電気油圧サーボ式材料試験機
【目的】 ＰＩＤ動作からＰＤ動作に切り換えた時点で、制御信号が変化することなく、厳密な意味でその時点から積分動作を停止した制御を行える電気油圧サーボ式材料試験機を提供する。
【構成】 デジタルサーボ方式を採用し、積分動作を除外する旨の選択がなされた時点で、その直前のＰＩＤ演算結果から、その直後のＰＤ演算結果を減じた値を記憶する記憶手段と、上記した時点以降のＰＤ演算結果に記憶手段の内容を加算して制御信号値とする補正手段を設ける。
【構成】 デジタルサーボ方式を採用し、積分動作を除外する旨の選択がなされた時点で、その直前のＰＩＤ演算結果から、その直後のＰＤ演算結果を減じた値を記憶する記憶手段と、上記した時点以降のＰＤ演算結果に記憶手段の内容を加算して制御信号値とする補正手段を設ける。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気油圧サーボ式の材料試験機に関し、更に詳しくは、検出信号をデジタル演算によってＰＩＤ（比例、積分および微分）処理を施した後、アナログ信号に変換してサーボ弁に供給する、いわゆるデジタルサーボ方式を採用した電気油圧サーボ式材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気油圧サーボ式の材料試験機においては、一般に、負荷機構の油圧アクチュエータに対して電気油圧サーボ弁を介して圧油を供給する。そして、このサーボ弁の駆動を制御する制御信号は、目標値信号に対して試験片に作用する負荷に関する物理量、例えば荷重や変位等の検出信号をフィードバックして得られる偏差にＰＩＤ（比例、積分および微分演算）処理を施すことによって作成される。
【０００３】一方、近年、デジタルサーボ方式を採用した電気油圧サーボ式の材料試験機が実用化されつつあるが、このデジタルサーボ方式においては、荷重や変位等の検出信号を所定の周期でデジタル化してコンピュータに採り込み、この検出データと別途設定されている目標値との偏差に対してデジタル演算によって比例、積分および微分演算を施すとともに、この演算結果をアナログ化してサーボ弁に制御信号として供給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば疲労試験等においては、実際に繰り返し負荷を加える際、繰り返し負荷を加える場合等には特に積分演算を行わない方が好ましい場合があり、このような場合、ＰＩＤ演算処理から積分演算を除外することが行われる。このとき、繰り返し負荷を加える直前までは偏差を０に保つために通常のＰＩＤ演算によって操作信号を作成しておき、負荷を加える時点で積分演算の実行を止めるような使用方法が採用されることもある。
【０００５】ここで、積分演算の実行状態から不実行状態に切り換えた場合は、例えば通常のアナログ方式の電気油圧サーボ式材料試験機においてはその時点まで作用してきた積分成分が放電してしまい、厳密な意味では、現時点からの積分動作の停止を行うことができなかった。つまり、積分演算を停止した時点で、操作信号に含まれている積分成分が無くなり、操作信号はその分だけ切り換え時点における値から変化してしまうことになって、厳密には、切り換え時点から積分動作を停止したことにはならず、言わばその時点までの積分動作の履歴によって切り換え時点以降の制御信号が影響を受けることになる。このことは単にデジタルサーボ方式を採用した場合も同じである。
【０００６】本発明はこような点に鑑みてなされたもので、積分演算の実行状態から不実行状態に切り換えて制御動作から積分動作を除外したとき、その切り換え時点で制御信号の大きさが変化することなく、その時点から積分動作を停止した制御を行うことのできる材料試験機の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための構成を、図１に示す基本概念図を参照しつつ説明すると、本発明の電気油圧サーボ式材料試験機は、制御信号に基づいて制御されるサーボ弁ａと、このサーボ弁ａを介して供給される圧油により動作して試験片に負荷を加える負荷機構ｂと、試験片に作用する負荷に関する物理量の検出値のデジタル化手段ｃと、そのデジタル化された検出データと目標値との偏差に対してデジタル演算による比例、積分および微分の各演算を行う演算手段ｄと、その演算結果をアナログ化して制御信号としてサーボ弁ａに供給するアナログ化手段ｅを備えた材料試験機において、演算手段ｄによる各演算のうち積分演算の有無を指定する選択手段ｆと、この選択手段ｆにより積分演算有りの状態から無しの状態に切り換えられた時点で、その直前の比例、積分および微分演算結果から、その直後の検出データと目標値との偏差に対する比例および微分演算結果を減じた値を記憶する記憶手段ｇと、上記切り換え時点以降の演算手段ｄによる演算結果に記憶手段ｇの内容を加算してアナログ化手段ｅに導く補正手段ｈを備えたことによって特徴付けられる。
