非ガウス性振動制御装置
【課題】 目標とするスペクトルだけでなく、目標とする非ガウス特性を有する振動を供試体に与えるよう制御することの可能な振動制御装置を提供する。
【解決手段】
制御スペクトル算出手段２２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。ガウス性ランダム信号生成手段２６は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えて逆フーリエ変換を行い、ガウス性ランダム信号を生成する。変換手段２８は、ガウス性ランダム信号を変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する。ドライブ信号生成手段３２は、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を生成する。ドライブ信号は、Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号に変換され、振動試験機２に与えられる。
【解決手段】
制御スペクトル算出手段２２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。ガウス性ランダム信号生成手段２６は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えて逆フーリエ変換を行い、ガウス性ランダム信号を生成する。変換手段２８は、ガウス性ランダム信号を変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する。ドライブ信号生成手段３２は、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を生成する。ドライブ信号は、Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号に変換され、振動試験機２に与えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標とする非ガウス性振動が、供試体に与えられるように振動試験機を制御する振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
輸送中や稼働中に被る振動による影響をシミュレートするため、供試体に所望の振動を与える振動試験が行われている。振動試験において、所望の振動となるように振動試験機を制御するのが振動制御装置である。
【０００３】
現実に加えられる振動を記録しておき、この振動を供試体に与えることができれば、正確な振動試験を行うことが可能である。しかし、実際の振動波形自体を記録し再現するためには、膨大な記録容量が必要であるため、一般的にはあまり用いられていない。
【０００４】
一方で、正弦波による振動を与える試験も行われている。この場合、正弦波を出力するだけであるから制御は容易であるが、現実に加えられる振動との乖離が大きすぎるという問題がある。
【０００５】
そこで、現実に加えられる振動の周波数特性（パワースペクトル密度）を算出し、当該目的とするパワースペクトル密度を有する振動を供試体に加えるランダム振動試験が行われている。
【０００６】
図２０に、特許文献１に開示された従来のランダム振動試験のための振動制御装置を示す。振動試験機２自体も周波数特性を有するので、目標とするスペクトルを有する振動を与えたとしても、そのとおりの振動が供試体４には与えられない。したがって、振動制御装置により、供試体４の振動波形のスペクトル（応答スペクトル）が、目標スペクトルに等しくなるように、フィードバック制御を行っている。
【０００７】
振動試験機２に固定された供試体４は、振動試験機２によって振動させられる。供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル信号である応答信号とされる。フーリエ変換手段１０は、応答信号をフーリエ変換し、応答スペクトルを算出する。
【０００８】
制御スペクトル算出手段１２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。ドライブ信号生成手段１４は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えて逆フーリエ変換を行い、ドライブ信号を生成する。
【０００９】
Ｄ／Ａ変換器１６は、生成されたドライブ信号をアナログ信号に変換し、振動試験機２に与える。
【００１０】
以上のようにして、目標スペクトルを有する振動を供試体４に与えるよう制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−０６８７１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の振動制御装置では、目標とするスペクトルを有する振動を供試体４に与えることはできるものの、その振動の確率密度分布は、図２１の実線に示すようにガウス分布（正規分布）となる。しかし、現実の振動は非ガウス分布となることが多いにもかかわらず、従来の振動制御装置では、非ガウス特性を有する振動を供試体に与えることはできなかった。
【００１３】
この発明は、上記の問題を解決して、目標とするスペクトルだけでなく、目標とする非ガウス特性を有する振動を供試体に与えるよう制御することの可能な振動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
(1)(3)(9)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段とを備えている。
【００１５】
目標とするスペクトルを有する振動が供試体に与えられるようにフィードバック制御を行い、さらに、生成した非ガウス性ランダム信号と等しい振動を供試体に与えるようにしているので、目標スペクトルを有し目標非ガウス特性を有する振動を与えることができる。
【００１６】
(2)(4)(10)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段とを備えている。
【００１７】
したがって、制御特性をリアルタイムに更新するので、より精度良く非ガウス性ランダム信号と同じ振動を供試体に与えることができる。
【００１８】
(5)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、前記算出されたガウス性ランダム信号を前記変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する変換手段とを備えたことを特徴としている。
【００１９】
したがって、変換特性を制御することにより、容易に所望の非ガウス性ランダム信号を得ることができる。
【００２０】
