JPH11201888A - Method and device for adjusting response characteristics of servo type material-testing machine - Google Patents
Method and device for adjusting response characteristics of servo type material-testing machineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はサーボ方式の材料試
験機の応答特性を調整するサーボ式材料試験機の応答特
性調整方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for adjusting the response characteristics of a servo-type material testing machine for adjusting the response characteristics of a servo-type material testing machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】材料試験機において応答特性を決める前
向き伝達関数のゲイン調整は、材料試験機の安定性を左
右する重要な作業である。このゲインが比例ゲインＫｐ
である場合、これを大きくすると不安定発振現象を生
じ、また小さくすると応答性が下がり入力加振信号に追
従しなくなるが、このＫｐ値には、各材料試験機に最適
な固有値がある。2. Description of the Related Art Adjustment of the gain of a forward transfer function that determines response characteristics in a material testing machine is an important operation that affects the stability of the material testing machine. This gain is proportional gain Kp
In the case of, when this is increased, the unstable oscillation phenomenon occurs, and when it is decreased, the response decreases and the input excitation signal cannot be followed. However, this Kp value has an optimum eigenvalue for each material testing machine.
【０００３】従来、このＫｐ値の調整は、試験を開始す
る以前にシステムを仮運転し、入力と出力の関係を観察
して最適固有値を求めることによって行っている。な
お、Ｋｐは閉ループ伝達関数のパラメータの一つであ
り、閉ループの中に含まれる試料の静的特性や動的特性
にも関係しているので、試料を取り付けた後に仮運転に
より最適値の計測を行っている。Conventionally, the adjustment of the Kp value is performed by temporarily operating the system before starting the test, observing the relationship between input and output, and finding the optimum eigenvalue. Note that Kp is one of the parameters of the closed loop transfer function and is related to the static and dynamic characteristics of the sample included in the closed loop. It is carried out.
【０００４】図３は標準的な荷重制御閉ループ材料試験
機の構成例を示し、同図において、１はサーボ弁（Ｓ／
Ｖ）１１と、シリンダ１２と、ピストンロット１３とを
有する電気油圧式の加振アクチュエータである。アクチ
ュエータ１はシリンダ１２内にＳ／Ｖ１１を介して供給
される圧油によってピストンロット１３が作動されるよ
うになっている。Ｓ／Ｖ１１は、これに印加される作動
信号の極性と大きさによって、弁開の方向と弁開度が調
整されるとともに、弁を通じて圧油を供給するシリンダ
１２のシリンダ室が決定される。このことによって、ピ
ストンロット１３が作動信号の極性に応じた方向に大き
さに応じた速度で移動されるようになる。FIG. 3 shows an example of the configuration of a standard load control closed-loop material testing machine. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a servo valve (S /
V) An electro-hydraulic vibration actuator having 11, a cylinder 12, and a piston lot 13. In the actuator 1, the piston lot 13 is operated by pressure oil supplied into the cylinder 12 via the S / V 11. The S / V 11 adjusts the direction of valve opening and the degree of valve opening according to the polarity and magnitude of the operation signal applied thereto, and determines the cylinder chamber of the cylinder 12 that supplies pressure oil through the valve. As a result, the piston lot 13 is moved at a speed corresponding to the magnitude in a direction corresponding to the polarity of the operation signal.
【０００５】２は一端がピストンロット１３の下側の先
端に連結され、他端がロードセル（Ｌ／Ｃ）３を介して
固定された試料（ＴＰ）である。Ｌ／Ｃ３はピストンロ
ット１３によってＴＰ２に加えられる荷重を検知し、荷
重の大きさに応じた大きさの荷重検知信号を発生する。[0005] Reference numeral 2 denotes a sample (TP) having one end connected to the lower end of the piston lot 13 and the other end fixed via a load cell (L / C) 3. L / C3 detects the load applied to TP2 by piston lot 13 and generates a load detection signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the load.
【０００６】４はＴＰ２に加えるべき時間と共に変化す
る荷重の目標値を定める荷重目標信号を発生する関数発
生器であり、この関数発生器４からの荷重目標信号は、
反転入力にＬ／Ｃ３からの荷重検知信号がセンサアンプ
５を介して印加されている加算点６の非反転入力に印加
されている。加算点６は、荷重目標信号と荷重検知信号
との差をとって偏差信号として出力し、これをサーボア
ンプ７を介して加振アクチュエータ１のＳ／Ｖ１１に作
動信号として印加し、入力信号である荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）と出力信号である荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）とが等
しくなって、偏差信号が０になるような荷重をＴＰ２に
加えるように加振アクチュエータ１を作動させる。サー
ボアンプ７は、前向きゲインとして調整可能な比例ゲイ
ンＫｐを有している。Reference numeral 4 denotes a function generator for generating a load target signal that determines a target value of the load that changes with time to be applied to TP2. The load target signal from the function generator 4 is:
A load detection signal from the L / C 3 is applied to the non-inverting input of the addition point 6 which is applied via the sensor amplifier 5 to the inverting input. The addition point 6 calculates the difference between the load target signal and the load detection signal and outputs it as a deviation signal. The deviation signal is applied to the S / V 11 of the vibration actuator 1 via the servo amplifier 7 as an operation signal. A certain load target signal Ei
The vibration actuator 1 is operated so that (t) becomes equal to the load detection signal Eo (t) as an output signal, and a load is applied to TP2 such that the deviation signal becomes zero. The servo amplifier 7 has a proportional gain Kp that can be adjusted as a forward gain.