【０００８】
【作用】本発明では、デジタルサーボ方式を採用し、比例、積分および微分動作を含めた制御状態において、積分動作を停止する旨の切り換えが行われると、その時点における積分成分を記憶しておき、その切り換え以降、比例と微分動作による制御状態における制御信号にその記憶内容を加算することにより、実質的に切り換え時点からの積分動作の停止を可能としている。
【０００９】すなわち、比例、積分および微分演算が行われている状態で、選択手段ｆにより積分演算を除外する旨の選択がなされると、その時点の直前に演算された偏差の比例、積分および微分演算結果から、直後の偏差の比例、微分結果が減算されて記憶手段ｇに格納される。この減算結果は、実質的にその時点における積分成分の値を表すことになり、補正手段ｈにおいてその記憶内容を以降の偏差の比例および微分演算結果に加算することにより、積分演算を除外する旨の選択がなされた時点から積分動作を停止した制御が行われることになる。
【００１０】
【実施例】図２は本発明実施例の構成を示すブロック図である。電気油圧サーボ式の材料試験機本体１は、油圧アクチュエータを含む負荷機構１１と、制御信号によって制御されるサーボ弁１２、および試験片に作用する荷重の大きさを測定するロードセル、あるいは負荷機構の変位を測定する変位センサ等の、所望の制御量の検出を行うトランスジューサ１３等を含み、サーボ弁１２への制御信号は制御装置２から供給される。また、トランスジューサ１３の出力はアンプ３を介して制御装置２に採り込まれる。
【００１１】制御装置２はＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３および入出力インターフェース２４等からなるコンピュータを主体として構成されており、アンプ３を経たトランスジューサ１３の出力をデジタル化するためのＡ−Ｄ変換器２５、サーボ弁１２に供給すべき制御信号をアナログ化するためのＤ−Ａ変換器２６、およびホストコンピュータ４との接続のための入出力制御部２７等を備えている。
【００１２】この例において目標値の設定や、積分動作のＯＮ・ＯＦＦつまりＰＩＤ動作を選択するかあるいはＰＤ動作を選択するか等はホストコンピュータ４からの指令によって行われる。
【００１３】図３はＲＯＭ２２に書き込まれたプログラムの内容を示すフローチャートで、以下、この図を参照しつつ本発明実施例の動作を述べる。ＰＩＤ動作およびＰＤ動作のいずれが選択されている状態においても、アンプ３およびＡ−Ｄ変換器２５を介して所定の周期ごとにトランスジューサ１３による制御量の検出値が採り込まれ（ＳＴ１）、その検出データと別途設定されている目標値との偏差εが算出される（ＳＴ２）。そして、ＰＩＤ動作が選択されている状態では、その偏差εに対して比例、積分および微分の各演算が施され（ＳＴ３，ＳＴ４）、その演算結果αが次回のデータ採り込み〜演算時までの間ＲＡＭ２３に格納される（ＳＴ５）とともに、その値αがＤ−Ａ変換器２６を介して制御信号としてサーボ弁１２に供給される（ＳＴ６）。
【００１４】一方、ＰＤ動作が選択されている状態では、同じく偏差εに対して比例および微分の各演算が施される（ＳＴ７）。そして、このＰＤ動作が選択された直後のルーチンにおいては、前回のルーチンでＲＡＭ２３内に記憶されているＰＩＤ演算結果αから、今回のルーチンで得られたＰＤ演算結果βが減じられ、その値γが補正値としてＲＡＭ２３の所定のエリアに格納される（ＳＴ８，ＳＴ９）。そして以降はＳＴ７における演算結果βにこの補正値γが加算され（ＳＴ１０）、その加算後の値β＋γが次回のデータ採り込み〜演算時までＲＡＭ２３内に記憶されるとともに、その値β＋γがＤ−Ａ変換器２６を介して制御信号としてサーボ弁１２に供給される。
【００１５】以上の動作によると、γはＰＩＤ動作からＰＤ動作に切り換えた直前におけるＰＩＤ演算結果と、同じく直後におけるＰＤ演算結果の差であるから、実質的にこの切り換え時点におけるおける積分成分に相当する値となるから、この値γを以降のＰＤ演算で作成された制御信号の値βに加算することにより、切り換え後の制御信号には切り換え時点における積分成分が以降のＰＤ動作における初期値として含まれることになり、従ってこの制御信号は切り換え時点における積分成分の影響を受けず、換言すれば、切り換え時点における積分成分が０になることなくそのまま受け継がれて、この時点から積分動作が停止されることになる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、ＰＩＤ動作を行っている状態で、積分動作のみを停止する切り換えを行った場合、その切り換えの直前におけるＰＩＤ演算結果から、その直後におけるＰＤ演算結果が減算され、その値が以降のＰＤ動作におけるＰＤ演算結果に加算されて制御信号が補正されるから、切り換え時点での積分成分が従来のようにその時点以降の制御信号から欠落してしまうことがなく、厳密な意味でこの切り換え時点からの積分動作の停止が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す基本概念図
