JPH11311583A - 加振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の油圧加振機を同期して制御し、大型、か
つ、分布荷重が載荷可能な加振装置とする。 【解決手段】１台の加振機（加振機Ａ）を従来どおり変
位制御もしくは荷重制御し、他の加振機（加振機Ｂ）で
は制御演算器が加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号と
加振機Ａの変位計測値と加振機Ｂの変位計測値とに基づ
きサーボ増幅器への入力信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物に変形ある
いは荷重を載荷して、例えば、地震応答に影響を及ぼす
特性の把握や、あるいは、強度・信頼性の実証に使用す
る加振装置ならびに加振試験方法に関する。また、同様
の目的のため、構造物に地震加速度を載荷する振動台に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物に変形あるいは荷重を載荷
して、例えば、地震応答に影響を及ぼす特性の把握や、
あるいは、強度・信頼性の実証に使用される油圧加振機
の構成を図２に模式的に示す。シリンダ２１に納められ
受圧部をもつピストンロッド２２，サーボ弁２３，サー
ボ増幅器２４，制御演算器２５，油圧源２０，変位計２
６などから構成されている。ピストンロッド先端は、変
位を載荷する構造物（図示せず）に連結されている。

【０００３】制御演算器２５は入力信号とフィードバッ
ク信号である変位計の出力（以下、変位計測値）との偏
差が小さくなるような制御信号を制御処理ブロック２８
により算出しサーボ増幅器２４へ出力し、サーボ増幅器
２４はこれに基づき制御電流をサーボ弁２３に出力し、
サーボ弁２３は制御電流に基づき弁開度を変化させ油圧
源２０から受圧部に供給される高圧油の方向・流量を制
御する。このようにして駆動されたピストンロッド２２
により構造物に変位を載荷する。

【０００４】ここでは、加振機変位を目標値に一致させ
る「変位制御」について述べたが、ピストンロッドは荷
重計を介して構造物に連結しフィードバック信号として
荷重計測値を用いる「荷重制御」とすることもできる。
この油圧加振機に関する文献としては、例えば、特公平
5−10158号公報がある。

【０００５】このような油圧加振機の動特性はサーボ弁
２３の動特性に大きく依存し、流量が大きくなると悪化
する傾向にある。したがって、１台の油圧加振機で構造
物を大きな荷重でかつ高速に精度よく載荷することは困
難であることが多い。また、構造物が長大であるときな
ど荷重を分布して加えることが望ましい場合があるが、
１台の油圧加振機では、適当な治具を使用したとしても
局所的にしか荷重を載荷することができない。

【０００６】そこで、複数の油圧加振機を同期させて駆
動し一つの加振装置として使用することが考えられる。
これにより、１台あたりのサーボ弁流量は小さくてすむ
ため動特性のよい加振装置とすることができ、また、距
離をおいて加振機をならべることにより分布荷重を作り
出すことも可能である。

【０００７】このように複数の加振機を利用したものと
して振動台装置がある。その模式図を図３に示す。テー
ブル３１に加振機３２が静圧軸受け３３を介して接続さ
れ、所定の加速度を再現する構成となっている。テーブ
ル３１上には供試体３４が設置される。加振機３２は反
力壁に固定されるがここでは都合上図示していない。こ
れらの加振機のうち、例えば、加振機３２ａと加振機３
２ｂは同一方向に駆動されるが、これが同期していない
とテーブルに回転運動が発生し、供試体３４に想定しな
い加速度が載荷されることになる。

【０００８】複数の油圧加振機を用いた振動台装置につ
いては、例えば、菅野，「３次元６自由度振動台のサー
ボ機構」，機械設計，平成３年４月、あるいは、特開昭
58−1962115 号公報に記載されている。振動台において
複数の加振機の同期制御を達成するための技術として
は、特許第1073678 号公報に記載のものがある。

【０００９】これは、個々の加振機の制御のフィードバ
ック信号として変位のみならず、速度・加速度を用いる
ことによりそれぞれの周波数特性を向上させ同期性を高
めるものであり、結果として発生した加振機間の変位誤
差を低減する工夫はなされていない。

