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JPS5852241B2 - Acceleration waveform correction device - Google Patents
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JPS5852241B2 - Acceleration waveform correction device - Google Patents

Acceleration waveform correction device

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Publication number
JPS5852241B2
JPS5852241B2 JP6285677A JP6285677A JPS5852241B2 JP S5852241 B2 JPS5852241 B2 JP S5852241B2 JP 6285677 A JP6285677 A JP 6285677A JP 6285677 A JP6285677 A JP 6285677A JP S5852241 B2 JPS5852241 B2 JP S5852241B2
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JP
Japan
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waveform
frictional resistance
transfer function
circuit
correction device
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JP6285677A
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憲彦 足立
外気晴 太田
幸雄 内藤
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Kajima Corp
Original Assignee
Kajima Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は摩擦機構を有する機器の加速度波形の乱れを補
正する装置に関し、特に油圧サーボ系の機器に与えられ
る入力信号をその出力において忠実に再現できるよう入
力波形を補正する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for correcting disturbances in acceleration waveforms of equipment having a friction mechanism, and in particular for correcting input waveforms so that input signals given to hydraulic servo equipment can be faithfully reproduced in their output. related to a device for

一般に油圧サーボ系の機器では、加速度計でその応答を
計測した場合、パルス状の乱れが観測されることはよく
知られている。
It is well known that pulse-like disturbances are generally observed in hydraulic servo equipment when its response is measured using an accelerometer.

たとえば油圧サーボ式振動台装置において、正弦波のよ
うな単純な信号で振動台を駆動した場合、変位波形は充
分きれいであるが、加速度計で測定すると、正弦波の山
と谷の部分、すなわちピーク付近でパルス状の乱れが観
測される。
For example, in a hydraulic servo-type shaking table device, when the shaking table is driven with a simple signal such as a sine wave, the displacement waveform is sufficiently clean, but when measured with an accelerometer, the peaks and valleys of the sine wave, i.e. Pulse-like disturbances are observed near the peak.

これは加速度が最大になる時、つまり振動台の速度がゼ
用こなり、その運動方向が変わる時点で発生するといえ
る。
This can be said to occur when the acceleration reaches its maximum, that is, when the speed of the shaking table decreases and its direction of motion changes.

このようなパルス状の乱れの発生原因には、主として3
つの要因が考えられることがわかった。
There are three main causes of such pulse-like disturbances.
It turns out that there are two possible causes.

すなわち、ひとつは振動台支持機構および駆動装置の摩
擦抵抗の影響であり、他のふたつはサーボバルブの流量
特性によるものである。
That is, one effect is due to the frictional resistance of the vibration table support mechanism and the drive device, and the other two are due to the flow characteristics of the servo valve.

しかも、これらの要因はいずれも非線形な特性であり、
振動台の振幅、加速度、油の流量、駆動周波数など多く
の要素に依存しているのである。
Moreover, all of these factors have nonlinear characteristics,
It depends on many factors such as vibration table amplitude, acceleration, oil flow rate, and drive frequency.

従来技術では前述のようなパルス状の乱れに対する対策
としてはフィルタなどを用いて乱れ取分をカットするな
どの方法をとっていたが、この方法だと前述の本質的な
乱れの発生原因を補償することはできず、見掛は上応答
波形を入力波形と似せるだけの作用しかなかった。
In the conventional technology, as a countermeasure against the above-mentioned pulse-like disturbance, methods such as cutting off the disturbance using a filter etc. have been taken, but with this method, the above-mentioned essential cause of the disturbance can be compensated for. It was not possible to do so, and the only apparent effect was to make the upper response waveform resemble the input waveform.

したがって、本発明は乱れの発生原因のうち特に大きな
影響を及ぼすと考えられる支持機構および駆動装置の摩
擦抵抗に対して補正を行なう入力波形補正装置を目的と
するものである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an input waveform correction device that corrects the frictional resistance of the support mechanism and drive device, which is considered to have a particularly large influence among the causes of disturbance.

以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below as illustrated in the accompanying drawings.

