(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅が一定で周波数が掃引される正弦波信号が入力され、制御信号に応じてその振幅を制御する自動利得制御部と、
前記自動利得制御部の出力に対し、積分処理を２回実行する積分処理部と、
前記積分処理部の出力を目標負荷信号として、試料に負荷を加える載荷手段と、
前記試料の変位を検出する変位センサと、
前記変位センサの検出出力が前記目標負荷信号に追随するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
前記試料に印加される加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサの出力の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部の出力と目標振幅指定値との偏差を検出し、該偏差信号を前記自動利得制御部に前記制御信号として出力する偏差検出部と
を有することを特徴とする試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル制御方式の試験装置に関し、特に、試料に振幅が一定で周波数が変化する加速度を印加する加速度振幅一定掃引試験を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、試料に繰り返し負荷を印加し、その力学的挙動を調べる材料試験がおこなわれている。このような試験を行う材料試験装置においては、試料に印加される荷重あるいは試料の変位をフィードバック信号とし、荷重あるいは変位が所定の目標負荷信号に追随するように制御するフィードバック制御系を用いて、各種の負荷パターンを試料に印加することができるようになされている。その１つとして、所定の振幅で低い（高い）周波数から高い（低い）周波数に徐々に変化する加速度を試料に印加する加速度振幅一定掃引試験がある。
【０００３】
図２は、従来の材料試験装置を用いて、試料に所定の振幅で周波数が掃引される加速度を印加する加速度振幅一定掃引試験を行う場合の構成を示す機能ブロック図である。ここで、この試験装置における制御部にはデジタル制御方式が採用されており、所定のサンプリング周期（サイクル）ごとにサンプリングされたデータを用いてデジタル処理が行われている。
図２において、関数発生器１は、一定の振幅で周波数が掃引される正弦波信号Ｅｉを発生する。具体的には、所定のサイクル毎に、そのタイミングにおける前記正弦波信号Ｅｉに対応する値のデータが出力される。この信号Ｅｉは、自動利得制御部（ＡＧＣ部）２に入力され、偏差検出部４から所定のサイクルごとに出力される偏差信号Ｅｇがゼロとなるようにその振幅を制御され、該振幅が制御された信号がドライブ信号Ｅｄとして、プラント部１０に供給される。
【０００４】
プラント部１０は試料に載荷するアクチュエータおよび該アクチュエータの駆動を制御するフィードバック制御部から構成されている。前記ドライブ信号Ｅｄは、加算点１１に入力され、Ａ／Ｄ変換器１９から所定のサイクルごとに出力される変位信号Ｅｓとの誤差信号がＥｒが出力される。この誤差信号Ｅｒは、ＰＩＤ調節部１２で比例、積分処理され、Ｄ／Ａ変換器１３でアナログ信号に変換されて、アクチュエータ１５を駆動するサーボバルブ１４に供給される。これにより、アクチュエータ１５が駆動され、試料に載荷される。１６はアクチュエータのピストン、１７は試料の変位あるいはピストン１６の変位を検出する変位センサであり、該変位センサ１７の出力は、変位用センサアンプ１８を介してＡ／Ｄ変換器１９に入力され、該Ａ／Ｄ変換器１９から変位センサ出力に対応する前記変位信号Ｅｓが出力される。
前記加算点１１、ＰＩＤ調節部１２、Ｄ／Ａ変換器１３、サーボバルブ１４、アクチュエータ１５、ピストン１６、試料、変位センサ１７、変位用センサアンプ１８およびＡ／Ｄ変換器１９により、変位信号をフィードバック信号とするフィードバック制御系が構成されており、試料の変位が前記ドライブ信号Ｅｄに追随するように制御される。
【０００５】
