JP3368182B2 - Material testing machine - Google Patents
Material testing machineInfo
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- JP3368182B2 JP3368182B2 JP21854897A JP21854897A JP3368182B2 JP 3368182 B2 JP3368182 B2 JP 3368182B2 JP 21854897 A JP21854897 A JP 21854897A JP 21854897 A JP21854897 A JP 21854897A JP 3368182 B2 JP3368182 B2 JP 3368182B2
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧サーボ系を介
して試料に加える負荷を、該試料に生じた変位に応じて
フィードバック制御しながら前記試料の性質を計測する
材料試験機に係り、特に試験中における試料の状態変化
に対応した制御を可能とした電気油圧サーボ型の材料試
験機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material testing machine for measuring the properties of a sample while feedback-controlling a load applied to the sample via a hydraulic servo system according to the displacement of the sample. In particular, the present invention relates to an electro-hydraulic servo type material testing machine capable of controlling in response to changes in the state of a sample during a test.
【０００２】[0002]
【関連する背景技術】近時、各種試料に対する適用範囲
が広く、しかも精度の高い制御が可能なことから、図１
に示すように構成された閉ループ式の電気油圧サーボ型
の材料試験機が注目されている。この材料試験機は、概
略的にはロードセル１を介してフレーム２と油圧シリン
ダからなるアクチュエータ３との間に各種試料である試
験片Ｓを保持し、油圧源４からサーボ弁５を介して与え
られる圧力油（油圧）を用いてアクチュエータ３を駆動
し、これによって前記試験片Ｓに負荷を加える如く構成
される。[Related Background Art] Recently, since a wide range of application to various samples and highly accurate control are possible, FIG.
A closed loop electro-hydraulic servo type material testing machine configured as shown in FIG. This material testing machine holds test pieces S which are various samples between a frame 2 and an actuator 3 composed of a hydraulic cylinder, roughly via a load cell 1, and supplies them from a hydraulic source 4 via a servo valve 5. The actuator 3 is driven by using the pressure oil (hydraulic pressure) thus generated, so that the load is applied to the test piece S.
【０００３】しかして上記負荷により試験片Ｓに加えら
れた荷重は前記ロードセル１によって検出され、また上
記負荷の印加によって試験片Ｓに生じる変位は変位計６
により、更にその歪みは該試験片Ｓに貼付された歪みゲ
ージ７によりそれぞれ検出される。マイクロコンピュー
タ等によって構成される制御部８は、上記の如く検出さ
れる荷重や変位，歪みをそれぞれ入力し、例えばロード
セル１によって検出される荷重と目標荷重との偏差が零
（０）となるようにサーボアンプ９を介してサーボ弁５
の作動をフィードバック制御する。このようなフィード
バック制御系により、油圧駆動されるアクチュエータ３
がサーボ制御されて前記試験片Ｓに加えられる負荷（荷
重）が調整される。However, the load applied to the test piece S by the above load is detected by the load cell 1, and the displacement caused on the test piece S by the application of the above load is measured by the displacement meter 6.
The strain is further detected by the strain gauge 7 attached to the test piece S. The control unit 8 configured by a microcomputer or the like inputs the load, the displacement, and the strain detected as described above, and for example, the deviation between the load detected by the load cell 1 and the target load becomes zero (0). To the servo valve 5 via the servo amplifier 9
Feedback control the operation of. An actuator 3 hydraulically driven by such a feedback control system
Is servo-controlled to adjust the load applied to the test piece S.
【０００４】尚、この電気油圧サーボ制御系は、図２に
示すようにフィードバック制御系を構成する閉ループを
なすブロック線図として表現される。即ち、この制御系
は荷重（または変位）に対する制御目標値と、検出アン
プ８ａを介して検出される試験片Ｓの変化（荷重や変
位）との偏差Δを偏差器８ｂを介して求め、所定の制御
ゲインが設定されたコントローラ８ｃの下で上記偏差Δ
を零（０）とするようにサーボアンプ９の作動を制御す
ることで前記サーボ弁５を介してアクチュエータ３を油
圧駆動し、これによって前記試験片Ｓに加える負荷（荷
重や変位）を調整する制御ループとして表現できる。The electrohydraulic servo control system is expressed as a block diagram forming a closed loop which constitutes a feedback control system as shown in FIG. That is, this control system obtains the deviation Δ between the control target value for the load (or displacement) and the change (load or displacement) of the test piece S detected by the detection amplifier 8a through the deviation device 8b, and determines the deviation Δ. Under the controller 8c in which the control gain of
By controlling the operation of the servo amplifier 9 so as to be zero (0), the actuator 3 is hydraulically driven via the servo valve 5, and thereby the load (load or displacement) applied to the test piece S is adjusted. It can be expressed as a control loop.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如く
構成される電気油圧サーボ型の材料試験機においては、
試験片Ｓの仕様（剛性）に応じて最適設定された制御ゲ
インの下で、その試験を行うことが重要である。ちなみ
に制御ゲインが不足していると制御応答性が悪くなり、
また制御ゲインが過大であるとハンチングが生じたり、
試料に過度な負荷（荷重）を掛けてしまう等の問題が生
じる。そこで従来にあっては、一般的にはオペレータ
（試験者）の経験の下で試験片Ｓの剛性を推定して制御
ゲインを仮設定し、予備的な荷重・変位制御の下で試行
錯誤的に制御ゲインを適正化を図っている。In the electro-hydraulic servo type material testing machine constructed as described above,
It is important to perform the test under the control gain optimally set according to the specifications (rigidity) of the test piece S. By the way, if the control gain is insufficient, the control response will deteriorate,
If the control gain is too high, hunting may occur,
There arises a problem that an excessive load is applied to the sample. Therefore, in the prior art, generally, the rigidity of the test piece S is estimated based on the experience of the operator (tester) to temporarily set the control gain, and trial and error is performed under the preliminary load / displacement control. The control gain is optimized.
【０００６】しかしながら、上述した如く試行錯誤的に
適性な制御ゲインを設定した上で材料試験を行っても、
その試験中に試験片（試料）Ｓの状態（剛性）が変化
し、その制御ゲインが最適条件からずれることがある。
特に試験片（試料）Ｓに加えた荷重に対して該試験片
（試料）Ｓが弾性域にあるような場合、その制御状態が
徐々に変化するので、結局、精度の高い計測（試験）が
できなくなると言う問題がある。However, even if the material test is performed after setting an appropriate control gain by trial and error as described above,
The state (rigidity) of the test piece (sample) S may change during the test, and the control gain may deviate from the optimum condition.
In particular, when the test piece (sample) S is in the elastic region with respect to the load applied to the test piece (sample) S, the control state of the test piece (sample) S gradually changes. There is a problem that you can not do it.
【０００７】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、試験中に試料の剛性が変化する
ような場合であっても、そのフィードバック制御系に対
して試料の状態変化に応じた制御ゲインを最適設定する
ことができ、常に安定に精度の高い材料試験を実施する
ことのできる材料試験機を提供することにある。The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is to provide a feedback control system to the state of the sample even if the rigidity of the sample changes during the test. It is an object of the present invention to provide a material testing machine capable of optimally setting a control gain according to a change and always performing a highly accurate material test.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明は、油圧サーボ系を介して試料に加える負荷
を該試料に生じた変化、例えば荷重や変位または歪みに
応じてフィードバック制御しながら前記試料の性質を試
験する、所謂電気油圧サーボ式の材料試験機であって、
特に前記油圧サーボ系に対して設定した所定の制御ゲイ
ンの下で前記試料に負荷を加えて該試料を試験している
試験期間中において、前記試料に加わっている荷重と該
試料に生じた変位とを所定の周期で検出し、検出された
荷重と変位との関係から前記試料のバネ定数を推定する
手段を備える。そしてこの推定したバネ定数と現在設定
されている制御ゲインに対応するバネ定数との差（バネ
定数の変化分）を求め、このバネ定数の差が所定の判定
閾値を越えているとき、予め求められた前記油圧サーボ
系に固有な最適制御ゲインとバネ定数との関係を示すテ
ーブルを参照して前記バネ定数推定手段にて推定したバ
ネ定数に応じた最適制御ゲインを求め、前記油圧サーボ
系に対して設定する制御ゲインを補正することを特徴と
している。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention performs feedback control of a load applied to a sample via a hydraulic servo system in accordance with a change caused in the sample, for example, load, displacement or distortion. While testing the properties of the sample while being a so-called electro-hydraulic servo type material testing machine,
In particular, during the test period in which the sample is tested by applying a load to the sample under a predetermined control gain set for the hydraulic servo system, the load applied to the sample and the displacement generated in the sample preparative detects a predetermined cycle, Ru comprising means for estimating the spring constant of the sample from the relationship between the displacement and the detected load. And this estimated spring constant and current setting
The difference between the spring constant and the corresponding control gain (spring
Change amount of constant) is calculated, and the difference of this spring constant is judged
When the threshold value is exceeded, the hydraulic servo previously obtained
A system showing the relationship between the optimum control gain and spring constant peculiar to the system.
Table estimated by the spring constant estimating means with reference to the table.
It is characterized in that the optimum control gain according to the constant is calculated and the control gain set for the hydraulic servo system is corrected.
【０００９】即ち、本発明は、予め種々のバネ定数に対
して最適化制御された前記油圧サーボ系に固有な最適制
御ゲインと上記バネ定数との関係を記述したテーブルを
備えている。そして試験中に周期的に検出される試料の
荷重と変位との関係から該試料のバネ定数を推定し、こ
の推定したバネ定数と現在設定されている制御ゲインに
対応するバネ定数との差（バネ定数の変化分）が所定の
判定閾値を越えているとき、前記バネ定数推定手段にて
推定した新たなバネ定数に基づいて油圧サーボ系に対す
る最適な制御ゲインを前記テーブルを参照して求め、こ
の最適制御ゲインに従って前記油圧サーボ系に対して設
定している制御ゲインを補正することで、試料の状態変
化に拘わることなく、常に前記油圧サーボ系に対する制
御系の安定化を図りながら高精度に試験を行うことを特
徴としている。That is, the present invention corresponds to various spring constants in advance.
And optimized control unique to the hydraulic servo system
A table describing the relationship between the gain and the spring constant
I have it. Then, the spring constant of the sample is estimated from the relationship between the load and the displacement of the sample that is periodically detected during the test, and the estimated spring constant and the currently set control gain are set.
The difference from the corresponding spring constant (change in spring constant) is
When the judgment threshold is exceeded, the spring constant estimation means
Based on the estimated new spring constant , the optimum control gain for the hydraulic servo system is obtained by referring to the table, and by correcting the control gain set for the hydraulic servo system according to this optimum control gain, It is characterized in that a test is performed with high accuracy while always stabilizing the control system for the hydraulic servo system, regardless of the change in the state of the sample.
【００１０】また本発明は請求項２に記載するように、
試験開始に先立って前記油圧サーボ系に対する制御ゲイ
ンをその最小値から徐々に高めて前記試料に加える負荷
を漸増させ、前記試料の変位が検出された時点における
前記荷重と変位との関係から前記試料のバネ定数を推定
して油圧サーボ系に対する制御ゲインを初期設定した
後、前記試料に対する試験を開始することを特徴として
いる。Further, according to the present invention, as described in claim 2,
Prior to the start of the test, the control gain for the hydraulic servo system is gradually increased from its minimum value to gradually increase the load applied to the sample, and the sample from the relationship between the load and the displacement at the time when the displacement of the sample is detected. After the spring constant is estimated and the control gain for the hydraulic servo system is initialized, the test for the sample is started.
【００１１】特に本発明は、油圧サーボ系に対する制御
ゲインについては、予めバネ定数が既知の種々の試料に
対して最適化制御された前記油圧サーボ系に固有な最適
制御ゲインと上記バネ定数との関係を示すテーブルを参
照することで、試料に加えられた荷重とその変位との関
係から推定されるバネ定数に応じて求めることを特徴と
している。 Particularly, in the present invention , regarding the control gain for the hydraulic servo system , various samples whose spring constants are known in advance are used.
Optimum peculiar to the hydraulic servo system that is optimized and controlled
The table is characterized in that it is obtained according to the spring constant estimated from the relationship between the load applied to the sample and its displacement by referring to the table showing the relationship between the control gain and the spring constant .
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る材料試験機について、特に試料（試験
片）Ｓに対して加える負荷、具体的には荷重やその変位
量を制御する油圧サーボ系に対する制御ゲインの最適設
定機能について説明する。この実施形態に係る材料試験
機は、基本的には前述した図１に示すように、サーボ弁
５を介して油圧駆動されるアクチュエータ３と、サーボ
弁５の作動を制御する制御部８を備えて構成される。特
にこの材料試験機が特徴とするところは、制御部８が持
つ機能の１つとして、所定の制御ゲインの下で実行され
る試料（試験片Ｓ）の試験中における該試料Ｓの状態
（剛性）変化を監視し、この状態変化に応じて前記制御
ゲインを補正することで、その油圧サーボ系に対する制
御ゲインを最適化設定する機能を備えている点にある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A material testing machine according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, in particular, a load applied to a sample (test piece) S, specifically, a load and its displacement amount. The optimum setting function of the control gain for the hydraulic servo system to be controlled will be described. The material testing machine according to this embodiment basically includes an actuator 3 hydraulically driven via a servo valve 5 and a control unit 8 for controlling the operation of the servo valve 5, as shown in FIG. 1 described above. Consists of In particular, this material testing machine is characterized in that, as one of the functions of the control unit 8, the state of the sample S (stiffness) during the test of the sample (test piece S) executed under a predetermined control gain is performed. ) There is a function of monitoring the change and correcting the control gain according to the change of the state to optimize and set the control gain for the hydraulic servo system.