まず本発明装置が適用される油圧サーボ機構の一例を説
明する。
First, an example of a hydraulic servo mechanism to which the device of the present invention is applied will be explained.

第1図は水平・垂直方向同時加振型振動台装置の例を示
し、第2図はその加振装置の例を示す。
FIG. 1 shows an example of a horizontal and vertical vibration type vibration table device, and FIG. 2 shows an example of the vibration device.

振動台2は、水平方向アクチュエータ4により水平に、
垂直方向アクチュエータ6により垂直に駆動され、同時
に水平および垂直方向に加振することができる。
The vibration table 2 is horizontally moved by a horizontal actuator 4.
It is driven vertically by a vertical actuator 6 and can be vibrated horizontally and vertically at the same time.

これらのアクチュエータ4および6はシーベルヘッド8
によって一端は振動台2に、他端は内方壁に固定しであ
る。
These actuators 4 and 6 are connected to the siebel head 8
One end is fixed to the shaking table 2 and the other end is fixed to the inner wall.

振動台側のシーベルヘッド8はアクチュエータ内ピスト
ン12のピストンロンドに直接連結され、壁側のシーベ
ルヘラド8はアクチュエータ4および6のシリンダに固
定されている。
The Siebel head 8 on the vibration table side is directly connected to the piston rond of the actuator internal piston 12, and the Siebel head 8 on the wall side is fixed to the cylinders of the actuators 4 and 6.

ピストン12の動作はサーボバルブ10によって制御さ
れ、サーボバルブ10は入力信号によってシリンダへの
油圧注入、排出が制御される。
The operation of the piston 12 is controlled by a servo valve 10, and the servo valve 10 controls injection and discharge of hydraulic pressure into the cylinder based on an input signal.

ピストンロンドの先端部には差動トランス14が取付け
られ、ピストン12の動作、すなわち振動台の変位を検
出している。
A differential transformer 14 is attached to the tip of the piston rond, and detects the movement of the piston 12, that is, the displacement of the vibration table.

第3図は波形補正装置を備えた振動台装置の全体を示す
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing the entire vibration table device equipped with a waveform correction device.

参照番号20は入力信号源でたとえば関数発生器あるい
は加振すべき信号を再生出力するテープレコーダ等が使
用される。
Reference numeral 20 denotes an input signal source, such as a function generator or a tape recorder for reproducing and outputting the signal to be excited.

入力信号源20の出力は本発明による波形補正装置22
を介して制御装置24に入力され、側割装置24は加振
装置26および油圧源28に接続される。
The output of the input signal source 20 is a waveform correction device 22 according to the present invention.
The side splitting device 24 is connected to a vibration device 26 and a hydraulic power source 28.

制御装置24は、水平および垂直方向制御器を包含して
いる。
Control device 24 includes horizontal and vertical controls.

これらの制御器は線30を介して加力装置26内のサー
ボバルブ信号入力に接続され、線32を介して差動トラ
ンス14に接続される。
These controllers are connected via line 30 to a servo valve signal input in force device 26 and via line 32 to differential transformer 14 .

また線34を介して油圧源28に接続さへ油圧ポンプを
制御する。
It is also connected via line 34 to hydraulic power source 28 to control a hydraulic pump.

油圧源28からは管路36を介して加力装置26のサー
ボバルブ油圧入力に連結されている。
The hydraulic source 28 is connected via a conduit 36 to a servo valve hydraulic input of the force applying device 26 .

波形補正装置22は、第4図に示すように、シュミレー
ション回路56と、逆伝達関数回路58とで構成される
The waveform correction device 22 is comprised of a simulation circuit 56 and an inverse transfer function circuit 58, as shown in FIG.

シュミレーション回路56は、駆動制御装置および被制
御体を含む振動台系の摩擦抵抗がないと仮定した回路と
、予め解析した摩擦抵抗と丁度逆向きの摩擦抵抗を働か
せる回路とで構成される。
The simulation circuit 56 is composed of a circuit that assumes that there is no frictional resistance in the vibration table system including the drive control device and the controlled object, and a circuit that applies frictional resistance in exactly the opposite direction to the previously analyzed frictional resistance.

