JPS581806B2 - 三軸方向振動台の分離制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動台に加えたＸ軸方向とこれと直角を為すＹ
軸力向との二方向の振動力及び垂直方向の振動力によっ
て振動台がＸ軸回路のローリング、Ｙ軸回りのピッチン
グ及び垂直方向軸Ｚ回りのヨーイングの何れの回転運動
をもしないようにした振動台の制御装置に関する。

テーブル等の振動台にＸ軸方向加振器及びＹ軸方向加振
機により水平方向の振動力を加え、更に垂直方向加振機
により垂直方向の振動力を加え、振動台上に取付けられ
た被加振体に振動を加える振動台装置を示すと、第１図
に示す通りであり、テーブル（振動台）１上に取付けら
れた被加振体２にＸ軸方向加振機３ａ，Ｙ軸方向加振機
３ｂ及び、垂直方向，即ちＺ軸方向加振機４により振動
力を加えている。

このような振動台装置では第２図Ａ，Ｂに示すように、
加振力が振動台１に加えられているため、Ｘ軸方向の合
力ＦＸ，Ｙ軸方向の合力Ｆｘ，Ｚ軸方向の合力Ｆｚ、Ｘ
軸回りの口ーリングトルクＦφ、Ｙ軸回りのピッチング
トルクＦθ、Ｚ軸回りのヨーイングトルクＦＦはそれぞ
れ次式で示すようになる。

ただし、Ｆｘｉ：ｉ番目のＸ軸方向加振機による軸方向
加振力 Ｆｙｉ：１番目のＹ軸方向加振機による Ｙ軸方向加振力 Ｆｚｉ：ｊ番目の垂直加振機による垂直 加振力 このため、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の加振を単独で行なう
場合には加振力の作用する点と重心位置との高さの差Ｃ
、及び水平方向の差ａがあるため、Ｘ軸回りのローリン
グ、Ｙ軸回りのピッチング、Ｚ軸回りのヨーイングが発
生する。

このような回転運動が発生すると、振動台１及び被加振
体２における各点は並進運動をしなくなる。

このような振動台装置において、独立なＸ軸方向加振指
令信号ＸｏＣ、Ｙ軸方向加振指令信号Ｙ。

Ｃ及び垂直加振指令ＺｏＣを与え、同時にＸ軸とＹ軸と
の二方向の水平加振とＺ軸方向の垂直加振とを行おうと
する場合に、振動台１と被加振体２のＸ軸とＹ軸との二
方向の水平方向とＺ軸方向の垂直方向の合計三軸方向運
動がより忠実に指令信号に従うようにするには、回転運
動を制限し、その回転運動を介しての直線運動系と回転
運動系との相互干渉を小さくするような制御の手段が必
要である。

その手段として、従来は回転系のフィードバック制御方
式と人力信号補償による制御方式の二つの力式が提案さ
れている。

前者の方式はＸ軸、Ｙ軸の水平系、Ｚ軸の垂直系及び回
転系のフィードバック制御を行なうもので、ローリング
、ピッチング及びヨ−イングの回転指令信号を一定値に
固定し、回転制御はローリング等の各方向の回転運動が
起こると、検出手段及び補償回路によってせれぞれを検
知し、回転系コントローラで修正動作信号を発生する。

この信号はそのまま回転力発生機構への制御信号となる
。

その制御信号により回転制御トルクが発生して回転運動
が抑止するように直線方向の加振力に差動的に作用する
成分が重畳される。

この従来の回転制御の方式は加振周波数が比較的低い場
合には允分な効果を持つが、高い周波数成分を持つ加振
指令で振動台装置を加振させるときには、フィードバッ
クルーグでの信号伝達おくれのため追従しきれないこと
およびおくれだ回転制御の結果による２次的な水平系と
垂直系への干渉により制御の精度がおちる。

とくに大形の振動台装置を速い周期で加振する場合には
充分な回転運動制御の効果を期待するのは無理である。

別の方式は前述のような方式の欠点を補なうために、Ｘ
軸、Ｙ軸の加振指令に対して発生する回転運動を見越し
て、その影響を相殺するような回転入力補償を行なう方
式であり、これはピッチング補償のための入力信号の精
度にその成否がかかつており、次の欠点がある。

第１に、これは閉ループ系として構成されるフィードバ
ック制御系の外部から与えられる補償入力であるため、
それに誤差を含んでいる場合には、フィードバック制御
系の内部では修正動作の手段を有していない。

更にこの回転入力補償の方式では、Ｘ軸、Ｙ軸加振指令
に対する回転角の応答とＸ軸、Ｙ軸加振指令に対する回
転角の応答の二つの特性が既知であることが前提になっ
ている。

そのために、補償のための入力信号を決定するために、
閉ループ系の応答特性を何らかの方法で把握しなければ
ならないが、その特性把握をフィードバック制御系の各
コントローラ、各補償回路などを調整した都合行う必要
がある。