【００１３】この機能は、所定の制御ゲインが設定され
たフィードバック制御系の下でアクチュエータ３を駆動
して試料Ｓに負荷を加えて疲労試験を行っている際、試
料Ｓに加えられている荷重と、そのときに試料Ｓに生じ
ている変位とを所定の周期で計測する手段（検出手
段）、計測された前記試料Ｓの荷重と変位との関係から
該試料Ｓのバネ定数を推定する手段（バネ定数推定手
段）、そして推定されたバネ定数に従って油圧サーボ制
御系に対して設定している制御ゲインを補正して最適化
する手段（制御ゲイン補正手段）を具備して実現され
る。This function is a load applied to the sample S when a fatigue test is performed by driving the actuator 3 under a feedback control system in which a predetermined control gain is set and applying a load to the sample S. And means for measuring the displacement occurring in the sample S at that time in a predetermined cycle (detection means), and means for estimating the spring constant of the sample S from the relationship between the measured load and the displacement of the sample S. (Spring constant estimating means), and means for correcting and optimizing the control gain set for the hydraulic servo control system according to the estimated spring constant (control gain correcting means).
【００１４】特にこの実施形態における材料試験機で
は、その油圧サーボ制御系に固有な特性として、各種試
料のバネ定数と最適制御ゲインとの関係を予め求めてテ
ーブル化して求めておき、前述した如く求めた荷重と変
位との関係から推定される試料のバネ定数に従って前記
テーブルを参照することでその制御系に最適な制御ゲイ
ンを求め、これを設定することを特徴としている。Particularly, in the material testing machine in this embodiment, as a characteristic peculiar to the hydraulic servo control system, the relationship between the spring constant of various samples and the optimum control gain is previously obtained and tabulated, and as described above. The table is characterized in that the optimum control gain for the control system is obtained by referring to the table according to the spring constant of the sample estimated from the obtained relation between the load and the displacement, and is set.
【００１５】次にこの材料試験機の油圧サーボ制御系に
対して、試料（試験片Ｓ）の剛性に応じて設定した制御
ゲインの下での該試料（試験片Ｓ）の試験と、その試験
中における前記試料（試験片Ｓ）の状態（剛性）変化に
伴う制御ゲインの補正について説明する。油圧サーボ制
御系に対する制御ゲインの初期設定は、図３にその処理
概念を時間的な経緯として示すように、例えばフレーム
２とアクチュエータ３との間に試料Ｓをチャッキングし
た後、先ず油圧サーボ制御系に対する制御ゲインを、そ
の最小値から徐々に高めながらアクチュエータ３の作動
を制御し、試料Ｓに加える負荷（荷重）を徐々に増大さ
せることから開始される。この際、負荷（荷重）の印加
によって試料Ｓに生じる変位を変位計６を介して監視し
ながら、該試料Ｓの微小な変位、例えば変位計６の最小
分解能を越える程度の僅かな変位が検出されるまで、上
記負荷（荷重）を徐々に増大させる。尚、この初期設定
時に試料Ｓに加える最大荷重については、例えば疲労試
験において試料Ｓに加えようとする目標最大荷重値の３
０〜５０％を目安として制限しておき、試験開始前に試
料Ｓに過大な負荷（荷重）が加わらないようにしておく
ことが好ましい。Next, with respect to the hydraulic servo control system of this material testing machine, a test of the sample (test piece S) under a control gain set according to the rigidity of the sample (test piece S) and the test The correction of the control gain due to the change in the state (rigidity) of the sample (test piece S) in the inside will be described. The initial setting of the control gain for the hydraulic servo control system is performed by, for example, chucking the sample S between the frame 2 and the actuator 3 and then first performing the hydraulic servo control, as shown in FIG. The operation is started by gradually increasing the load applied to the sample S by controlling the operation of the actuator 3 while gradually increasing the control gain for the system from its minimum value. At this time, while monitoring the displacement generated on the sample S by the application of a load through the displacement meter 6, a minute displacement of the sample S, for example, a slight displacement exceeding the minimum resolution of the displacement meter 6 is detected. Until the above, the load is gradually increased. The maximum load applied to the sample S at the time of initial setting is, for example, 3 which is the target maximum load value to be applied to the sample S in the fatigue test.
It is preferable to limit 0 to 50% as a guide so that an excessive load (load) is not applied to the sample S before the test is started.
【００１６】そして試料Ｓの微小な変位が検出されたな
らば、アクチュエータ３の作動状態を凍結し、その時点
において試料Ｓに加えている負荷状態（荷重値）をその
まま保持する。つまり試料Ｓに対する荷重状態をそのま
ま凍結する。そして試料Ｓの変位が安定するまで、所定
時間（時間Ｔ2）に亘って上記荷重状態をそのまま保持
（凍結）する。この際、試料Ｓの剛性が高く、そのバネ
定数ＫＬが大きい場合には、図３の特性Ａに示すように
比較的短時間のうちに変位が安定する。しかし試料Ｓの
剛性が低く、そのバネ定数ＫＬが小さい場合には、図３
の特性Ｂに示すように或る程度の変位の変動が生じた後
にその変位が安定する。上記状態保持の待ち時間Ｔ2
は、このようなバネ定数の異なりによる変位の安定化に
要する時間を見込んで設定される。When a slight displacement of the sample S is detected, the operating state of the actuator 3 is frozen, and the load state (load value) applied to the sample S at that time is maintained as it is. That is, the load state on the sample S is frozen as it is. Then, until the displacement of the sample S becomes stable, the above-mentioned load state is maintained (frozen) for a predetermined time (time T2). At this time, when the rigidity of the sample S is high and the spring constant KL thereof is large, the displacement becomes stable within a relatively short time as shown by the characteristic A of FIG. However, when the sample S has low rigidity and its spring constant KL is small,
As indicated by the characteristic B of 1., the displacement stabilizes after a certain amount of displacement fluctuation occurs. Waiting time T2 for holding the above status
Is set in consideration of the time required to stabilize the displacement due to such a difference in spring constant.
【００１７】このようにして前記変位の安定化を待った
後、試料Ｓが安定化した状態での荷重と変位をそれぞれ
複数サンプルに亘って検出する。即ち、荷重および変位
の検出は、その検出誤差等を相殺するべく、例えば１０
０〜２００サンプル程度に亘って繰り返し行われる。し
かる後、検出された荷重値の平均と、変位量の平均とを
それぞれ求め、［平均荷重値÷平均変位量］なる演算に
より、試料Ｓのバネ定数ＫＬを推定する。そして推定し
たバネ定数ＫＬに従い、例えば予め求められている各種
試料のバネ定数と油圧サーボ制御系に固有な最適制御ゲ
インとの関係を示すテーブルに従って、該油圧サーボ制
御系に設定すべき最適な制御ゲインを求め、これを初期
設定する。After waiting for the stabilization of the displacement in this way, the load and the displacement in the stabilized state of the sample S are detected over a plurality of samples. That is, the load and the displacement are detected by, for example, 10
It is repeated over 0 to 200 samples. After that, the average of the detected load values and the average of the displacement amounts are respectively obtained, and the spring constant KL of the sample S is estimated by the calculation of [average load value / average displacement amount]. Then, according to the estimated spring constant KL, for example, according to a table showing the relationship between the spring constant of various samples and the optimum control gain peculiar to the hydraulic servo control system which is obtained in advance, the optimum control to be set in the hydraulic servo control system. Obtain the gain and initialize it.