【０００７】上記閉ループ材料試験機は、Ｓ／Ｖ１１と
加振アクチュエータ１とＴＰ２とは時間関数を有する
が、一般には、ＴＰ２の性質上、閉ループ伝達関数全体
を左右する時間関数を持つ要素はＳ／Ｖ１１と加振アク
チュエータ１であってＴＰ２についての時間関数は実際
上無視できるという前提でＫｐの調整が行われているに
過ぎない。In the closed-loop material testing machine, the S / V 11 and the vibration actuators 1 and TP2 have a time function. However, due to the nature of TP2, the element having a time function that affects the entire closed-loop transfer function is generally S. The adjustment of Kp is merely performed on the premise that the time function of / V11 and the vibration actuator 1 and TP2 is practically negligible.
【０００８】ところで、一般的なＫｐの調整方法とし
て、材料試験機への入力信号である荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）に広い周波数スペクトルをもつ図４（ｄ）に示す
ような矩形波信号を用い、この荷重目標信号の入力に対
する出力信号である荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）の波形を観
測することによって決定するものがある。この場合、観
測の結果得られる荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）の波形が図４
（ａ）に示すような波形であるとき、Ｋｐが大きすぎ不
安定性が増大していると判断し、図４（ｃ）に示すよう
な波形のときには、Ｋｐが小さすぎると判断し、図４
（ｂ）に示すような波形のときにはＫｐが最適な大きさ
であると判断することになる。上述した荷重検知信号Ｅ
ｏ（ｔ）の波形を観測して行う調整は単純明快で現場で
の調整に適している。As a general method of adjusting Kp, a load target signal Ei, which is an input signal to a material testing machine, is used.
4 (d) having a wide frequency spectrum as shown in FIG. 4 (d), and determined by observing the waveform of a load detection signal Eo (t) which is an output signal corresponding to the input of the load target signal. There is something to do. In this case, the waveform of the load detection signal Eo (t) obtained as a result of the observation is shown in FIG.
When the waveform is as shown in FIG. 4A, it is determined that Kp is too large and the instability is increased. When the waveform is as shown in FIG. 4C, it is determined that Kp is too small.
In the case of the waveform as shown in (b), it is determined that Kp is the optimal size. The load detection signal E described above
The adjustment performed by observing the waveform of o (t) is simple and clear, and is suitable for on-site adjustment.
【０００９】他のＫｐの調整方法として、入力信号であ
る荷重目標信号Ｅｉ（ｓ）と出力信号である荷重検知信
号Ｅｏ（ｓ）とによって表現した図５に示す標準的な材
料試験機の応答特性を利用するものがある。この方法で
は、正弦波を入力に印加したときに出力に出現する波形
の振幅を観察し、各周波数毎に振幅を求め、図５の最適
曲線になるようにＫｐを操作して最適値に固定する。振
幅を観測する方法が一般的であるが、位相で観測する方
法もある。なお、位相で観測するには、予め最適Ｋｐの
ときの位相値を控えておき、その値に合わせることで調
整することになる。この図５の最適曲線を使用して行う
調整方法は、簡単で実用的であり広く使われている手法
である。As another method of adjusting Kp, the response of a standard material testing machine shown in FIG. 5 represented by a load target signal Ei (s) as an input signal and a load detection signal Eo (s) as an output signal. Some use characteristics. In this method, the amplitude of a waveform appearing on the output when a sine wave is applied to the input is observed, the amplitude is obtained for each frequency, and Kp is manipulated so that the optimum curve of FIG. I do. The method of observing the amplitude is generally used, but the method of observing the phase is also available. In order to observe the phase, the phase value at the time of the optimal Kp is recorded in advance, and the phase value is adjusted by adjusting to the value. The adjustment method performed using the optimum curve in FIG. 5 is a simple, practical, and widely used method.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した荷重
検知信号Ｅｏ（ｔ）の波形を観測して行う調整は過大な
振幅で加振するとＴＰに損傷を生じさせる危険がある。
また、波形の立ち上がりと立ち下がり時に、Ｓ／Ｖ１１
への信号値が大きくなり、Ｓ／Ｖ１１内部の油圧系を含
めた機械系に過大な負荷を与える危険がある他、飽和現
象により正常な閉ループを形成できなくなって観測した
波形からＫｐ値を決定することができなくなる危険もあ
る。そこで、できるだけ小さな荷重目標信号で計測する
ことになるが、このようにすると、Ｓ／Ｖ１１及び機械
系のもつ非線形性のためＫｐが小さくても、荷重検知信
号Ｅｏ（ｔ）で観測すると、トランジェント特性を示す
ことがあり、波形観測からＫｐを調整するには経験が必
要であった。However, the adjustment performed by observing the waveform of the load detection signal Eo (t) described above may cause damage to the TP if the vibration is applied with an excessive amplitude.
Also, when the waveform rises and falls, S / V11
Signal value increases, and there is a danger that an excessive load will be applied to the mechanical system including the hydraulic system inside the S / V11, and a normal closed loop cannot be formed due to the saturation phenomenon, and the Kp value is determined from the observed waveform. There is also a danger of not being able to do so. Therefore, the measurement is performed with the load target signal as small as possible. In this case, even if Kp is small due to the nonlinearity of the S / V 11 and the mechanical system, when the load detection signal Eo (t) is used to observe the transient, In some cases, characteristics are shown, and experience was required to adjust Kp from waveform observation.
【００１１】また、図５の最適曲線を使用して行う調整
方法では、観測において周波数掃引が必要であることの
他、信号は正弦波でなければならないなどの制約があ
る。In addition, the adjustment method using the optimum curve shown in FIG. 5 has a restriction that a frequency sweep is required for observation and that a signal must be a sine wave.
