出力駆動信号を出力駆動スペクトルへ周波数領域変換し、入力スペクトル及び出力駆動スペクトルを処理して駆動自動パワースペクトル密度の推定値を生成し、クロスパワースペクトル密度の推定値及び駆動自動パワースペクトル密度の推定値が夫々平均化され、それぞれの平均値を除算することにより周波数領域逆変換関数を生成し、
さらに、振動コントローラ出力駆動信号を生成するシンセサイザーを含み、
前記ガウススペクトル及び非ガウススペクトルは、夫々、周波数領域逆変換関数により積算され、それぞれの積算された出力は合計され、振動コントローラ出力駆動信号へ変換され、振動コントローラ出力駆動信号は、励起ランダム信号としてアクチュエータへフィードバックされる制御尖度振動コントローラ。
【請求項２】
前記運動トランスデューサは、可動部品であり、
試験ユニットが前記可動部品上に配置され、
前記運動トランスデューサは、少なくとも一つの試験軸に沿って試験ユニットの移動に基づく入力信号を生成する請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項３】
前記逆変換関数ジェネレータは、
前記入力信号を受信して、前記入力スペクトルを生成するジェネレータと、
前記振動コントローラ出力駆動信号を受信して、出力駆動スペクトルを生成するジェネレータと、
前記入力スペクトル及び前記出力駆動スペクトルを受信して、クロスパワースペクトル密度の推定値を生成するクロスパワーランダムスペクトル推定装置と、
連続するクロスパワースペクトル密度の推定値を平均化する平均化機能と、を含む請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項４】
前記逆変換関数ジェネレータは、
前記出力駆動スペクトルを受信して、駆動パワースペクトル密度の推定値を生成する駆動自動パワーランダムスペクトル推定装置と、
クロスパワースペクトル密度の連続する推定値を平均化する平均化機能と、
クロスパワースペクトル密度及び駆動自動パワースペクトル密度の平均化された推定値を受信し、その連続する割合を計算するドライバーと、を含む請求項３記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項５】
前記ガウススペクトルジェネレータは位相ランダム装置からなる請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項６】
前記非ガウススペクトルジェネレータは、
前記時間領域ランダム信号を生成するジェネレータと、
前記時間領域エンベロープを生成するジェネレータと、を含み、
前記ジェネレータの出力の瞬間的なエンベロープの大きさは、前記スカラー尖度推定値及び目標尖度値の間の偏差に比例し、
さらに、前記非ガウススペクトルを生成するジェネレータを含み、
前記時間領域エンベロープによる窓関数により区切られた前記参照ランダム信号は、時間領域から周波数領域へ変換される請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項７】
さらに、前記ガウスランダムスペクトル及び非ガウスランダムスペクトルを合計する合計装置を含み、
前記ガウスランダムスペクトルは、周波数領域逆変換関数及び前記周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルから生成され、
前記非ガウススペクトルは、前記周波数領域逆変換関数及び前記周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルから生成され、
さらに、時間領域アナログ励起信号を出力する出力デジタル−アナログコンバータを含む請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項８】
さらに、運動トランスデューサに接続された入力信号バッファー回路を含む請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項９】
さらに、周波数領域ランダム信号及び時間領域ランダム信号の何れか一方を出力する少なくとも一つの位相ランダム装置を含む請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項１０】
さらに、前記アクチュエータに接続された駆動回路を含む請求項１記載の制御尖度振動コントローラ。
【請求項１１】
振動試験システムであって、
振動テーブルと、
前記振動テーブル上に配置された試験ユニットと、
前記試験ユニットに操作可能に接続されたトランスデューサと、
制御尖度コントローラと、を含み、
前記制御尖度コントローラは、
周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを生じるガウススペクトルジェネレータと、
周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを生じる非ガウススペクトルジェネレータと、を含み、
