JP5397262B2 - Vibration test equipment - Google Patents
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Description
本発明は、供試体に試験力を繰り返し負荷する振動試験装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration test apparatus that repeatedly applies a test force to a specimen.
従来から、実振動波形と等価な目標波形に逆伝達関数を乗じて生成した駆動信号でアクチュエータを駆動し、供試体に負荷を与えるようにした疲労試験機が知られている（特許文献１）。この種の疲労試験機では、供試体にランダム波形の試験力を負荷し、ランダム波形による供試体の変形量などを検出し、ランダム波形と検出波形との比から伝達関数を算出している。そして、目標波形に逆伝達関数を乗じて駆動信号波形を生成している。
また、振動台上に載置した加速度計測手段から加速度計測信号を帰還させることにより、加速度目標波形を再現させるようにした加振機も知られている（特許文献２）。
さらに、振動台伝達特性の変動を同定することにより、振動台伝達特性の変動を実時間で補償する制御装置が知られている（特許文献３）。
Conventionally, a fatigue testing machine is known in which an actuator is driven by a drive signal generated by multiplying a target waveform equivalent to an actual vibration waveform by a reverse transfer function to apply a load to a specimen (Patent Document 1). . In this type of fatigue testing machine, a test force having a random waveform is applied to the specimen, the deformation amount of the specimen due to the random waveform is detected, and a transfer function is calculated from the ratio of the random waveform to the detected waveform. Then, a drive signal waveform is generated by multiplying the target waveform by the inverse transfer function.
There is also known a vibration exciter that reproduces an acceleration target waveform by feeding back an acceleration measurement signal from an acceleration measurement means placed on a vibration table (Patent Document 2).
Furthermore, a control device that compensates for fluctuations in the vibration table transmission characteristics in real time by identifying fluctuations in the vibration table transmission characteristics is known (Patent Document 3).
しかしながら、加振周波数が低い周波数域では、目標とする変位駆動信号をアクチュエータに与えたとしても、供試体に取り付けた加速度センサから得られる加速度出力は波形再現性（コヒーレンス）が低いので、系の正確な伝達関数を同定することができないという問題があった。ここでいう波形再現性（コヒーレンス）とは、入力と出力との関連性・相関を示す指標であり、周波数領域において0と1の間の値を有する。すなわち、アクチュエータの駆動信号と加速度センサ出力との間に完全に相関がある場合にはコヒーレンスが１となり、全く相関がない場合には0となる。 However, in the frequency range where the excitation frequency is low, even if the target displacement drive signal is given to the actuator, the acceleration output obtained from the acceleration sensor attached to the specimen has a low waveform reproducibility (coherence). There was a problem that an accurate transfer function could not be identified. The waveform reproducibility (coherence) here is an index indicating the relevance / correlation between input and output, and has a value between 0 and 1 in the frequency domain. That is, the coherence is 1 when there is a complete correlation between the actuator drive signal and the acceleration sensor output, and 0 when there is no correlation.
このように、従来から知られている加振制御技術では、全ての周波数域にわたって信頼性が高い加速度応答を得ることができないので、正確な伝達関数を求めるのは困難であった。その結果として、たとえイタレーション処理によりアクチュエータの駆動信号を繰り返し補正していったとしても、適切な駆動信号に収束するには非常に時間がかかるか、まったく不可能であった。 As described above, with the conventionally known excitation control technique, it is difficult to obtain an accurate transfer function because an acceleration response with high reliability cannot be obtained in all frequency ranges. As a result, even if the actuator drive signal is repeatedly corrected by the iteration process, it takes a very long time to converge to an appropriate drive signal, or it is impossible at all.
請求項１に記載の振動試験装置は、駆動信号に応じて振動台を駆動するアクチュエータと、前記振動台の変位量を検知し、変位応答情報を出力する変位検知手段と、前記振動台に載置されている供試体の所定位置における加速度を検知し、加速度応答情報を出力する加速度検知手段と、前記変位応答情報および前記加速度応答情報に基づいて同定された伝達関数を用いることにより前記駆動信号を繰り返し補正し、目標とする加速度応答情報を得る駆動信号補正部とを備えた振動試験装置であって、前記駆動信号補正部は、前記駆動信号および前記加速度応答情報に基づいて算出される波形再現性が低い周波数域では前記変位応答情報を使用することにより系の伝達関数を同定し、前記波形再現性が高い周波数域では前記加速度応答情報を使用することにより系の伝達関数を同定するに際して、前記変位応答情報に基づいて算出された系の伝達関数に所定の換算処理を施すことにより、加速度変位情報に基づいて算出された伝達関数と等価な伝達関数を得る、ことを特徴とする。このような構成を有する振動試験装置では、前記変位応答情報および前記加速度応答情報に基づいて伝達関数を同定しているので、波形再現性（コヒーレンス）が低い周波数域においても正確な伝達関数を同定することができる。
ここで、前記波形再現性とは、ＰＳＤランダム波形と、前記ＰＳＤランダム波形を表す駆動信号を前記アクチュエータに供給したとき得られる加速度応答波形とに基づいて算出されるコヒーレンス値である。
さらに、前記波形再現性が低い周波数域と前記波形再現性が高い周波数域との中間にある周波数域では、前記変位応答情報を使用することにより同定された伝達関数と、前記加速度応答情報を使用することにより同定された伝達関数とに対してそれぞれ相補的な重みづけを与えることにより系の伝達関数を同定することができる。
なお、前記加速度検知手段は、前記供試体の所定位置における加速度に代えて、前記振動台の所定位置における加速度を検知することも可能である。
The vibration test apparatus according to claim 1 is mounted on the vibration table, an actuator that drives the vibration table in accordance with a drive signal, a displacement detection unit that detects a displacement amount of the vibration table, and outputs displacement response information. Acceleration detecting means for detecting acceleration at a predetermined position of the placed specimen and outputting acceleration response information, and using the transfer function identified based on the displacement response information and the acceleration response information, the drive signal And a drive signal correction unit that obtains target acceleration response information , wherein the drive signal correction unit calculates a waveform calculated based on the drive signal and the acceleration response information. In the frequency range where the reproducibility is low, the displacement response information is used to identify the transfer function of the system, and in the frequency range where the waveform reproducibility is high, the acceleration response information is used. When the transfer function of the system is identified by performing a predetermined conversion process on the transfer function of the system calculated based on the displacement response information, the transfer function calculated based on the acceleration displacement information is equivalent. A transfer function is obtained . In the vibration test apparatus having such a configuration, since the transfer function is identified based on the displacement response information and the acceleration response information, an accurate transfer function can be identified even in a frequency range where the waveform reproducibility (coherence) is low. can do.