【００１８】尚、上記バネ定数と最適制御ゲインとの関
係については、例えばバネ定数が既知である種々の試料
Ｓについて、予めこの材料試験機における油圧サーボ制
御系の最適化制御の下でその最適制御ゲインをそれぞれ
求め、これらのデータを整理することによって上記油圧
サーボ制御系に固有なテーブルデータとして予め求めら
れる。また疲労試験の実行に伴って、そのときのバネ定
数と最適制御ゲインが新たに求められる都度、その実績
データを学習することで上記テーブルデータの更新が行
われる。Regarding the relationship between the spring constant and the optimum control gain, for example, various samples S of which the spring constant is known are optimized under the optimization control of the hydraulic servo control system in this material testing machine in advance. By obtaining the control gains respectively and organizing these data, they are obtained in advance as table data unique to the hydraulic servo control system. Further, with the execution of the fatigue test, each time the spring constant and the optimum control gain at that time are newly obtained, the actual data is learned to update the table data.
【００１９】ここで試料Ｓの剛性を示すバネ定数ＫＬ
と、上記試料Ｓを試験する材料試験機の油圧サーボ制御
系における最適制御ゲインとの関係について簡単に説明
する。試料Ｓに荷重を加えるアクチュエータ３を駆動す
る油圧サーボ制御系は、前述したようにフィードバック
制御系をなす。そしてこのフィードバック制御系を安定
動作させる上での最適な制御ゲインは、試料Ｓの剛性
（バネ定数ＫＬ）によって変化し、またその制御系に固
有な値をとる。Here, the spring constant KL indicating the rigidity of the sample S
And the relationship between the optimum control gain in the hydraulic servo control system of the material testing machine that tests the sample S will be briefly described. The hydraulic servo control system that drives the actuator 3 that applies a load to the sample S forms a feedback control system as described above. The optimum control gain for stable operation of this feedback control system changes depending on the rigidity (spring constant KL) of the sample S and has a value unique to that control system.
【００２０】即ち、材料試験機の油圧サーボ制御系は、
図２にそのブロック線図を示すように、サーボアンプ
９，サーボ弁５，アクチュエータ３，および試料Ｓ（負
荷）を含む閉ループの伝達系として表される。従ってサ
ーボ制御系の安定動作を実現するには、サーボアンプ９
等の材料試験機に固有な伝達系（伝達関数）と、試料Ｓ
の性質に依存した負荷の伝達系（伝達関数）とを考慮し
て、例えばコントローラ８ｃにおいて最適な制御ゲイン
を設定する必要がある。That is, the hydraulic servo control system of the material testing machine is
As shown in the block diagram of FIG. 2, it is represented as a closed loop transmission system including a servo amplifier 9, a servo valve 5, an actuator 3, and a sample S (load). Therefore, to realize stable operation of the servo control system, the servo amplifier 9
And the transfer system (transfer function) peculiar to the material testing machine, and the sample S
It is necessary to set an optimum control gain in the controller 8c, for example, in consideration of the load transfer system (transfer function) depending on the property of.
【００２１】ちなみに試料Ｓの変位に着目してアクチュ
エータ３の作動をサーボ制御する、所謂変位制御系での
前記試料Ｓのバネ定数ＫＬに対応した最適な制御ゲイン
（比例ゲインＫＰ，積分ゲインＫＩ）は、例えば図４
(ａ)に示すようになる。また試料Ｓに加える荷重に着目
してアクチュエータ３の作動をサーボ制御する、所謂荷
重制御系での前記試料Ｓのバネ定数ＫＬに対応した最適
な制御ゲインは、例えば図４(ｂ)に示すようになる。By the way, the optimum control gain (proportional gain KP, integral gain KI) corresponding to the spring constant KL of the sample S in a so-called displacement control system which servo-controls the operation of the actuator 3 by paying attention to the displacement of the sample S. Is, for example, FIG.
As shown in (a). Further, the optimum control gain corresponding to the spring constant KL of the sample S in a so-called load control system, which servo-controls the operation of the actuator 3 by paying attention to the load applied to the sample S, is as shown in FIG. 4B, for example. become.
【００２２】そこで本発明ではその準備処理として、材
料試験機における試験範囲をカバーするバネ定数ＫＬの
範囲において、予めバネ定数ＫＬが既知の複数の試料Ｓ
を用いて上記変位制御系および荷重制御系での比例ゲイ
ンＫＰと積分ゲインＫＩとをそれぞれチューニングして
制御系の最適化を図り、各種バネ定数ＫＬに対する最適
な制御ゲインＫＰ,ＫＩを求めている。そしてこれらの
各種バネ定数ＫＬに対する最適な制御ゲインＫＰ,ＫＩ
の関係を、図４(ｃ)に示すようなテーブル構造のデータ
として表現し、これをこの材料試験機に固有な特性とし
て予め準備している。このようなテーブルデータを参照
することによって、図４(ａ)(ｂ)に示す材料試験機に固
有な最適制御ゲインＫＰ,ＫＩが、後述するように試料
Ｓのバネ定数ＫＬに応じて求められるようになってい
る。Therefore, in the present invention, as its preparation process, a plurality of samples S whose spring constants KL are known in advance within the range of the spring constants KL that covers the test range in the material testing machine.
Is used to tune the proportional gain KP and the integral gain KI in the displacement control system and the load control system, respectively, to optimize the control system, and obtain optimum control gains KP and KI for various spring constants KL. . Then, the optimum control gains KP and KI for these various spring constants KL are
4C is expressed as data having a table structure as shown in FIG. 4C, which is prepared in advance as a characteristic peculiar to this material testing machine. By referring to such table data, the optimum control gains KP and KI peculiar to the material testing machine shown in FIGS. 4A and 4B are obtained according to the spring constant KL of the sample S as described later. It is like this.
【００２３】一方、試料Ｓのバネ定数ＫＬを推定するべ
く、試料Ｓの試験開始に先立って前述したように試料Ｓ
の微小な変位が検出されるまで、試料Ｓに対して徐々に
負荷（荷重）を加える。この試料Ｓに対して加える負荷
（荷重）の制御は、例えば図５(ａ)に示すような荷重制
御系におけるステップ応答時のバネ定数ＫＬと比例ゲイ
ンＫＰとの関係を利用して、図５(ｂ)に例示するよう
に、時間経過に伴って比例ゲインＫＰを徐々に増大させ
ることにより実現される。具体的には、例えば図３に示
すように最大荷重を制限したランプ・ホールド波形を想
定した目標荷重パターンの下で、制御系において用意さ
れる最大剛性での比例ゲインＫＰ（比例ゲイン値が最
小）から、そのゲイン値を徐々に増大させながら荷重制
御を実施することによってなされる。この際、積分ゲイ
ンＫＩについては、例えば零（０）に設定される。On the other hand, in order to estimate the spring constant KL of the sample S, as described above, before starting the test of the sample S,
A load is gradually applied to the sample S until a minute displacement of is detected. The control of the load (load) applied to the sample S is performed by utilizing the relationship between the spring constant KL and the proportional gain KP during the step response in the load control system as shown in FIG. As illustrated in (b), it is realized by gradually increasing the proportional gain KP over time. Specifically, for example, as shown in FIG. 3, under a target load pattern assuming a ramp hold waveform in which the maximum load is limited, the proportional gain KP (maximum proportional gain value is the minimum with the maximum rigidity prepared in the control system is prepared. ), The load control is performed while gradually increasing the gain value. At this time, the integral gain KI is set to, for example, zero (0).