前記非ガウススペクトルジェネレータは、前記トランスデューサからの入力に基づく入力信号を受信し、前記トランスデューサからの入力信号からスカラー尖度推定値を生成し、スカラー尖度測定値と目標値とを比較し、比較結果を用いて減衰信号の大きさ及び減衰信号の数を含む係数をともなう時間領域のエンベロープを生成し、時間領域のエンベロープを用いて時間領域ランダム信号を変調し、変調された時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルへ変換し、
さらに、前記ガウススペクトルジェネレータ及び前記非ガウススペクトルジェネレータからの夫々のスペクトルを変調する逆変換関数ジェネレータを含み、
逆変換関数ジェネレータは入力信号を受信し、入力信号を入力スペクトルへ周波数領域変換し、逆変換関数ジェネレータは振動コントローラ出力駆動信号を受信し、前記振動コントローラ出力駆動信号を出力駆動スペクトルへ周波数領域変換し、前記入力スペクトル及び出力駆動スペクトルを処理してクロスパワースペクトル密度の推定値を生成し、前記出力駆動スペクトルを処理して、駆動自動パワースペクトル密度の推定値を生成し、クロスパワースペクトル密度の推定値及び駆動自動パワースペクトル密度の推定値が夫々平均化され、それぞれの平均値を除算することにより周波数領域逆変換関数を生成し、
さらに、振動コントローラ出力駆動信号を生成するシンセサイザーを含み、
前記ガウススペクトル及び非ガウススペクトルは、夫々、周波数領域逆変換関数により積算され、それぞれの積算された出力は合計され、振動コントローラ出力駆動信号へ変換され、振動コントローラ出力駆動信号は、励起ランダム信号としてアクチュエータへフィードバックされる振動試験システム。
【請求項１２】
さらに、試験ユニットを、励起ランダム信号に基づく少なくとも一つの試験軸に沿って前記試験ユニットを振動させる可動部品を含む請求項１１記載の振動試験システム。
【請求項１３】
さらに、振動ユニットを、制御尖度コントローラから駆動アクチュエータへフィードバックされた励起ランダム信号に基づく所望の尖度値を入力が有するように試験ユニットを振動させる駆動アクチュエータをさらに含む請求項１１記載の振動試験システム。
【請求項１４】
運動トランスデューサからの入力に応じて励起ランダム信号をアクチュエータに提供する方法であって、
連続する周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを生成するステップと、
連続する周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを生成するステップと、を含み、
前記連続する周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを生成するステップは、
運動トランスデューサからの入力に基づく、窓関数により区切られた連続する入力信号を受信するステップと、
窓関数により区切られた入力信号から連続するスカラー尖度推定値を生成するステップと、
連続するスカラー尖度推定値を目標値と比較するステップと、
比較結果を用いて、過渡信号の大きさ及び過渡信号の数を含む係数を伴う連続する時間領域エンベロープを生成するステップと、
連続する時間領域エンベロープを用いて時間領域ランダム信号を変調するステップと、
前記連続する変調された時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウススペクトルへ変換するステップと、
ガウススペクトル及び非ガウススペクトルをそれぞれ変調するステップと、を含み、
前記ガウススペクトル及び非ガウススペクトルをそれぞれ変調するステップは、
連続する時間窓で区切られた入力信号を受信し、前記入力信号を連続する入力信号へ周波数領域変換するステップと、
連続する時間窓で区切られた振動コントローラ出力駆動信号を受信し、連続する時間窓で区切られた振動コントローラ出力駆動信号を出力駆動スペクトルへ周波数領域変換するステップと、
前記連続する時間窓で区切られた入力スペクトル及び出力駆動スペクトルを処理して、連続するクロスパワースペクトル密度の推定値を生成するステップと、
前記出力駆動スペクトルを処理して、駆動自動パワースペクトルを生成するステップと、
連続するクロスパワースペクトル密度の推定値を平均化するステップと、
連続する駆動自動パワースペクトル密度の推定値を平均化するステップと、
夫々の平均を除算して、連続する周波数領域逆変換関数を生成するステップと、
前記振動コントローラ出力駆動信号を生成するステップと、を含み、