Here, the waveform reproducibility is a coherence value calculated based on a PSD random waveform and an acceleration response waveform obtained when a drive signal representing the PSD random waveform is supplied to the actuator.
Furthermore, in the frequency range that is intermediate between the frequency range with low waveform reproducibility and the frequency range with high waveform reproducibility, the transfer function identified by using the displacement response information and the acceleration response information are used. The transfer function of the system can be identified by giving complementary weights to the identified transfer function.
The acceleration detecting means can detect the acceleration at a predetermined position of the shaking table in place of the acceleration at the predetermined position of the specimen.
本発明による振動試験装置によれば、全ての加振周波数領域にわたって信頼性が高い伝達関数を得ることができるので、目標波を実現するための適切なアクチュエータ駆動信号を得ることができる。 According to the vibration test apparatus of the present invention, since a transfer function with high reliability can be obtained over all excitation frequency regions, an appropriate actuator drive signal for realizing a target wave can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜実施の形態＞
図１は、本発明を適用した垂直１軸動電型の振動試験装置を示す全体構成図である。この振動試験装置は、振動台１０を加振するアクチュエータ１２と、振動台１０の変位量を計測する変位計１４と、振動台１０に載置されている供試体１６の所定の箇所に取り付けられている加速度計１８と、アクチュエータ１２の制御を行う制御系６０とを備えている。変位計１４からは、帰還信号としての変位信号が出力される。加速度計１８からは、帰還信号としての加速度信号が出力される。
<Embodiment>
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a vertical uniaxial electrodynamic vibration test apparatus to which the present invention is applied. This vibration test apparatus is attached to a predetermined location of an actuator 12 that vibrates the vibration table 10, a displacement meter 14 that measures a displacement amount of the vibration table 10, and a specimen 16 placed on the vibration table 10. The accelerometer 18 and a control system 60 for controlling the actuator 12 are provided. The displacement meter 14 outputs a displacement signal as a feedback signal. The accelerometer 18 outputs an acceleration signal as a feedback signal.
制御系６０には、振動台１０に与える実振動波形に対応した目標波形信号を発生する目標波形信号発生部３０と、後に詳述するＰＳＤ（Power Spectrum Density：パワースペクトル密度）ランダム波形信号発生部３２と、図３および図４のフローチャートに示す処理手順を実行する制御装置４０と、制御装置４０からアクチュエータ駆動信号を送出するためのＤ／Ａ変換器４２および増幅器４４と、加速度計１８から出力された加速度信号を制御装置４０に導入するための加速度アンプ４６およびＡ／Ｄ変換器４８と、変位計１４から出力された変位信号を制御装置４０に導入するための変位アンプ５２およびＡ／Ｄ変換器５４が含まれている。 The control system 60 includes a target waveform signal generator 30 that generates a target waveform signal corresponding to the actual vibration waveform applied to the shaking table 10, and a PSD (Power Spectrum Density) random waveform signal generator that will be described in detail later. 32, a control device 40 for executing the processing procedure shown in the flowcharts of FIGS. 3 and 4, a D / A converter 42 and an amplifier 44 for sending an actuator drive signal from the control device 40, and an output from the accelerometer 18 An acceleration amplifier 46 and an A / D converter 48 for introducing the acceleration signal into the control device 40, and a displacement amplifier 52 and A / D for introducing the displacement signal output from the displacement meter 14 into the control device 40 A converter 54 is included.
ＰＳＤランダム波形信号発生部３２から発生されるＰＳＤランダム波形とは、パワースペクトル値が各周波数成分で所定の値を有し、且つ各周波数成分における位相がランダムな波形をいう。本実施の形態では、ＰＳＤランダム波形のうち、ＤＣ成分を除く全周波数帯域で一定のスペクトル値を有するホワイトノイズ（図５参照）を使用する。 The PSD random waveform generated from the PSD random waveform signal generating unit 32 is a waveform in which the power spectrum value has a predetermined value in each frequency component and the phase in each frequency component is random. In the present embodiment, white noise (see FIG. 5) having a constant spectral value in the entire frequency band excluding the DC component is used in the PSD random waveform.
図２は、制御装置４０をより具体的に示したブロック図である。本図では、本実施の形態に特有な機能を実行するブロックのみを示してある。この制御装置４０は、アクチュエータ１２，振動台１０および供試体１６を含む系の伝達関数（後に、図４を参照して詳述する）を同定する伝達関数演算部４０Ａと、アクチュエータ１２に供給する最初の駆動信号を作成する初期ドライブ波形信号作成部４０Ｂと、アクチュエータ１２に供給する駆動信号を繰り返し補正する（後に詳述する）イタレーション処理部４０Ｃと、サーボアンプを含んだ駆動信号出力部４０Ｄと、加速度信号および変位信号のいずれか一方を応答信号として導入する検出信号選択部４０Ｅとを備えている。 FIG. 2 is a block diagram showing the control device 40 more specifically. In the figure, only blocks that execute functions specific to this embodiment are shown. The control device 40 supplies the actuator 12 with a transfer function calculation unit 40A for identifying a transfer function (described later in detail with reference to FIG. 4) of the system including the actuator 12, the vibration table 10, and the specimen 16. An initial drive waveform signal generation unit 40B that generates an initial drive signal, an iteration processing unit 40C that repeatedly corrects a drive signal supplied to the actuator 12 (described in detail later), and a drive signal output unit 40D that includes a servo amplifier And a detection signal selection unit 40E that introduces either the acceleration signal or the displacement signal as a response signal.