【図２】本発明実施例の構成を示すブロック図
【図３】そのＲＯＭ２２に書き込まれたプログラムの内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 電気油圧サーボ式材料試験機本体
１１ 負荷機構
１２ サーボ弁
１３ トランスジューサ
２ 制御装置
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 入出力インターフェース
２５ Ａ−Ｄ変換器
２６ Ｄ−Ａ変換器
２７ 入出力制御部
３ アンプ
４ ホストコンピュータ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気油圧サーボ式の材料試験機に関し、更に詳しくは、検出信号をデジタル演算によってＰＩＤ（比例、積分および微分）処理を施した後、アナログ信号に変換してサーボ弁に供給する、いわゆるデジタルサーボ方式を採用した電気油圧サーボ式材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気油圧サーボ式の材料試験機においては、一般に、負荷機構の油圧アクチュエータに対して電気油圧サーボ弁を介して圧油を供給する。そして、このサーボ弁の駆動を制御する制御信号は、目標値信号に対して試験片に作用する負荷に関する物理量、例えば荷重や変位等の検出信号をフィードバックして得られる偏差にＰＩＤ（比例、積分および微分演算）処理を施すことによって作成される。
【０００３】一方、近年、デジタルサーボ方式を採用した電気油圧サーボ式の材料試験機が実用化されつつあるが、このデジタルサーボ方式においては、荷重や変位等の検出信号を所定の周期でデジタル化してコンピュータに採り込み、この検出データと別途設定されている目標値との偏差に対してデジタル演算によって比例、積分および微分演算を施すとともに、この演算結果をアナログ化してサーボ弁に制御信号として供給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば疲労試験等においては、実際に繰り返し負荷を加える際、繰り返し負荷を加える場合等には特に積分演算を行わない方が好ましい場合があり、このような場合、ＰＩＤ演算処理から積分演算を除外することが行われる。このとき、繰り返し負荷を加える直前までは偏差を０に保つために通常のＰＩＤ演算によって操作信号を作成しておき、負荷を加える時点で積分演算の実行を止めるような使用方法が採用されることもある。
【０００５】ここで、積分演算の実行状態から不実行状態に切り換えた場合は、例えば通常のアナログ方式の電気油圧サーボ式材料試験機においてはその時点まで作用してきた積分成分が放電してしまい、厳密な意味では、現時点からの積分動作の停止を行うことができなかった。つまり、積分演算を停止した時点で、操作信号に含まれている積分成分が無くなり、操作信号はその分だけ切り換え時点における値から変化してしまうことになって、厳密には、切り換え時点から積分動作を停止したことにはならず、言わばその時点までの積分動作の履歴によって切り換え時点以降の制御信号が影響を受けることになる。このことは単にデジタルサーボ方式を採用した場合も同じである。
【０００６】本発明はこような点に鑑みてなされたもので、積分演算の実行状態から不実行状態に切り換えて制御動作から積分動作を除外したとき、その切り換え時点で制御信号の大きさが変化することなく、その時点から積分動作を停止した制御を行うことのできる材料試験機の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための構成を、図１に示す基本概念図を参照しつつ説明すると、本発明の電気油圧サーボ式材料試験機は、制御信号に基づいて制御されるサーボ弁ａと、このサーボ弁ａを介して供給される圧油により動作して試験片に負荷を加える負荷機構ｂと、試験片に作用する負荷に関する物理量の検出値のデジタル化手段ｃと、そのデジタル化された検出データと目標値との偏差に対してデジタル演算による比例、積分および微分の各演算を行う演算手段ｄと、その演算結果をアナログ化して制御信号としてサーボ弁ａに供給するアナログ化手段ｅを備えた材料試験機において、演算手段ｄによる各演算のうち積分演算の有無を指定する選択手段ｆと、この選択手段ｆにより積分演算有りの状態から無しの状態に切り換えられた時点で、その直前の比例、積分および微分演算結果から、その直後の検出データと目標値との偏差に対する比例および微分演算結果を減じた値を記憶する記憶手段ｇと、上記切り換え時点以降の演算手段ｄによる演算結果に記憶手段ｇの内容を加算してアナログ化手段ｅに導く補正手段ｈを備えたことによって特徴付けられる。
【０００８】
【作用】本発明では、デジタルサーボ方式を採用し、比例、積分および微分動作を含めた制御状態において、積分動作を停止する旨の切り換えが行われると、その時点における積分成分を記憶しておき、その切り換え以降、比例と微分動作による制御状態における制御信号にその記憶内容を加算することにより、実質的に切り換え時点からの積分動作の停止を可能としている。
【０００９】すなわち、比例、積分および微分演算が行われている状態で、選択手段ｆにより積分演算を除外する旨の選択がなされると、その時点の直前に演算された偏差の比例、積分および微分演算結果から、直後の偏差の比例、微分結果が減算されて記憶手段ｇに格納される。この減算結果は、実質的にその時点における積分成分の値を表すことになり、補正手段ｈにおいてその記憶内容を以降の偏差の比例および微分演算結果に加算することにより、積分演算を除外する旨の選択がなされた時点から積分動作を停止した制御が行われることになる。
【００１０】
【実施例】図２は本発明実施例の構成を示すブロック図である。電気油圧サーボ式の材料試験機本体１は、油圧アクチュエータを含む負荷機構１１と、制御信号によって制御されるサーボ弁１２、および試験片に作用する荷重の大きさを測定するロードセル、あるいは負荷機構の変位を測定する変位センサ等の、所望の制御量の検出を行うトランスジューサ１３等を含み、サーボ弁１２への制御信号は制御装置２から供給される。また、トランスジューサ１３の出力はアンプ３を介して制御装置２に採り込まれる。
【００１１】制御装置２はＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３および入出力インターフェース２４等からなるコンピュータを主体として構成されており、アンプ３を経たトランスジューサ１３の出力をデジタル化するためのＡ−Ｄ変換器２５、サーボ弁１２に供給すべき制御信号をアナログ化するためのＤ−Ａ変換器２６、およびホストコンピュータ４との接続のための入出力制御部２７等を備えている。
【００１２】この例において目標値の設定や、積分動作のＯＮ・ＯＦＦつまりＰＩＤ動作を選択するかあるいはＰＤ動作を選択するか等はホストコンピュータ４からの指令によって行われる。
【００１３】図３はＲＯＭ２２に書き込まれたプログラムの内容を示すフローチャートで、以下、この図を参照しつつ本発明実施例の動作を述べる。ＰＩＤ動作およびＰＤ動作のいずれが選択されている状態においても、アンプ３およびＡ−Ｄ変換器２５を介して所定の周期ごとにトランスジューサ１３による制御量の検出値が採り込まれ（ＳＴ１）、その検出データと別途設定されている目標値との偏差εが算出される（ＳＴ２）。そして、ＰＩＤ動作が選択されている状態では、その偏差εに対して比例、積分および微分の各演算が施され（ＳＴ３，ＳＴ４）、その演算結果αが次回のデータ採り込み〜演算時までの間ＲＡＭ２３に格納される（ＳＴ５）とともに、その値αがＤ−Ａ変換器２６を介して制御信号としてサーボ弁１２に供給される（ＳＴ６）。
【００１４】一方、ＰＤ動作が選択されている状態では、同じく偏差εに対して比例および微分の各演算が施される（ＳＴ７）。そして、このＰＤ動作が選択された直後のルーチンにおいては、前回のルーチンでＲＡＭ２３内に記憶されているＰＩＤ演算結果αから、今回のルーチンで得られたＰＤ演算結果βが減じられ、その値γが補正値としてＲＡＭ２３の所定のエリアに格納される（ＳＴ８，ＳＴ９）。そして以降はＳＴ７における演算結果βにこの補正値γが加算され（ＳＴ１０）、その加算後の値β＋γが次回のデータ採り込み〜演算時までＲＡＭ２３内に記憶されるとともに、その値β＋γがＤ−Ａ変換器２６を介して制御信号としてサーボ弁１２に供給される。