【００１２】何れにしても、上述した従来の調整方法で
は、運転前に前向きゲインであるＫｐを一度調整した後
は、運転中調整が行われることはなく、運転中にリアル
タイムで前向きゲインの調整を行うことはできるように
はなっていなかった。In any case, in the conventional adjusting method described above, once the forward gain Kp is adjusted before the operation, the adjustment during the operation is not performed, and the adjustment of the forward gain is performed in real time during the operation. Couldn't be done.
【００１３】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、運転中にもリアルタイムで前向きゲインを調整で
きるようにしたサーボ式材料試験機の応答特性調整方法
及び装置を提供することを課題としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus for adjusting a response characteristic of a servo-type material testing machine which can adjust a forward gain in real time even during operation. I have.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明により成された請求項１に記載のサーボ式材料試
験機の応答特性調整方法は、加振アクチュエータにより
試験材料である試料に加えた加振を検知してセンサが発
生する検知信号と、前記試料に加える加振の目標値を示
す目標信号との差を求めて偏差信号を得、前向きゲイン
を有するゲイン手段を介して前記偏差信号を前記加振ア
クチュエータに加え、前記差が０になるように前記加振
アクチュエータを作動するサーボ式材料試験機の応答特
性を前記前向きゲインを変更して調整する応答特性調整
方法において、前記前向きゲインを最適値に設定した状
態で前記サーボ式材料試験機を作動したときの目標信号
を適応フィルタに入力し、このとき前記適応フィルタの
出力に得られる周波数伝達関数に応じた信号と、このと
き前記サーボ式材料試験機において得られる前記検知信
号とが等しくなるように自動調整した前記適応フィルタ
の周波数伝達関数の各項の重み係数によって前記サーボ
式材料試験機の応答特性を同定し、該同定によって得た
前記重み係数をオブザーバ係数として予め記憶してお
き、その後の試験時に自動調整される前記適応フィルタ
の重み係数と前記オブザーバ係数との各項毎の差の和が
最小になるように前記ゲイン手段の前向きゲインを自動
調整するようにしたことを特徴とするサーボ式材料試験
機の応答特性調整方法に存する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a response characteristic of a servo-type material testing machine, comprising the steps of: A difference signal is obtained by detecting a difference between a detection signal generated by the sensor when the vibration is detected and a target signal indicating a target value of the vibration applied to the sample, and the deviation is obtained through gain means having a forward gain. A response characteristic adjusting method for adjusting a response characteristic of a servo-type material testing machine that operates the excitation actuator so that the difference becomes zero by changing the forward gain so that the difference becomes zero. A target signal when the servo-type material testing machine is operated with the gain set to the optimum value is input to the adaptive filter, and the frequency obtained at the output of the adaptive filter at this time is input to the adaptive filter. The signal according to the number transfer function and the detection signal obtained by the servo-type material testing machine at this time are automatically adjusted so that the detection signal obtained by the servo-type material tester becomes equal. The response characteristic of the tester is identified, the weighting factor obtained by the identification is stored in advance as an observer coefficient, and the weighting factor of the adaptive filter and the observer coefficient which are automatically adjusted at the time of a subsequent test are defined for each term. And a response characteristic adjusting method for the servo-type material testing machine, wherein the forward gain of the gain means is automatically adjusted so that the sum of the differences becomes minimum.
【００１５】上記方法により、前向きゲインを最適値に
設定した状態でサーボ式材料試験機を作動したときの目
標信号を適応フィルタに入力し、このとき適応フィルタ
の出力に得られる周波数伝達関数に応じた信号と、この
ときサーボ式材料試験機において得られる検知信号とが
等しくなるように自動調整した適応フィルタの周波数伝
達関数の各項の重み係数によってサーボ式材料試験機の
応答特性を同定し、該同定によって得た重み係数をオブ
ザーバ係数として予め記憶しておく。そして、その後の
試験時に自動調整される適応フィルタの重み係数とオブ
ザーバ係数との各項毎の差の和が最小になるようにゲイ
ン手段の前向きゲインを調整している。したがって、サ
ーボ式材料試験機は目標信号に等しい検知信号が得られ
るとともにその特性が理想値に近づくように調整される
ようになる。According to the above method, a target signal when the servo-type material testing machine is operated with the forward gain set to the optimum value is input to the adaptive filter, and the target signal according to the frequency transfer function obtained at the output of the adaptive filter at this time. Signal, the response characteristic of the servo-type material testing machine is identified by the weighting coefficient of each term of the frequency transfer function of the adaptive filter automatically adjusted so that the detection signal obtained in the servo-type material testing machine at this time becomes equal, The weight coefficient obtained by the identification is stored in advance as an observer coefficient. Then, the forward gain of the gain means is adjusted so that the sum of the differences between the weight coefficients of the adaptive filter and the observer coefficient for each term, which is automatically adjusted at the time of the subsequent test, is minimized. Therefore, the servo-type material tester can obtain a detection signal equal to the target signal and adjust its characteristics so as to approach the ideal value.
【００１６】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項２に記載のサーボ式材料試験機の応答特性調
整方法は、請求項１記載のサーボ式材料試験機の応答特
性調整方法において、前記目標信号がサーボ式材料試験
機の応答特性を支配する要素の共振点に近い周波数成分
を含むものであることを特徴とするサーボ式材料試験機
の応答特性調整方法に存する。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for adjusting a response characteristic of a servo-type material testing machine according to the present invention. In the method for adjusting a response characteristic of a servo-type material testing machine, the target signal includes a frequency component close to a resonance point of an element governing a response characteristic of the servo-type material testing machine.