ＰＳＤランダム波形信号発生部３２（図１参照）から発生されるＰＳＤランダム波形信号は、伝達関数演算部４０Ａおよび駆動信号出力部４０Ｄに入力される。目標波形信号発生部３０（図１参照）から発生される目標波形信号は、初期ドライブ波形信号作成部４０Ｂおよびイタレーション処理部４０Ｃに入力される。これらの各要素４０Ａ〜４０Ｅは、図示しないコントローラの制御により、図３および図４のフローチャートに示す手順に従ってそれぞれの処理を実行する。 The PSD random waveform signal generated from the PSD random waveform signal generation unit 32 (see FIG. 1) is input to the transfer function calculation unit 40A and the drive signal output unit 40D. The target waveform signal generated from the target waveform signal generator 30 (see FIG. 1) is input to the initial drive waveform signal generator 40B and the iteration processor 40C. Each of these elements 40A to 40E executes respective processes according to the procedure shown in the flowcharts of FIGS. 3 and 4 under the control of a controller (not shown).
図３は、アクチュエータ１２に供給する駆動信号を逐次補正していく手順を示すフローチャートである。この図３に示す制御手順に従って、上記の各要素４０Ａ〜４０Ｅにおける処理内容を具体的に説明していく。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for sequentially correcting the drive signal supplied to the actuator 12. In accordance with the control procedure shown in FIG. 3, the processing contents in the above-described elements 40A to 40E will be specifically described.
まず、ステップＳ１における伝達関数同定処理について説明する。このステップＳ１では、アクチュエータ１２，振動台１０および供試体１６を含む系の伝達関数を、伝達関数演算部４０Ａにより同定する。基本的には、ＰＳＤランダム波形（ホワイトノイズ）信号を駆動信号出力部４０Ｄからアクチュエータ１２に変位駆動信号として供給し、検出信号選択部４０Ｅから得られた加速度応答信号の波形を検出する。 First, the transfer function identification process in step S1 will be described. In this step S1, the transfer function of the system including the actuator 12, the vibration table 10 and the specimen 16 is identified by the transfer function calculation unit 40A. Basically, a PSD random waveform (white noise) signal is supplied from the drive signal output unit 40D to the actuator 12 as a displacement drive signal, and the waveform of the acceleration response signal obtained from the detection signal selection unit 40E is detected.
いま、変位制御を行うためのＰＳＤランダム波形をＸ（ω）とし、加速度応答波形をＹ（ω）とし、その伝達関数をＴ（ω）とすると、図５に示した説明図から明らかなように、
PSDランダム波形X（ω）×伝達関数T（ω）＝加速度応答波形Y（ω） （式１）
となる。ここで、ω＝２πｆである。したがって、（式１）から
⇔
⇔
（式２）
と変形することができる。この（式２）において、添え字の＊は共役転置行列を表し、指数の−１は逆行列を表している。
Assuming that the PSD random waveform for performing displacement control is X (ω), the acceleration response waveform is Y (ω), and the transfer function is T (ω), it is clear from the explanatory diagram shown in FIG. In addition,
PSD random waveform X (ω) × transfer function T (ω) = acceleration response waveform Y (ω) (Equation 1)
It becomes. Here, ω = 2πf. Therefore, from (Equation 1)
⇔
⇔
(Formula 2)
And can be transformed. In this (Formula 2), the subscript * represents a conjugate transpose matrix, and the exponent -1 represents an inverse matrix.
このようにしてＰＳＤランダム波形Ｘ（ω）から加速度応答波形Ｙ（ω）への伝達関数Ｔ（ω）を得ることができる。本明細書では、この伝達関数のことを「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)と呼ぶ。ここで、ａは加速度（acceleration）を意味する添え字である。 In this way, the transfer function T (ω) from the PSD random waveform X (ω) to the acceleration response waveform Y (ω) can be obtained. In this specification, this transfer function is referred to as “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω). Here, “a” is a subscript meaning acceleration.
ところが、ＰＳＤランダム波形Ｘ（ω）および加速度応答波形Ｙ（ω）により定義される波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）を実際に演算してみると、周波数が低い領域ではコヒーレンスγ２(ω)が１より小さな値を示す。換言すると、加振周波数が低い周波域では、加速度応答波形Ｙ（ω）に信頼性がないことになるので、（式２）により算出された「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)も正確なものでないことが判る。ここで、コヒーレンスγ２(ω)は、次の（式３）により演算する。
γ2=0〜1（0：無相関、1：完全再現） （式３）
Ｘ（ω）：ＰＳＤランダム波形、Ｙ（ω）:応答波形、￣：共役複素数である。
However, when the waveform reproducibility (coherence γ 2 (ω)) defined by the PSD random waveform X (ω) and the acceleration response waveform Y (ω) is actually calculated, the coherence γ 2 ( ω) is smaller than 1. In other words, since the acceleration response waveform Y (ω) is not reliable in the frequency range where the excitation frequency is low, the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) calculated by (Equation 2) is also accurate. It turns out that it is not something. Here, the coherence γ 2 (ω) is calculated by the following (Equation 3).
γ 2 = 0 to 1 (0: no correlation, 1: complete reproduction) (Formula 3)
X (ω): PSD random waveform, Y (ω): response waveform, and ￣: conjugate complex number.