前記連続するガウススペクトル及び非ガウススペクトルはそれぞれ、連続する周波数領域逆変換関数により積算され、それぞれの積算出力は、合計され、連続する振動コントローラ出力駆動信号へ変換され、この連続する振動コントローラ出力駆動信号は励起ランダム信号として前記アクチュエータへフィードバックされる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、振動テーブルを駆動及び／又は制御するためのシステムに関する。より詳しくは、本発明は、例えば、振動テーブルの周波数成分、統計的第４モーメント、又は尖度値を制御する信号を用いて振動テーブルを制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品の振動試験は、製品の開発及び製造の一つの要素である。振動試験は、例えば、移送及び使用状況による予測される環境応力において製品の保全を決定するために用いられる。特に、例えばグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）装置は、製造者から使用者へ発送される間などに、様々な環境にさらされやすい。そして、ＧＰＳ装置が自動車に搭載されていると、自動車が道路、災害道路、開地で運転されるときに、さらに異なる振動環境に曝されるだろう。ランダム振動試験は、例えば、上記の異なる振動環境のような実世界の環境を再現する試験方法である。ランダム振動の周波数成分は、概ね製品が被るであろう特定の実世界の環境に調整される。
【０００３】
典型的なランダム振動試験は、ガウス分布（正規分布とも称される）を有する信号を使用する。ガウスランダム信号は、振幅領域において、平均信号値の周りに信号値が集中する連続確率分布により特徴付けられる。（連続確率分布に対する）特定の値、又は、（離散確率分布に対する）特定の「周波数ビン」（帯域）内、すなわち、値の範囲の複数の離散的部分集合の一つ内における信号の頻度の確率は、平均（又は中央）値からのその値又は周波数ビンまでの距離とともに減少する。
【０００４】
数学的には、確率分布の低いオーダーの中央モーメントのいくつかは、ランダム信号特性を特徴づける。平均値周りの第１の中央モーメントはゼロである。第２の中央モーメントは、分散（標準偏差の二乗）である。第３の中央モーメントは、平均値以下の分布の（平均値以上に対する）非対称度又は非対称性として参照される。第４の中央モーメント、尖度は、確率分布の「尖り具合」の程度である。高い尖度のランダム信号は、平均値に近い頻繁な偏差よりも、平均値からの頻繁ではない極端な偏差、すなわち、分布の後部のそのような値による分散を有する。
【０００５】
尖度は、第２キュミュラントにより割られた第４キュミュラントとして定義されるスカラー値であり、確率分布の分散の二乗により平均値周りの第４モーメントを割った値に等しい。ここで使用する際に、「ゼロ過剰尖度」とは３の尖度を意味する。この尖度は、正規分布に対応する。
【０００６】
尖度は、滑らかな分布の外部への値の逸脱の発生確率を評価する。これは、時間領域のグラフにおける時々のスパイクの発生、又は、均等発生ノイズ信号における平坦な部分として観察される。例えば、車の屋根ラックを振動試験する際に、厳密に正規確率分布を有するランダムスペクトルを使用することは、穴、スピード揺動又は、鉄道軌道等による特定の振動応力とはならない。振動装置における尖度の大きさを増加させることにより、より現実的な試験モデル及びより有用なプロセスメカニズムを確立することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
必要なのは、アクチュエータと、試験用ユニットと、システムコントローラとを含む振動試験システムにおいて、特定のスペクトル分布及び特定の尖度を有するランダム信号を実現し、制御できる装置及び方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の必要性は、ランダム振動試験システムにおいて振動コントローラが使用者が選択可能な尖度レベルを含む本発明による装置及び方法により適合する。
本発明の一側面において、運動トランスデューサからの入力に応じてアクチュエータへ励起ランダム信号を提供する尖度制御振動コントローラが存在する。振動コントローラは、周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを生じるガウススペクトルジェネレータを含む。
【０００９】
振動コントローラは、周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを発生する非ガウススペクトルジェネレータをさらに含む。非ガウススペクトルジェネレータは運動トランスデューサからの入力に応じた入力信号を受信し、入力信号からスカラー尖度推定値を発生し、目標値とスカラー尖度推定値とを比較する。比較の結果は、過渡信号の強度及び過渡信号の数を含む特性とともに時間領域の許容値を発生するのに用いられる。時間領域許容値は、時間領域ランダム信号を変調するのに用いられる。非ガウススペクトルジェネレータは、また、変調時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルへ変換する。
【００１０】