【００１７】上記方法により、サーボ式材料試験機の応
答特性（周波数特性）の問題となりそうな周波数に対し
て入力／出力を最適応答特性に保持できる。According to the above-described method, the input / output can be maintained at the optimum response characteristic with respect to a frequency at which the response characteristic (frequency characteristic) of the servo type material testing machine is likely to be a problem.
【００１８】上記課題を解決するため本発明により成さ
れた請求項３に記載のサーボ式材料試験機の応答特性調
整装置は、加振アクチュエータと、該加振アクチュエー
タにより試験材料である試料に加えた加振を検知して検
知信号を発生するセンサと、該センサが発生する検知信
号と前記試料に加える加振の目標値を示す目標信号との
差を求めて偏差信号を得る加算手段と、前向きゲインを
有するゲイン手段と、該ゲイン手段を介して前記偏差信
号を前記加振アクチュエータに加え、前記差が０になる
ように前記加振アクチュエータを作動するサーボ式材料
試験機の応答特性調整装置において、前記サーボ式材料
試験機の応答特性を同定する重み係数をオブザーバ係数
として予め記憶した記憶手段と、前記サーボ式材料試験
機を作動したときの目標信号が入力される適応フィルタ
と、該適応フィルタの出力に得られる信号と前記サーボ
式材料試験機において得られる前記検知信号とが等しく
なるように前記適応フィルタの重み係数を自動調整する
係数調整手段と、該係数調整手段によって調整された前
記適応フィルタの各項の重み係数と前記オブザーバ係数
との各項毎にとった差の和が最小になるように前記ゲイ
ン手段の前向きゲインを自動調整するゲイン調整手段と
を備えることを特徴とするサーボ式材料試験機の応答特
性調整装置に存する。According to a third aspect of the present invention, there is provided a response characteristic adjusting apparatus for a servo-type material testing machine which solves the above-mentioned problems. A sensor that detects the applied vibration and generates a detection signal, and an adding unit that obtains a deviation signal by obtaining a difference between the detection signal generated by the sensor and a target signal indicating a target value of the excitation applied to the sample. A gain means having a forward gain, and a response characteristic adjusting device of a servo-type material testing machine for applying the deviation signal to the vibration actuator via the gain means and operating the vibration actuator so that the difference becomes zero. In the above, a storage means in which a weighting factor for identifying the response characteristics of the servo-type material testing machine is stored in advance as an observer coefficient, and when the servo-type material testing machine is operated An adaptive filter to which a target signal is input, and a coefficient adjustment for automatically adjusting a weight coefficient of the adaptive filter so that a signal obtained at an output of the adaptive filter is equal to the detection signal obtained by the servo-type material testing machine. Means, and the forward gain of the gain means is automatically adjusted so that the sum of the difference between the weight coefficient of each term of the adaptive filter adjusted by the coefficient adjustment means and the observer coefficient is minimized. And a response adjustment device for a servo-type material testing machine, comprising:
【００１９】上記構成により、サーボ式材料試験機の応
答特性を同定する重み係数をオブザーバ係数として予め
記憶した記憶手段を備え、サーボ式材料試験機を作動し
たときの目標信号が入力された適応フィルタの出力に得
られる信号とサーボ式材料試験機において得られる検知
信号とが等しくなるように係数調整手段が適応フィルタ
の重み係数を自動調整し、係数調整手段によって調整さ
れた適応フィルタの各項の重み係数と記憶手段に予め記
憶されたオブザーバ係数との各項毎にとった差の和が最
小になるように、ゲイン調整手段がゲイン手段の前向き
ゲインを自動調整する。したがって、サーボ式材料試験
機は目標信号に等しい検知信号が得られるとともにその
特性が理想値に近づくように調整されるようになる。According to the above configuration, there is provided a storage means in which a weight coefficient for identifying a response characteristic of the servo-type material testing machine is stored in advance as an observer coefficient, and an adaptive filter to which a target signal when the servo-type material testing machine is operated is inputted. The coefficient adjusting means automatically adjusts the weighting factor of the adaptive filter so that the signal obtained at the output of the servo-type material tester becomes equal to the detection signal obtained at the servo-type material testing machine, and each term of the adaptive filter adjusted by the coefficient adjusting means is adjusted. The gain adjusting means automatically adjusts the forward gain of the gain means so that the sum of the differences between the weight coefficient and the observer coefficient stored in the storage means for each term is minimized. Therefore, the servo-type material tester can obtain a detection signal equal to the target signal and adjust its characteristics so as to approach the ideal value.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明によるサーボ式材料
試験機の応答特性調整方法を実施する装置の一実施の形
態を示すが、以下の説明では、図３について上述した従
来の材料試験機と同等の部分には同一の符号を付してそ
の詳細な説明は省略している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus for implementing a response characteristic adjusting method of a servo-type material testing machine according to the present invention. In the following description, parts equivalent to those of the conventional material testing machine described above with reference to FIG. The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.
【００２１】図１において、電気油圧式の加振アクチュ
エータ１、この加振アクチュエータ１が有するサーボ弁
（Ｓ／Ｖ）１１、シリンダ１２及びピストンロット１
３、試料（ＴＰ）２、ロードセル（Ｌ／Ｃ）３、センサ
アンプ５、加算点６並びにサーボアンプ７は、図３につ
いて上述した同一符号で示したものと同一のものである
が、図３に示している関数発生器４については図示を省
略している。In FIG. 1, an electro-hydraulic vibration actuator 1, a servo valve (S / V) 11, a cylinder 12 and a piston rod 1 of the vibration actuator 1 are provided.
3, the sample (TP) 2, the load cell (L / C) 3, the sensor amplifier 5, the addition point 6, and the servo amplifier 7 are the same as those shown in FIG. The function generator 4 shown in FIG.