【００２４】尚、変位制御系におけるステップ応答時の
バネ定数ＫＬと比例ゲインＫＰとの関係は図６(ａ)の如
く示される。従ってこの関係を利用して変位制御の下
で、例えば図６(ｂ)に示すように時間経過に伴って比例
ゲインＫＰを徐々に増大させながら試料Ｓに負荷（変
位）を加えるようにしても良い。このような変位制御系
での制御の下で試料Ｓに負荷（変位）を加える場合であ
っても、試料Ｓの微小な変位が検出された時点でその負
荷状態を凍結することは勿論のことである。The relationship between the spring constant KL and the proportional gain KP during step response in the displacement control system is shown in FIG. 6 (a). Therefore, even if a load (displacement) is applied to the sample S under displacement control by using this relationship, for example, as shown in FIG. 6B, the proportional gain KP is gradually increased with time. good. Even when a load (displacement) is applied to the sample S under the control of such a displacement control system, it is needless to say that the load state is frozen when a minute displacement of the sample S is detected. Is.
【００２５】以上のようにして試料Ｓに徐々に負荷を加
え、試料Ｓの微小な変位が検出された時点で、例えばそ
のときの比例ゲイン値と目標値とを一定に保てば、試料
Ｓに対して必要以上の負荷（荷重）を掛けることなく、
その負荷を凍結して前述したように変位の安定化を待つ
ことができる。この変位の安定化に要する時間は、概略
的には図７にステップ応答時の変位安定化時間を示すよ
うにバネ定数ＫＬによって異なる。従って負荷状態の凍
結時間については、前述したように材料試験機における
試験範囲をカバーするバネ定数ＫＬの範囲において、特
にそのバネ定数ＫＬが最も小さい条件において、その変
位が安定化に要する時間を見込んで設定するようにすれ
ば良い。As described above, when a load is gradually applied to the sample S and a minute displacement of the sample S is detected, for example, if the proportional gain value and the target value at that time are kept constant, the sample S Without applying an unnecessary load to
It is possible to freeze the load and wait for stabilization of displacement as described above. The time required for stabilizing the displacement differs depending on the spring constant KL, as shown schematically in FIG. 7, which shows the displacement stabilizing time during the step response. Therefore, as for the freezing time in the loaded state, as described above, the time required for the displacement to stabilize is expected within the range of the spring constant KL that covers the test range in the material testing machine, particularly under the condition where the spring constant KL is the smallest. You can set it with.
【００２６】このような時間経過を待って試料Ｓの変位
が安定した後、その変位量と荷重値を複数サンプルに亘
って定期的に収集し、例えばその平均を求めることで、
外乱やその他の要因による検出値のバラツキを吸収す
る。その後、［平均荷重値÷平均変位量］なる演算を実
行することにより、試料Ｓのバネ定数ＫＬを推定する。
つまり試料Ｓにとって負担を生じることのない程度の軽
い負荷（荷重）を加えることで試料Ｓに微小な変位を生
じさせ、そのときに試料Ｓに生じている荷重と変位との
関係から該試料Ｓのバネ定数ＫＬを推定する。After the displacement of the sample S stabilizes after waiting such a time, the displacement amount and the load value are periodically collected over a plurality of samples, and the average thereof is obtained, for example.
Absorbs variations in detected values due to disturbances and other factors. Then, the spring constant KL of the sample S is estimated by executing the calculation of [average load value / average displacement amount].
That is, a slight load (load) that does not cause a burden on the sample S causes a minute displacement in the sample S. From the relationship between the load and the displacement occurring in the sample S at that time, the sample S is slightly displaced. Estimate the spring constant KL of.
【００２７】このようにして試料Ｓのバネ定数ＫＬを推
定したならば、次に前述したテーブルに従って上記推定
バネ定数ＫＬに対応する制御ゲインを逆算する。これに
よって制御系に設定すべき最適な制御ゲインＫＰ,ＫＩ
を求めることが可能となり、バネ定数ＫＬの不明な試料
Ｓを試験するに際しての最適化制御ゲインの初期設定が
実現できる。After the spring constant KL of the sample S is estimated in this manner, the control gain corresponding to the estimated spring constant KL is then back calculated according to the above-mentioned table. As a result, the optimum control gains KP and KI to be set in the control system are set.
Can be obtained, and the initial setting of the optimization control gain when testing the sample S with an unknown spring constant KL can be realized.
【００２８】さて上述した如くして油圧サーボ制御系に
対する制御ゲインを初期設定したならば、この制御ゲイ
ンの下で試料Ｓの試験が開始される。具体的には制御系
に対して与える目標値を信号発生器の下で可変制御する
ことで、前記試料Ｓに対する疲労試験、クリープ試験，
リクラゼーション試験、引っ張り試験、圧縮試験が選択
的に実行される。When the control gain for the hydraulic servo control system is initialized as described above, the test of the sample S is started under this control gain. Specifically, by variably controlling a target value given to the control system under a signal generator, a fatigue test, a creep test,
A reclamation test, a tensile test, and a compression test are selectively performed.
【００２９】例えば図８に示すように、信号発生器にて
正弦波，三角波，矩形波，ランプ波等の連続的に繰り返
し変化する試験波形を生成する。そしてこの試験波形を
油圧サーボ制御系に対する制御目標値として入力するこ
とで、試料Ｓに加える負荷を繰り返し変化させ、これに
よって該試料Ｓの疲労試験を実行する。尚、引っ張り・
圧縮試験の場合には、ランプ波形を目標値として与える
ことでその試験が実行され、更にクリープ・リクラゼー
ション試験の場合には、ランプ・ホールド波形を目標値
として与えることで、その試験が実行される。For example, as shown in FIG. 8, a signal generator generates a test waveform that continuously and repeatedly changes, such as a sine wave, a triangular wave, a rectangular wave, and a ramp wave. Then, by inputting this test waveform as a control target value for the hydraulic servo control system, the load applied to the sample S is repeatedly changed, whereby the fatigue test of the sample S is executed. In addition, pulling
In the case of the compression test, the test is executed by giving the ramp waveform as the target value, and in the case of the creep reclamation test, the test is executed by giving the ramp hold waveform as the target value. It
【００３０】さてこのようにして試料Ｓに対する試験を
実行するに際して、特に周期的に繰り返し変化する試験
波形を目標値として与え、試料Ｓに加える荷重を周期的
に変化させて疲労試験を実行する動的試験の場合には、
試験の進行に伴う試料Ｓの状態（剛性）変化により、油
圧サーボ制御系に設定されている制御ゲインがその最適
値からずれることがある。このような制御ゲインの最適
値からのずれは、試料に対して実際に加えられる負荷の
変動要因となり、その試験精度が低下することが否めな
い。In performing the test on the sample S in this manner, a test waveform that cyclically and repeatedly changes is given as a target value, and the load applied to the sample S is cyclically changed to execute the fatigue test. In the case of a physical exam,
The control gain set in the hydraulic servo control system may deviate from its optimum value due to changes in the state (rigidity) of the sample S as the test progresses. It is undeniable that such a deviation from the optimum value of the control gain causes a fluctuation of the load actually applied to the sample, and the test accuracy thereof deteriorates.