【００１０】また、特開昭61−34438 号公報、あるい
は、家村他３名，「材端３自由度載荷試験機によるサブ
ストラクチャーハイブリッド実験」，第４３回応用力学
連合講演会講演予稿集，平成５年１２月２８日発行，５
８１ページから５８２ページ、には複数の加振機を用い
て構造物に載荷する装置が記載されているが、これは、
必ずしも加振機を同期させて駆動させることは考慮され
ておらず、その制御方法については述べられていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように複数の油
圧加振機により加振装置を構成することにより、種々の
特長をもつ加振装置とすることができるが、これらの加
振機を精度よく同期させて駆動することは困難である。
なぜなら、個々の油圧加振機の動特性を厳密に一致させ
ることは困難であり、そのため、同一の加振信号によっ
て制御しても実現される変位が異なるからである。その
ため、供試体に不必要な変形が生じるという課題があっ
た。

【００１２】本発明の目的は、上記課題を解決するため
になされたものであって、複数の油圧加振機を精度よく
同期させて駆動し、大型でかつ動特性のよい加振機と同
等であり、また、分布荷重を構造物に載荷することがで
きる加振装置を提供することにある。さらに、構造物に
精度よく加速度を載荷できる振動台装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】複数の加振機を精度よく
同期させて構造物に所定の変位を加えることは、油圧加
振機が複数台によって構成する加振装置において、いず
れか１台の油圧加振機（加振機Ａ）の制御演算器には外
部から与えられる指令信号と前記油圧加振機の変位計の
出力を入力し、前記油圧加振機と異なる少なくとも１台
の油圧加振機（加振機Ｂ）の制御演算器には加振機Ａの
変位計出力と加振機Ｂの変位計出力と加振機Ａのサーボ
増幅器への入力信号を入力し、それぞれサーボ増幅器へ
の入力信号を出力するようにすることで達成される。

【００１４】より具体的には、加振機Ａの制御演算器は
外部から与えられる指令信号と前記油圧加振機の変位計
の出力の偏差が小さくなるようなサーボ増幅器への入力
信号を出力するものであり、加振機Ｂの制御演算器は、
加振機Ａの変位計出力と加振機Ｂの変位計出力との偏差
に予め定められた係数を乗じたものと加振機Ａのサーボ
増幅器への入力信号に別の予め定められた係数を乗じた
ものとの和をサーボ増幅器への入力信号として出力する
ものとし、上記の通り制御することにより達成される。

【００１５】また、複数の加振機を精度よく同期させて
構造物に所定の荷重を加えることは、油圧加振機が複数
台と前記油圧加振機に連結され前記油圧加振機が発生さ
せる荷重を計測する荷重計によって構成する加振装置に
おいて、いずれか１台の油圧加振機（加振機Ａ）の制御
演算器には外部から与えられる指令信号と前記荷重計の
出力を入力し、前記油圧加振機と異なる少なくとも１台
の油圧加振機（加振機Ｂ）の制御演算器には、加振機Ａ
の変位計出力と加振機Ｂの変位計出力と加振機Ａのサー
ボ増幅器への入力信号を入力し、それぞれサーボ増幅器
への入力信号を出力するようにすることで達成される。

【００１６】より具体的には、いずれか１台の油圧加振
機（加振機Ａ）の制御演算器は外部から与えられる指令
信号と前記荷重計の出力の偏差が小さくなるようなサー
ボ増幅器への入力信号を出力するものであり、前記油圧
加振機と異なる少なくとも１台の油圧加振機（加振機
Ｂ）の制御演算器は、加振機Ａの変位計出力と加振機Ｂ
の変位計出力との偏差に予め定められた係数を乗じたも
のと加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号に別の予め定
められた係数を乗じたものとの和をサーボ増幅器への入
力信号として出力するものとし、上記のように制御する
ことにより達成される。

【００１７】さらに、使用環境のノイズなどに影響され
ず高精度な加振を行うためには、上記の加振装置におい
て、加振機Ａおよび加振機Ｂの制御演算器はデジタル計
算機であって、加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号お
よび加振機Ａの変位計出力はデジタル信号として加振機
Ｂの制御演算器へ転送することで達成される。

【００１８】また、構造物に精度よく加速度を載荷でき
る振動台を提供することは、テーブルを加振する加振機
およびその制御方法を前記の構成および方法とすること
で達成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図を引
用しながら説明する。

