JPH0782361B2

JPH0782361B2 - 電気―油圧サーボ式材料試験機

Info

Publication number: JPH0782361B2
Application number: JP7484286A
Authority: JP
Inventors: 幸男藤本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPS62231304A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、測定機器たとえば電気油圧サーボ式材料試験
機における制御回路に関する。

B.従来の技術目標荷重設定値と荷重フィードバック量との偏差信号に
応じてサーボバルブを制御して負荷入力用アクチュエー
タをフィードバツク制御する電気油圧サーボ式材料試験
機は、負荷入力用アクチュエータの初期位置をフィード
バック制御系とは別に指令できるようにしたサブコント
ロール回路を有する。この種のサブコントロール回路と
しては、第２図に示すようなものが従来提供されてい
る。同図に示すフィードバック制御系において、31,33
は加え合わせ点、32は荷重の偏差εを増幅する増幅器、
34はサーボアンプ、41はサーボバルブ、42は供試体35に
所定の荷重を加えるためのアクチュエータ、36はロード
セル43によって検出した供試体35への入力荷重を増幅す
る荷重アンプをそれぞれ示している。これら各要素によ
り主フィードバック回路が構成される。そして、従来の
サブコントロール回路は、ピストン変位計44により検出
したアクチュエータ42の変位を増幅するストロークアン
プ37と、アクチュエータ42の変位を設定するサブコント
ロールつまみ38と、これらのストロークアンプ37および
サブコントロールつまみ38の出力信号の加え合わせ点39
における偏差を主たるフィードバック回路内の加え合わ
せ点33に加えるためのサブコントロールスイッチ40とか
ら構成されている。

しかしてその動作を三点曲げの場合につい説明すると、
本試験に先立ち、スイッチ40をオンすることによってサ
ブコントロールモードとなり、この状態では設定荷重は
ゼロとされている。いま、アクチュエータ42が供試体35
に非接触であれば荷重アンプ36の出力信号はゼロである
から、偏差εおよび増幅器33の出力電圧E₁も共にゼロに
なる。従って、アクチュエータ42はサブコントロールつ
まみ38の制御量に応じて自由に移動し、その変位はピス
トン変位計44,ストロークアンプ37およびサブコントロ
ールスイッチ40のループによってフィードバック制御さ
れる。そして、アクチュエータ42を供試体35に接触させ
ると供試体35に荷重が加わるため、ロードセル43がこの
荷重を検出して荷重アンプ36を介して加え合わせ点31に
荷重信号を送る。これにより増幅器32は偏差εを増幅し
て電圧E₁を出力し、供試体35に対する荷重を減らす方
向、すなわちアクチュエータ42を供試体35から遠ざける
方向に制御する。

一方、サブコントロール回路ではアクチュエータ42の変
位が供試体35との接触によって制限されていることか
ら、サブコントロールつまみ38の設定値に対してストロ
ークアンプ37の出力信号が追従し得ないため、偏差電圧
E₂は増加する方向、すなわちアクチュエータ42を供試体
35に押し付けようとする方向に変化する。

このように、アクチュエータ42が供試体35と接触する
と、電圧E₁，E₂の絶対値がそれぞのフィードバック系に
より互いに等しくなる点で平衡して供試体35に所定の荷
重が加わった状態となる。

なお、この際、供試体35に過負荷が加わらないようにサ
ブコントロール回路のフィードバックループにサブコン
トロールつまみ38の制御量に対する非線形要素を挿入し
ている。

そして、スイッチ40をオフにしてサブコントロール回路
を主フィードバック制御系から切離して初期状態を得て
いる。

C.発明が解決しようとする問題点しかしながら、第３図に示すようないわゆる三点曲げ試
験においては、アクチュエータ42により供試体35に若干
の圧縮荷重を加えたままの状態を初期状態に設定するこ
とが望ましいが、上述した従来のサブコントロール回路
では、スイッチ40を開放すると電圧E₂が零となってしま
い、主フィードバック制御回路の作用の下に電圧E₁が
零、すなわち供試体35への荷重が零となってしまい荷重
変動が起きる。

特に、セラミック供試体の如き小形軽量の試験片にあっ
ては、初期荷重が零になってしまうとそのセッティング
位置がずれることがあり、その場合、再セッティング等
の煩雑な作業が必要である。