(6)この発明に係る振動制御装置は、応答スペクトル生成手段は、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を、前記変換手段の変換特性に基づいて、ガウス性応答信号に変換する非ガウス−ガウス変換手段と、前記ガウス性応答信号を周波数関数に変換し、ガウス性応答スペクトルを得るガウス性応答スペクトル生成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
したがって、応答スペクトル算出手段は、ガウス性の応答信号に基づいて応答スペクトルを算出することができ、精度良くフィードバック制御を行うことができる。
【００２２】
(7)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルに基づいて時間関数に変換する際に、制御スペクトルの各成分に順次与える位相差の確率密度分布を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴としている。
【００２３】
したがって、制御スペクトルから直接的に非ガウス性ランダム信号を生成するので、不要なスペクトル成分が生じる可能性が少なく、制御スペクトル算出手段によるフィードバック制御の精度が向上する。
【００２４】
(8)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段が、前記位相差の確率密度分布の少なくとも平均または分散を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴としている。
【００２５】
したがって、所望の非ガウス性ランダム信号を生成することができる。
【００２６】
(9)この発明に係る振動制御装置は、前記振動試験機は、前記供試体に対して複数軸方向からの振動を与える複数の振動発生器を有しており、前記応答スペクトル算出手段、前記制御スペクトル算出手段、前記非ガウス性ランダム信号生成手段が、複数軸のそれぞれの軸のために設けられ、前記制御特性更新手段は、各軸のための応答信号および各軸のためのドライブ信号に基づいて、前記各軸のための応答信号と前記各軸のためのドライブ信号との組み合わせに係る制御特性を演算し、前記ドライブ信号生成手段は、各軸のための非ガウス性ランダム信号と前記組み合わせに係る制御特性に基づいて、各軸のためのドライブ信号を生成する。
【００２７】
したがって、多軸方向の振動制御を行うことができる。
【００２８】
(10)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標とする任意の確率密度分布にしたがった波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、ＺＭＮＬ関数に基づいて、前記ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を、前記目標とする任意の確率密度分布を有する非ガウス性ランダム信号に変換する非ガウス性ランダム信号生成手段と、前記非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段とを備えている。
【００２９】
したがって、目標とする振動の確率密度分布を与えることにより、これに合致する振動を供試体に与えることができる。
【００３０】
「応答スペクトル算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ１２がこれに対応する。
【００３１】
「制御スペクトル算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ１３がこれに対応する。
【００３２】
「非ガウス性ランダム信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ２がこれに対応する。
【００３３】
「ガウス性ランダム信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ２１〜Ｓ２５がこれに対応する。
【００３４】
「変換手段」は、実施形態においては、ステップＳ２６がこれに対応する。
【００３５】
「波形制御手段」は、実施形態においては、ステップＳ３がこれに対応する。
【００３６】
「ドライブ信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ３１〜Ｓ３３がこれに対応する。
【００３７】
「制御特性更新手段」は、実施形態においては、ステップＳ３５、Ｓ３６がこれに対応する。
【００３８】
「非ガウス特性算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ２５１、Ｓ２５２がこれに対応する。
【００３９】
「変換特性算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ２５３がこれに対応する。
【００４０】
「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。
【００４１】
この発明において「等しくなるように制御する」とは、両者が等しくなるような方向に制御を行うという意味であり、たとえばフィードバック制御がこの概念に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第一の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図である。
【図２】振動制御装置のハードウエア構成である。
【図３】制御プログラム４４のフローチャートである。
【図４】制御スペクトル生成処理のフローチャートである。
【図５】非ガウス性ランダム信号の生成処理のフローチャートである。
【図６】波形制御処理のフローチャートである。
【図７】目標スペクトル、目標非ガウス特性を示す図である。
【図８】生成された複数フレームのガウス性ランダム信号を示す図である。
【図９】ガウス性ランダム信号に窓関数を乗じ、ずらせながら重ね合わせる処理を説明するための図である。
【図１０】ＺＭＮＬ関数の一例である。
【図１１】非ガウス性ランダム信号に基づいて、ドライブ信号を得るための処理を説明するための図である。
【図１２】第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図である。
【図１３】制御プログラム４４のフローチャートである。
【図１４】変換特性の修正処理のフローチャートである。
【図１５】標準偏差とクルトシスとの関係を示す図である。
【図１６】逆変換手段１９を設けた場合の例を示す図である。
【図１７】他の実施形態によるランダム信号生成を説明するための図である。
【図１８】ＺＭＮＬ関数を決定する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１９】多軸制御を行う場合の例を示す図である。
【図２０】従来の振動制御装置を示す図である。
【図２１】応答信号の確率密度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