また、逆伝達関数回路58はシュミレーション回路56
のうち摩擦抵抗がないと仮定した回路の系の伝達関数の
逆関数を与えるものである。
Further, the inverse transfer function circuit 58 is a simulation circuit 56
It gives the inverse of the transfer function of a circuit system assuming that there is no frictional resistance.

入力端子40は入力信号源20の関数発生器またはテー
プレコーダの出力に接続される。
Input terminal 40 is connected to the output of the function generator or tape recorder of input signal source 20.

シュミレーション回路56において、入力端子40は加
え合せ点である加算器42を介して伝達要素G1加算器
44、伝達要素ω2、さらに加算器46に接続される。
In the simulation circuit 56, the input terminal 40 is connected to the transfer element G1 adder 44, the transfer element ω2, and further to the adder 46 via an adder 42 which is a summing point.

加算器46は第1積分要素iを介して加算器48に接続
され、さらに要素2hωは加算器46ヘフイ一ドバツク
結合される。
Adder 46 is connected to adder 48 via first integral element i, and element 2hω is feedback-coupled to adder 46.

加算器1 4Bは第2積分要素−を介して第3積分要素Iに接続さ
れて、系の伝達関数をシュミレートしていす る。
The adder 14B is connected to the third integral element I via the second integral element to simulate the transfer function of the system.

また、第2積分要素マの出力は、実際に振動台に働く摩
擦抵抗と丁度逆向きの力を与える非線形要素50および
要素Mを介して加算器48へフィードバック結合される
Further, the output of the second integral element M is feedback-coupled to the adder 48 via the nonlinear element 50 and element M, which provide a force in the direction exactly opposite to the frictional resistance actually acting on the vibration table.

逆伝達関数回路58においては、シュミレーション回路
56の非線形要素50を除いた回路の逆 2h 伝達関数を表わす回路であって、要素G’ (3−c
o’1 G、−(要素Sおよび要素&□ の積)と、これらを統
合する加算器52とによって構成さへ加算器52の出力
は出力端子54を介して、制御装置24に接続される。
The inverse transfer function circuit 58 is a circuit that expresses the inverse 2h transfer function of the circuit excluding the nonlinear element 50 of the simulation circuit 56, and has an element G' (3-c
The output of the adder 52 is connected to the control device 24 via the output terminal 54. .

ここで各記号は、 G:系の利得 ω:系の固有振動数 M:被試験体の重量 h:系の減衰定数 を表わしている。Here each symbol is G: System gain ω: Natural frequency of the system M: Weight of test object h: damping constant of the system It represents.

シュミレーション回路56は非線形要素50にて、系の
入力信号、たとえば正弦波入力信号に対する系の応答信
号に現われるパルス状の乱れと丁度逆向きの非線形波形
信号を発生させる逆摩擦回路を構成している。
The simulation circuit 56 includes a nonlinear element 50 that forms a reverse friction circuit that generates a nonlinear waveform signal in the direction exactly opposite to the pulse-like disturbance that appears in the response signal of the system to an input signal of the system, such as a sine wave input signal. .

このように、系が上記の丁度逆向きの波形の如き応答す
る入力を与えてやれば、摩擦抵抗の影響による波形の乱
れをキャンセルすることができる。
In this way, if the system is given an input that responds with a waveform in exactly the opposite direction as described above, it is possible to cancel the disturbance in the waveform due to the influence of frictional resistance.

このため、本装置ではシュミレーション回路56の出力
に系の摩擦抵抗を除いた伝達関数の逆数である逆伝達関
数を掛けて逆摩擦抵抗以外の伝達関数をキャンセルした
後、系に入力するようにしている。
Therefore, in this device, the output of the simulation circuit 56 is multiplied by an inverse transfer function, which is the reciprocal of the transfer function excluding the frictional resistance of the system, to cancel the transfer function other than the inverse frictional resistance, and then input to the system. There is.