【００２２】８はＦＩＲ（有限長インパルスレスポン
ス）型適応フィルタであり、その入力は図示しない関数
発生器に接続され、その出力は非反転入力に材料試験機
の出力信号Ｅｏ（ｔ）が入力される加算点９の反転入力
に接続されている。加算点９の反転入力には適応フィル
タ８を通過した関数発生器からの荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）が入力されており、その出力には、材料試験機の
出力信号Ｅｏ（ｔ）と適応フィルタ８の出力信号との差
である誤差信号ｅを出力する。すなわち、材料試験機の
伝達関数と適応フィルタ８の伝達関数との相違に起因す
る信号の差に相当する信号を出力する。Reference numeral 8 denotes a FIR (finite impulse response) type adaptive filter whose input is connected to a function generator (not shown), and whose output has a non-inverting input to which the output signal Eo (t) of the material testing machine is input. Connected to the inverting input of the addition point 9. A load target signal Ei from the function generator that has passed through the adaptive filter 8 is input to the inverted input of the addition point 9.
(T) is input, and the output thereof outputs an error signal e which is a difference between the output signal Eo (t) of the material testing machine and the output signal of the adaptive filter 8. That is, a signal corresponding to a signal difference caused by a difference between the transfer function of the material testing machine and the transfer function of the adaptive filter 8 is output.
【００２３】適応フィルタ８は、図示のように、直列に
接続したｎ個の遅延素子と、加算器と、各遅延素子の入
出力と加算器との間に介在されたｎ＋１個の乗算器とに
よって構成されている。各遅延素子は四角の枠内にｚ-1
という、ｚ変換の１サンプル分の遅延を表す記号を書い
て示され、乗算器はそのそばに乗数（重み係数）を書い
て示され、加算器は丸の中に＋記号を書いて示されてい
る。As shown, the adaptive filter 8 includes n delay elements connected in series, an adder, and n + 1 multipliers interposed between the input / output of each delay element and the adder. It is constituted by. Each delay element has z -1 in a square frame.
, A symbol representing the delay of one sample of the z-transform is written, a multiplier is shown by writing a multiplier (weighting factor) beside it, and an adder is shown by writing a + sign in a circle. ing.
【００２４】１０は加算点９の出力に得られる誤差信号
に基づいて誤差信号ｅが０となるように適応フィルタ８
の各乗算器の重み係数を設定する演算を行うＬＭＳ（Le
ast-Mean-Square）アルゴリズム回路網である。２０は
後述する特定の条件の下でＬＭＳアルゴリズム回路網１
０により求めた適応フィルタ８の重み係数をオブザーバ
係数として記憶する係数メモリである。３０は実際の運
転時にＬＭＳアルゴリズム回路網１０が求めた適応フィ
ルタ８の重み係数と、係数メモリ２０に記憶されている
オブザーバ係数との各項についての差の和を演算し、こ
の和が最小となるようにサーボアンプ７内のＫｐを調整
するゲイン調整信号を生成するゲイン調整信号生成部で
ある。Reference numeral 10 denotes an adaptive filter 8 such that the error signal e becomes 0 based on the error signal obtained at the output of the addition point 9.
LMS (Le
ast-Mean-Square) algorithm network. Reference numeral 20 denotes an LMS algorithm network 1 under specific conditions described later.
This is a coefficient memory for storing the weighting coefficient of the adaptive filter 8 obtained from 0 as an observer coefficient. 30 calculates the sum of the differences between the weighting coefficients of the adaptive filter 8 obtained by the LMS algorithm network 10 during the actual operation and the observer coefficients stored in the coefficient memory 20, and the sum is determined to be the minimum. This is a gain adjustment signal generation unit that generates a gain adjustment signal for adjusting Kp in the servo amplifier 7 as described below.
【００２５】以上のような構成の材料試験機において、
試験の開始に先立ちまず、サーボアンプ７内のＫｐを最
適な値に調整した状態の材料試験機を未知システムと
し、このシステムの同定を行い、その結果を係数メモリ
２０に記憶する。この未知システムの同定は、図２に示
すように、未知システムと適応フィルタとに同一の信号
ｘ（ｎ）（ｎはサンプリング時の時刻を示す）を入力し
たとき加算点の出力に得られる両者の出力信号の差ｅ
（ｎ）が０になるように、適応フィルタの重み係数を調
整し、差ｅ（ｎ）が０になったときの適応フィルタの重
み係数を用いて行う。すなわち、最適なＫｐに調整した
材料試験機を未知システムとして、ｈ0 ，ｈ 1 ，…，ｈ
N-1 で示される適応フィルタ８の重み係数をＬＭＳアル
ゴリズム回路網１０が最急降下法により求め、これらの
重み係数ｈ0 ，ｈ1 ，…，ｈN-1 を未知システムの重み
係数、すなわちオブザーバ係数ｈ0s，ｈ1s，…，ｈ
(N-1)sとして係数メモリ２０に記憶する。In the material testing machine having the above configuration,
Before starting the test, first, Kp in servo amplifier 7 must be
A material testing machine adjusted to an appropriate value can be used as an unknown system.
The system is identified and the results are stored in the coefficient memory.
20. The identification of this unknown system is shown in FIG.
The same signal for the unknown system and the adaptive filter
x (n) (n indicates the time of sampling)
The difference e between the two output signals obtained at the output of the addition point
Adjust the weight coefficient of the adaptive filter so that (n) becomes 0.
And the weight of the adaptive filter when the difference e (n) becomes zero.