１．第一の実施形態
1.1機能ブロック図
図１に、この発明の第一実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。振動試験機２に固定された供試体４は、振動試験機２によって振動させられる。供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル信号である応答信号とされる。応答スペクトル算出手段２０は、応答信号をフーリエ変換し、応答スペクトルを算出する。
【００４４】
制御スペクトル算出手段２２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。つまり、フィードバック制御を行う。
【００４５】
ガウス性ランダム信号生成手段２６は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えてフーリエ変換を行い、ガウス性ランダム信号を生成する。変換手段２８は、ガウス性ランダム信号を変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する。なお、この実施形態では、ガウス性ランダム信号生成手段２６と変換手段２８によって、非ガウス性ランダム信号生成手段２４が構成されている。
【００４６】
ドライブ信号生成手段３２は、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を生成する。ドライブ信号は、Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号に変換され、振動試験機２に与えられる。
【００４７】
制御特性更新手段３４は、ドライブ信号と応答信号に基づいて、系の伝達特性を算出し、その逆特性である制御特性を更新する。更新された制御特性は、ドライブ信号生成手段３２に与えられる。なお、この実施形態では、制御特性更新手段３４とドライブ信号生成手段３２によって、波形制御手段３０が構成されている。
【００４８】
以上の処理を要約すると、次のようになる。応答スペクトル算出手段２０と制御スペクトル算出手段２２によって、応答スペクトルが目標スペクトルに等しくなるようにフードバック制御が行われ、制御スペクトルが算出される。非ガウス性ランダム信号生成手段２４は、この制御スペクトルを有する非ガウス性ランダム信号を生成する。波形制御手段３０は、このようにして生成された非ガウス性ランダム信号の波形にしたがって供試体４が振動するように制御する。
【００４９】
以上のようにして、供試体４に対し、変換手段２８の変換特性を設定することにより目標とする非ガウス特性を有し、かつ、目標スペクトルを有する振動を、供試体４に与えることができる。
【００５０】
1.2ハードウエア構成
図２に、図１の振動制御装置をディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現した場合のハードウエア構成を示す。
【００５１】
ＤＳＰ４０には、フラッシュＲＯＭ４２、メモリ４６、Ｄ／Ａ変換器１６、Ａ／Ｄ変換器８が接続されている。Ｄ／Ａ変換器１６は、ディジタルデータとしてのドライブ信号をアナログ信号に変換して、振動試験機２に与える。振動試験機２によって振動させられた供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、アナログの応答信号として出力される。Ａ／Ｄ変換器８は、アナログ信号としての応答信号をディジタルデータに変換する。フラッシュＲＯＭ４２には、制御のための制御プログラム４４が記録されている。
【００５２】
なお、ＤＳＰ４０には、ＭＰＵ、タッチパネルディスプレイなど（図示せず）が接続されており、操作者が目標スペクトルを設定したり、目標ガウス特性を設定したりすることができるようになっている。
【００５３】
1.3制御処理
図３に、制御プログラム４４のフローチャートを示す。ここでは、操作者により、図７に示すように、目標スペクトル、目標とするクルトシス（尖度）とスキューネス（歪度）が設定され、メモリ４６に記録されているものとして説明を進める。
【００５４】
ここで、クルトシスとは、図２１に示す振動波形の確率密度分布において、その分布形状の尖っている度合いを表す尺度である。ガウス性の振動波形においては、クルトシスは３である。非ガウス性振動波形においては、クルトシスはこれより大きくなる（図２１の破線参照）。これは、非ガウス性振動波形では、振動波形の平均値に対して、振動波形のピーク値が大きく突出していることを表している。また、スキューネスとは、振動波形の歪み（非対称度）である。ガウス性の振動波形においては、スキューネスは０である。非ガウス性振動波形においては、スキューネスが０からずれることがある。たとえば、図２１の波線に示すように、平均値（つまりスキューネス）が０．５となっている。
【００５５】
まず、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取得し、制御スペクトルを生成する（ステップＳ１）。次に、この制御スペクトルの周波数特性を有する非ガウス性ランダム信号を生成する（ステップＳ２）。続いて、この非ガウス性ランダム信号に基づいて波形制御を行い、供試体４に振動を与える（ステップＳ３）。このような制御を繰り返し、目標スペクトル、目標非ガウス特性を有する振動を、供試体４に与えている。
【００５６】
図４に、制御スペクトル生成（ステップＳ１）の詳細フローチャートを示す。ＤＳＰ４０は、まず、Ａ／Ｄ変換器８から、応答信号を取得する（ステップＳ１１）。
【００５７】
次に、ＤＳＰ４０は、取得した応答信号をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、応答信号のパワースペクトル（応答スペクトルという）を算出する（ステップＳ１２）。ディジタルデータとしての応答信号に対しＦＦＴを行うので、応答スペクトルは線スペクトルとなる。続いて、ＤＳＰ４０は、この応答スペクトルを目標とするパワースペクトル（目標スペクトルという）と比較し、両者が合致するように、制御スペクトルを修正する（ステップＳ１３）。なお、この制御スペクトルも線スペクトルとなる。後述のように、このようにして修正された制御スペクトルを有する信号が振動試験機２に与えられるので、フィードバック制御により、応答スペクトルが目標スペクトルに等しく（あるいは近く）なる。
【００５８】
図５に、非ガウス性ランダム信号の生成処理（ステップＳ２）の詳細フローチャートを示す。まず、ＤＳＰ４０は、制御スペクトルの各ライン（線スペクトルの各周波数成分）に、順次、ランダムな位相θを与える（ステップＳ２１）。ここでは、０〜２πの一様乱数をランダム位相θとして与えるようにしている。
【００５９】
次に、ＤＳＰ４０は、ランダムな位相θを与えられた制御スペクトルに対し、逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）を行い、複数フレーム分（たとえば、１２フレーム分）のガウス性ランダム信号（時間軸信号）を生成する。ここで、フレームとは、所定の時間長をいう。