また、その特性把握と補償のための入力信号発生装置も
複雑なものになる。

本発明はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の直線運動とこれらの
軸回りの回転運動とを分離する制御手段を附加すること
によって、前記直線運動と前記回転運動の六つの独立な
フィードバック制御系と等価な機能を有する制御系を構
成し、直線の加振指令に対し回転運動が発生しないよう
にすることを目的とし、振動台を水平方向に加振するＸ
軸方向加振機と、このＸ軸方向加振機の加振方向に対し
て直角を為す水平の方向に上記振動台を加振するＹ軸方
向加振機と、上記振動台を垂直方向に加振するＺ軸方向
加振機とを有し、更に上記振動台のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸
方向の直線運動並びにＸ軸回りのφ方向、Ｙ軸回りのθ
方向、及びＺ軸回りの１方向の回転運動の各検出信号と
、上記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の直線運動並びにφ方向
、θ方向及びΨ方向の回転運動の各加振指令信号とを各
々の加算機にてそれぞれ加減算した出力信号を上記振動
台を操作するための操作信号を発生するＸ軸方向加振力
発生機構、Ｙ軸方向加振力発生機構、Ｚ軸方向加振力発
生機構、φ方向回転力発生機構、θ方向回転力発生機構
及びＷ方向回転力発生機構にそれぞれ伝達するように構
成されたＸ軸方向フィードバック系、Ｙ軸方向フィード
バック系、Ｚ軸方向フィードバック系、φ方向フィード
バック系、θ方向フィードバック系、Ψ方向フィードバ
ック系を具えた振動台の制御装置において、Ｘ軸方向加
算器及びθ方向加算器から出力された制御信号が入力さ
れ、これら制御信号からＸ軸方向加振力発生機構にはθ
方向フィードバック系からの外乱信号を打消す操作信号
を、θ方向回転力発生機構にはＸ軸方向フィードバック
系からの外乱信号を打消す操作信号をそれぞれ附与する
Ｘ−θ分離制御装置と、上記Ｘ軸方向加算器及びＴ方向
加算器から出力された制御信号が入力され、これら制御
信号からＸ軸方向加振力発生機構にはＴ方向フィードバ
ック系からの外乱信号を打消す操作信号を、Ψ方向回転
力発生機構にはＸ軸方向フィードバック系からの外乱信
号を打消す操作信号をそれぞれ附与するＸ−Ｗ分離制御
装置と、上記Ｙ軸方向加算器及びφ方向加算器から出力
された制御信号が入力され、これら制御信号からＹ軸方
向加振力発生機構にはφ方向フィードバック系からの外
乱信号を打消す操作信号を、φ方向回転力発生機構には
Ｙ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打消す操作
信号をそれぞれ附与するＹ−φ分離制御装置と、上記Ｙ
軸方向加算器及びΨ方向加算器から出力された制御信号
が入力され、これら制御信号からＹ軸力向加振力発生機
構にはΨ方向フイ−ドバツク系からの外乱信号を打消す
操作信号を、Ψ方向回転力発生機構にはＹ軸力向フィー
ドバック系からの外乱信号を打消す操作信号をそれぞれ
附与するＹ−Ｗ分離制御装置と、上記Ｚ軸方向加算器及
びφ方向加算器から出力された制御信号が人力され、こ
れら制御信号からＺ軸方向加振力発生機構にはφ方向フ
ィードバック系からの外乱信号を打消す操作信号を、φ
力向回転力発生機構にはＺ軸方向フィードバック系から
の外乱信号を拐消す操作信号をそれぞれ附与するＺ−φ
分離制御装置と、上記Ｚ軸方向加算器及びθ方向加算器
から出力された制御信号が入力され、これら制御信号か
らＺ軸方向加振力発生機構にはθ方向フィードバック系
からの外乱信号を拐消す操作信号を、θ方向回転力発生
機構にはＺ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打
消す操作信号をそれぞれ附与するＺ一θ分離制御装置と
のうち少なくとも何れか一つを、前記各加算器と前記各
発生機構との間に設置して成る三軸方向振動台の分離制
御装置である。

次に本発明の一実施例を基に説明すると、振動台（テー
ブル）１には被加振体２が取付けられており、これを水
平方向に加振する１個若しくは複数個のＸ軸方向加振機
３ａと、このＸ軸方向に対して直角を為す水平の方向に
振動台１を加振する１個若しくは複数個のＹ軸方向加振
機３ｂと、Ｚ軸方向（垂直方向）に加振する１個若しく
は複数個の加振機４とが振動台１に接続されている。

図示実施例ではＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向ともそれぞれ複
数個の加振機により加振されるようにした場合が示され
ているが、本発明はその個数によって制限されるもので
はない。