他方、変位制御情報であるＰＳＤランダム波形Ｘ（ω）をアクチュエータ１２に入力したとき、変位計１４から変位応答波形Ｙ（ω）が得られたときの伝達関数を、この明細書では、「変位→変位伝達関数」Td(ω)と呼ぶ。ここで、ｄは変位（displacement）を意味する添え字である。このＰＳＤランダム波形Ｘ（ω）と変位応答波形Ｙ（ω）について、（式３）に基づき波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）を演算してみると、加振周波数が低い周波数域でも、コヒーレンスγ２(ω)はほぼ１であることが判る。換言すると、加振周波数が低い周波数域でも、変位応答波形Ｙ（ω）には十分な信頼性あるので、（式２）により算出された「変位→変位伝達関数」Ｔd(ω)も正確で信頼できることが判る。 On the other hand, when a PSD random waveform X (ω), which is displacement control information, is input to the actuator 12, the transfer function when the displacement response waveform Y (ω) is obtained from the displacement meter 14 is expressed as “displacement”. → Called “displacement transfer function” Td (ω). Here, d is a subscript meaning a displacement. When calculating the waveform reproducibility (coherence γ 2 (ω)) based on (Equation 3) for the PSD random waveform X (ω) and the displacement response waveform Y (ω), even in the frequency range where the excitation frequency is low. It can be seen that the coherence γ 2 (ω) is approximately 1. In other words, since the displacement response waveform Y (ω) is sufficiently reliable even in the frequency range where the excitation frequency is low, the “displacement → displacement transfer function” Td (ω) calculated by (Equation 2) is also accurate. It turns out to be reliable.
図７は、「変位→加速度伝達関数」Ta(ω)を求めるための加速度応答波形、および、「変位→変位伝達関数」Td(ω)を求めるための変位応答波形のそれぞれについて、波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）を演算した一例である。既述の通り、コヒーレンスγ２(ω)＝１では完全再現、コヒーレンスγ２(ω)＝０では無相関である。この演算例では１０Hz以下において、加速度応答波形の波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）が低くなっており、信頼性に欠けていることが判る。その結果として、１０Hz以下で得られる「変位→加速度伝達関数」Ta(ω)は、信頼できない伝達関数であるといえる。 FIG. 7 shows the waveform reproducibility for each of the acceleration response waveform for obtaining “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) and the displacement response waveform for obtaining “displacement → displacement transfer function” Td (ω). This is an example of calculating (coherence γ 2 (ω)). As described above, the coherence γ 2 (ω) = the 1 completely reproducible, are uncorrelated in coherence γ 2 (ω) = 0. In this calculation example, it can be seen that the waveform reproducibility (coherence γ 2 (ω)) of the acceleration response waveform is low at 10 Hz or less and lacks reliability. As a result, “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) obtained at 10 Hz or less can be said to be an unreliable transfer function.
周波数の低い領域では、図１の１８と１６、１０が一体となって動くので、１４で検出された変位信号を加速度換算したものは、１８での加速度値と等しいとみなすことができる。そこで、波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）が低くなる低周波数域では「変位→変位伝達関数」Ｔd(ω)を同定した後に、周知の変位／加速度換算により、「変位→加速度伝達関数」Ta(ω)を算出すればよいことになる。 In the low-frequency region, 18, 16, and 10 in FIG. 1 move as a unit. Therefore, the displacement signal detected at 14 can be regarded as being equal to the acceleration value at 18. Therefore, in the low frequency range where the waveform reproducibility (coherence γ 2 (ω)) is low, “displacement → acceleration transfer function” Td (ω) is identified, and then “displacement → acceleration transfer function” is calculated by known displacement / acceleration conversion. It is sufficient to calculate “Ta (ω)”.
そこで、本実施の形態では、ステップＳ１のサブルーチンとして、図４に示す伝達関数同定ルーチンを実行する。以下、図４の各ステップを説明していく。 Therefore, in the present embodiment, a transfer function identification routine shown in FIG. 4 is executed as a subroutine of step S1. Hereinafter, each step of FIG. 4 will be described.
ステップＳ１０では、「変位→加速度伝達関数」Ta(ω)の信頼性を判定するために、まずＰＳＤランダム波形Ｘ（ω）および加速度応答波形Ｙ（ω）により算出される波形再現性（コヒーレンスγ２(ω)）を（式３）に基づいて演算する。 In step S10, in order to determine the reliability of the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω), first, the waveform reproducibility (coherence γ) calculated from the PSD random waveform X (ω) and the acceleration response waveform Y (ω). 2 (ω)) is calculated based on (Equation 3).
ステップＳ１１では、演算されたコヒーレンスγ２(ω)の大きさを判定する。コヒーレンスγ２(ω)が小さい周波数域では波形再現性が低いことになるので、「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)には信頼性がないことになる。 In step S11, the magnitude of the calculated coherence γ 2 (ω) is determined. Since the waveform reproducibility is low in the frequency range where the coherence γ 2 (ω) is small, the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) is not reliable.
そこでステップＳ１２では、「変位→加速度伝達関数」Ｔ(ω)の波形再現性（コヒーレンスγ２）が低くなる低周波域（０＜ω＜ω１）において「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)を使用せずに、「変位→変位伝達関数」Ｔd(ω)を「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)に変換するために、次の加速度換算演算を行う。
Tconv(ω)＝−ω２・Td(ω) （式４）
このようにして求めた換算値を「加速度換算伝達関数」Ｔconv(ω)と呼ぶ。ここで、convは換算（conversion）を意味する添え字である。
よって、求める伝達関数Ｔ（ω）は、低周波域（０＜ω＜ω１）において、
Ｔ（ω）＝Ｔconv(ω)
＝−ω２・Td(ω) （式５）
となる。図８の破線で示す部分がこの（式５）に対応する。
Therefore, in step S12, “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) in the low frequency range (0 <ω <ω 1 ) where the waveform reproducibility (coherence γ 2 ) of “displacement → acceleration transfer function” T (ω) is low. In order to convert “displacement → displacement transfer function” Td (ω) into “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω), the following acceleration conversion calculation is performed.