本発明の目的は、このような問題点を解消した測定機器
の制御回路を提供することにある。

D.問題点を解決するための手段このような問題を解決するため、本発明は、目標荷重設
定値と荷重フィードバック量との偏差信号において負荷
アクチュエータを制御するフィードバツク制御系と、こ
のフィードバック制御系とは別にアクチュエータの初期
位置を制御するサブコントロール回路を備えた電気−油
圧サーボ式材料試験機において、前記サブコントロール
回路は、初期位置設定値と位置フィードバック量との偏
差信号に応じてアクチュエータを制御する制御系であっ
て、前記初期位置を指令する指令手段と、その指令手段
をサブコントロール回路から接断するスイッチング手段
と、前記指令手段からの指令に相応した信号を記憶する
記憶手段と、その記憶手段の出力と前記偏差信号とを加
え合わせ制御操作部に供給する加え合わせ手段とを有す
るとともに、前記アクチュエータの初期位置を指令し、
供試体に初期荷重が発生した後に、前記フィードバック
制御系により荷重制御を行うことを特徴とする。

E.作用スイッチング手段により指令手段をフィードバック制御
系と接続して指令手段から入力量を指令すると、加え合
わせ点にその指令に相応した信号が供給される。設定値
が零で、かつ物理量の測定値が零であれば加え合わせ点
に供給されるフィードバック制御系の偏差信号は零であ
り指令手段からの入力量に応じて物理量が増減される。
スイッチング手段により指令手段とフィードバック制御
系とを切離すと、指令手段による入力量が記憶されてい
る記憶手段からの出力信号が加え合わせ手段で偏差信号
と加え合わせられ、その信号が制御操作部に供給されて
制御操作部が制御される。

F.実施例以下、図に沿って本発明を電気油圧サーボ式材料試験機
のサブコントロール回路に適用した一実施例を説明す
る。第１図は本発明を用いたフィードバック制御系のブ
ロック図であり、図において11は目標荷重設定値と荷重
フィードバック量である荷重の加え合わせ点、12はこの
加え合わせ点11からの偏差εを増幅する増幅器を示す。
増幅器12の出力側には、加え合わせ点13を介してサーボ
アンプ14およびサーボバルブ21が接続されており、サー
ボバルブ21によって流量制御される油が負荷入力用アク
チュエータ22に供給されてこれを移動させ、供試体15に
所定の荷重を加えるようになっている。アクチュエータ
22に印加される荷重、換言すれば供試体15からの荷重の
反力は、ロードセル23にて検出されて荷重アンプ16に加
えられ、この荷重アンプ16の出力端子は加え合わせ点11
に接続されていて周知のフィードバックループが構成さ
れている。ここで、このフィードバックループを主フィ
ードバック回路と呼ぶ。

しかして、本発明にかかるサブコントロール回路は、変
位計24の出力側と加え合わせ点13との間に設けられるも
ので、ピストン変位計24によって検出したアクチュエー
タ22の変位を増幅するストロークアンプ1,コンパレータ
2,サブコントロールつまみ3,クロック発振器4,アンドゲ
ート５〜8,バッテリバックアップが可能なアツプダウン
カウンタ9,D−Ａコンバータ10およびサブコントロール
スイッチＳから構成されている。すなわち、変位計24の
出力端子はストロークアンプ１を介してコンパレータ２
の反転入力端子に接続され、このコンパレータ２の非反
転入力端子はサブコントロールつまみ３に接続されてい
ると共に、その出力端子はアンドゲート５の一方の入力
端子とアンドゲート６の反転入力端子とにそれぞれ接続
されている。また、これらのアンドゲード5,6の各他方
の入力端子にはクロック発振器４からのクロツクパルス
が入力され、これらの出力端子はアンドゲート7,8の各
一方の入力端子にそれぞれ接続されている。そして、ア
ンドゲード7,8の各他方の反転入力端子はサブコントロ
ールスイッチＳを介して接地されている。

更に、アンドゲート７の出力端子はアップダウンカウン
タ９のアップカウント端子に、またアンドゲード８の出
力端子はアップダウンカウンタ９のダウンカウント端子
にそれぞれ接続される。このアップダウンカウンタ９の
出力端子はＤ−Ａコンバータ10に接続され、その出力端
子は加え合わせ点13に接続されている。ここで、Ｄ−Ａ
コンバータ10にはその出力に正負何れの値も採ることが
できるものが使用され、アップダウンカウンタ９の基準
零点を境とした正および負の計数に応じて正，負の信号
を出力する。なお、アップダウンカウンタ９は電源投入
時にリセットされるようになっている。

ここで、つまみ３が指令手段を構成し、スイッチＳがス
イッチング手段を構成し、アップダウンカウンタ９が記
憶手段を構成し、加え合わせ点13が加え合わせ手段を構
成する。また、アクチュエータ22の変位が物理量であ
り、サーボバルブ21が制御操作部であり、サーボバルブ
21への入力位置信号が入力量である。