またこの形式の振動台装置は、Ｘ軸回りのローリング、
Ｙ軸回りのピッチング及びＺ軸回りのヨ一インクのうち
少なくとも何れか一つの回転運動をさせることを目的と
する揺動装置としても使用することができる。

振動台１の制御装置には第３図及び第４図に示すように
振動台１のＸ軸方向の直線運動、Ｙ軸方向の直線運動、
Ｚ軸方向の直線運動、Ｘ軸回りの回転運動（φ方向の回
転運動、つまりローリング）、Ｙ軸回りの回転運動（θ
方向の回転運動、つまりピッチング）、Ｚ軸回りの回転
運動（Ｗ方向の回転運動、つまりヨーイング）の各検出
信号Ｘ。

，Ｙｏ，Ｚｏ，φ，θ，Ψと、Ｘ軸力向、Ｙ軸方向及び
２軸方向の直線運動並びにφ方向、θ方向及びＦ方向の
回転運動の各加振指令信号Ｘ。

Ｃ，ＹｏＣ，ＺｏＣ，φＣ，θＣ，ΨＣとを加減算する
加算器ａ１〜ａ６が具えられている。

これらの加算器ａ１〜ａ６によって加減算した出力信号
Δｅｘ，Δｅｙ，Δｅ２，Δｅφ，Δｅθ，Δｅγをそ
れぞれ振動台１を操作するための操作信号を発生するＸ
軸力向加振力発生機構１３、Ｙ軸方向加振力発生機構３
１、Ｚ軸方向加振力発生機構１４、φ方向回転力発生機
構（ローリングトルク発生機構）３２、θ方向回転力発
生機構（ピッチングトルク発生機構）１５、及びΨ万向
回転力発生機構（ヨーイングトルク発生機構）３３にそ
れぞれ伝達すべく構成されたＸ軸方向フィードバック系
、Ｙ軸方向フィードバック系、２軸方向フィードバック
系、φ方向フィードバック系、θ方向フィードバック、
及びΨ方向フィードバック系が第３，４図に示すように
制御装置に具えられている。

第３図は第１図及び第２図に示した多点加振式振動台装
置の制御系統図を示し、Ｘ軸方向加振機制御回路８ａ，
Ｙ軸方向加振機制御回路８ｂ及びＺ軸方向加振機制御回
路９を有する前記各フィードバック系のほかに、本発明
にあっては分離制御手段５が付加されている。

第３図においで、サーボ増幅器１０、サーボ弁１１およ
びアクチュエータ（接手部を含む）１２は第１図に示し
た各加振機ごとに付加される制御機器に相当する部分で
ある。

アクチュエータ１２の出力ＦＸ１〜Ｆｘｍ十Ｆｙ１〜Ｆ
ｙｍおよびＦｚ１〜Ｆ２ｎはＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向
加振機３ａ，３ｂ，４が振動台１に与える加振力を示し
、振動台１からアクチュエータ１２へのＸ，〜Ｘｍ，Ｙ
１−ＹｍおよびＺ，〜Ｚｎは加振機取付部のＸ軸方向、
Ｙ軸方向およびＺ軸方向の変位が接手部の剛性によりＸ
軸方向加振力とＹ軸方向加振力とＺ軸方向加振力に影響
を及ぼすことを示す。

また振動台１からＸ軸力向加振機制御回路８ａへの信号
線ｘｏ，ｘｏｙ軸加振器制御回路８ｂへの信号線Ｙｏ，
Ｙｏ、および振動台１からＺ軸加振機制御回路９への信
号線ｚ，Ｍ，θｙＯｔφ，φ，Ψ，Ψはフィードバック
制御のための信号線を示す。

そして、ＸｏＣ，ＺｏＣ，φＣ，θＣ，ΨＣはこの制御
系への入力信号であるＸ軸方向加振指令、Ｙ軸方向加振
指令、Ｚ軸方向加振指令、ローリング回転指令、ピッチ
ング回転指令及びヨーイング回転指令を示す。

分離制御千段５とＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸加振機制御回路
８ａｔ８ｂｐ９との間の信号線ΔｅＸ′，Δｅｙ′，Δ
ｅＺ′，Δｅθ′，Δｅφ′，ΔｅΨ′，ΔｅθＸ，Δ
ｅθｚ，ΔｅＸθ，Δｅｚθ，Δｅｚφ，Δｅφｚ，Δ
ｅφｙ，ΔｅｘΨｔΔｅｙΨ，Δｅｙφは本発明による
分離制御を行うために必要とされる情報であり、第３図
により相互の関係が明らかにされる。

第１図に示した振動台装置において、被加振体２を装着
した振動台１の運動はＸ軸方向及びＹ軸方向の水平並進
運動、Ｚ軸方向の垂直並進運動並びにＸ軸回りの回転運
動（ローリング）、Ｙ軸回りの回転運動（ピッチング）
及びＺ軸回りの回転運動（ヨーイング）に分解して考え
られるので、第３図で示す構成の制御系は第４図のよう
に示すことができる。