振動コントローラは、さらに、ガウススペクトルジェネレータ及び非ガウススペクトルジェネレータからの夫々のスペクトルを変調する逆変換関数ジェネレータを含む。逆変換関数ジェネレータは、入力信号を受信し、入力信号を入力スペクトルへ周波数領域変換する。逆変換関数ジェネレータは、さらに、振動コントローラ出力駆動信号を受信し、振動コントローラ出力駆動信号を出力駆動スペクトルへと周波数領域変換する。出力駆動スペクトルは、自動パワースペクトル密度の推定値を生じるために処理される。クロスパワースペクトル密度の推定値とパワースペクトル密度の推定値は、夫々平均化され、それぞれの平均は、周波数領域逆変換関数を生じるために除算される。
【００１１】
振動コントローラは、さらに、振動コントローラ出力駆動信号を発生させるシンセサイザーを含む。ガウススペクトル及び非ガウススペクトルは、それぞれ、周波数逆変換関数により積算され、夫々の積算出力は合計され、振動コントローラ出力駆動信号へと変換される。振動コントローラ出力駆動信号は励起ランダム信号としてアクチュエータへフィードバックされる。
【００１２】
他の側面において、振動試験システムが存在する。振動試験システムは、振動テーブルと、振動テーブル上に配置される試験ユニットと、振動ユニットに操作可能に接続されたトランスデューサと、制御尖度コントローラと、を含む。
【００１３】
制御尖度コントローラは、周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを発生するガウススペクトルジェネレータと、周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを発生する非ガウススペクトルジェネレータと、ガウススペクトルジェネレータ及び非ガウススペクトルジェネレータからの夫々のスペクトルを変調する逆変換関数ジェネレータと、振動コントローラ出力駆動信号を発生するシンセサイザーと、を含む。
【００１４】
非ガウススペクトルジェネレータは、トランスデューサからの入力に基づく入力信号を受信し、トランスデューサからの入力信号からスカラー尖度推定値を発生し、目標値とスカラー尖度推定値とを比較し、比較結果を用いて、過渡信号の強度及び過渡信号の数を含む特性とともに時間領域の許容値を発生し、時間領域の許容値を用いて時間領域ランダム信号を変調し、変調時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルへと変換する。
【００１５】
逆変換関数ジェネレータは入力信号を受信し、入力信号を入力スペクトルへと周波数領域変換する。逆変換関数ジェネレータは、振動コントローラ出力駆動信号を受信し、振動コントローラ出力駆動信号を周波数領域変換して出力駆動スペクトルを発生する。入力スペクトル及び出力駆動スペクトルは、クロスパワースペクトル密度の推定値を生じるために処理される。クロスパワースペクトル密度の推定値及び自動パワースペクトルは夫々平均化され、各平均は、周波数領域逆変換関数を生じるために除算される。
【００１６】
ガウススペクトル及び非ガウススペクトルは、それぞれ、周波数領域逆変換関数により積算され、それぞれの積算出力は合計され、振動コントローラ出力駆動信号へと変換される。振動コントローラ出力駆動信号は、励起ランダム信号として振動テーブルへフィードバックされる。
【００１７】
他の側面において、運動トランスデューサからの入力に応じて、アクチュエータへ励起ランダム信号を提供する方法が存在する。この方法は、周波数領域ガウス分布ランダムスペクトルを発生させるステップと、周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを発生させるステップと、ガウススペクトル及び非ガウススペクトルの夫々を変調するステップと、振動コントローラ出力駆動信号を発生させるステップとを含む。
【００１８】
周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルを発生させるステップは、運動トランスデューサからの入力に基づく入力信号を受信するステップと、入力信号からスカラー尖度推定値を発生するステップと、スカラー尖度推定値と目標値とを比較するステップと、比較結果を用いて、過渡信号の強度及び過渡信号の数を含む特性とともに時間領域の許容値を発生するステップと、時間領域の許容値を用いて時間領域ランダム信号を変調するステップと、変調時間領域ランダム信号を周波数領域非ガウス分布ランダムスペクトルへ変換するステップと、を含む。
【００１９】
ガウススペクトル及び非ガウススペクトルの夫々を変調するステップは、さらに、入力信号を受信するステップと、入力信号を入力スペクトルに周波数領域変換するステップと、振動コントローラ出力駆動信号を受信し、振動コントローラ出力駆動信号を出力駆動スペクトルへ周波数領域変換するステップと、入力スペクトルと処理された出力駆動スペクトルとをクロスパワースペクトル密度の推定値を生じるために処理するステップと、出力駆動スペクトルを自動パワースペクトル密度を生じるために処理するステップと、クロスパワースペクトル密度の推定値と自動パワースペクトル密度の推定値を平均化するステップと、周波数領域逆変換関数を生じるために各平均値を除算するステップとをさらに含む。