【００２０】図４は複数の油圧加振機を用いた加振装置
の一構成例である。油圧加振機４１〜４３が反力フレー
ム４５に固定されている。ピストンロッドの先端は加振
治具４４に固定され、加振治具４４が供試体である構造
物（図示せず）に連結される。ここでは、３台の加振機
を同期させて駆動することにより、１台の加振容量の大
きな加振機と等価で、かつ、分布荷重を載荷できる加振
装置とすることができる。この加振機を同期して制御す
るには、１台の加振機４１を上記の従来技術と同様に制
御して駆動し、他の加振機４２，４３をそれに追随させ
て制御することが考えられる。

【００２１】そのための好適な加振装置の一構成例を図
１を用いて説明する。従来技術と同様に制御する油圧加
振機を加振機Ａ、これに追随させて制御する油圧加振機
を加振機Ｂと呼ぶことにする。加振機Ａ７の制御演算器
５には、入力信号と変位計６の出力（変位計測値）が入
力されている。また、加振機Ｂ１７の制御演算器１５に
は加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号、加振機Ａの変
位計測値，加振機Ｂの変位計測値が入力されている。そ
して、それぞれがこれらの信号に基づきサーボ増幅器の
入力信号を生成し出力している。

【００２２】より具体的には以下の通りである。加振機
Ａ７では、制御演算器５において、入力信号と変位計６
の出力（変位計測値）を比較しその偏差に制御処理ブロ
ック８で適当な処理を加えサーボ増幅器４への信号を出
力し、それに基づきサーボ増幅器４は駆動電流をサーボ
弁３に入力する。これにより油圧源２０から供給された
高圧の作動油の方向と流量が制御されシリンダ１に納め
られたピストンロッド２が入力信号に応じて駆動され
る。加振機Ｂ１７は次のような構成となっている。制御
演算器１５には加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号が
取り込まれ予め定められた係数が係数乗算ブロック１９
により乗算される。

【００２３】また、加振機Ａの変位計測値と加振機Ｂの
変位計測値が取り込まれ、その偏差をとり、予め定めら
れた係数が係数乗算ブロック１８により乗算される。係
数乗算ブロック１８，１９の出力信号の和を取り、サー
ボ増幅器１４への入力信号とする。以下の、サーボ弁１
３，シリンダ１１に納められたピストンロッド１２の駆
動は加振機Ａと同様である。

【００２４】以上の構成をとれば、加振機Ｂにおいて加
振機Ａとほぼ同じサーボ弁の駆動状態とすることがで
き、同期をとることができる。さらに、変位の偏差によ
る制御を付加することにより外乱をはじめとする変位の
制御誤差を排除することができるので、より一層精度の
高い同期制御が可能となる。

【００２５】また、別の実施例を図５により説明する。
本実施例は、前記実施例に加え、加振機Ａが供試体（図
示せず）に載荷する荷重を計測する荷重計５０を備え、
かつ、加振機Ａのフィードバック信号として荷重計測値
を用いるようにしたものである。本装置によれば所定の
荷重を載荷する加振装置を大型でかつ分布荷重を載荷で
きるものとすることができる。なお、図５では荷重計５
０は加振機Ａにのみ連結されているが、荷重計の設置方
法には他に種々の方法があり、ここで示したものに限定
されるものではない。例えば、加振機Ｂの先端にも荷重
計をとりつけ、これらの荷重計出力を合わせたものをフ
ィードバック信号とすることができるし、また、加振機
Ａ，Ｂを一つの加振治具に連結し、加振治具と供試体の
間に荷重計を設置することで供試体に載荷される荷重を
直接計測することも考えられる。要するに試験目的に最
も合致した公正とすればよい。

【００２６】さらに、別の実施例を図６により説明す
る。本実施例では、制御演算器５、および、１５をデジ
タル計算機とし、加振機Ａから加振機Ｂへの信号伝達を
デジタル信号としたものである。本実施例の特徴点を図
６では太線で記載している。本実施例によれば、加振装
置の使用環境にしばしば見られる電磁ノイズの影響をあ
まり受けず正確に信号が伝達でき、高精度な制御が可能
となる。なお、サーボ増幅器が電圧信号を要求する場合
には適切な出力装置、例えば、デジタル−アナログ変換
器を使用することが必要であり、また、変位計の出力が
電圧信号であるときには適切な入力装置、例えば、アナ
ログ−デジタル変換器が必要であることは言うまでもな
い。なお、デジタル信号として伝達するのにも多くの方
法が考えられるが、転送時間，転送距離，費用などの観
点から最適なものを選択すればよく一つの方法に限定さ
れるものではない。