Tconv (ω) = − ω 2・ Td (ω) (Formula 4)
The conversion value obtained in this way is called “acceleration conversion transfer function” Tconv (ω). Here, conv is a subscript meaning conversion.
Therefore, the transfer function T (ω) to be obtained is obtained in the low frequency range (0 <ω <ω 1 ).
T (ω) = Tconv (ω)
= −ω 2・ Td (ω) (Formula 5)
It becomes. A portion indicated by a broken line in FIG. 8 corresponds to (Equation 5).
一方、コヒーレンスγ２(ω)が大きくなる高周波域（ω２＜ω）では波形再現性が高いので、「変位→加速度伝達関数」Ta(ω)をそのまま信頼性ある伝達関数Ｔ（ω）として使用することができる。そこで、ステップＳ１４では、高周波域（ω２＜ω）において、
Ｔ（ω）＝Ｔa（ω） （式６）
とする。図８の２点鎖線で示す部分がこの（式６）に対応する。
On the other hand, since the waveform reproducibility is high in the high frequency region (ω 2 <ω) where the coherence γ 2 (ω) increases, the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) is directly used as the reliable transfer function T (ω). Can be used. Therefore, in step S14, in the high frequency region (ω 2 <ω),
T (ω) = Ta (ω) (Formula 6)
And A portion indicated by a two-dot chain line in FIG. 8 corresponds to (Equation 6).
上述した低周波域と高周波域の間にある中間周波域（ω１＜ω＜ω２）については、ステップＳ１３に示す演算を行う。すなわち、「加速度換算伝達関数」Ｔconv(ω)と「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)の両方を相補的に合成することにより、次式の「合成伝達関数」Ｔc(ω)を求め、Ｔ(ω)＝「合成伝達関数」Ｔc(ω）とする。
Ｔc(ω)＝Ｔconv(ω)×α(ω)＋Ｔa(ω)×（１−α(ω)） （式７）
ここで、α（ω）は、周波数に依存して１〜０の値をとる係数である。図８の実線で示す部分がこの（式７）に対応する。
For the intermediate frequency range (ω 1 <ω <ω 2 ) between the low frequency range and the high frequency range described above, the calculation shown in step S13 is performed. That is, by complimentarily synthesizing both the “acceleration conversion transfer function” Tconv (ω) and the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω), a “synthetic transfer function” Tc (ω) of the following equation is obtained, Let T (ω) = “composite transfer function” Tc (ω).
Tc (ω) = Tconv (ω) × α (ω) + Ta (ω) × (1−α (ω)) (Formula 7)
Here, α (ω) is a coefficient that takes a value of 1 to 0 depending on the frequency. A portion indicated by a solid line in FIG. 8 corresponds to (Equation 7).
一例として、次の（式８）で定義される関数をα（ω）として用いことにより、「合成伝達関数」Ｔc(ω）を算出することができる。
ここで、ａ＝ω１、ｂ＝ω２である。
Here, a = ω 1 and b = ω 2 .
図９は、「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)および「加速度換算伝達関数」Ｔconv(ω)を強度と位相とに分けて例示した線図である。本図によれば、１０Hz以下において、「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)の強度および位相が共に大きく乱れていることが判る。そこで図１０に示すように、加速度応答波形のコヒーレンスγ２(ω)が所定値（例えば、０．９８）となる周波数近辺（例えば、１４ヘルツ前後）においては、ステップＳ１３に基づいて「合成伝達関数」Ｔc(ω）を算出することにより、滑らかな曲線を得ている。また、上記周波数近辺より低い周波数域ではステップＳ１２に基づいて、上記周波数近辺より高い周波数域ではステップＳ１４に基づいて伝達関数Ｔ（ω）を得ている。 FIG. 9 is a diagram illustrating the “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) and the “acceleration conversion transfer function” Tconv (ω) divided into intensity and phase. According to this figure, it can be seen that the intensity and phase of “displacement → acceleration transfer function” Ta (ω) are greatly disturbed at 10 Hz or less. Therefore, as shown in FIG. 10, in the vicinity of the frequency (for example, around 14 hertz) where the coherence γ 2 (ω) of the acceleration response waveform becomes a predetermined value (for example, 0.98), “combined transmission” is performed based on step S13. By calculating the function “Tc (ω), a smooth curve is obtained. Further, the transfer function T (ω) is obtained based on Step S12 in the frequency range lower than the vicinity of the frequency and based on Step S14 in the frequency range higher than the vicinity of the frequency.
図４に示す伝達関数同定ルーチンが終了すると、図３のステップＳ２にリターンする。ステップＳ２では、初期ドライブ波形信号作成部４０Ｂにより、アクチュエータ１２に最初に供給する駆動信号（以下、初期ドライブ波形信号という）ｄ０（ω）を生成する。
図６は、この初期ドライブ波形信号を得るための演算過程を示した説明図である。この図６において、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）は離散フーリエ変換処理を、ｉＤＦＴ（inverse Discrete Fourier Transform）は逆離散フーリエ変換処理を示している。すなわち、図６の上方は時間領域の信号波形を、図６の下方は周波数領域の信号波形を模式的に示している。
When the transfer function identification routine shown in FIG. 4 ends, the process returns to step S2 in FIG. In step S2, a drive signal (hereinafter referred to as an initial drive waveform signal) d 0 (ω) that is first supplied to the actuator 12 is generated by the initial drive waveform signal creation unit 40B.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a calculation process for obtaining the initial drive waveform signal. In FIG. 6, DFT (Discrete Fourier Transform) indicates discrete Fourier transform processing, and iDFT (inverse Discrete Fourier Transform) indicates inverse discrete Fourier transform processing. That is, the upper part of FIG. 6 schematically shows the signal waveform in the time domain, and the lower part of FIG. 6 schematically shows the signal waveform in the frequency domain.