【００６０】
１つの制御スペクトルに対して、ランダムな位相を順次与えるので、異なる波形のガウス性ランダム信号を複数フレーム分得ることができる。なお、このようにして生成されたドライブ信号は、その確率密度分布がガウス分布にしたがう（図２１の実線参照）。ＤＳＰ４０は、生成したガウス性ランダム信号を、メモリ４６に記録する（ステップＳ２２）。
【００６１】
続いて、このようにして生成したガウス性ランダム信号に窓関数をかけて重ね合わせることにより、所望のフレーム分のガウス性ランダム信号を生成するようにしている。
【００６２】
図８に、生成されたｎフレーム分のガウス性ランダム信号ＧＤ1、ＧＤ2、ＧＤ3・・・ＧＤnを示す。ＤＳＰ４０は、各ガウス性ランダム信号ＧＤ1、ＧＤ2、ＧＤ3・・・ＧＤnに対し窓関数を乗じる（ステップＳ２４）。図９に、窓関数を乗じた各ガウス性ランダム信号ＷＧＤ1、ＷＧＤ2、ＷＧＤ3・・・ＷＧＤ4を示す。参考のため、図９において、窓関数を破線にして示している。
【００６３】
次に、ＤＳＰ４０は、ガウス性ランダム信号ＷＧＤ1、ＷＧＤ2、ＷＧＤ3・・・ＷＧＤnを、図９に示すように、１／４フレームずつずらしながら重ね合わせる（足し合わせる）（ステップＳ２５）。このようにして、連続したガウス性ランダム信号ＳＧＤを得ることができる。なお、重ね合わせにより、振幅が元の波形よりも大きくなってしまうので、振幅の調整を行う。
【００６４】
なお、制御スペクトルは、ディジタル的に演算された離散値であって線スペクトルとなる。したがって、この制御スペクトルに基づいて得られたガウス性ランダム信号の周波数特性は、線スペクトルになる。しかし、この実施形態では、複数の異なるガウス性ランダム信号に、窓関数をかけて重ね合わせることにより、線スペクトルを連続スペクトルにしている。なお、この実施形態では、窓関数としてハニングウインドウを用いている。
【００６５】
生成されたガウス性ランダム信号ＳＧＤの振幅の確率密度分布は、図２１に示すようにガウス分布を呈する。つまり、クルトシス（突度）が３．０、スキューネス（歪度）が０である。これに対し、目標クルトシスは５．０、目標スキューネスは０．５と設定されている（図７参照）。つまり、最大振幅はより大きく、しかもプラス側に歪んでいるような信号としなければならない。
【００６６】
そこで、この実施形態では、図１０に示すようなＺＭＮＬ関数（Zero-memory nonliner sysytem関数）を用いて、所望の非ガウス特性を有する信号に変換するようにしている（ステップＳ２６）。図１０において、横軸は与えられた信号であり、縦軸は出力信号である。ガウス性ランダム信号x(t)を、このＺＭＮＬ関数によって変換すると、非ガウス性ランダム信号y(t)が得られる。
【００６７】
ＺＭＮＬ関数を数式で表すと、数１のとおりである。
【００６８】
【数１】
【００６９】
ｘがガウス性信号、ｙが得られる非ガウス性信号である。各係数の詳細は、数２に示すとおりである。
【００７０】
【数２】
【００７１】
上式におけるスキューネスＳ、クルトシスＫに目標スキューネス、目標クルトシスの値を代入することにより、変換によって所望の非ガウス性ランダム信号を生成することのできるＺＭＮＬ関数を得ることができる。
【００７２】
なお、上式では、２．８より小さい目標クルトシスを設定することができない。そこで、数３のような関数を用いるようにしてもよい。
【００７３】
【数３】
【００７４】
係数Ｃｎは、数４に示す誤差変数εを最小にする最適化問題を解くことにより決定することができる。
【００７５】
【数４】
【００７６】
以上のようにして得られた非ガウス性ランダム信号は、メモリ４６に記録される。
【００７７】
図６に、非ガウス性ランダム信号に基づく波形制御処理（ステップＳ３）の詳細を示す。
【００７８】
ＤＳＰ４０は、非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤの１フレーム分を読み出して、窓関数を乗じる（ステップＳ３１）。なお、この実施形態では、窓関数としてハニングウインドウを用いている。
【００７９】
次に、前回の処理にて更新された振動試験機２および供試体４の逆伝達関数に基づいて、窓関数を乗じた非ガウス性ランダム信号の１フレームにつき、ドライブ信号ＷＤ1を生成する（ステップＳ３２）（図１１参照）。振動試験機２に対し、上記の非ガウス性ランダム信号を与えたとしても、供試体４に対し、非ガウス性ランダム信号どおりの振動を与えることはできない。振動試験機２および供試体４に伝達特性が存在するからである。そこで、振動試験機２および供試体４の伝達特性（伝達関数）を計測し、その逆特性を乗じた非ガウス性ランダム信号をドライブ信号として振動試験機２に与えるようにしている。これにより、供試体４は、所望の非ガウス性ランダム信号どおりに振動することになる。
【００８０】
与える信号のスペクトルなどにより、伝達関数は一定ではない。そこで、伝達関数に基づいて算出される逆特性をリアルタイムで更新するようにしている。ただし、逆特性を更新すると、更新前と後のドライブ信号が連続しなくなり、不要な周波数成分をもたらしてしまう可能性がある。そこで、これを滑らかに連続させるため、窓関数を乗し、後述のように重ね合わせるようにしている。
【００８１】
次に、ＤＳＰ４０は、窓関数のかけられたドライブ信号を、前回生成したドライブ信号から１／２フレームずらせて重ね合わせる（ステップＳ３３）。たとえば、図１１に示すように、今回生成したドライブ信号がＷＤ2であれば、前回生成したドライブ信号ＷＤ1から１／２フレームずらせて、メモリ４６において両者を重ね合わせる（足し合わせる）。
【００８２】
これにより、図１１に示すように、連続したドライブ信号ＳＤを得ることができる。
【００８３】
次に、ＤＳＰ４０は、生成したドライブ信号ＳＤの１フレーム分を読み出して、Ｄ／Ａ変換器１６に出力する（ステップＳ３４）。したがって、Ｄ／Ａ変換器１６は、アナログのドライブ信号ＳＤを振動試験機２に与える。これにより、振動試験機２は振動を発生させる。なお、ＤＳＰ４０は、与えたドライブ信号をメモリ４６に記録する。
【００８４】
次に、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取り込む（ステップＳ３５）。続いて、メモリ４６において記録したドライブ信号と、これに対応する応答信号とに基づいて、伝達特性（伝達関数）を算出する。この伝達関数に基づいて、逆伝達関数を算出し、逆伝達関数を更新して記録する（ステップＳ３６）。つまり、次回からのドライブ信号の生成においては、この更新された逆伝達関数を用いる。
【００８５】
以上のようにして、非ガウス性ランダム信号と等しい振動を供試体４に与えることができる。
【００８６】
２．第二の実施形態
2.1機能ブロック図