【００２７】図７には本発明を振動台装置に適用した場
合の一実施例を示す。図７は図３に示した振動台装置の
同一方向への加振に使用されている一組の油圧加振機、
32ａと３２ｂを本発明の加振装置としたものである。す
なわち、二つの加振機はテーブル３１に連結されて同期
してテーブルを駆動し供試体３４に加速度を載荷する。
この際、加振機３２ａを加振機Ａとして、従来どおりの
制御を行い、加振機３２ｂは加振機Ｂとして加振機Ａの
変位計測値とサーボ増幅器の入力と、さらに、加振機Ｂ
の変位計測値に基づき制御するものである。

【００２８】なお、加振機３２ａの制御では、例えば、
テーブル３１に加速度計５１を設置し、これをフィード
バック信号として加速度目標値である入力信号と比較し
て加振機の目標変位を作るという制御系が組まれ目標加
速度が再現されるようになっている。本実施例によれ
ば、加振機３２ａ，加振機３２ｂは同期して制御される
ためテーブルが回転運動することがなく精度のよい加振
ができ、ひいては、精度の高い耐震試験が可能となる。

【００２９】以上の実施例では、説明を簡略化するた
め、加振機が２台であるとして説明してきたが本発明が
２台の場合に限定されるものではないことは言うまでも
ない。また、油圧源は一つとして図示しているが、複数
個の油圧源、例えば、一つの加振機が一つの油圧源を有
するような構成としても構わない。装置の使用目的に応
じて様々な形態をとることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、複数の油圧加振機を精
度よく同期させて駆動することができるため、複数の油
圧加振機を一つの加振装置として取り扱うことができ
る。これは、大型でかつ動特性のよい加振機と同等であ
る。また、分布荷重を構造物に載荷することができる加
振装置を提供することができる。さらに、本加振装置を
振動台装置に使用することで、構造物に精度よく加速度
を載荷できる振動台とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加振装置の一実施例の構成図。

【図２】従来の油圧加振機の構成図。

【図３】振動台装置の模式を示す斜視図。

【図４】本発明の加振装置の一実施例の概念を示す斜視
図。

【図５】本発明の加振装置の別の一実施例の構成図。

【図６】本発明の加振装置の別の一実施例の構成図。

【図７】本発明の振動台装置の一実施例の構成図。

【符号の説明】

１…加振機Ａのシリンダ、２…加振機Ａのピストンロッ
ド、３…加振機Ａのサーボ弁、４…加振機Ａのサーボ増
幅器、５…加振機Ａの制御演算器、６…加振機Ａの変位
計、７…加振機Ａ、８…制御処理ブロック、１１…加振
機Ｂのシリンダ、１２…加振機Ｂのピストンロッド、１
３…加振機Ｂのサーボ弁、１４…加振機Ｂのサーボ増幅
器、１５…加振機Ｂの制御演算器、１６…加振機Ｂの変
位計、１７…加振機Ｂ、１８，１９…係数の乗算ブロッ
ク、２０…油圧源、２１…シリンダ、２２…ピストンロ
ッド、２３…サーボ弁、２４…サーボ増幅器、２５…制
御演算器、３１…テーブル、３２…油圧加振機、３３…
静圧軸受け、３４…供試体、４１〜４３…油圧加振機、
４４…加振用治具、４５…反力フレーム、５０…荷重
計、５１…加速度計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダとピストンロッドとピストンロッ
   ドの受圧部へ供給される作動油の方向・流量を制御する
   サーボ弁と、入力信号に基づきサーボ弁の駆動電流を出
   力するサーボ増幅器と、サーボ増幅器への入力信号を出
   力する制御演算器と、ピストンロッドの位置を計測する
   変位計とからなる油圧加振機が複数台によって構成する
   加振装置において、いずれか１台の油圧加振機（加振機
   Ａ）の制御演算器には外部から与えられる指令信号と加
   振機Ａの変位計出力が入力され、前記油圧加振機と異な
   る少なくとも１台の油圧加振機（加振機Ｂ）の制御演算
   器には、加振機Ａの変位計出力と加振機Ｂの変位計出力
   と加振機Ａのサーボ増幅器への入力信号が入力されるこ
   とを特徴とする加振装置。