【００２０】
振動コントローラ出力駆動信号を生じるステップにおいて、ガウススペクトル及び非ガウススペクトルは、それぞれ周波数領域逆変換関数により積算され、それぞれの積算出力は合計され、振動コントローラ出力駆動信号へと変換される。振動コントローラ出力駆動信号は、励起ランダム信号としてアクチュエータへフィードバックされる。
【００２１】
以下の発明な詳細な説明がよりよく理解され、本願の技術貢献がより正しく認識されるように、むしろ幅広く、本願発明の特徴及び側面の概略が示された。もちろん、本発明のさらなる特徴は、以下に記載され、本明細書に添付の請求の範囲の構成要件を形成する。
【００２２】
この側面において、少なくとも一つの発明の実施形態を説明する前に、本発明は、詳細な構成、及び、以下の文章に記載され、または、図面に図示された要素の構成に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態をとること、及び様々な方法で実践され、実施されることが可能である。本明細書及び要約書で用いられている文法及び用語は、描写の目的で用いられているということを理解すべきであり、限定として解釈すべきではない。
【００２３】
このように、当業者は、開示の基礎となる概念が、本発明の様々な目的を実践するために他の構成、方法、システムの設計のための基礎として難なく利用されるだろうことを容易く認識することができるだろう。このように、請求の範囲は、本発明の精神及び範囲からは成れない限り、範囲内のそのような等価な構成を含むものとして理解されることが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による振動試験変換気及びアクチュエータコントローラのブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を記載する。図面を通して同じ参照番号は同じ要素を参照する。本発明の一実施形態は、選択された振動試験の定着物を所望の試験レベルまで励起するのに十分なランダム信号を提供し、さらに、定着物の移動を測定することにより実証された信号において使用者が選択した尖度のレベルを提供する。尖度要素は、連続する時間間隔の間に達成された尖度の大きさを計算し、そのような値を使用者の尖度の設定値と比較し、先行する間隔に探知された残余エラーをオフセットするのに必要なようにそれぞれ修正された、連続する訂正尖度信号パターンを発生することにより動的に制御される。
【００２６】
代表的な同時代の振動装置は、一般的に電気的又は液圧の電源増幅装置を用いており、振動テーブルを動かすアクチュエータを駆動する。電気力学コイル及び電気制御の液圧のアクチュエータは、数トンまでの様々な力のレベルを適用するのに適している。
【００２７】
サンプリング間隔の間のトランスデューサの励起を示す時間領域信号は、周知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及びその逆変換（ｉＦＦＴ）に近い古典的なフーリエ変換を使用して、周波数領域の表現へと変換される、又は、周波数領域の表現から変換されるだろう。ＦＦＴ出力の項目は、スペクトルが分割された周波数間隔に対する一組の「周波数ビン（帯域）」を含む。「周波数ビン」における夫々の値の大きさにより表されるスペクトルエネルギーは、元となる時間信号と相関し、若干有意性を失いながら、繰り返し時間領域と周波数領域との間で変換することができる。スペクトルのｉＦＦＴは、時間領域信号を生じる。
【００２８】
ここで用いられる「ガウス」及び「非ガウス」とは、ランダム及び擬似乱数時間領域事象数列の特性として参照される。このような数列は、トランスデューサにより捕らえることができ、かつ、合成することができる。デジタル形式では、数列はデータサンプルの連続として表現され、また、区切られた信号と呼ばれる。これらの信号の時間窓で区切られた周波数領域変換は、パワースペクトルを含むスペクトル構成を有するものとして観察される。簡潔にいうと、ガウス及び非ガウス事象数列、データサンプル又は信号の周波数領域変換は、ここでは、ガウス及び非ガウスのスペクトル、ランダムスペクトル、または分布ランダムスペクトルとして参照される。
【００２９】
以下の記載において、省略記号（ｔ）及び（ｆ）は、夫々、その時に説明している現象が「時間」及び「周波数」に関することであることを示す。周波数領域データを変換可能にするため、時間領域データは、時間窓の間のデジタル化された値の数列として捕らえられる。このような時間窓は、矩形「boxcar」領域を有する、又は、ハミング、ハン、sin2x、二乗余弦及びその他複数の増幅特性のような、様々な増幅特性を使用して時間窓に対して重み付けされている。データブロックは、周波数領域へＦＦＴ変換でき、周波数領域ではエネルギーのスペクトル分布が保たれる。同様に、スペクトル分布は、擬似ランダム数値ジェネレータを用いてランダム位相特性を発生させることにより、逆ＦＦＴにより時間データストリームへ変換できる。うまく実装された擬似ランダム源のいくつかは、同じスペクトルのスペクトルデータから、時間領域では相関がないものの、スペクトルは等しい、複数の逆ＦＦＴ出力を可能とする。