This is performed using the coefficient. That is, it was adjusted to the optimal Kp
Using a material testing machine as an unknown system, h0, H 1, ..., h
N-1The weight coefficient of the adaptive filter 8 represented by
The algorithm network 10 finds the steepest descent method,
Weight coefficient h0, H1, ..., hN-1The weight of the unknown system
Coefficient, that is, observer coefficient h0s, H1s, ..., h
(N-1) sAnd stored in the coefficient memory 20.
【００２６】ところで、未知システムを周波数領域で考
えたとき、サーボアンプ７内のＫｐの変化に対応して未
知システムの周波数伝達関数も変化する。このことか
ら、時間領域で考えた適応フィルタの重み係数も前向き
ゲインＫｐに対応しているはずである。本発明はこのこ
とに着目して未知システムのＫｐの最適化を図ろうとす
るものであり、以下その具体的な手法を説明する。When the unknown system is considered in the frequency domain, the frequency transfer function of the unknown system changes in accordance with the change of Kp in the servo amplifier 7. From this, the weight coefficient of the adaptive filter considered in the time domain should also correspond to the forward gain Kp. The present invention aims at optimizing Kp of an unknown system by paying attention to this fact, and a specific method thereof will be described below.
【００２７】ある未知システムを同定するときには、そ
のシステムの状態を効率よく求めるための入力信号Ｅｉ
（ｔ）の性質は実用上一番システムが影響を受けるスペ
クトルを多く含んだ信号であることが必要である。電気
油圧式の加振アクチュエータを用いたサーボ材料試験機
における周波数伝達関数の支配項は、一番複雑な要素で
ある加振アクチュエータのサーボ弁（Ｓ／Ｖ）の特性に
ある。一般に材料試験機の応答限界を支配するのはこの
サーボ弁（Ｓ／Ｖ）の応答特性であり、一般に用いられ
るサーボ弁では１５〜４０Ｈｚの間に共振点がある。よ
って、未知システムの同定の際には、入力信号にこの近
傍の周波数成分を多く含んだ信号を用いて計測を行う。When identifying an unknown system, an input signal Ei for efficiently determining the state of the system is used.
The property (t) needs to be a signal containing the most spectrum affected by the system in practical use. The dominant term of the frequency transfer function in a servo material testing machine using an electrohydraulic vibration actuator is the characteristic of the servo valve (S / V) of the vibration actuator, which is the most complicated factor. Generally, it is the response characteristic of this servo valve (S / V) that governs the response limit of a material testing machine, and a servo valve generally used has a resonance point between 15 and 40 Hz. Therefore, when an unknown system is identified, measurement is performed using a signal in which an input signal contains many nearby frequency components.
【００２８】上述のように未知システムの同定によって
求めたその重み係数ｈ0s，ｈ1s，…，ｈ(N-1)sを係数メ
モリ２０に記憶した後に、試料（ＴＰ）を加振アクチュ
エータ１のピストンロット１３とロードセル（Ｌ／Ｃ）
３との間に連結して実際の運転を開始し、図示しない関
数発生器に上記周波数成分を有する荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）を発生させる。荷重目標信号Ｅｉ（ｔ）は、加算
点６の非反転入力とともに適応フィルタ８の入力に印加
される。加算点６に入力された荷重目標信号Ｅｉ（ｔ）
は、センサアンプ５を介して反転入力に印加されている
材料試験機の出力信号である荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）と
加算され、加算点６の出力に両信号の差が偏差信号とし
て出力される。偏差信号はサーボアンプ７の前向きゲイ
ンＫｐにて増幅されて加振アクチュエータ１のＳ／Ｖ１
１に印加され、これにより加振アクチュエータ１は荷重
検知信号Ｅｏ（ｔ）が荷重目標信号Ｅｉ（ｔ）と等しく
なって偏差信号が０になるように作動される。After the weight coefficients h 0s , h 1s ,..., H (N−1) s obtained by identifying the unknown system as described above are stored in the coefficient memory 20, the sample (TP) is moved to the vibration actuator 1. Piston lot 13 and load cell (L / C)
3 and starts an actual operation, and a load target signal Ei having the above frequency component is supplied to a function generator (not shown).
(T) is generated. The load target signal Ei (t) is applied to the input of the adaptive filter 8 together with the non-inverted input of the addition point 6. Load target signal Ei (t) input to addition point 6
Is added to the load detection signal Eo (t), which is the output signal of the material testing machine applied to the inverting input via the sensor amplifier 5, and the difference between the two signals is output as the deviation signal at the output of the addition point 6. You. The deviation signal is amplified by the forward gain Kp of the servo amplifier 7 and S / V1 of the vibration actuator 1 is amplified.
1, the vibration actuator 1 is operated such that the load detection signal Eo (t) becomes equal to the load target signal Ei (t) and the deviation signal becomes 0.
【００２９】適応フィルタ８を透過した荷重目標信号Ｅ
ｉ（ｔ）は加算点９の反転入力に印加され、加算点９に
おいてその非反転入力に印加されている荷重検知信号Ｅ
ｏ（ｔ）と加算される。加算点９の出力には、適応フィ
ルタ８を透過した荷重目標信号Ｅｉ（ｔ）と、荷重目標
信号Ｅｉ（ｔ）によって動作した材料試験機の出力信号
である荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）との差である差信号ｅが
得られ、これが係数調整手段であるＬＭＳアルゴリズム
回路網１０に入力される。ＬＭＳアルゴリズム回路網１
０は、差信号ｅに基づいて、加算点９の出力が０になる
ように適応フィルタ８中の乗算器の重み係数ｈ0 ，
ｈ1 ，…，ｈN-1 を設定する信号を生成し、これを適応
フィルタ８に供給してその周波数伝達関数の係数を調整
するとともにゲイン調整手段としてのゲイン調整信号生
成部３０に供給する。The load target signal E transmitted through the adaptive filter 8
i (t) is applied to the inverting input of the addition point 9 and the load detection signal E applied to its non-inverting input at the addition point 9
o (t). The output of the addition point 9 includes a load target signal Ei (t) transmitted through the adaptive filter 8 and a load detection signal Eo (t) which is an output signal of the material testing machine operated by the load target signal Ei (t). A difference signal e, which is a difference, is obtained, and is input to an LMS algorithm network 10, which is a coefficient adjusting means. LMS algorithm network 1
0 is a weight coefficient h 0 of the multiplier in the adaptive filter 8 so that the output of the addition point 9 becomes 0 based on the difference signal e.