【００３１】即ち、或る変化幅（振幅）で負荷（荷重）
を繰り返し変化させながら疲労試験を行う場合、実際に
試料Ｓに加わる負荷（荷重）の変化幅が変化したり、そ
の荷重のレベル（平均荷重）自体が変化することがあ
る。このような試料Ｓに対する負荷条件（試験条件）の
変化は、当然のことながらその試験結果の誤差要因とな
る。そしてこの誤差は、試験精度の低下、ひいては疲労
試験に対する信頼性低下の原因となる。That is, load (load) with a certain change width (amplitude)
When the fatigue test is carried out while repeatedly changing, the change width of the load (load) actually applied to the sample S may change, or the level of the load (average load) itself may change. Such a change in the load condition (test condition) on the sample S naturally causes an error in the test result. This error causes a decrease in test accuracy and eventually a decrease in reliability in fatigue tests.
【００３２】そこで本発明に係る材料試験機において
は、例えば前述した如く油圧サーボ制御系に対して所定
の制御ゲインを設定して試料Ｓの疲労試験を実施してい
る過程において、所定の周期で試料Ｓに加えられている
荷重と、そのときに該試料Ｓに生じている変位とを計測
し、これらの計測された荷重と変位との関係から前記試
料Ｓのバネ定数ＫＬを定常的に推定し、そのバネ定数Ｋ
Ｌの変動を監視するものとなっている。そして試料Ｓの
バネ定数ＫＬの変化が検出されたとき、例えば前述した
テーブルを参照することで、試料Ｓの状態変化に伴う新
たなバネ定数ＫＬに応じた最適制御ゲインを求め、先に
油圧サーボ制御系に設定している制御ゲインを補正する
ことで、その最適化を図るものとなっている。Therefore, in the material testing machine according to the present invention, for example, in the process of carrying out the fatigue test of the sample S by setting a predetermined control gain for the hydraulic servo control system as described above, at a predetermined cycle. The load applied to the sample S and the displacement occurring in the sample S at that time are measured, and the spring constant KL of the sample S is constantly estimated from the relationship between the measured load and the displacement. And its spring constant K
The change in L is monitored. Then, when a change in the spring constant KL of the sample S is detected, for example, by referring to the above-mentioned table, the optimum control gain according to the new spring constant KL accompanying the change in the state of the sample S is obtained, and the hydraulic servo is performed first. The control gain is optimized by correcting the control gain set in the control system.
【００３３】具体的には、図９にその概略的な処理手順
を示すように、試料Ｓに加えている荷重の変化周期より
も十分に高速な周期で、例えば制御部８での演算処理の
周期（例えば１００μ秒）毎に該試料Ｓに加えられてい
る荷重と、その荷重によって生じている変位とを計測す
る（ステップＳ１）。そして所定サンプル数のデータ
（荷重と変位）が収集されたか否かを判定し（ステップ
Ｓ２）、バネ定数ＫＬの推定に十分なサンプル数のデー
タが得られているならば、荷重および変位の平均値をそ
れぞれ求め、これらの各平均値に基づいて試料Ｓのバネ
定数ＫＬを推定する（ステップＳ３）。Specifically, as shown in the schematic processing procedure in FIG. 9, the calculation processing in the controller 8 is performed at a cycle sufficiently faster than the cycle of change of the load applied to the sample S. The load applied to the sample S and the displacement caused by the load are measured every cycle (for example, 100 μs) (step S1). Then, it is judged whether or not data of a predetermined number of samples (load and displacement) has been collected (step S2). The respective values are obtained, and the spring constant KL of the sample S is estimated based on these average values (step S3).
【００３４】しかる後、推定したバネ定数ＫＬと、現時
点において油圧サーボ制御系に設定されている制御ゲイ
ンに対応するバネ定数との差ΔＫＬ、つまり試料Ｓの状
態変化に伴うバネ定数の変化分を求める（ステップＳ
４）。そしてその変化分（差）ΔＫＬが制御ゲインを補
正する上で、予め設定された所定の判定閾値を越えてい
るか否かを判定する（ステップＳ５）。尚、この判定閾
値は、バネ定数の僅かな変化による制御ゲインの過敏な
修正を防ぐためのものである。その上で上記バネ定数の
変化分ΔＫＬが上記判定閾値を越えているとき、その新
たなバネ定数ＫＬに対応した最適制御ゲインを求める
（ステップＳ６）。この新たなバネ定数ＫＬに対応した
最適制御ゲインの算出は、例えば前述したバネ定数と最
適制御ゲインとの関係を示すテーブルを参照することに
よってなされる。Thereafter, the difference ΔKL between the estimated spring constant KL and the spring constant corresponding to the control gain currently set in the hydraulic servo control system, that is, the change in the spring constant due to the change in the state of the sample S is calculated. Ask (Step S
4). Then, in correcting the control gain, it is determined whether or not the variation (difference) ΔKL exceeds a preset predetermined determination threshold value (step S5). The determination threshold is for preventing the control gain from being excessively corrected due to a slight change in the spring constant. Then, when the change amount ΔKL of the spring constant exceeds the determination threshold value, the optimum control gain corresponding to the new spring constant KL is obtained (step S6). The calculation of the optimum control gain corresponding to the new spring constant KL is performed, for example, by referring to the above-described table showing the relationship between the spring constant and the optimum control gain.
【００３５】以上のようにして試料Ｓの状態変化に伴っ
て変化した新たなバネ定数ＫＬに対応した最適制御ゲイ
ンが、前記テーブルの参照によって求められたならば、
この最適制御ゲインを油圧サーボ制御系に設定すること
により、油圧サーボ制御系に設定されている制御ゲイン
を補正する（ステップＳ７）。この制御ゲインの補正
は、例えば前述した如く油圧サーボ制御系に与える目標
値（荷重）の変化周期に同期したタイミングで行われ
る。As described above, if the optimum control gain corresponding to the new spring constant KL changed with the state change of the sample S is obtained by referring to the table,
By setting this optimum control gain in the hydraulic servo control system, the control gain set in the hydraulic servo control system is corrected (step S7). The correction of the control gain is performed, for example, at the timing synchronized with the change cycle of the target value (load) given to the hydraulic servo control system as described above.