第４図のＹ軸方向加振力発生機構１３及びＹ軸方向加振
力発生機構３１は第３図の水平系のサーボ増幅器１０、
サーボ弁１１およびアクチュエータ（接手部を含む）を
一括して示したものである。

Ｚ軸方向加振力発生機構１４はＺ方向の加振力の合力Ｆ
ｚ＝ΣＦｚｊを発生するのに寄与するサーボ増幅器１０
、サーボベガ１１およびアクチュエータ（接手部を含む
）１２を一括して示している。

また、同図のピッチングトルク発生機構１５は複数個の
垂直加振機をテーブル中心を通りＹ−Ｚ面に平行な面を
境界にして（第２図ＡｔＢ参照）差動的に動作させた場
合にＹ軸回りに発生する制御トルクＦｏ＝ΣｌｚｊＦｚ
ｊに寄与する垂直加振機用サーボ増幅器１０、サーボ弁
１１およびアクチュエータ（接点部を含む）１２を一括
して示したものである。

ヨーイングトルク発生機構３３、ローリングトルク発生
機構３２も同様である。

第４図の振動台１は第３図のそれと同一であるが、作用
を述べるための便宜上、数式モデルの形成で内部構造を
示した。

制御系を第４図の形式で示すと、第３図のＸ軸方向加振
機制御回路８ａはＸ軸方向並進運動検出手段および補償
回路１６とＸ軸方向コントローラ１７とを有するＸ軸方
向フィードバック系、並びにヨーイング運動検出手段お
よび補償回路４０とヨーイングコントローラ４３とを有
するΨ方向フィードバック系（ヨーイングフィードバッ
ク系）に区分され、Ｙ軸方向加振機制御回路８ｂはＸ軸
方向並進運動検出手段および補償回路３８とＹ軸コント
ローラ４１とを有するＹ軸方向フィードバック系、並び
にローリング運動検出手段および補償回路３９とローリ
ングコントローラ４２とを有するφ方向フィードバック
系（ローリングフィードバック系）に区分され、Ｚ軸方
向加振機制御回路９はＺ軸方向並進運動検出手段および
補償回路１８とＺ軸コントローラ２０とを有するＺ軸方
向フィードバック系、並びにピッチング運動検出手段お
よび補償回路１９とピッチングコントローラ２１とを有
するθ方向フィードバック系（ピッチングフィードバッ
ク系）に区分される。

第３図における以上の構成要素は、従来の振動台装置の
制御系の構成機能に含まれるものであるが、本発明では
分離制御手段５として次の六つを付加している。

第１のＸ−θ分離制御千段６は、Ｘ軸方向加算器ａ５及
びθ方向加算器ａ４から出力された後、Ｘ軸方向コント
ローラ１７及びピッチングコントローラ２１を経た出力
信号Δｅｘ′とΔｅθ′とを入力とし、これらの信号か
らＸ軸方向加振力発生機構１３には制御信号ＵＸを補正
し、θ方向フィードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号ΔｅｘＯを、θ方向回転力発生機構（ピッ
チングトルク発生機構）１５には制御信号Ｕθを補正し
、Ｘ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号Δｅθｘをそれぞれ附与するためのもので
ある。

第２のＸ−Ψ分離制御手段３６は、Ｘ軸方向加算器ａ５
及びＦ方向加算器ａ６から出力された後、Ｘ軸方向コン
トローラー７及びヨーイングコントローラ４３を経た出
力信号Δｅｘ′とΔｅΨ′とを入力とし、これらの信号
からＸ軸方向加振力発生機構１３には制御信号Ｕｘを補
正し、Ｘ軸方向フイードバツク系からの外乱信号を打消
すための操作信号ΔｅｘΨを、Ψ方向回転力発生機構（
ヨーイングトルク発生機構）３３には制御信号ＵＷを補
正し、Ψ方向フィードバック系からの外乱信号を打消す
ための操作信号Δｅｖｘをそれぞれ附与するためのもの
である。

第３のＹ一φ分離制御千段３４は、Ｙ軸方向加算器ａ１
及びφ方向加算器ａ２から出力された後、Ｙ軸方向コン
トローラ４１及びローリングコントローラ４２を経た出
力信号Δｅｙ′とΔｅφ′とを人力とし、これらの信号
からＹ軸方向加振力発生機構３１には、制御信号Ｕｙを
補正し、Ｙ軸方向フイードバツク系からの外乱信号を打
消すための操作信号Δｅｙφを、φ方向回転力発生機構
（ローリングトルク発生機構）３２には制御信号Ｕφを
補正し、φ方向フィードバック系からの外乱信号を打消
すための操作信号Δｅφｙをそれぞれ附与するためのも
のである。