【００３０】
図１は、ブロック概略図の形式で振動試験システム１０を示す。典型的には、概略図内の機能ブロックは、専用の電子サーキットにより、その旨の支持があった時に、機能を実行するように構成さえた処理機能ユニットにより、又はアナログ装置により実現される。ブロックは、ブロックにより表現された個々の機能を実行するように作られたソフトウエアにより、ソフトウエアが記憶メディアから一般目的のコンピュータの実行可能部分にロードされた時に実現することができる。インプット及びアウトプットインターフェース機能のような特定の機能は、概して専用の電気回路を用いることができ、この電気回路は、外部装置への横断を可能とするための、一つの用途の、又は全般的な用途の制御装置に組み込むことができる。特定のハードウエア及び追加のソフトウエア／ファームウエア／ハードウエア機能ブロックの区別が、ここでは明示的又は非明示的である。
【００３１】
一又はニ以上の例示実施形態におけるシステム１０は、概して、連続のループで実行する。任意の機能的開始地点、試験中のユニットに固定された設備、振動テーブル、及び電源アンプと、動作センサ、すなわち、動作トランスデューサ、システム１０内の振動コントローラの全ての外部装置に関してコンピュータ制御ループが実施される。
【００３２】
ここでは概して振動テーブル１２として参照される振動テストスタンドは、機械的クランプ又は固定具１６のような適当な機構により取り付けられた試験ユニット（ＵＵＴ）１４を有する。このようなテーブル１２は、所望のサイズ及び形態をとれる。移動は、一又はニ以上の変換軸、水平又はその他の軸、又は、回転軸、垂直、その他の軸に沿う。簡単にいうと、テーブル１２がおおかた自動車ラジオのサイズのＵＵＴ１４を受け入れ、一度に、一自由度で、すわなち、試験軸１８に沿って前後する、最小限の拘束で移動自由であることが想定されている。振動テーブルの上記特性は限定としてはみなされない。すなわち、例えば、ＵＵＴ１４は、トランジスタやよりも小さくても、トラックより大きくてもよく、適切に寸法決めされた試験装置が設けられる。
【００３３】
他の実施形態でＵＵＴ１４に追加で搭載されるが、テーブル１２に搭載されて示される単一感度トランスデューサ２０は、試験軸１８に沿った振動を測定する。代表的なトランスデューサ２０は、静電容量のように一体型の微小電気機械システムの移動に応じて変化可能な特性を有する固定状態の反応要素のような加速度計である。そのようなトランスデューサ２０は、機械的な移動を感知し、瞬間的な移動の大きさに応じて増幅における励起が決定される、ＵＵＴ１４の移動に比例した電気信号へと変換する。多数の他のタイプのトランスデューサ２０を適用し、多数の代替の遠隔測定方法を用いて、距離、速度、加速度、躍動、又は回転におけるこれらの一つと等価なもののようなパラメータを測定することができる。必要なときには、これらのパラメータの何れかを積分又は微分して、システム１０の例示実施形態において使用するためにデータストリームを供給できる。
【００３４】
他の実施形態では、ニ以上のトランスデューサ２０、又はニ以上の軸１８に沿って又は軸周りに探知するように形成された一のトランスデューサが設けられる。これらの場合に、振動テストシステムの操作は、テーブル１２により許された夫々の自由度で結合されて、又は独立して制御され、トランスデューサ２０により感知される。
【００３５】
トランスデューサ２０及び加速度空間を操作するように形成されたコントローラとして単一軸加速度計を想定すると、適切な信号調整及び必要な電源２２を伴ったトランスデューサ２０からの信号は、コントローラ１０のフロントエンド（入力信号）バファー回路２６へ入力２４として存在する。このようなバファー２６は、復調、受動フィルタリング、及び／又は、オフセットバイアス、バンド外ノイズ、その他の減衰のような他の信号調整（分割して示さず）である。
【００３６】
トランスデューサ２０は、代わりに、使用者の選択により、デジタルデータビットストリーム出力を提供する。トランスデューサ２０がアナログの場合に、バファー出力信号２８は、所望のレンジの数値ストリーム（連続した数値）を提供するため、図示のようにアナログ入力デジタルコンバータ（入力Ａ／Ｄ）３０を用いて、デジタル化される。例示の実施形態では、信号経路の出力デジタルアナログコンバータ（出力Ｄ／Ａ）までの残り部分はデジタルである。
【００３７】