また、前記ピストン１６には加速度センサ２０が接続されており、ピストン１６の加速度、すなわち、試料に印加される加速度が検出される。この加速度信号は振幅検出部３に入力され、その振幅が検出される。この振幅は、偏差検出部４において、加速度の目標振幅を指定する目標振幅信号と比較され、その差を示す偏差信号Ｅｇが偏差検出部４から所定のサイクルごとに前記自動利得制御部（ＡＧＧ部）２に供給される。前記ＡＧＣ部２では、該偏差信号Ｅｇがゼロになるように前記正弦波信号Ｅｉの振幅を前記サイクルごとに制御する。この制御は、例えば、前記信号Ｅｉの振幅値から、前記偏差信号Ｅｇの１／ｎを１サイクルごとに減算していく方法で行われる。例えば、ｎ＝２とすると、Ｅｉの振幅値を１サイクルごとにＥｇ／２ずつ減少させる。したがって、偏差信号Ｅｇの値が小さくなるほど減少率は小さくなる。
【０００６】
このように、変位信号をフィードバック信号とするフィードバック制御系に、検出した加速度信号が設定した目標振幅となるように振幅が制御された周波数掃引信号を、目標負荷信号として供給することにより、振幅一定周波数掃引加速度試験を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにして、加速度振幅一定掃引試験を行うことができる。しかしながら、加速度は変位の２回微分値であるため、前記変位の目標負荷信号として同一振幅の正弦波信号を入力したとき、前記加速度センサ２０の出力値の振幅は、前記正弦波信号の周波数が高くなるにしたがって増加する。すなわち、変位信号がｋ倍の周波数となれば、加速度はｋ2倍の振幅となり、１デカード（１０倍の周波数）当たり、４０ｄＢ（１００倍）の振幅増加となる。
したがって、加速度センサ２０の出力の振幅を一定に保つためには、前記ＡＧＣ部２において、１デカード当たり１００倍の割合で振幅を絞らなければならないこととなる。前記図２中に示したように、前記ＡＧＣ部２の入力である信号Ｅｉは振幅一定の周波数掃引信号であるのに対し、その出力である駆動信号Ｅｄは時間経過に従って、その振幅が急速に減少する周波数掃引信号でなければならない。
【０００８】
周知のようにＡＧＣ部２は一種の自動制御回路であるため、制御の目標値は一定の範囲に集中しているのが、制御上最大の効率（振幅一定保持特性）を保つことができる。しかしながら、前述のように、周波数が数デカード変化する場合、ＡＧＣ部２の振幅制御に要する能力は、非常に負担の大きいものとなる。例えば、入力信号が１Ｈｚ〜１０００Ｈｚに変化する場合、ＡＧＣ部２において１２０ｄＢもゲインを絞ることが必要となる。これは、ＡＧＣ部２の制御域を大きくすることが必要となり、制御効率が非常に悪いものとなってしまうとともに、高精度の制御を行うことも困難となってしまう。
【０００９】
そこで本発明は、ＡＧＣ部２の制御域を狭くすることができるとともに、高精度の処理を可能とした試験装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の試験装置は、振幅が一定で周波数が掃引される正弦波信号が入力され、制御信号に応じてその振幅を制御する自動利得制御部と、前記自動利得制御部の出力に対し、積分処理を２回実行する積分処理部と、前記積分処理部の出力を目標負荷信号として、試料に負荷を加える載荷手段と、前記試料の変位を検出する変位センサと、前記変位センサの検出出力が前記目標負荷信号に追随するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、前記試料に印加される加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサの出力の振幅を検出する振幅検出部と、前記振幅検出部の出力と目標振幅指定値との偏差を検出し、該偏差信号を前記自動利得制御部に前記制御信号として出力する偏差検出部とを有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の試験装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この図において、前述した図２と同一の構成要素には同一の符号を付す。
図１において、１は一定の振幅を有し低い（高い）周波数から高い（低い）周波数へと徐々に変化する正弦波信号Ｅｉを出力する関数発生器、２は制御信号Ｅｇに応じて前記正弦波信号Ｅｉの振幅を制御する自動利得制御部（ＡＧＣ部）、３はアクチュエータのピストン１６に取り付けられた加速度センサ２０からの加速度測定信号の振幅を検出する振幅検出部、４は目標振幅を指定する目標振幅指定信号と前記振幅検出部３で検出した加速度測定信号の振幅との差である偏差信号Ｅｇを前記ＡＧＣ部２に出力する偏差検出部、５は前記ＡＧＣ部２の出力に対し積分処理を２回施してドライブ信号Ｅｄを出力する積分処理部である。