第４のＹ−Ψ分離制御手段３７はＹ軸方向加算器ａ１及
び１万向加算器ａ６から出力された後、Ｙ軸方向コント
ローラ４１及びヨーイングコントローラ４３を経た出力
信号Δｅ，′とΔｅｖ′とを入力とし、これらの信号か
らＹ軸方向加振力発生機構３１には制御信号Ｕｙを補正
し、Ｆ方向フイードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号ΔｅΨｙを、Ｔ方向回転力発生機構（ヨー
イングトルク発生機構）３３には制御信号ＵＷを補正し
Ｙ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打消すため
の操作信号ΔｅΨｙをそれぞれ附与するためのものであ
る。

第５のＺ−φ分離制御千段３５はＺ軸方向加算器ａ３及
びφ方向加算器ａ２から出力された後、Ｚ軸方向コント
ローラ２０及びローリングコントローラ４２を経た出力
信号Δｅ２′とΔｅφ′とを入力とし、これらの信号か
らＺ軸方向加振力発生機構１４には制御信号Ｕｚを補正
し、φ方向フイードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号Δｅｚφを、φ方向回転力発生機構（ロー
リングトルク発生機構）３２には制御信号Ｕφを補正し
、Ｚ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号Δｅφ２をそれぞれ附与するためのもので
ある。

第６のＺ−θ分離制御千段７は、Ｚ軸方向加算器ａ３及
びθ方向加算器ａ４から出力された後、Ｚ軸方向コント
ローラ２０及びピッチングコントローラ２１を経た出力
信号Δｅ２′とΔｅθ′とを人力とし、これらの信号か
らＺ軸方向加振力発生機構１４には制御信号Ｕｚを補正
し、θ方向フイードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号Δｅ２θを、θ方向回転力発生機構（ピッ
チングトルク発生機構）１５には制御信号Ｕθを補正し
、Ｚ軸方向フィードバック系からの外乱信号を打消すた
めの操作信号Δｅθ２をそれぞれ附与するためのもので
ある。

第４図はこれら六つの分離制御手段を全て具えた場合を
示すが、少なくとも何れか１つのみを具えることも可能
である。

従来提案されている振動台装置の制御方法には閉ループ
系の内部に分離制御手段６，７，３４，３５，３６，３
７を持たず、閉ループ系の外部にフィードバック系への
入力信号φＣ，θＣ，ＦＣを補償する方法がある。

それに対し、本発明による方法では、閉ループ系の内部
に制御偏差ΔｅＸ′，Δｅｙ′，Δｅ２′，ΔｅφＩ，
Δｅθ′，ΔｅΨに応動する分離制御手段６，７，３４
，３５，３６，３７が付加されている。

第５図は本発明の池の具体例を示す図であり、これはそ
れぞれの分離制御手段６，７，３４，３５，３６，３７
をそれぞれ図示するように各コントローラー７，２０，
２１，４１，４２，４３の前に接着した場合である。

本発明の分離制御手段６，７，３４，３５，３６，３７
はフィードバック制御系として構成される閉ループ系の
内部にフイードホワード要素（前向き要素）として付加
されることに特徴がある。

そのためにフイードホワード要素としての制御ループ分
離作用と分離後のフィードバック制御系トしての作用に
ついて第４図に示す制御装置をもとに説明する。

Ｘ軸方向コントローラ４１の出力ΔｅＸ′に対する応答
に就いて説明すると、第４図の制御系において、Ｘ軸方
向加振指令ＸＣｏｃの変化またはそのＸｏＣ信号に対す
るＸ軸方向変位Ｘ。

の誤差があると、制御偏差ΔｅＸが変りＸ軸方向コント
ローラ１７が応動し、Ｘ軸方向コントローラ１７の出力
Δｅｘ′が変化する。

ΔｅＸ′の変化に応じ、Ｘ軸方向加振力発生機構１３が
動作し、Ｘ軸方向加振力Ｆｘを変化させテーブル１のＸ
軸方向加振が行なわれる。

同時にテーブル１のＹ軸回りには外乱トルクＣＦＸが、
そして、Ｚ軸回りには外乱トルクｂＦｘが発生する。

Ｘ−θ回転分離千段６及びＸ−４７分離手段３６を付加
した制御系では、ΔｅＸ′の変化に応じ、Δｅθ、及び
Δｅｆｘが変化し、それが回転制御信号ＵθｔＵｙに加
算され、ピッチングトルク発生機構１５及びヨーイング
トルク発生機構３３に作用して、制御トルクＦθ，ＦΨ
を変化させる。