図１２に、この発明の第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。第一の実施形態では、生成した非ガウス性ランダム信号の波形と、応答信号の波形が合致するように、波形制御手段３０によって制御を行っている。その結果、目標スペクトルと目標非ガウス特性を有する振動を供試体４に与えることができる。
【００８７】
第二の実施形態では、応答信号の非ガウス特性（応答非ガウス特性）が、目標非ガウス特性と合致するように、変換特性をフィードバック制御するようにしている。これにより、目標非ガウス特性をより精度良く実現するようにしている。
【００８８】
図１２に、第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。第一の実施形態による振動制御装置に加えて、非ガウス特性算出手段３１、変換特性算出手段３３が設けられている。
【００８９】
非ガウス特性算出手段３１は、応答信号の非ガウス特性（たとえば、クルトシスＫ、スキューネスＳ）を算出する。変換特性算出手段３３は、応答非ガウス特性と目標非ガウス特性を比較し、両者が等しくなるように変換特性を算出する。変換手段２８は、この変換特性に基づいて、ガウス性ランダム信号を非ガウス性ランダム信号に変換する。
【００９０】
2.2ハードウエア構成
第二の実施形態による振動制御装置のハードウエア構成は、図２に示すものと同様である。
【００９１】
2.3制御処理
図１３に、制御プログラム４４のフローチャートを示す。まず、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取得し、制御スペクトルを生成する（ステップＳ１）。次に、この制御スペクトルの周波数特性を有する非ガウス性ランダム信号を生成する（ステップＳ２）。次に、応答信号の非ガウス特性を算出し、非ガウス性ランダム信号を生成する際の変換特性を修正する（ステップＳ２５）。
【００９２】
続いて、非ガウス性ランダム信号に基づいて波形制御を行い、供試体４に振動を与える（ステップＳ３）。このような制御を繰り返し、目標スペクトル、目標非ガウス特性を有する振動を、供試体４に与えている。
【００９３】
ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、第一の実施形態における制御と同様である。変換特性の修正（ステップＳ２５）の詳細を、図１４に示す。
【００９４】
ＤＳＰ４０は、１フレーム分の応答信号をＡ／Ｄ変換器８から取得する（ステップＳ２５１）。続いて、応答信号の非ガウス特性（たとえば、スキューネスＳおよびクルトシスＫ）を算出する（ステップＳ２５２）。スキューネスＳ、クルトシスＫは、数５によって算出することができる。
【００９５】
【数５】
【００９６】
また、Ｚ3、Ｚ4は、数６によって算出することができる。
【００９７】
【数６】
【００９８】
数６中に現れた平均値Ｘおよび標準偏差σは、数７、数８によって算出することができる。
【００９９】
【数７】
【０１００】
【数８】
【０１０１】
次に、ＤＳＰ４０は、算出した応答スキューネスＳrおよび応答クルトシスＫrが、目標スキューネスＳoおよび目標クルトシスＫo（図７参照）と等しいかどうかを比べ、両者が近づくように、変換特性を変えてフィードバック制御を行う（ステップＳ２５３）。具体的には、応答スキューネスＳr（クルトシスＫr）が小さい場合には、数１、数２のＳを大きくするように制御する。逆に、応答スキューネスＳr（クルトシスＫr）が大きい場合には、数１、数２のＳを小さくするように制御する。
【０１０２】
以上のようにして、リアルタイムに変換特性を制御することにより、より精度良く非ガウス特性を制御することができる。
【０１０３】
３．その他の実施形態
(1)上記実施形態では、ＺＭＮＬ関数を用いて、ガウス性ランダム信号から非ガウス性ランダム信号を得るようにしている。ＺＭＮＬ関数による変換を行うと、周波数特性が変化する。もちろん、この変化分は応答スペクトルに現れるので、制御スペクトル算出手段２２は、この変化分も含めてフィードバック制御を行い、目標スペクトルを実現する。
【０１０４】
しかし、ＺＭＮＬ関数による変換は非線形変換であるため、フィードバック制御では捕捉しきれない誤差が生じてしまう。たとえば、高周波成分において、目標スペクトルと応答スペクトルが合致しないことが生じうる。
【０１０５】
そこで、他の実施形態として、ガウス性ランダム信号を生成した後、これを非ガウス性ランダム信号に変換するのではなく、制御スペクトルから直接的に非ガウス性ランダム信号を生成するようにしてもよい。
【０１０６】
上記実施形態では、制御スペクトルの各ラインに順次ランダムな位相θを与えて、ドライブ信号を生成している。しかし、制御スペクトルの各ラインに与える位相差Δθを、順次ランダムにすることにより、非ガウス性ランダム信号を直接的に生成するようにしてもよい。この場合、位相差Δθの確率密度分布（ここでは正規分布を用いる）の標準偏差を調整することにより、生成される非ガウス性ランダム信号のクルトシスＫを制御することができる。
【０１０７】
参考のため、図１５に、標準偏差とクルトシスとの関係を示す。たとえば、クルトシス４．５の非ガウス性ランダム信号を得たい場合には、位相差Δθの確率密度分布の標準偏差を２００にすればよいことがわかる。
【０１０８】
また、位相差Δθの確率密度分布の初期位相をφ0を調整することにより、生成される非ガウス性ランダム信号のスキューネスＳを制御することができる。
【０１０９】
(2)上記実施形態では、目標非ガウス特性として、クルトシスおよびスキューネスを設定している。しかし、その他の特性を制御特性としてもよい。また、図２１に示すような確率密度分布の形状そのものを目標非ガウス特性としてもよい。これにより、実測データから求めた確率密度分布に従う振動を再現することが可能となる。この場合、確率密度分布が決まれば、これに対応するＺＭＮＬ関数を容易に得ることができる。
【０１１０】
図１８に、目標非ガウス特性として確率密度分布の形状を与え、この確率密度分布に従う非ガウス振動を与える場合の、ＺＭＮＬ関数の決定処理プログラムの処理について説明する。
【０１１１】
ステップＳ１８１において、ＺＭＮＬ関数の係数（c0,c1,c2,c3）に初期値を与える。なお、ここでは、ＺＭＮＬ関数を、y=c0+c1x+c2x2+c3x4にて表される関数であるとする。次に、ＺＭＮＬ関数に適当なベクトル変数ｘを代入してｙを得る（ステップＳ１８２）。
【０１１２】
続いて、確率密度分布を求める（ステップＳ１８３）。つまり、ステップＳ１８１において決定した係数を持つＺＭＮＬ関数にてガウス性信号を変換をして得られる非ガウス信号の確率密度分布を算出する。
【０１１３】
次に、求めた確率密度分布と目標とする確率密度分布とを比較し、その誤差εを算出する（ステップＳ１８４）。ここで、誤差εは各振幅における誤差の絶対値を合計したものとして算出する。
【０１１４】
次に、係数を変化させてステップＳ１８１以下を実行する。この時の誤差εが、前回より小さくなったか大きくなったかを判断する。
【０１１５】