【００３６】かくして本発明に係る材料試験機によれ
ば、上述した如くして試料Ｓの試験中に、該試料Ｓに実
際に加えられている負荷によって生じている試料Ｓの荷
重と変位とを所定の周期で検出し、これらの荷重と変位
とに従って試料Ｓのバネ定数ＫＬを逐次推定している。
そして試験の進行に伴って試料Ｓの状態、即ち、そのバ
ネ定数ＫＬが変化した場合には、変化したバネ定数ＫＬ
に応じた最適制御ゲインを求め、これを油圧サーボ制御
系に再設定することで、該サーボ制御系の制御ゲインを
最適化補正するものとなっている。Thus, according to the material testing machine of the present invention, during the test of the sample S as described above, the load and displacement of the sample S caused by the load actually applied to the sample S are measured. The spring constant KL of the sample S is sequentially estimated according to the load and the displacement, which are detected at a predetermined cycle.
When the state of the sample S, that is, its spring constant KL changes as the test progresses, the changed spring constant KL
The optimum control gain according to the above is obtained and is reset in the hydraulic servo control system, whereby the control gain of the servo control system is optimized and corrected.
【００３７】従ってこのような油圧サーボ制御系に対す
る制御ゲインの最適化設定機能を備えた材料試験機によ
れば、試料Ｓのバネ定数に応じて設定すべき油圧サーボ
制御系の制御ゲインに対して、試行錯誤的に初期設定し
た制御ゲインの誤差が大きい場合であっても、該試料Ｓ
の試験過程において推定される試料Ｓのバネ定数に従っ
て油圧サーボ制御系の制御ゲインを最適化設定すること
が可能となる。また油圧サーボ制御系に対する制御ゲイ
ンが最適化設定された状態で試験が開始されたと雖も、
その試験の進行に伴って試料Ｓの状態（バネ定数ＫＬ）
が変化し、これによって油圧サーボ制御系の制御ゲイン
が、その最適化条件から外れるような場合には、該試料
Ｓの試験過程において推定される試料Ｓのバネ定数に従
って油圧サーボ制御系の制御ゲインが最適化補正される
ことになる。Therefore, according to the material testing machine having the control gain optimization setting function for the hydraulic servo control system, the control gain of the hydraulic servo control system to be set in accordance with the spring constant of the sample S is set. Even when the error of the control gain initialized by trial and error is large, the sample S
It is possible to optimize and set the control gain of the hydraulic servo control system according to the spring constant of the sample S estimated in the test process. Also, the test started when the control gain for the hydraulic servo control system was optimized,
The state of the sample S (spring constant KL) as the test progresses
Changes, which causes the control gain of the hydraulic servo control system to deviate from the optimization condition, the control gain of the hydraulic servo control system according to the spring constant of the sample S estimated in the test process of the sample S. Will be optimized and corrected.
【００３８】従ってこのような制御ゲインの最適化機能
によれば、油圧サーボ制御系の制御ゲインを常に最適化
し、その制御系を安定に保ちながら試料Ｓの試験を実行
することができるので、その試験精度を十分に高めるこ
とができる。しかも前述したように試料Ｓのバネ定数Ｋ
Ｌが、前述した判定閾値を越えて変化したときにだけ、
つまり制御ゲインの誤差が無視できないような場合にだ
け、その制御ゲインを最適化補正するので、試料Ｓの僅
かな状態変化に伴うバネ定数の変化に過敏に反応して制
御ゲインが修正されることがない。従って制御系の安定
状態を維持しながら、その制御ゲインを最適設定して高
精度に疲労試験を実行することが可能となる。Therefore, according to such a control gain optimization function, the control gain of the hydraulic servo control system can always be optimized, and the test of the sample S can be executed while keeping the control system stable. The test accuracy can be sufficiently increased. Moreover, as described above, the spring constant K of the sample S
Only when L changes beyond the above-mentioned decision threshold,
That is, since the control gain is optimized and corrected only when the error of the control gain cannot be ignored, the control gain is corrected by hypersensitively reacting to the change in the spring constant accompanying a slight change in the state of the sample S. There is no. Therefore, while maintaining the stable state of the control system, the control gain can be optimally set and the fatigue test can be executed with high accuracy.
【００３９】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。実施の形態においては、予め各種試料
のバネ定数ＫＬに対する最適な制御ゲインをテーブルと
して求めておき、このテーブルを参照することで、推定
したバネ定数に対応する最適制御ゲインを求めるように
したが、バネ定数と最適制御ゲインとの関係を数次の近
似式の形で与えておき、この近似式に従ってバネ定数Ｋ
Ｌに応じた最適制御ゲインを近似計算処理によって求め
るようにしても良い。The present invention is not limited to the above embodiment. In the embodiment, the optimum control gains for the spring constants KL of various samples are obtained in advance as a table, and the optimum control gain corresponding to the estimated spring constants is obtained by referring to this table. The relation between the spring constant and the optimum control gain is given in the form of an approximate expression of order, and the spring constant K is calculated according to this approximate expression.
The optimum control gain according to L may be obtained by approximate calculation processing.
【００４０】また油圧サーボ制御系に対して初期設定す
る制御ゲインについては、経験的に推定されるバネ定数
の下で、制御ゲインを試行錯誤的に可変しながら定める
ようにしても良く、更には試料Ｓについての既知データ
（バネ定数等）に基づいて設定するようにしても良い。
また制御ゲインの最適化補正に伴って、例えば荷重に対
する制御目標値として与える信号波形のレベルや、その
振幅を修正することも可能である。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが
できる。The control gain to be initially set for the hydraulic servo control system may be determined by trial-and-error changing the control gain under a spring constant estimated empirically. You may make it set based on the known data (spring constant etc.) about the sample S.
Further, with the optimization correction of the control gain, for example, it is possible to correct the level of the signal waveform given as the control target value for the load and its amplitude. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、油
圧サーボ系に対して初期設定した所定の制御ゲインの下
で試料に負荷を加えて該試料を試験している試験期間中
において、前記試料に加えている荷重と該試料に生じた
変位とを所定の周期で検出し、これらの検出した荷重と
変位との関係から前記試料のバネ定数を推定し、推定し
たバネ定数と現在設定されている制御ゲインに対応する
バネ定数との差（バネ定数の変化分）が所定の判定閾値
を越えているとき、予め求められた前記油圧サーボ系に
固有な最適制御ゲインとバネ定数との関係を示すテーブ
ルを参照して上記バネ定数推定手段にて推定したバネ定
数に応じた最適制御ゲインを求め、これによって前記油
圧サーボ系に対して設定する制御ゲインを補正するもの
となっている。As described above, according to the present invention, during a test period in which a load is applied to a sample under a predetermined control gain initialized for a hydraulic servo system to test the sample, wherein the sample addition and displacement generated in the load and sample detected in a predetermined cycle, to estimate the spring constant of the sample from the relationship between the displacement and these detected load estimates
Corresponding to the spring constant and the currently set control gain
The difference from the spring constant (change in spring constant) is the predetermined judgment threshold
Is exceeded, the hydraulic servo system obtained in advance
A table showing the relationship between the inherent optimum control gain and the spring constant.
The spring constant estimated by the spring constant estimation means with reference to
The optimum control gain according to the number is calculated, and the control gain set for the hydraulic servo system is corrected by this.