すなわち、分離制御千段６，３６を付加することによっ
て、Ｘ軸方向コントローラ１７の出力ΔｅＸ′の変化し
たことによる制御の効果をＸ軸方向加振力発生機構１３
だけでなくピッチングトルク発生機構１５並びにヨーイ
ングトルク発生機構３３にも同時に与え、Ｘ軸方向加振
力発生機構１３の出力が回転運動に対して外乱トルクｃ
ＦｘｔｂＦｘとして作用するのに見合う制御トルクＦθ
，ＦＦをピッチングトルク発生機構１５及びヨーイング
トルク発生機構３３によって発生させ、制御トルクＦ。

によって外乱トルクＯＦｘを相殺させ制御トルクＦＦに
より外乱トルクｂＦｘを相殺させる。

その結果、Ｘ軸方向コントローラΔｅｘ′の変化はＸ軸
方向変位Ｘ０を制御するために有効に作用するが、Ｘ軸
方向フィードバック系からピッチング及びヨーイングに
は影響を及ぼさなくなる。

このＸ一θ分離制御手段の入力ΔｅＸ′に対する出力Δ
ｅｘＯの特性等は、Ｘ軸方向加振力発生機構１３、ピッ
チングトルク発生機構１５などを構成する機器の動特性
および振動台１の質量Ｍ、慣性能率■ｙ、テーブル１と
アクチュエータ１２を結合する接手剛性など含むシステ
ムの動特性を考慮し、上述の分離制御の機能を満足する
ように決める。

次にＹ軸方向コントローラ４１の出力Δｅｘ′に対する
応答に就いて説明すると、Δｅｙ′の変化に応じ、Ｙ軸
方向の加振力Ｆｙがテーブル１に作用し、テーブルのＹ
軸方向の加振が行なわれるが、同時にテーブル１のＸ軸
回りにＣＦｙ，Ｚ軸回りにはａＦｙの外乱トルクが発生
する、Ｙ−φ分離制御手段３４及びＹ−Ψ分離制御手段
３ＴによりΔｅφｙ，ΔｅΨｙが変化し、回転信号Ｕφ
，Ｕｖ／−に加算され、回転制御トルクＦφ，ＦＦを変
化させる。

前述と同様にして、ＣＦｙとＦφとを相殺させ、ａＦｙ
とＦＦとを相殺させてＹ軸方向のみの運動が発生し、回
転方向の運動を減少させる。

代表例としてＸ軸コントローラ１７を詳細に説明し、Ｙ
軸方向コントローラ４１を簡単に説明したが、池のコン
トローラの作用もまったく同様で、１方向に加振すると
き発生する外乱トルクを打消すような回転力を分離制御
手段が与え、回転加振をするときには、回転加振により
発生するＸ軸方向あるいはＹ軸方向あるいはＺ軸方向の
外力を打消すような加振力をＸ軸あるいはＹ軸あるいは
Ｚ軸に分離制御手段が与える作用を有する。

本発明の分離制御手段６，７，３４，３５，３６，３７
を用いる振動台装置の制御方法の適用において、分離制
御手段６，７，３４，３５，３６，３７の特性決定法に
はいくつかの方法が考えられるが、ここでは等価伝達関
数を用いた用例をあげておく。

説明を簡単化するため、Ｚ軸系、θ系、及びＸ軸系の分
離制御千段７，６の特性決定方法について以下に示す。

第４囚の制御系のブロック線図は次の伝達関数を定義す
ると第６図のように書きかえられる。

（第４図と対応するブロックについて、第６図では同一
番号をつげ、ダッシュを付けて明示した）。

（１）Ｇｘ（ｓ），Ｇ２（ｓ），Ｇθ（ｓ）；Ｘ軸系：
Ｚ軸系、θ系コントローラ１７，２０，２１の伝達関数
。

（！！）ＨＸ（ｓ），Ｈ２（ｓ），Ｈθ（ｓ）；Ｘ軸系
、Ｚ軸系、θ系の検出手段および補償回路１６．１８，
１９の伝達関数、ただしそれぞれの入力はＸｏ，Ｚｏ，
θとする。

（ｉ１ｉ）ＤθＸ（ｓ），Ｄｘθ（ｓ）；Ｘ−θ分離制
靜段６の伝達関数。

（ｉｖ）Ｄ５ｚ（ｓ），Ｄ２６（ｓ）；Ｚ一θ分離制御
手段７の伝達関数。

ただし、第４図では各分離制御千段６，７はそれぞれ２
人力、２出力の要素と示してあるが、この第６図による
適用では、それぞれの要素内で図示のように２個の伝達
関数で示すものとする。