A signal for setting h 1 ,..., h N−1 is generated, supplied to the adaptive filter 8 to adjust the coefficient of the frequency transfer function, and to a gain adjustment signal generation unit 30 as gain adjustment means. .
【００３０】ところで、ＬＭＳアルゴリズム回路網１０
による係数の設定によって加算点９の出力が０になると
いうことは、材料振動材料試験機からの荷重検知信号Ｅ
ｏ（ｔ）と適応フィルタ８を通過後の荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）とが等しくなっていることを意味し、このときに
は、適応フィルタ８の周波数伝達関数はサーボ式材料試
験機１０の周波数伝達関数に等しくなっていることにな
る。The LMS algorithm network 10
That the output of the addition point 9 becomes 0 by the setting of the coefficient according to the load detection signal E from the material vibration material testing machine.
o (t) and the load target signal Ei after passing through the adaptive filter 8
(T) means that the frequency transfer function of the adaptive filter 8 is equal to the frequency transfer function of the servo-type material testing machine 10.
【００３１】ゲイン調整信号生成部３０は、ＬＭＳアル
ゴリズム回路網１０が求めた適応フィルタ８の重み係数
と、係数メモリ２０に記憶されているオブザーバ係数と
の各項についての差の和Ｅを下式 Ｅ=（ｈ0 −ｈ0s）＋（ｈ1 −ｈ1s ）＋…（ｈN-1 −ｈ
(N-1)s） により演算し、この和Ｅが最小となるようにサーボアン
プ７内のＫｐを調整するゲイン調整信号を生成し、この
ゲイン調整信号によって、材料試験機の特性が最適とな
る最適値にサーボアンプ７内の前向きゲインＫｐ値を調
整する。よって、材料試験機は、荷重目標信号Ｅｉ
（ｔ）に等しい荷重検知信号Ｅｏ（ｔ）が得られるとと
もにその特性が理想値に近づくように調整されるように
なる。The gain adjustment signal generator 30 calculates the sum E of the difference between each term between the weight coefficient of the adaptive filter 8 obtained by the LMS algorithm network 10 and the observer coefficient stored in the coefficient memory 20 by the following equation. E = (h 0 −h 0s ) + (h 1 −h 1s ) +... (H N−1 −h
(N-1) s ) to generate a gain adjustment signal for adjusting Kp in the servo amplifier 7 so that the sum E is minimized. With this gain adjustment signal, the characteristics of the material testing machine are determined to be optimal. The forward gain Kp value in the servo amplifier 7 is adjusted to an optimal value. Therefore, the material testing machine obtains the load target signal Ei
A load detection signal Eo (t) equal to (t) is obtained, and the characteristic is adjusted so as to approach an ideal value.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように請求項１〜３記載の
本発明によれば、サーボ式材料試験機は目標信号に等し
い検知信号が得られるように制御されるとともに、その
特性が理想値に近づくように運転中にもリアルタイムで
前向きゲインを調整できるようにしたサーボ式材料試験
機の応答特性調整方法及び装置が得られる。As described above, according to the first to third aspects of the present invention, the servo type material testing machine is controlled so as to obtain a detection signal equal to the target signal, and its characteristic is set to the ideal value. The method and apparatus for adjusting the response characteristic of the servo-type material testing machine, in which the forward gain can be adjusted in real time even during operation so as to approach, are obtained.
【図１】本発明によるサーボ式材料試験機の応答特性調
整方法を実施する装置の実施の形態の全体を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an entire embodiment of an apparatus for implementing a response characteristic adjusting method of a servo-type material testing machine according to the present invention.
【図２】未知システムの周波数伝達関数の同定の仕方を
説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining how to identify a frequency transfer function of an unknown system.
【図３】従来の一般的なサーボ式振動試験機を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing a conventional general servo type vibration testing machine.
【図４】矩形波入力と、Ｋｐの大きさによって変化する
出力波形を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing a rectangular wave input and an output waveform that changes according to the magnitude of Kp.
【図５】Ｋｐの大きさによって変化する周波数及び位相
応答特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing frequency and phase response characteristics that change according to the magnitude of Kp.