このように系の入力信号を波形補正装置22を介して制
御装置24へ入力すれCも摩擦抵抗が働かず系が線形で
ある場合の入力端子40の入力信号に対する系の応答と
同じ応答波形が加振装置26の応答波形に見られる。
In this way, when the input signal of the system is input to the control device 24 via the waveform correction device 22, the response waveform C is the same as the response of the system to the input signal at the input terminal 40 when no frictional resistance acts and the system is linear. This can be seen in the response waveform of the vibration excitation device 26.

このことは即ち摩擦抵抗による応答の乱れが補正された
ことと特価である。
This means that the disturbance in response due to frictional resistance has been corrected and is a special price.

このような波形補正装置を使用する場合、予め適用しよ
うとする油圧サーボ機構を有した機器全体の伝達関数と
システムに作用する摩擦抵抗の特性とを知る必要がある
When using such a waveform correction device, it is necessary to know in advance the transfer function of the entire equipment having the hydraulic servo mechanism to be applied and the characteristics of the frictional resistance acting on the system.

これは試運転により測定することで容易に求められる。This can be easily determined by measuring during a trial run.

この伝達関数より波形補正装置の変数、すなわち、G、
09Mおよびhを設定し、また測定された摩擦抵抗特性
よりこれを正負逆転させ非線形要素50の特性を設定す
る。
From this transfer function, the variables of the waveform correction device, namely, G,
09M and h are set, and the positive and negative values are reversed based on the measured frictional resistance characteristics to set the characteristics of the nonlinear element 50.

これらの値は加振すべき被試験体によって変化するため
、可変にしておいて被試験体ごとに設定される。
Since these values change depending on the test object to be vibrated, they are made variable and set for each test object.

変数を設定した波形補正装置22に入力信号を人へその
出力信号を制御装置24に入れてやれば、油圧サーボ機
器の出力を当初の人力信号に忠実に再現することができ
る。
By inputting an input signal to the waveform correction device 22 in which variables are set, and inputting the output signal to the control device 24, the output of the hydraulic servo equipment can be faithfully reproduced to the original human input signal.

この出力波形例を第5図および第6図に示す。Examples of this output waveform are shown in FIGS. 5 and 6.

第5図および第6図は入力信号として正弦波を入れた場
合であって、第5図は波形補正装置を使用しない場合を
示し、第6図は波形補正装置を使用した場合を示してい
る。
Figures 5 and 6 show the case where a sine wave is input as the input signal, Figure 5 shows the case without using the waveform correction device, and Figure 6 shows the case when the waveform correction device is used. .

第6図に見られるように、出力波形は良く再現されてお
り、このことからも加速度波形の乱れの原因のほとんど
は摩擦抵抗によるものであることがわかる。
As seen in FIG. 6, the output waveform is well reproduced, and this also shows that most of the disturbances in the acceleration waveform are due to frictional resistance.

上述のように、従来では油圧サーボ系で見られる波形ひ
ずみの原因がわかっていたとしても、それを機械的に改
善することが非常に困難であったが、本発明によれば、
これらのひずみの原因も一連の油圧サーボ系のひとつの
伝達特性と見て、入力波形を逆の乱れを発生させるシュ
ミレーション回路と逆伝達関数とで補正するようにした
ことにより、波形の乱れを容易に改善することができる
ようになった。
As mentioned above, in the past, even if the cause of waveform distortion observed in hydraulic servo systems was known, it was extremely difficult to mechanically improve it. However, according to the present invention,
The cause of these distortions is considered to be one of the transfer characteristics of a series of hydraulic servo systems, and by correcting the input waveform using a simulation circuit that generates inverse disturbances and an inverse transfer function, waveform disturbances can be easily corrected. It is now possible to improve.

その結果、機械の動作を確実なものとすることができ、
そのため振動実験などではより信頼性の高いデータを得
ることができるようになった。
As a result, the operation of the machine can be ensured,
As a result, it has become possible to obtain more reliable data in vibration experiments and the like.

また耐震工学や制御工学など他の分野においてもアクチ
ュエータ等、摩擦機構を有する機器の正確な動作、制御
が可能となるのである。
Furthermore, in other fields such as seismic engineering and control engineering, it becomes possible to accurately operate and control devices with friction mechanisms such as actuators.