（Ｖ）ＰＸＸ（Ｓ），Ｐｘθ（Ｓ），Ｐｏｘ（Ｓ），Ｐ
９Ｑ（Ｓ），Ｐθ２（ｓ），Ｐ２θ（ｓ），Ｐｚｚ（ｓ
）；制御信号ＵＸ，Ｕθ，Ｕ２から制御量Ｘ。

，θ，Ｚｏまでの前向きの等価伝達関数。

以上の伝達関数を定義すると第５図の制御系がＸ軸系、
Ｚ軸系およびθ系の三つの独立なフィードバック制御系
に分離できるための条件は次のとおりである。

これを書きかえると、 ＤｏＸ（ｓ）Ｐｏｏ（ｓ）一Ｐ０Ｘ（ｓ），Ｄｘθ（ｓ
）ＰＸＸ（ｓ）＝ＰＸθ（Ｓ），Ｄθｚ（ｓ）Ｐθθ（
Ｓ）一Ｐθｚ（Ｓ），Ｄ２θ（ｓ）Ｐｚｚ（ｓ）＝Ｐ２
１９（Ｓ） （２′）第６図の制御系で
Ｘ軸系コントローラ１７′の出力ΔｅＸ′に対する各制
御量の応答は分離制御手段６′を付加しない場合には Ｘｏ＝Ｐｘｘ（ｓ）Δｅｘ′ θ＝ＰＯｘ（ｓ）Δｅｘ′（３） それに分離制御手段６を付加すると すなわち、θは（２）式を満足するように分離制御手段
６′のＤθＸ（Ｓ）を設定することによりΔｅｘ′の変
化には無関係になる。

同様に、Ｚ軸系コントローラ２０′の出力Δｅｚ′に対
して、分離制御手段７′を用いないとき、Ｚｏ＝Ｐｚｚ
（ｓ）Δｅｚ′ θ＝Ｐθ２（ｓ）Δｅ２′ それに分離制御手段７′を用いると すなわち、θは（２）式を満足するように分離制御手段
７′のＤθ２（ｓ）を設定することにより、Δｅ２′の
変化は無関係になる。

また、θ系コントローラ２１′の出力Δｅθ′に対して
、分離制御千段６’，？’がない場合Ｘｏ＝−Ｐｘθ（
ｓ）Δｅθ′ Ｚｏ−Ｐ２θ（ｓ）Δｅθ′ θ ＝Ｐθθ（ｓ）Δｅθ′ 分離制御手段６′，７′を用いると すなわち、分離制御手段６’，７’のＤｘθ（ｓ），Ｄ
ｚθ（ｓ）を（２）式を満足することによって、Δｅθ
′の変化に対してＸ０とＺ０は応答しなくなる。

分離制御手段６’，７’を第５図のように接続し、（２
）式を満足するように伝達関数Ｄｘθ（ｓ），Ｄｅｘ（
ｓ），Ｄｚθ（ｓ） ，Ｄ０２（ｓ）を設定することに
よって、各コントローラの出力Δｅｘ′，Δｅ２′，Δ
ｅθ′はそれぞれ対応する制御量Ｘ。

，Ｚｏ，θ以外には影響を及ぼさなくなるので、第５図
の制御系は第６図に示す三つの独立な制御系に分離され
る。

Ｚ系、φ系、Ｙ系の分離制御手段３４，３５の特性決定
法は以上の説明において、ＸをＹへ、θをφへ読み代え
れば良い。

Ｘ系、Ψ系、Ｙ系の分離手段３６，３７の特性決定法は
ＺをＸへ、θをＷへ、ＸをＹへ読み代えれば良い。

本発明によれば振動台制御系はたがいに独立な六つの制
御ループすなわち、Ｘ軸系、Ｙ軸系、Ｚ軸系、φ系、θ
系及びＶ系に分離することができ、そのために、Ｘ軸方
向加振とＹ軸方向加振、Ｚ軸方向加振を同時に独立に行
うことが容易な制御系となる。

またフィードバック制御による回転制御だけで、水平加
振指令および垂直加振指令に対しての回転運動の抑制を
行おうとする方法に比較し、フイードホワード制御によ
り応答速度が改善され、高い周波数範囲まで相互干渉の
少ない加振が行なえるようになる。

更に回転入力補償を与える方式に比較すると、本発明は
補償のために必要な数式モデルの精度がおちてもフィー
ドバック制御による修正手段を持っているので、全体と
して制御の精度が上り、回転入力補償の方法では、フィ
ードバック制御系内部のコントローラや補償回路の調整
を行う都度入力補償の信号を変更しなげればならないが
、分離制御手段を用いる方法では、先に分離制御手段の
パラメータを設定してから、コントローラおよび補償回
路の定数を調整するので、分離制御手段のパラメータを
ひんぱんに変える必要がない。