ｙ（ｔ）３２で示される入力Ａ／Ｄのデジタル出力は、次に、二つの解析機能に送られる。これらの一つ目は、ｙ（ｔ）３２データを受信し、いくらかの長さ重複する時間窓データブロックにｙ（ｔ）３２を区切る。時間窓により区切られたデータ３６は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を用いたいくつかの実施形態で実現される、第１の時間領域−周波数領域コンバータ３８により処理される。ｙ（ｆ）４０で示されるＦＦＴ出力は、挿入図４２に示されるように、対象とする周波数範囲にわたる、複数のいわゆる周波数「ビン」（帯域）へと区切られた感知信号パワースペクトルを含む。連続的なｙ（ｆ）４０出力は、使用者の好みで指令された重複又は連続する時間窓に基づいている。
【００３８】
ｙ（ｆ）４０出力は、クロスパワースペクトルコンバイナ４８に向けられる。コンバイナ４８の第２の入力は、振動テーブル１２に電力供給するように向けられた最終駆動出力５２のＦＦＴ表現ｘ（ｆ）５０である。図示のように、ｘ（ｆ）５０は、時間領域デジタル指令信号ｘ（ｔ）５４から他のＦＦＴ処理５６により変換され、信号ｘ（ｔ）５４は時間窓５８により区切られている。時間窓による限定は、デジタル化された感知信号ｙ（ｔ）３２データストリームに適用される時間窓機能３４と比較可能であり、指令信号ｘ（ｔ）５４と、トランスデューサ２０からの感知信号ｙ（ｔ）３２との同期するために必要とされるような時間ディレイを含む。記載したように、結合４８される二つの周波数領域信号ｙ（ｆ）４０及びｘ（ｆ）５０は、連続するクロスパワースペクトル密度推定値ＸＰＳＤ６２を提供する。連続する窓関数からのＸＰＳＤ６２推定値は、回転クロススペクトル６６を提供するために、周波数ビン（帯域）ごとに平均化６４される。出力駆動スペクトルｘ（ｆ）５０は、また、駆動自動ＰＳＤ推定値ＤＰＳＤ７０を提供するために、独立して処理される。ＸＰＳＤ６２推定値のように、連続する窓関数からのＤＰＳＤ７０は、周波数ビン（帯域）ごとに平均化７２され、回転駆動パワースペクトル７４を提供する。
【００３９】
平均自動パワースペクトル７４内のそれぞれの周波数ビン（帯域）値へと分割７６された平均クロスパワースペクトル６６における周波数ビン（帯域）値は、回転逆変換関数Ｈ-1（ｆ）７８を生じる。参照ＰＳＤスペクトル（ＰＳＤREF）８０、すなわち、位相ランダム装置８２とともに、所望の過剰尖度のない試験状態の予期されるエネルギー分布（すなわち、ガウスランダム）のような選択されたスペクトル分布を有する固定データセットは、位相ランダムスペクトル源Φ（ｆ）８４のための基準特性を提供する。逆変換関数Ｈ-1（ｆ）７８によりΠD８８が積算されたスペクトル源Φ（ｆ）８４の出力Ｒ（ｆ）８６は、周波数領域の出力Ｘ（ｆ）９０を提供する。
【００４０】
上述の通り、デジタル化され、窓関数により区切られた時間領域信号ｙ（ｔ）３６は、以下に詳述する尖度制御と呼ばれる第２の分析機能において、処理される。値Ｘ´（ｆ）９２を有する尖度制御関数の出力は、信号Ｘ（ｆ）９０とともに合計演算手段ΣF９４により合計される。この合計９６は、逆ＦＦＴ（ｉＦＦＴ）処理９８され、上記参照した時間領域デジタル駆動ストリームｘ（ｔ）５４を提供する。ｘ（ｔ）５４信号は、図示の実施形態では、出力デジタル−アナログコンバータ（出力Ｄ／Ａ）１００を用いて、アナログ変換される。その低いレベルのアナログ出力励起信号１０２は、適切のパワー出力のドライバー回路１０４に適用され、上述の最終アナログ出力信号５２を生じる。最終アナログ出力信号５２は、振動テーベル１２の可動部分１０８に結合された駆動アクチュエータ１０６に適用される。
【００４１】
典型的には振動テーブル１２の寸法に合わせた外部装置である駆動回路１０４によるブーストが後に続く、出力Ｄ／Ａ１００によりデジタル時間領域信号ｘ（ｔ）５４の低レベルアナログ励起信号１０２への変換は、ある実施形態では明確なステップであり、かつ、他の実施形態では、必要がない或いは組み合わされることは理解されるべきである。例えば、特定のアクチュエータ１０６に電力供給するのに十分な出力を有する駆動回路１０４は、暗示されたレベル−典型的には、コンピュータ装置内の内部論理レベル、追加として、Universal Serial Bus（ＵＳＢ）又は初期のシリアルバスＲＳ２３２のようなデジタルインターフェースを使用してバッファリングされたレベル−のデジタル入力ｘ（ｔ）５４を受信する、又は、アナログ励起信号は図１に示される駆動回路として機能し、振動テーブル１２から分離した、又は一体となった増幅器の前端を駆動するのに適切なパラメータを有する。
【００４２】
個々のアプリケーションの慣性荷重及びスペクトル反応信頼基準により指令されたときに、電気的に制御されたラム、液圧制御されたラム、かつ、空気的に駆動されたラム及び他の技術と同様に、ラウドスピーカの音声コイルに類似したアクチュエータ技術が、駆動アクチュエータ１０６を実現するのに適している。このようにして、駆動アクチュエータ１０６は特定の実施形態のために選択された技術であるが、電気的、非電気的信号ブーストの組合せが、駆動回路１０４に含まれる。
【００４３】