さらに、係数を変化させてステップＳ１８１以下を繰り返し実行し、誤差εが所定値以下に収束する点を探し出す。この時の係数により、求めるＺＭＮＬ関数を決定する。
【０１１６】
(3)上記実施形態では、複数フレームのガウス性ランダム信号ＧＤ1〜ＧＤ4に窓関数をかけて重ね合わせることで連続したガウス性ランダム信号ＳＧＤを得て、これを非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤに変換し、さらに、非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤの１フレームに窓関数をかけて、制御特性をかけて重ね合わせることで、ドライブ信号ＳＤを得ている。
【０１１７】
しかし、以下のように処理を行ってもよい。複数フレームのガウス性ランダム信号ＧＤ1〜ＧＤ4に窓関数をかけ、これら複数フレームのガウス性ランダム信号を、非ガウス性ランダム信号に変換して非ガウス性ランダム信号ＮＧＤ1〜ＮＧＤ4を得る。この非ガウス性ランダム信号ＮＧＤ1〜ＮＧＤ4に、制御特性をかけて重ね合わせることにより、ドライブ信号ＳＤを得るようにしてもよい。この場合、窓関数をかけるのを、重ね合わせの直前に行うようにしてもよい。
【０１１８】
(4)上記実施形態では、伝達特性として伝達関数を用いているが、インパルス応答を用いるようにしてもよい。
【０１１９】
(5)上記実施形態では、波形制御手段３０において、伝達特性を更新することで非ガウス性ランダム信号と応答信号の波形が等しくなるように制御している。しかし、非ガウス性ランダム信号と応答信号の波形が等しくなるようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１２０】
(6)上記実施形態では、応答スペクトル算出手段２０は、非ガウス性を有する応答信号のスペクトルを算出し、制御スペクトル算出手段２２は、この応答スペクトルと目標スペクトルを比較して、制御スペクトルを算出している。
【０１２１】
ここで、応答スペクトルの算出には、非ガウス性を有する応答信号よりも、ガウス性を有する応答信号の方が好ましい。そこで、図１６に示すように、非ガウス性を有する応答信号を、変換手段２８において用いた変換特性の逆特性を用いて、ガウス性を有する応答信号に変換し、このガウス性を有する応答信号のスペクトルを算出するようにしてもよい。
【０１２２】
なお、図１６は、第二の実施形態を前提として構築したものであるが、第一の実施形態に対しても適用することができる。
【０１２３】
(7)上記実施形態では、ドライブ信号生成手段３２において用いる制御特性を、動作中に修正するようにしている。しかしながら、ホワイトノイズによる振動を振動試験機２に加え、その応答信号を得ることで、振動試験機２と供試体４の伝達特性を予め計測し、制御特性を算出しておいて、これを修正せずに用いるようにしてもよい。この場合には、制御特性更新手段３４は不要であり、また、窓関数を乗じて重ね合わせるという処理も不要となる。
【０１２４】
(8)上記実施形態では、１つの制御スペクトルから複数フレームの非ガウス性ランダム信号を生成する際に、フレーム毎に異なった位相を与えるようにしている、すなわち、制御スペクトルの各ラインの強度をＰ1, Ｐ2, Ｐ3, Ｐ4......Ｐnとしたとき、以下のようにφ1,φ2,φ3,φ4....φmを与えて、逆フーリエ変換を行っている
１フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目 Ｐ1(φn+1)、Ｐ2(φn+2)、Ｐ3(φn+3)．．．Ｐn(φn+n)
３フレーム目 Ｐ1(φ2n+1)、Ｐ2(φ2n+2)、Ｐ3(φ2n+3)．．．Ｐn(φ2n+n)
・・・
ｍフレーム目 Ｐ1(φn(m-1)+1)、Ｐ2(φn(m-1)+2)、Ｐ3(φn(m-1)+3)．．．Ｐn(φn(m-1)+n)
上記のように、フレーム毎に異なった位相を与えることにより、窓関数をかけて重ね合わされた波形の、周波数特性は線スペクトルではなく連続スペクトルになる。
【０１２５】
しかし、複数のフレームに同一の位相を与えて、複数フレームの非ガウス性ランダム信号を生成し、窓関数をかけて重ね合わせることにより、線スペクトルを有する信号を得ることもできる。すなわち、
１フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
３フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
・・・
ｍフレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
換言すると、複数フレームについて同一の非ガウス性ランダム信号を生成し、これに窓関数をかけて重ね合わせた場合には、線スペクトルを有する信号を得ることができる。
【０１２６】
通常は、連続スペクトルを有する波形の方が好ましいが、試験の目的によっては線スペクトルを用いることもできる。
【０１２７】
(9)上記実施形態では、ＤＳＰを用いて制御処理を行っている。しかし、ＣＰＵを用いて実行するようにしてもよい。
【０１２８】
(10)なお、上記実施形態では、異なる位相を与えることにより、１つの制御スペクトルから複数フレームのランダム信号を生成している。
【０１２９】
しかし、図１７に示すように、波形の開始位置をずらせることにより、１つの制御スペクトルから複数フレームのランダム信号を生成してもよい。
【０１３０】
具体的には、１つの制御スペクトルから、図１７Ａに示す１フレームのランダム信号Ｗ１を生成する。次に、開始位置をＴ２にずらせて循環的に読み出す。つまり、１フレームの最後まで読み出すと、最初に戻って読み出しを続ける。このようにして、図１７Ｂに示すランダム信号Ｗ２を得る。同様にして、読み出しの開始位置をＴ３、Ｔ４・・・というように、ランダムに変えて読み出し、図１７Ｃ、Ｄに示すランダム信号Ｗ３、Ｗ４・・・を得る。
【０１３１】
(11)上記実施形態では、１方向（Ｘ軸方向）の振動を与える場合について説明した。しかし、多軸方向（たとえば、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に振動を与える場合についても適用することができる。この場合、それぞれの軸方向に振動を発生させる振動発生器について、それぞれ上記の制御回路を設けるようにすればよい。図１９に、Ｘ軸とＺ軸の２軸方向に振動を与える振動試験機２を制御する振動制御装置の機能ブロック図を示す。Ａ／Ｄ変換器８Ｚ、８Ｘ、応答スペクトル算出手段２０Ｘ、２０Ｚ、制御スペクトル算出手段２２Ｘ、２２Ｚ、非ガウス性ランダム信号生成手段２４Ｘ、２４Ｚ、非ガウス特性算出手段３１Ｘ、３１Ｚ、変換特性算出手段３３Ｘ、３３Ｚは、それぞれ、Ｘ軸、Ｚ軸に対して設けられている。
【０１３２】