【００１５】以上の動作によると、γはＰＩＤ動作からＰＤ動作に切り換えた直前におけるＰＩＤ演算結果と、同じく直後におけるＰＤ演算結果の差であるから、実質的にこの切り換え時点におけるおける積分成分に相当する値となるから、この値γを以降のＰＤ演算で作成された制御信号の値βに加算することにより、切り換え後の制御信号には切り換え時点における積分成分が以降のＰＤ動作における初期値として含まれることになり、従ってこの制御信号は切り換え時点における積分成分の影響を受けず、換言すれば、切り換え時点における積分成分が０になることなくそのまま受け継がれて、この時点から積分動作が停止されることになる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、ＰＩＤ動作を行っている状態で、積分動作のみを停止する切り換えを行った場合、その切り換えの直前におけるＰＩＤ演算結果から、その直後におけるＰＤ演算結果が減算され、その値が以降のＰＤ動作におけるＰＤ演算結果に加算されて制御信号が補正されるから、切り換え時点での積分成分が従来のようにその時点以降の制御信号から欠落してしまうことがなく、厳密な意味でこの切り換え時点からの積分動作の停止が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す基本概念図
【図２】本発明実施例の構成を示すブロック図
【図３】そのＲＯＭ２２に書き込まれたプログラムの内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 電気油圧サーボ式材料試験機本体
１１ 負荷機構
１２ サーボ弁
１３ トランスジューサ
２ 制御装置
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 入出力インターフェース
２５ Ａ−Ｄ変換器
２６ Ｄ−Ａ変換器
２７ 入出力制御部
３ アンプ
４ ホストコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 制御信号に基づいて制御されるサーボ弁と、このサーボ弁を介して供給される圧油により動作して試験片に負荷を加える負荷機構と、試験片に作用する負荷に関する物理量の検出値のデジタル化手段と、そのデジタル化された検出データと目標値との偏差に対してデジタル演算による比例、積分および微分の各演算を行う演算手段と、その演算結果をアナログ化して上記制御信号としてサーボ弁に供給するアナログ化手段を備えた材料試験機において、上記演算手段による各演算のうち積分演算の有無を指定する選択手段と、この選択手段により積分演算有りの状態から無しの状態に切り換えられた時点で、その直前の比例、積分および微分演算結果から、その直後の上記検出データと目標値との偏差に対する比例および微分演算結果を減じた値を記憶する記憶手段と、上記切り換え時点以降の上記演算手段による演算結果に上記記憶手段の内容を加算して上記アナログ化手段に導く補正手段を備えたことを特徴とする電気油圧サーボ式材料試験機。
【請求項１】 制御信号に基づいて制御されるサーボ弁と、このサーボ弁を介して供給される圧油により動作して試験片に負荷を加える負荷機構と、試験片に作用する負荷に関する物理量の検出値のデジタル化手段と、そのデジタル化された検出データと目標値との偏差に対してデジタル演算による比例、積分および微分の各演算を行う演算手段と、その演算結果をアナログ化して上記制御信号としてサーボ弁に供給するアナログ化手段を備えた材料試験機において、上記演算手段による各演算のうち積分演算の有無を指定する選択手段と、この選択手段により積分演算有りの状態から無しの状態に切り換えられた時点で、その直前の比例、積分および微分演算結果から、その直後の上記検出データと目標値との偏差に対する比例および微分演算結果を減じた値を記憶する記憶手段と、上記切り換え時点以降の上記演算手段による演算結果に上記記憶手段の内容を加算して上記アナログ化手段に導く補正手段を備えたことを特徴とする電気油圧サーボ式材料試験機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平５−２４０７５７
【公開日】平成５年（１９９３）９月１７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−４３６０１
【出願日】平成４年（１９９２）２月２８日
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【公開日】平成５年（１９９３）９月１７日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）２月２８日
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
[ Back to top ]