【００４２】従って本発明によれば、初期設定した制御
ゲインに誤差がある場合や、試験中に試料の状態が変化
し、バネ定数の変化に伴って制御系の制御ゲインがその
最適値からずれた場合であっても、そのときの試料の状
態（剛性）に応じて制御ゲインを最適化補正するので、
常に安定な制御系の下で試料に適切な負荷を加えなが
ら、その試料の性質・特性を高精度に試験することがで
きる。Therefore, according to the present invention, the control gain of the control system deviates from its optimum value in accordance with the change of the spring constant when the initially set control gain has an error or the state of the sample changes during the test. Even if it is, the control gain is optimized and corrected according to the state (rigidity) of the sample at that time.
It is possible to test the properties and characteristics of a sample with high accuracy while applying an appropriate load to the sample under a stable control system.
【００４３】また請求項２に示すように、試料の試験開
始に先立って前記油圧サーボ系に対する制御ゲインをそ
の最小値から徐々に高めることで前記試料に加える負荷
を漸増させ、試料の微小な変位が検出された時点におけ
る前記荷重と変位との関係から前記試料のバネ定数を推
定し、推定したバネ定数に従って前記油圧サーボ系に対
する制御ゲインを初期設定するので、試料に対して過剰
な負荷を不本意に加えることなしに、その特性を安定
に、しかも精度良く計測することができる。Further, as described in claim 2, the load applied to the sample is gradually increased by gradually increasing the control gain for the hydraulic servo system from its minimum value prior to the start of the test of the sample, and thus the minute displacement of the sample. The spring constant of the sample is estimated from the relationship between the load and the displacement at the time when is detected, and the control gain for the hydraulic servo system is initialized according to the estimated spring constant. It is possible to measure the characteristics in a stable and accurate manner without adding it intentionally.
【００４４】更には、予め油圧サーボ系に固有な最適制
御ゲインとバネ定数との関係を示すテーブルを準備して
おき、このテーブルを参照することで油圧サーボ系に対
する最適な制御ゲインを求め、これを設定するので、簡
易にして効果的に制御系の安定化を図りながら、その試
験を進めることができる等の効果が奏せられる。Further , the optimum control peculiar to the hydraulic servo system is previously prepared.
A table showing the relationship between the control gain and the spring constant is prepared, the optimum control gain for the hydraulic servo system is obtained by referring to this table, and this is set, so that the control system can be simplified and effective. The effect that the test can be advanced while achieving the stabilization can be achieved.
【図１】本発明の一実施形態に係る材料試験機の概略的
な構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a material testing machine according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る電気油圧サーボ型の材料試験機に
おける制御系の構成を示すブロック線図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system in an electrohydraulic servo type material testing machine according to the present invention.
【図３】本発明における制御ゲインの自動設定処理の概
念を、時間的な経緯として示す示す図。FIG. 3 is a diagram showing the concept of automatic control gain setting processing according to the present invention as a time history.
【図４】制御系に固有な試料のバネ定数と最適な制御ゲ
インとの関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a spring constant of a sample peculiar to a control system and an optimum control gain.
【図５】荷重制御系におけるステップ応答時のバネ定数
と比例ゲインとの関係、および比例ゲインの時間的増大
特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a spring constant and a proportional gain at the time of step response in the load control system, and a temporal increase characteristic of the proportional gain.
【図６】変位制御系におけるステップ応答時のバネ定数
と比例ゲインとの関係、および比例ゲインの時間的増大
特性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a spring constant and a proportional gain during a step response in a displacement control system, and a temporal increase characteristic of the proportional gain.
【図７】ステップ応答時における変位安定化に要する時
間のバネ定数に対する変化を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a change in time required for displacement stabilization during step response with respect to a spring constant.
【図８】試験条件に応じて試料に加える荷重の変化特性
を規定する信号波形の例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of a signal waveform that defines change characteristics of a load applied to a sample according to test conditions.
【図９】本発明の一実施形態に係る材料試験機の制御部
において実行される制御ゲインの補正処理手順の例を示
す図。FIG. 9 is a diagram showing an example of a control gain correction processing procedure executed in the control unit of the material testing machine according to the embodiment of the present invention.
【符号の説明】 Ｓ 試料（試験片） １ ロードセル ２ フレーム ３ アクチュエータ ４ 油圧源 ５ サーボ弁 ６ 変位計 ７ 歪みゲージ ８ 制御部 ９ サーボアンプ[Explanation of symbols] S sample (test piece) 1 load cell 2 frames 3 actuators 4 hydraulic power source 5 servo valve 6 Displacement meter 7 strain gauge 8 control unit 9 Servo amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 3/02 G01N 3/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 3/02 G01N 3/08
Claims (2)
をフィードバック制御して前記試料に生じる荷重、変位
または歪みを計測する材料試験機において、 前記油圧サーボ系に対して設定した所定の制御ゲインの
下で前記試料に負荷を加えて該試料を試験する試験手段
と、この試験手段による前記試料の試験期間中において
前記試料に加わる荷重と該試料に生じた変位とを所定の
周期で検出する検出手段と、検出された荷重と変位との
関係から前記試料のバネ定数を推定するバネ定数推定手
段と、種々のバネ定数に対して最適化制御された前記油
圧サーボ系に固有な最適制御ゲインと上記バネ定数との
関係を記述したテーブルと、このテーブルを参照して上
記バネ定数推定手段にて推定したバネ定数に応じた最適
制御ゲインを求めて前記油圧サーボ系に対して設定する
制御ゲインを補正する制御ゲイン補正手段とを具備した
ことを特徴とする材料試験機。1. A material testing machine for feedback-controlling a load applied to a sample via a hydraulic servo system to measure a load, a displacement or a strain generated in the sample, wherein a predetermined control gain set for the hydraulic servo system. A test means for testing the sample by applying a load to the sample under the condition that the load applied to the sample and the displacement generated in the sample during the test period of the sample by the test means are detected at a predetermined cycle. Detecting means, spring constant estimating means for estimating the spring constant of the sample from the relationship between the detected load and displacement, and the oil optimized and controlled for various spring constants.
Between the optimum control gain peculiar to the pressure servo system and the spring constant
Refer to this table with the table that describes the relationship
Optimum according to the spring constant estimated by the spring constant estimation means
A material testing machine, comprising: a control gain correction unit that obtains a control gain and corrects a control gain set for the hydraulic servo system.
記油圧サーボ系に対する制御ゲインをその最小値から徐
々に高めて前記試料に加える負荷を漸増させ、前記試料
の変位が検出された時点における前記荷重と変位との関
係から前記試料のバネ定数を推定し、推定したバネ定数
に従って前記油圧サーボ系に対する制御ゲインを初期設
定した後、前記試料に対する試験を開始することを特徴
とする請求項１に記載の材料試験機。2. The test means gradually increases the control gain for the hydraulic servo system from its minimum value to gradually increase the load applied to the sample before starting the test, and at the time when the displacement of the sample is detected. The spring constant of the sample is estimated from the relationship between the load and the displacement, and the test for the sample is started after the control gain for the hydraulic servo system is initialized according to the estimated spring constant. The material testing machine described in.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP21854897A JP3368182B2 (en) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | Material testing machine |
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