図１は、尖度制御機能を示す図を提供する。窓関数により区切られた時間領域信号ｙ（ｔ）は、モーメント尖度値１２２を提供するように尖度推定装置ＫESTにより分析される。モーメント尖度値１２２は、詳細な実装により命令されているように、３．００から７．００の範囲（特定の尖度モデルでは、範囲はゼロから始まり、他のモデルでは上限がない）の浮動点数、又は等価な作動範囲を提供する固定点の値又は他の形式のスカラー値である。推定装置ＫEST１２０は、選択された時間間隔にわたって計算、円滑化、平均化等されたモーメント尖度値１２２を展開し、これにより、尖度推定値の変化は許容範囲内となる。ｙ（ｔ）３２を捕捉するために用いられる窓３４関数は、有益かつ適時な尖度推定値を支持するように選択される。
【００４４】
目標尖度値ＫTGT１２４は、例示実施形態の実施におけるステップとして作業者により提供される。比較装置１２６は、モーメントＫ相関係数１２８として、ＫTGT値１２４とＫESTモーメント値との代数差を計算する。Ａ＆Ｎ窓関数１３０は、時間ディレイランダム装置ＴRAN１３４により制御された時間間隔で生じる特定の増幅（Ａ）及び複数の減衰曲線（Ｎ）を有する時間領域尖度エンベロープＫENV（ｔ）を生じ、後者はシステム周期産物を抑えるように形成されている。例えば、ゼロを実現したＫEST１２２とともに、比較装置出力１２８は、ＫENV１３２を増加させるためにＫTGT１２４を越えるべきである。ＫEST１２２を増加させるためには、出力１２８を減少させるべきである。ＫEST１２２がＫTGT１２４と等しくなるためには、出力１２８はＫENV１３２が、ＫENV１２２とＫTGT１２４が一致するのに十分であることを生じさせるべきである。ＫEST１２２がＫTGT１２４より大きいためには、出力１２８は同様に減少するべきである。このようにして、比較装置１２６は、結果の一般的な範囲を提案するように「１＋Δ」と名称付けられる。
【００４５】
上記の参照ランダムスペクトルＰＳＤREF８０を繰り返す、又は他の実施形態ではこれと異なる参照スペクトルＰＳＤREF１３６は、位相ランダム装置１３８からの信号とともに、参照スペクトルＲ’（ｆ）１４２を提供するランダムスペクトル源Φ（ｆ）１４０に入力として適用される。このスペクトルＲ’（ｆ）１４２は、ｉＦＦＴ関数１４４に適用され、ｉＦＦＴ関数１４４の出力は時間領域ランダム信号Ｒ’（ｔ）１４６である。
【００４６】
Ｒ’（ｔ）１４６ランダム信号は、補正された尖度信号から導出された尖度エンベロープＫENV（ｔ）１３２を使用して窓関数１４８により区分けされる。このようにして、窓関数１４８の出力信号Ｋ（ｔ）’１５０は、補正尖度により定義されるエンベロープ内ではランダムノイズ信号であり、他の時間ではゼロである。この信号Ｋ（ｔ）’１５０は他のＦＦＴ関数１５２に適用され、その出力Ｋ’（ｆ）１５４はこのようにして尖度スペクトルを表す。時間窓で区切られた時間領域信号ｙ（ｔ）３６を受付け、周波数領域尖度出力Ｋ’（ｆ）１５４を生じる尖度制御機能は、周波数領域尖度信号発生機能と称される。
【００４７】
周波数領域尖度スペクトルＫ’（ｆ）１５４は、逆変換関数Ｈ-1（ｆ）７８により、積算ΠK１５８され、尖度要素の駆動補償されたバージョンを提供する。上述の通り、この生成されたタームＸ’（ｆ）９２は、周波数領域で駆動補償非尖度要素Ｘ（ｆ）と合計９４され、そして、時間領域に逆ＦＦＴ変換９８されて、デジタル５４形式及びアナログ１０２形式の最終駆動信号を提供する。逆変換関数Ｈ-1（ｆ）７８は、測定荷重動力（駆動された振動テーブル１２からのフィードバック２４）を補償する−すなわち、振動コントローラは、逆変換関数及び所望の目標プロフィールＰＳＤREF８０の生成における変化に比例して、周波数領域駆動スペクトル特性を瞬時に周波数領域調整する。逆変換関数Ｈ-1（ｆ）７８は、所望のスペクトル特性を有する使用者が特定した参照スペクトルＲ（ｆ）８６に適用される。生成関数ΠD８８は、過剰な尖度を伴わない補償されたスペクトルＸ（ｆ）９０を定義する。
【００４８】
逆変換関数Ｈ-1（ｆ）は、同様に尖度制御関数の出力Ｋ’（ｆ）１５４に適用される。生成関数ΠK１５８は、振動テーブル１２の動きにおいて達成された尖度におけるエラーを予め補償するスペクトルＸ’（ｆ）９２を提供する。
【００４９】
参照スペクトルＰＳＤREF８０、１３６はデータセットであり、試験間隔に亘って一定であることができるが、Ｒ（ｆ）、Ｒ’（ｆ）を操作する補償変換関数Ｈ-1（ｆ）と同様に、Ｒ（ｆ）８６、Ｒ’（ｆ）１４２を生成する位相ランダム装置ＲＡＮ８２、１３８は、繰り返し／連続的に再定義され、これにより補償スペクトルＸ（ｆ）、Ｘ’（ｆ）も同様に、繰り返し／連続的に再定義される。
【００５０】
本発明の特徴及び利点は、詳細な明細書から明らかであり、これにより、添付の請求の範囲により本発明の真の精神及び範囲内に属する本発明の全ての特徴及び利点をカバーすることを意図する。さらに、当業者は多数の修正及び変形をすぐに思いつくが、本発明は、図示され、記載された正確な構成及び操作に限定されることは望まず、したがって、全ての好適な修正及び均等物は、本発明の範囲に属するものとして分類されるだろう。
【図１】
2012529013.tif 000003
【国際調査報告】
2012529013.tif 000004