以上本発明をその具体例について詳述したが本発明はこ
の特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の精
神を逸脱しないで幾多の変化変形がなし得ることはもち
ろんである。
Although the present invention has been described above in detail with reference to specific examples thereof, the present invention is not limited to these specific examples, and it goes without saying that many changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

たとえば、本発明装置は摩擦抵抗の作用を受けるサーボ
機構一般に適用することができる、サーボ機構としては
油圧サーボだけでなく電気サーボ、空気サーボなどが考
えらへ また変位制御、速度制御についても、逆の乱れ
を発生させるシュミレーション回路の出力に逆伝達関数
を掛けるという本発明装置の原理を適用し、それに応じ
て第4図の回路を修正することもできるのである。
For example, the device of the present invention can be applied to general servo mechanisms that are subject to the action of frictional resistance. Servo mechanisms include not only hydraulic servos, but also electric servos, pneumatic servos, etc. Also, for displacement control and speed control, reverse It is also possible to apply the principle of the device of the present invention of multiplying the output of the simulation circuit that generates the disturbance by an inverse transfer function, and modify the circuit shown in FIG. 4 accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は油圧サーボを用いた機器の例を示す図、第2図
は加力装置を示す図、第3図は本発明による波形補正装
置を用いた機器の構成を示す図、第4図は本発明による
波形補正装置の回路図、第5図は本発明装置を使用しな
い油圧サーボを用いた機器の応答波(正弦波)の例を示
す図、第6図は波形補正装置を用いた応答波の例を示す
図である。 2・・・・・・振動台、4,6・・・・・・アクチュエ
ータ、8・・・・・・シーベルヘッド、10・・・・・
・サーボバルブ、12・・・・・・ピストン、14・・
・・・・差動トランス、20・・・・・・入力信号源、
22・・・・・・波形補正装置、24・・・・・・制御
装置、26・・・・・・加振装置、28・・・・・・油
圧源、42.44.46.48.52・・・・・・加算
器、50・・・・・・非線形要素、56・・・・・・シ
ュミレーション回路、58・・・・・・逆伝達関数回路
Fig. 1 is a diagram showing an example of equipment using a hydraulic servo, Fig. 2 is a diagram showing a force applying device, Fig. 3 is a diagram showing the configuration of equipment using a waveform correction device according to the present invention, and Fig. 4 is a circuit diagram of a waveform correction device according to the present invention, FIG. 5 is a diagram showing an example of a response wave (sine wave) of a device using a hydraulic servo that does not use the device of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the example of a response wave. 2... Vibration table, 4, 6... Actuator, 8... Sebel head, 10...
・Servo valve, 12...Piston, 14...
... Differential transformer, 20 ... Input signal source,
22... Waveform correction device, 24... Control device, 26... Vibration device, 28... Hydraulic power source, 42.44.46.48. 52...Adder, 50...Nonlinear element, 56...Simulation circuit, 58...Inverse transfer function circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ある人力信号で摩擦機構を有する機器の駆動制御装
置と被制御体とを含む系を駆動した場合に生ずる応答波
形の乱れと丁度逆向きの乱れを混入して応答シュミレー
ション波形を作るシュミレーション回路と前記シュミレ
ーション波形に前記系の摩擦抵抗を除いた伝達関数の逆
数を掛ける逆伝達関数回路とを包含し、前記シュミレー
ション回路は実際と逆向きの摩擦抵抗を与える非線形要
素を包含することを特徴とする加速度波形補正装置。
1. A simulation circuit that creates a response simulation waveform by mixing a disturbance in the direction exactly opposite to the disturbance in the response waveform that occurs when a system including a drive control device of a device having a friction mechanism and a controlled object is driven by a certain human signal. and an inverse transfer function circuit that multiplies the simulation waveform by a reciprocal of a transfer function excluding frictional resistance of the system, and the simulation circuit includes a nonlinear element that provides frictional resistance in the opposite direction to the actual one. Acceleration waveform correction device.
JP6285677A 1977-05-31 1977-05-31 Acceleration waveform correction device Expired JPS5852241B2 (en)

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