伝達関数Ｔ（ω）は上記のステップＳ１で既に求めてあるので、その逆伝達関数Ｔ−１（ω）および目標波形信号ｔ（ω）を利用することにより、初期ドライブ波形信号ｄ０（ω）を次式により求める。
ｄ０（ω）＝Ｔ−１（ω）・ｔ（ω） （式９）
Since the transfer function T (ω) has already been obtained in step S1, the initial drive waveform signal d 0 (ω is obtained by using the inverse transfer function T −1 (ω) and the target waveform signal t (ω). ) Is obtained by the following equation.
d 0 (ω) = T −1 (ω) · t (ω) (Formula 9)
このようにして生成された初期ドライブ波形信号ｄ０（ω）は逆離散フーリエ変換されて時間軸信号に変換され、駆動信号出力部４０Ｄを介してアクチュエータ１２に供給される。そして、最初の駆動信号に対応した加速度信号が最初の応答信号として検出信号選択部４０Ｅに戻ってくる。最初の応答信号は、イタレーション部４０Ｃに入力される。イタレーション処理部４０Ｃに入力された最初の応答信号については、ステップＳ４における最初の駆動信号補正処理（すなわち、１番目のイタレーション処理）が行われる。換言すると、ステップＳ４では最初の応答信号に基づいて、次のドライブ波形信号ｄ１（ω）を次式により生成する。
ｄｉ（ω）＝ｄｉ−１（ω）＋Ｔ−１（ω）ｋδｉ−１（ω） （式１０）
ここで、δは目標波形信号とイタレーションｉ番目の応答信号との偏差であり、ｋは補正倍率である。
The initial drive waveform signal d 0 (ω) generated in this way is subjected to inverse discrete Fourier transform to be converted into a time axis signal, and is supplied to the actuator 12 via the drive signal output unit 40D. Then, the acceleration signal corresponding to the first drive signal returns to the detection signal selection unit 40E as the first response signal. The first response signal is input to the iteration unit 40C. For the first response signal input to the iteration processing unit 40C, the first drive signal correction process (that is, the first iteration process) in step S4 is performed. In other words, in step S4, the next drive waveform signal d 1 (ω) is generated by the following equation based on the first response signal.
d i (ω) = d i−1 (ω) + T −1 (ω) kδ i−1 (ω) (Equation 10)
Here, δ is a deviation between the target waveform signal and the i-th response signal for iteration, and k is a correction magnification.
（式１０）から明らかなように、ドライブ波形信号自体をイタレーション処理（すなわち、繰り返し駆動信号補正）の度に変化させることにより、目標波形信号に含まれていない周波数成分までも補正することができる。例えば目標波信号に重畳した高周波ノイズ等を抑えることが可能である。 As apparent from (Equation 10), the drive waveform signal itself is changed every time the iteration processing (that is, repeated drive signal correction) is performed, so that even frequency components not included in the target waveform signal can be corrected. it can. For example, high-frequency noise superimposed on the target wave signal can be suppressed.
イタレーション処理部４０Ｃから出力されたドライブ波形信号ｄ１（ω）は駆動信号出力部４０Ｇに送られ、補正された駆動信号がアクチュエータ１２に供給される。その結果として得られた応答信号は、再びイタレーション部４０Ｃに入力され、次式に示す平均自乗誤差（ＲＭＳ：Root Mean Square）が計算される。ドライブ波形信号ｄ１（ω）の応答信号について、（式１１）の計算結果をＳ１とする。
イタレーション処理部４０Ｃには、初期ドライブ波形信号ｄ０（ω）に対する応答信号も入力されているので、（式１１）による計算を行い、その計算結果をＳ０とする。そして、ドライブ波形信号ｄ１（ω）の応答信号についての計算結果Ｓ１と、この計算結果をＳ０とを比較する。比較の結果がＳ１＜Ｓ０であれば、イタレーション処理による駆動信号補正が有効であったことになるので、Ｓ１＜Ｓ０であることをイタレーション処理部４０Ｃに知らせて２番目以降のイタレーション処理を順次行う。 Since the response signal to the initial drive waveform signal d 0 (ω) is also input to the iteration processing unit 40C, the calculation according to (Equation 11) is performed, and the calculation result is set to S 0 . Then, the calculation result S 1 for the response signal of the drive waveform signal d 1 (ω) is compared with the calculation result S 0 . If the result of the comparison is S 1 <S 0 , the drive signal correction by the iteration process is effective, so that the iteration processing unit 40C is notified that S 1 <S 0 and the second and subsequent ones. The iteration process is sequentially performed.
ステップＳ６においてＳｉ＜Ｓｉ−１でないこと（ＮＯ）が判定された場合には、もはやイタレーション処理を継続したとしても応答信号が目標波形信号に近づかないので、イタレーション処理を終了する。 If it is determined in step S6 that S i <S i−1 is not satisfied (NO), the response signal does not approach the target waveform signal even if the iteration process is continued, and the iteration process is terminated.
＜本実施の形態による作用・効果＞
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。
（１）駆動信号に応じて振動台１０を駆動するアクチュエータ１２と、振動台１０の変位量を検知し変位信号を出力する変位計１４と、振動台１０に載置されている供試体１６の所定位置における加速度を検知して加速度信号を出力する加速度計１８と、上記の変位信号と加速度信号の両方に基づいて同定された伝達関数Ｔ（ω）を用いることにより駆動信号を繰り返し補正し、目標とする加速度信号を得る制御装置４０とを備えているので、全ての周波数域にわたって正確な伝達関数を求めることができる。その結果として、その後のイタレーション処理によりアクチュエータの駆動信号を繰り返し補正することにより、適切な駆動信号に収束させることができる。
<Operations and effects according to this embodiment>
According to the present embodiment, the following actions and effects can be achieved.