なお、非ガウス性ランダム信号に基づいてドライブ信号を生成する際に、各軸間のクロストーク（相互干渉）を補正する必要がある。このため、ドライブ信号生成手段３２は、Ｘ軸用の非ガウス性ランダム信号とＺ軸用の非ガウス性ランダム信号を受けて、Ｘ軸用ドライブ信号とＺ軸用ドライブ信号を生成する際に、マトリクスにした制御特性を用いるようにしている。つまり、Ｘ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＸＸ、Ｚ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＸ、Ｚ軸用のドライブ信号とＺ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＺ、Ｚ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＸを用いて、非ガウス性ランダム信号生成手段をドライブ信号に変換している。
【０１３３】
【数９】
【０１３４】
【数１０】
【０１３５】
ここで、Ｈは２×２の伝達関数マトリックスである。Ｇは制御特性であり、２×２の逆伝達関数相当のマトリックスである。
【０１３６】
具体的には、Ｘ軸用ドライブ信号を生成するために制御特性ＸＸ、ＺＸを用い、Ｚ軸用ドライブ信号を生成するために制御特性ＺＺ、ＸＺを用いている（特開平１０−１０５２５２号参照）。
【０１３７】
【数１１】
【０１３８】
このように、伝達関数をマトリックスとして扱うことにより、容易に非ガウスランダム制御を多軸・多点振動試験に拡張することができる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標とする非ガウス性振動が、供試体に与えられるように振動試験機を制御する振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
輸送中や稼働中に被る振動による影響をシミュレートするため、供試体に所望の振動を与える振動試験が行われている。振動試験において、所望の振動となるように振動試験機を制御するのが振動制御装置である。
【０００３】
現実に加えられる振動を記録しておき、この振動を供試体に与えることができれば、正確な振動試験を行うことが可能である。しかし、実際の振動波形自体を記録し再現するためには、膨大な記録容量が必要であるため、一般的にはあまり用いられていない。
【０００４】
一方で、正弦波による振動を与える試験も行われている。この場合、正弦波を出力するだけであるから制御は容易であるが、現実に加えられる振動との乖離が大きすぎるという問題がある。
【０００５】
そこで、現実に加えられる振動の周波数特性（パワースペクトル密度）を算出し、当該目的とするパワースペクトル密度を有する振動を供試体に加えるランダム振動試験が行われている。
【０００６】
図２０に、特許文献１に開示された従来のランダム振動試験のための振動制御装置を示す。振動試験機２自体も周波数特性を有するので、目標とするスペクトルを有する振動を与えたとしても、そのとおりの振動が供試体４には与えられない。したがって、振動制御装置により、供試体４の振動波形のスペクトル（応答スペクトル）が、目標スペクトルに等しくなるように、フィードバック制御を行っている。
【０００７】
振動試験機２に固定された供試体４は、振動試験機２によって振動させられる。供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル信号である応答信号とされる。フーリエ変換手段１０は、応答信号をフーリエ変換し、応答スペクトルを算出する。
【０００８】
制御スペクトル算出手段１２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。ドライブ信号生成手段１４は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えて逆フーリエ変換を行い、ドライブ信号を生成する。
【０００９】
Ｄ／Ａ変換器１６は、生成されたドライブ信号をアナログ信号に変換し、振動試験機２に与える。
【００１０】
以上のようにして、目標スペクトルを有する振動を供試体４に与えるよう制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−０６８７１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の振動制御装置では、目標とするスペクトルを有する振動を供試体４に与えることはできるものの、その振動の確率密度分布は、図２１の実線に示すようにガウス分布（正規分布）となる。しかし、現実の振動は非ガウス分布となることが多いにもかかわらず、従来の振動制御装置では、非ガウス特性を有する振動を供試体に与えることはできなかった。
【００１３】
この発明は、上記の問題を解決して、目標とするスペクトルだけでなく、目標とする非ガウス特性を有する振動を供試体に与えるよう制御することの可能な振動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
(1)(3)(9)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段とを備えている。
【００１５】
目標とするスペクトルを有する振動が供試体に与えられるようにフィードバック制御を行い、さらに、生成した非ガウス性ランダム信号と等しい振動を供試体に与えるようにしているので、目標スペクトルを有し目標非ガウス特性を有する振動を与えることができる。
【００１６】
(2)(4)(10)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段とを備えている。
【００１７】
したがって、制御特性をリアルタイムに更新するので、より精度良く非ガウス性ランダム信号と同じ振動を供試体に与えることができる。
【００１８】
(5)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、前記算出されたガウス性ランダム信号を前記変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する変換手段とを備えたことを特徴としている。
【００１９】
したがって、変換特性を制御することにより、容易に所望の非ガウス性ランダム信号を得ることができる。
【００２０】
(6)この発明に係る振動制御装置は、応答スペクトル生成手段は、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を、前記変換手段の変換特性に基づいて、ガウス性応答信号に変換する非ガウス−ガウス変換手段と、前記ガウス性応答信号を周波数関数に変換し、ガウス性応答スペクトルを得るガウス性応答スペクトル生成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
したがって、応答スペクトル算出手段は、ガウス性の応答信号に基づいて応答スペクトルを算出することができ、精度良くフィードバック制御を行うことができる。
【００２２】