また回転入力補償の方法では、入力信号決定のために、
並進加振指令と回転指令に対する回転角の応答特性を計
測その他複雑な手段であらかじめ求めなければならない
ので、そのための装置が犬がかりになるが、分離制御手
段による方法はそれを必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動台の一例を示す斜視図、第２図Ａは垂直方
向の加振力による被加振体に作用する力を示す正面図、
第２図Ｂは水平方向の加振力による被加振体に作用する
力を示す平面図、第３図は本発明の制御系統図、第４図
は分離制御手段により詳細に示す制御系統図、第５図は
本発明の別の制御系統図、第６図は第４図の制御系統図
を伝達関数で表わした制御系統図、第Ｔ図は第６図に示
された制御系統図を三つの独立な制御系に分離した制御
系統図である。 図面中、１は振動台、２は被加振体、３ａはＸ軸方向加
振機、３ｂはＹ軸方向加振機、４はＺ軸方向加振機、５
，６，７，３４，３５，３６，３１は分離制御手段、１
３はＸ軸方向加振力発生機構、１４はＺ軸方向加振力発
生機構、１５はピッチングトルク発生機構、３１はＹ軸
方向加振力発生機構、３２はローリングトルク発生機構
、３３はヨーイングトルク発生機構である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 振動台を水平方向に加振するＸ軸方向加振機と、こ
   のＸ軸方向加振機の加振方向に対して直角を為す水平の
   方向に上記振動台を加振するＹ軸方向加振機と、上記振
   動台を垂直方向に加振するＺ軸方向加振機とを有し、更
   に上記振動台のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の直線運動並び
   にＸ軸回りのφ方向、Ｙ軸回りのθ方向、及びＺ軸回り
   のＷ方向の回転運動の各検出信号と、上記Ｘ軸、Ｙ軸及
   びＺ軸方向の直線運動並びにφ方向、θ方向及びＰ方向
   の回転運動の各加振指令信号とを各々の加算器にてそれ
   ぞれ加減算した出力信号を上記振動台を操作するための
   操作信号を発生するＸ軸方向加振力発生機構、Ｙ軸方向
   加振力発生機構、Ｚ軸方向加振力発生機構、φ方向回転
   力発生機構、θ方向回転力発生機構及びＶ方向回転力発
   生機構にそれぞれ伝達ずるように構成されたＸ軸方向フ
   ィードバック系、Ｙ軸方向フィードバック系、Ｚ軸方向
   フィードバック系、φ方向フィードバック系、θ方向フ
   ィードバック系、Ｔ方向フィードバック系を具えた振動
   台の制御装置において、Ｘ軸方向加算器及びθ方向加算
   器から出力された制御信号が入力され、これら制御信号
   からＸ軸方向加振力発生機構にはθ方向フィードバック
   系からの外乱信号を打消す操作信号を、θ方向回転力発
   生機構にはＸ軸方向フィードバック系からの外乱信号を
   打消す操作信号をそれぞれ附与するＸ−θ分離制御装置
   と、上記Ｘ軸方向加算器及びＦ方向加算器から出力され
   た制御信号が入力され、これら制御信号からＸ軸方向加
   振力発生機構にはΨ方向フィードバック系からの外乱信
   号を打消す操作信号を、Ψ方向回転力発生機構にはＸ軸
   方向フィードバック系からの外乱信号を打消す操作信号
   をそれぞれ附与するＸ−Ψ離制御装置と、上記Ｙ軸方向
   加算器及びφ方向加算器から出力された制御信号が人力
   され、これら制御信号からＹ軸方向加振力発生機構には
   φ方向フィードバック系からの外乱信号を打消す操作信
   号を、φ方向回転力発生機構にはＹ軸方向フィードバッ
   ク系からの外乱信号を打消す操作信号をそれぞれ附与す
   るＹ−φ分離制御装置と、上記Ｙ軸方向加算器及びＦ方
   向加算器から出力された制御信号が入力され、これら制
   御信号からＹ軸方向加振力発生機構にはΨ万向フィード
   バック系からの外乱信号を打消す操作信号を、Ψ方向回
   転力発生機構にはＹ軸方向フィードバック系からの外乱
   信号を打消す操作信号をそれぞれ附与するＹ−Ｗ分離制
   御装置と、上記Ｚ軸方向加算器から出力された制御信号
   が人力され、これら制御信号からＺ軸方向加振力発生機
   構にはφ方向フィードバック系からの外乱信号を打消す
   操作信号を、φ方向回転力発生機構にはＺ軸方向フィー
   ドバック系からの外乱信号を打消す操作信号をそれぞれ
   附与するＺ−φ分離制御装置と、上記Ｚ軸方向加算器及
   びθ方向加算器から出力された制御信号が入力され、こ
   れら制御信号からＺ軸方向加振力発生機構にはθ方向フ
   ィードバック系からの外乱信号を打消す操作信号を、θ
   方向回転力発生機構にはＺ軸方向フィードバック系から
   の外乱信号を打消す操作信号をそれぞれ附与するＺ−θ
   分離制御装置とのうち少な《とも何れか一つを、前記各
   加算器と前記各発生機構との間に設置して成る三軸方向
   振動台の分離制御装置。