このように構成されたサブコントロール回路を用いてア
クチュエータ22を供試体15にセットする動作について三
点曲げ試験を一例として説明する。

まず、電気制御回路に電源を投入するとアップダウンカ
ウンタ９がリセットされる。次いで、コンパレータ２の
出力を不図示のメータで確認しつつ、つまみ３をコンパ
レータ２の出力が略零となるまで操作する。その状態で
油圧回路をオンにしてスイッチＳを閉じ、しかる後、つ
まみ３によりアクチュエータ22を供試体15に向けて移動
させると、始めはコンパレータ２が「Ｌ」レベルの信号
を出力するのでアップダウンカウンタ９はダウンカウン
トし、Ｄ−Ａコンバータ10から負の位置信号E₂が出力さ
れる。この負の位置信号E₂がサーボアンプ14を介してサ
ーボバルブ21に供給されると、アクチュエータ22が供試
体15に近づく方向に油がサーボバルブ21からアクチュエ
ータ22に供給される。そして、ストロークアンプ１の出
力がつまみ３からの出力よりも大きくなるとコンパレー
タ２が「Ｈ」レベルの信号を出力するのでアップダウン
カウンタ９はアップカウントし、負の位置信号E₂が零に
近づきアクチュエータ22の速度が遅くなり、アップダウ
ンカウンタ９が更にアップカウントすると位置信号E₂が
正となり、アクチュエータ22が供試体15から離れる方向
に動く。

以上のような動作を通してアクチュエータ22を供試体15
に所定の接触荷重で当接させると、そのときアップダウ
ンカウンタ９はつまみ３の操作位置に応じた負の計数値
を出力することになる。しかして、スイッチＳを開放し
てサブコントロール回路を主フィードバック制御系から
切離すと、アップダウンカウンタ９の計数値はそのまま
保存され、所定の負の位置信号E₂がＤ−Ａコンバータ10
から加え合わせ点13に入力される。従って、主フィード
バック制御系が作用して偏差信号E₁が正の値となって
も、サーボアンプ14を介してサーボバルブ21に入力され
る信号が零となりアクチュエータ22が同じ位置を保持し
てホールドされるだけで、アクチュエータ22による供試
体15への接触荷重は変動しない。

以上では、つまみ３の操作量に相応した値をアップダウ
ンカウンタ９に記憶させ、サブコントロールスイッチＳ
を開放したときにアップダウンカウンタ９の計数値によ
り加え合わせ点13に所定の信号E₂を印加するように構成
したが、例えば第４図に示すように、手動でその出力信
号を設定できる記憶手段50およびスイッチ51をつまみ３
およびスイッチＳと並列に設け、スイッチＳが開放され
たのに応答してスイッチ51を閉成し、それにより記憶手
段50に予め設定された出力信号を加え合わせ点に信号E₂
として与えるようにしてもよい。また、材料試験機以外
でも上述したようなフィードバック制御系を有する測定
機器に本発明を適用できる。

G.発明の効果以上詳述したように本発明によれば、指令手段をフィー
ドバック制御系から切離した後においても、加え合わせ
手段には記憶手段から所定の信号が供給されるため、偏
差信号が変動するおそれがなく煩雑な作業が不要とな
る、特に、本発明を電気油圧サーボ式材料試験機に適用
すれば、指令手段により供試体に負荷されている初期荷
重の変動が防止され、供試体の再セッティング等の煩雑
な作業が不要となり、オペレータの負担を軽減できると
共に試験の自動化に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いた電気油圧サーボ式材料試験機の
フィードバック制御系のブロック図、第２図は従来のサ
ブコントロール回路を備えた電気油圧サーボ式材料試験
機のフィードバック制御系のブロック図、第３図は三点
曲げ試験の説明図、第４図はサブコントロール回路の他
の例を示す要部回路図である。 1:ストロークアンプ、2:コンパレータ 3:サブコントロールつまみ 4:クロック発振器５〜8:アンドゲート 9:アップダウンカウンタ 10:D−Ａコンバータ S,51:サブコントロールスイッチ 11,13:加え合わせ点、12:増幅器 14:サーボアンプおよびアクチュエータ 15:供試体、16:荷重アンプ 50:記憶手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標荷重設定値と荷重フィードバック量と
の偏差信号に応じて負荷アクチュエータを制御するフィ
ードバック制御系と、このフィードバック制御系とは別
にアクチュエータの初期位置を制御するサブコントロー
ル回路を備えた電気−油圧サーボ式材料試験機におい
て、前記サブコントロール回路は、初期位置設定値と位置フ
ィードバック量との偏差信号に応じてアクチュエータを
制御する制御系であって、前記初期位置を指令する指令
手段と、その指令手段をサブコントロール回路から接断
するスイッチング手段と、前記指令手段からの指令に相
応した信号を記憶する記憶手段と、その記憶手段の出力
と前記偏差信号とを加え合わせ制御操作部に供給する加
え合わせ手段とを有するとともに、前記アクチュエータ
の初期位置を指令し、供試体に初期荷重が発生した後
に、前記フィードバック制御系により荷重制御を行うこ
とを特徴とする電気−油圧サーボ式材料試験機。