(1) An actuator 12 that drives the vibration table 10 according to the drive signal, a displacement meter 14 that detects the amount of displacement of the vibration table 10 and outputs a displacement signal, and the specimen 16 placed on the vibration table 10 The driving signal is repeatedly corrected by using the accelerometer 18 that detects acceleration at a predetermined position and outputs an acceleration signal, and the transfer function T (ω) identified based on both the displacement signal and the acceleration signal. Since the control device 40 for obtaining the target acceleration signal is provided, an accurate transfer function can be obtained over the entire frequency range. As a result, it is possible to converge to an appropriate drive signal by repeatedly correcting the drive signal of the actuator by subsequent iteration processing.
（２）制御装置４０はイタレーション処理部４０Ｃを備えており、駆動信号および加速信号に基づいて算出される波形再現性（コヒーレンス）が低い周波数域（０＜ω＜ω１）では変位信号を使用することにより伝達関数Ｔ（ω）を換算演算し、上記の波形再現性（コヒーレンス）が高い周波数域（ω２＜ω）では加速度信号を使用することにより伝達関数Ｔ（ω）を決定するので、使用する加速度計の特性および供試体の特性に応じた伝達関数Ｔ（ω）を的確に同定することができる。 (2) The control device 40 includes an iteration processing unit 40C, and in the frequency range where the waveform reproducibility (coherence) calculated based on the drive signal and the acceleration signal is low (0 <ω <ω 1 ), the displacement signal is output. The transfer function T (ω) is converted by using it, and the transfer function T (ω) is determined by using the acceleration signal in the frequency range (ω 2 <ω) where the waveform reproducibility (coherence) is high. Therefore, it is possible to accurately identify the transfer function T (ω) corresponding to the characteristics of the accelerometer used and the characteristics of the specimen.
（３）上記の波形再現性（コヒーレンス）は、ＰＳＤランダム波形と、そのＰＳＤランダム波形を表す駆動信号をアクチュエータ１２に供給したとき得られる加速度信号とに基づいて算出されるコヒーレンス値であるので、コヒーレンス演算プログラムを予め用意しておくことにより、伝達関数Ｔ（ω）を同定するための切替周波数（ω１，ω２）を誤りなく決定することができる。 (3) The above waveform reproducibility (coherence) is a coherence value calculated based on a PSD random waveform and an acceleration signal obtained when a drive signal representing the PSD random waveform is supplied to the actuator 12. By preparing a coherence calculation program in advance, the switching frequency (ω 1 , ω 2 ) for identifying the transfer function T (ω) can be determined without error.
（４）さらに、上記の波形再現性（コヒーレンス）が低い周波数域（０＜ω＜ω１）と波形再現性が高い周波数域（ω２＜ω）との中間にある周波数域（ω１＜ω＜ω２）では、加速度換算伝達関数」Ｔconv(ω)と、「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)とに対してそれぞれ相補的な重みづけを与えることにより合成伝達関数Ｔc（ω）を得ることができる。その結果として、各周波数域のわたって滑らかな伝達関数を得ることができる。 (4) Furthermore, a frequency range (ω 1 <<) between the frequency range where the waveform reproducibility (coherence) is low (0 <ω <ω 1 ) and the frequency range where the waveform reproducibility is high (ω 2 <ω). When ω <ω 2 ), the combined transfer function Tc (ω) is obtained by giving complementary weights to the acceleration conversion transfer function “Tconv (ω) and“ displacement → acceleration transfer function ”Ta (ω). Can be obtained. As a result, a smooth transfer function can be obtained over each frequency range.
（５）制御装置４０では、変位信号に基づく「変位→変位伝達関数」Td(ω)を単に−ω２倍すれば「変位→加速度伝達関数」Ｔa(ω)に換算することができるので、変位波形再現性が高い低周波域を有効に利用することができる。その結果として、正確な伝達関数の同定およびイタレーション処理の適正化を図ることができる。 In (5) the control unit 40, it is possible to convert to it based on the displacement signal "displacement → displacement transfer function" Td to (omega) simply - [omega] 2 multiplied by "displacement → acceleration transfer function" Ta (omega), The low frequency range with high reproducibility of the displacement waveform can be used effectively. As a result, accurate transfer function identification and iteration processing can be optimized.
＜その他の変形例＞
（１）これまで説明してきた加速度計１８は、供試体１６上の測定したい位置に載置することを前提としてきたが、振動試験の用途に応じて、振動台の所定位置（例えば、供試体のすぐ近く）に置くことも可能である。
<Other variations>
(1) Although the accelerometer 18 described so far has been assumed to be placed on a position to be measured on the specimen 16, a predetermined position of the shaking table (for example, the specimen) It is also possible to place it in the immediate vicinity.
（２）図２に示した制御装置４０は、伝達関数演算部４０Ａ，初期ドライブ波形信号作成部４０Ｂ，イタレーション処理部４０Ｃ，駆動信号出力部４０Ｄ，検出信号選択部４０Ｅを独立した機能ブロックとして備えているが、一つのコンピュータおよび周辺装置により実現し得ることは勿論である。 (2) The control device 40 shown in FIG. 2 includes a transfer function calculation unit 40A, an initial drive waveform signal creation unit 40B, an iteration processing unit 40C, a drive signal output unit 40D, and a detection signal selection unit 40E as independent function blocks. Of course, it can be realized by one computer and a peripheral device.
（３）図１に示した振動試験装置は、垂直１軸の振動試験装置を示してあるが、水平１軸振動試験装置とすることも可能である。さらに、加振軸を２軸・３軸とすることにより、水平２軸振動試験装置、水平垂直同時３軸振動試験装置などを構成することも可能である。 (3) Although the vibration test apparatus shown in FIG. 1 is a vertical uniaxial vibration test apparatus, it may be a horizontal uniaxial vibration test apparatus. Furthermore, it is possible to configure a horizontal biaxial vibration test apparatus, a horizontal / vertical simultaneous three-axis vibration test apparatus, etc. by using two or three excitation axes.