【００１２】
また、１０はプラント部であり、前記積分処理部５からのドライブ信号Ｅｄと変位センサの出力信号の差である誤差信号Ｅｒを求める加算点１１、前記誤差信号Ｅｒが入力されるＰＩＤ調節部１２、該ＰＩＤ調節部１２の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１３、該Ｄ／Ａ変換器１３からの信号により制御されるサーボバルブ１４、該サーボバルブ１４により駆動されるアクチュエータ１５およびピストン１６、試料の変位を検出する変位センサ１７、変位センサ１７の出力を増幅する変位用センサアンプ１８、および、前記変位用センサアンプ１８の出力をデジタルデータに変換して変位信号Ｅｓを前記加算点１１に出力するＡ／Ｄ変換器１９から構成されており、変位信号をフィードバック信号とするフィードバック制御系が構成されている。
【００１３】
この図１に示すように、本発明の試験装置においては、前記自動利得制御部（ＡＧＣ部）２と前記プラント部１０との間に、前記ＡＧＣ部２の出力に対して積分処理を２回行う積分処理部５が設けられている。そして、この積分処理部５により、前記ＡＧＣ部２の出力を２回積分して変位の次元の信号に変換し、この変位の次元の信号を駆動信号Ｅｄとして前記プラント部１０の加算点１１に出力するようにしている。すなわち、本発明の試験装置においては、ＡＧＣ部２の入力信号および出力信号は、いずれも加速度次元の信号とし、該加速度次元の信号を前記積分処理部で２回積分処理を行うことにより変位次元の信号Ｅｄに変換し、この変位次元の信号を変位フィードバック制御のプラント部１０に入力するようにしている。
【００１４】
前記図２に示した従来技術においては、前記ＡＧＣ部２において、振幅一定の入力信号Ｅｉの振幅を大きく絞ることが必要であったのに対し、図１に示した本発明においては、前記ＡＧＣ部２においては、その必要はなく、制御効率のよい高精度の制御を行うことが可能となる。また、本発明においては、前記積分処理部５において入力信号の振幅を大きく絞り込むこととなる（周波数がｋ倍となったとき、振幅は１／ｋ2となる）が、積分処理は単純な加算処理ですむために、高精度の処理を容易に実現することが可能である。
このように、本発明によれば、ＡＧＣ部２の制御範囲を前述した従来技術の場合に比較して非常に狭くすることが可能となる。
【００１５】
なお、以上においては、材料試験装置について説明したが、一定の振幅で周波数が掃引される変位、速度あるいは加速度を試料に印加する試験は、機械製品や電気機器などの耐久試験などに用いられている振動試験機などにおいても行われており、このような試験機にも本発明を適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の試験装置によれば、加速度の次元でＡＧＣ処理を行い、その結果に対して２回積分を行って変位次元に変換した信号を用いて変位フィードバック制御を行うようにしているため、ＡＧＣ部の制御域を狭いものとすることができ、高精度のＡＧＣ処理が可能となるとともに、ＡＧＣ部の設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の試験装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】  従来の加速度振幅一定掃引試験を行う材料試験装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  関数発生器
２  自動利得制御部（ＡＧＣ部）
３  振幅検出部
４  偏差検出部
５  積分処理部
１０  プラント部
１１  加算点
１２  ＰＩＤ調節部
１３  デジタルアナログ変換器
１４  サーボバルブ
１５  アクチュエータ
１６  ピストン
１７  変位センサ
１８  変位用センサアンプ
１９  アナログデジタル変換器
２０  加速度センサ
【図１】
0003749410.tif 000002
【図２】
0003749410.tif 000003