１ 加振アクチュエータ ２ 試料 ３ センサ（ロードセル） ７ ゲイン手段（サーボアンプ） ８ 適応フィルタ １０ 係数調整手段（ＬＭＳアルゴリズム回路網） ２０ 記憶手段（係数メモリ） ３０ ゲイン調整手段（ゲイン調整信号生成部） REFERENCE SIGNS LIST 1 excitation actuator 2 sample 3 sensor (load cell) 7 gain means (servo amplifier) 8 adaptive filter 10 coefficient adjustment means (LMS algorithm network) 20 storage means (coefficient memory) 30 gain adjustment means (gain adjustment signal generation unit)
Claims (3)
る試料に加えた加振を検知してセンサが発生する検知信
号と、前記試料に加える加振の目標値を示す目標信号と
の差を求めて偏差信号を得、前向きゲインを有するゲイ
ン手段を介して前記偏差信号を前記加振アクチュエータ
に加え、前記差が０になるように前記加振アクチュエー
タを作動するサーボ式材料試験機の応答特性を前記前向
きゲインを変更して調整する応答特性調整方法におい
て、 前記前向きゲインを最適値に設定した状態で前記サーボ
式材料試験機を作動したときの目標信号を適応フィルタ
に入力し、このとき前記適応フィルタの出力に得られる
周波数伝達関数に応じた信号と、このとき前記サーボ式
材料試験機において得られる前記検知信号とが等しくな
るように自動調整した前記適応フィルタの周波数伝達関
数の各項の重み係数によって前記サーボ式材料試験機の
応答特性を同定し、該同定によって得た前記重み係数を
オブザーバ係数として予め記憶しておき、 その後の試験時に自動調整される前記適応フィルタの重
み係数と前記オブザーバ係数との各項毎の差の和が最小
になるように前記ゲイン手段の前向きゲインを自動調整
するようにしたことを特徴とするサーボ式材料試験機の
応答特性調整方法。A difference between a detection signal generated by a sensor by detecting a vibration applied to a sample as a test material by a vibration actuator and a target signal indicating a target value of the vibration applied to the sample is determined. A deviation signal is obtained, and the deviation signal is applied to the vibration actuator via a gain means having a forward gain, and the response characteristic of a servo-type material testing machine that operates the vibration actuator so that the difference becomes zero is obtained. In a response characteristic adjusting method for changing and adjusting a forward gain, a target signal when the servo-type material testing machine is operated in a state where the forward gain is set to an optimum value is input to an adaptive filter. The signal according to the frequency transfer function obtained at the output of the servo-type material tester and the detection signal obtained at this time are automatically adjusted so as to be equal. The response characteristic of the servo-type material testing machine is identified by the weight coefficient of each term of the frequency transfer function of the adaptive filter thus obtained, and the weight coefficient obtained by the identification is stored in advance as an observer coefficient, and is used in a subsequent test. A servo-type material wherein the forward gain of the gain means is automatically adjusted so that the sum of the differences between the weight coefficients of the adaptive filter and the observer coefficient, which are automatically adjusted, for each item is minimized. How to adjust the response characteristics of the tester.
答特性を支配する要素の共振点に近い周波数成分を含む
ものであることを特徴とする請求項１記載のサーボ式材
料試験機の応答特性調整方法。2. The response characteristic adjustment of the servo-type material testing machine according to claim 1, wherein the target signal includes a frequency component near a resonance point of an element governing the response characteristic of the servo-type material testing machine. Method.
エータにより試験材料である試料に加えた加振を検知し
て検知信号を発生するセンサと、該センサが発生する検
知信号と前記試料に加える加振の目標値を示す目標信号
との差を求めて偏差信号を得る加算手段と、前向きゲイ
ンを有するゲイン手段と、該ゲイン手段を介して前記偏
差信号を前記加振アクチュエータに加え、前記差が０に
なるように前記加振アクチュエータを作動するサーボ式
材料試験機の応答特性調整装置において、 前記サーボ式材料試験機の応答特性を同定する重み係数
をオブザーバ係数として予め記憶した記憶手段と、 前記サーボ式材料試験機を作動したときの目標信号が入
力される適応フィルタと、 該適応フィルタの出力に得られる周波数伝達関数に応じ
た信号と前記サーボ式材料試験機において得られる前記
検知信号とが等しくなるように前記適応フィルタの周波
数伝達関数の重み係数を自動調整する係数調整手段と、 該係数調整手段によって調整された前記適応フィルタの
周波数伝達関数の各項の重み係数と前記オブザーバ係数
との各項毎にとった差の和が最小になるように前記ゲイ
ン手段の前向きゲインを自動調整するゲイン調整手段と
を備えることを特徴とするサーボ式材料試験機の応答特
性調整装置。3. A vibration actuator, a sensor for detecting a vibration applied to a sample as a test material by the vibration actuator to generate a detection signal, a detection signal generated by the sensor, and a vibration applied to the sample. Adding means for obtaining a difference signal by obtaining a difference from a target signal indicating a target value of vibration, gain means having a forward gain, and adding the deviation signal to the vibration actuator via the gain means, wherein the difference is A response characteristic adjusting device for a servo-type material testing machine that operates the vibrating actuator so as to be 0; a storage unit in which a weight coefficient for identifying a response characteristic of the servo-type material testing machine is stored in advance as an observer coefficient; An adaptive filter to which a target signal when the servo-type material testing machine is operated is input; and a signal corresponding to a frequency transfer function obtained at an output of the adaptive filter. Coefficient adjusting means for automatically adjusting a weight coefficient of a frequency transfer function of the adaptive filter so that the detection signal obtained in the servo-type material testing machine is equal to the frequency of the adaptive filter adjusted by the coefficient adjusting means Gain adjusting means for automatically adjusting the forward gain of the gain means such that the sum of the difference between each of the weight coefficient of each term of the transfer function and the observer coefficient is minimized. Response characteristic adjustment device for servo type material testing machine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP493998A JPH11201888A (en) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | Method and device for adjusting response characteristics of servo type material-testing machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP493998A JPH11201888A (en) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | Method and device for adjusting response characteristics of servo type material-testing machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201888A true JPH11201888A (en) | 1999-07-30 |
Family
ID=11597557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP493998A Withdrawn JPH11201888A (en) | 1998-01-13 | 1998-01-13 | Method and device for adjusting response characteristics of servo type material-testing machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11201888A (en) |
Cited By (6)
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-
1998
- 1998-01-13 JP JP493998A patent/JPH11201888A/en not_active Withdrawn
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