（４）これまで説明してきた実施の形態では、アクチュエータ１２として電磁アクチュエータを用いているが、電磁アクチュエータの替わりに油圧アクチュエータを用いる場合には、サーボ弁（図示せず）に駆動信号を入力すればよい。すなわち、動電型振動試験装置によれば、電磁力で駆動されるアクチュエータによって高い振動周波数と大きな加速度が得られるので、電子機器・電気製品・各種の電気部品および機械部品・機械製品の振動試験を行うことができる。他方、油圧サーボ式の振動試験機によれば、応答性に優れたサーボ弁を介して大きな油圧エネルギーを発生させることにより、大加振力を伴った加速度試験を行うことにより、試験用途の更なる拡大を図ることができる。 (4) In the embodiments described so far, an electromagnetic actuator is used as the actuator 12. However, when a hydraulic actuator is used instead of the electromagnetic actuator, a drive signal is input to a servo valve (not shown). That's fine. That is, according to the electrodynamic vibration test apparatus, high vibration frequency and large acceleration can be obtained by an actuator driven by electromagnetic force, so vibration testing of electronic equipment / electric products / various electrical components and mechanical / mechanical products It can be performed. On the other hand, according to a hydraulic servo type vibration testing machine, by generating a large hydraulic energy through a servo valve with excellent responsiveness, an acceleration test with a large excitation force is performed, thereby further improving the test application. Can be expanded.
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications unless the features of the present invention are impaired.
It is also possible to combine the embodiment and one of the modified examples, or to combine the embodiment and a plurality of modified examples.
It is possible to combine the modified examples in any way.
Furthermore, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
１０ 振動台
１２ アクチュエータ
１４ 変位計
１６ 供試体
１８ 加速度計
３０ 目標波形信号発生部
３２ ＰＳＤランダム波形信号発生部
４０ 制御装置
４０Ａ 伝達関数演算部
４０Ｂ 初期ドライブ波形信号作成部
４０Ｃ イタレーション処理部
４０Ｄ 駆動信号出力部
４０Ｅ 検出信号選択部
６０制御系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shaking table 12 Actuator 14 Displacement meter 16 Specimen 18 Accelerometer 30 Target waveform signal generation part 32 PSD random waveform signal generation part 40 Controller 40A Transfer function calculation part 40B Initial drive waveform signal creation part 40C Iteration processing part 40D Drive signal Output unit 40E Detection signal selection unit 60 control system
Claims (4)
前記振動台の変位量を検知し、変位応答情報を出力する変位検知手段と、
前記振動台に載置されている供試体の所定位置における加速度を検知し、加速度応答情報を出力する加速度検知手段と、
前記変位応答情報および前記加速度応答情報に基づいて同定された伝達関数を用いることにより前記駆動信号を繰り返し補正し、目標とする加速度応答情報を得る駆動信号補正部とを備えた振動試験装置であって、
前記駆動信号補正部は、
前記駆動信号および前記加速度応答情報に基づいて算出される波形再現性が低い周波数域では前記変位応答情報を使用することにより系の伝達関数を同定し、前記波形再現性が高い周波数域では前記加速度応答情報を使用することにより系の伝達関数を同定するに際して、前記変位応答情報に基づいて算出された系の伝達関数に所定の換算処理を施すことにより、加速度変位情報に基づいて算出された伝達関数と等価な伝達関数を得る、ことを特徴とする振動試験装置。 An actuator that drives the shaking table in response to a drive signal;
Displacement detecting means for detecting a displacement amount of the shaking table and outputting displacement response information;
Acceleration detecting means for detecting acceleration at a predetermined position of the specimen placed on the shaking table and outputting acceleration response information;
The vibration test apparatus includes a drive signal correction unit that repeatedly corrects the drive signal by using a transfer function identified based on the displacement response information and the acceleration response information to obtain target acceleration response information. And
The drive signal correction unit is
In the frequency range where the waveform reproducibility calculated based on the drive signal and the acceleration response information is low, the displacement response information is used to identify the transfer function of the system, and in the frequency range where the waveform reproducibility is high, the acceleration When identifying the transfer function of the system by using the response information, the transfer calculated based on the acceleration displacement information is performed by applying a predetermined conversion process to the transfer function of the system calculated based on the displacement response information. A vibration test apparatus characterized by obtaining a transfer function equivalent to a function .
前記波形再現性は、
ＰＳＤランダム波形と、前記ＰＳＤランダム波形を表す駆動信号を前記アクチュエータに供給したとき得られる加速度応答波形とに基づいて算出されるコヒーレンス値であることを特徴とする振動試験装置。 The vibration test apparatus according to claim 1 ,
The waveform reproducibility is
A vibration test apparatus characterized by a coherence value calculated based on a PSD random waveform and an acceleration response waveform obtained when a drive signal representing the PSD random waveform is supplied to the actuator.
前記駆動信号補正部は、
前記波形再現性が低い周波数域と前記波形再現性が高い周波数域との中間にある周波数域では、前記変位応答情報を使用することにより同定された伝達関数と、前記加速度応答情報を使用することにより同定された伝達関数とに対してそれぞれ相補的な重みづけを与えることにより系の伝達関数を同定することを特徴とする振動試験装置。 The vibration test apparatus according to claim 1 or 2 ,
The drive signal correction unit is
In the frequency range that is intermediate between the frequency range where the waveform reproducibility is low and the frequency range where the waveform reproducibility is high, the transfer function identified by using the displacement response information and the acceleration response information are used. A vibration test apparatus for identifying a transfer function of a system by giving complementary weights to the transfer function identified by (1).
前記加速度検知手段は、
前記供試体の所定位置における加速度に代えて、前記振動台の所定位置における加速度を検知することを特徴とする振動試験装置。
In the vibration testing apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
The acceleration detecting means includes
Instead of acceleration at a predetermined position of the specimen, an acceleration at a predetermined position of the shaking table is detected.
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