(7)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルに基づいて時間関数に変換する際に、制御スペクトルの各成分に順次与える位相差の確率密度分布を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴としている。
【００２３】
したがって、制御スペクトルから直接的に非ガウス性ランダム信号を生成するので、不要なスペクトル成分が生じる可能性が少なく、制御スペクトル算出手段によるフィードバック制御の精度が向上する。
【００２４】
(8)この発明に係る振動制御装置は、非ガウス性ランダム信号生成手段が、前記位相差の確率密度分布の少なくとも平均または分散を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴としている。
【００２５】
したがって、所望の非ガウス性ランダム信号を生成することができる。
【００２６】
(9)この発明に係る振動制御装置は、前記振動試験機は、前記供試体に対して複数軸方向からの振動を与える複数の振動発生器を有しており、前記応答スペクトル算出手段、前記制御スペクトル算出手段、前記非ガウス性ランダム信号生成手段が、複数軸のそれぞれの軸のために設けられ、前記制御特性更新手段は、各軸のための応答信号および各軸のためのドライブ信号に基づいて、前記各軸のための応答信号と前記各軸のためのドライブ信号との組み合わせに係る制御特性を演算し、前記ドライブ信号生成手段は、各軸のための非ガウス性ランダム信号と前記組み合わせに係る制御特性に基づいて、各軸のためのドライブ信号を生成する。
【００２７】
したがって、多軸方向の振動制御を行うことができる。
【００２８】
(10)この発明に係る振動制御装置は、振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標とする任意の確率密度分布にしたがった波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、ＺＭＮＬ関数に基づいて、前記ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を、前記目標とする任意の確率密度分布を有する非ガウス性ランダム信号に変換する非ガウス性ランダム信号生成手段と、前記非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段とを備えている。
【００２９】
したがって、目標とする振動の確率密度分布を与えることにより、これに合致する振動を供試体に与えることができる。
【００３０】
「応答スペクトル算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ１２がこれに対応する。
【００３１】
「制御スペクトル算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ１３がこれに対応する。
【００３２】
「非ガウス性ランダム信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ２がこれに対応する。
【００３３】
「ガウス性ランダム信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ２１〜Ｓ２５がこれに対応する。
【００３４】
「変換手段」は、実施形態においては、ステップＳ２６がこれに対応する。
【００３５】
「波形制御手段」は、実施形態においては、ステップＳ３がこれに対応する。
【００３６】
「ドライブ信号生成手段」は、実施形態においては、ステップＳ３１〜Ｓ３３がこれに対応する。
【００３７】
「制御特性更新手段」は、実施形態においては、ステップＳ３５、Ｓ３６がこれに対応する。
【００３８】
「非ガウス特性算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ２５１、Ｓ２５２がこれに対応する。
【００３９】
「変換特性算出手段」は、実施形態においては、ステップＳ２５３がこれに対応する。
【００４０】
「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。
【００４１】
この発明において「等しくなるように制御する」とは、両者が等しくなるような方向に制御を行うという意味であり、たとえばフィードバック制御がこの概念に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第一の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図である。
【図２】振動制御装置のハードウエア構成である。
【図３】制御プログラム４４のフローチャートである。
【図４】制御スペクトル生成処理のフローチャートである。
【図５】非ガウス性ランダム信号の生成処理のフローチャートである。
【図６】波形制御処理のフローチャートである。
【図７】目標スペクトル、目標非ガウス特性を示す図である。
【図８】生成された複数フレームのガウス性ランダム信号を示す図である。
【図９】ガウス性ランダム信号に窓関数を乗じ、ずらせながら重ね合わせる処理を説明するための図である。
【図１０】ＺＭＮＬ関数の一例である。
【図１１】非ガウス性ランダム信号に基づいて、ドライブ信号を得るための処理を説明するための図である。
【図１２】第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図である。
【図１３】制御プログラム４４のフローチャートである。
【図１４】変換特性の修正処理のフローチャートである。
【図１５】標準偏差とクルトシスとの関係を示す図である。
【図１６】逆変換手段１９を設けた場合の例を示す図である。
【図１７】他の実施形態によるランダム信号生成を説明するための図である。
【図１８】ＺＭＮＬ関数を決定する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１９】多軸制御を行う場合の例を示す図である。
【図２０】従来の振動制御装置を示す図である。
【図２１】応答信号の確率密度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
１．第一の実施形態
1.1機能ブロック図
図１に、この発明の第一実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。振動試験機２に固定された供試体４は、振動試験機２によって振動させられる。供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル信号である応答信号とされる。応答スペクトル算出手段２０は、応答信号をフーリエ変換し、応答スペクトルを算出する。
【００４４】
制御スペクトル算出手段２２は、目標スペクトルと応答スペクトルとを比較し、両者が等しくなるように制御スペクトルを算出する。つまり、フィードバック制御を行う。
【００４５】
ガウス性ランダム信号生成手段２６は、制御スペクトルの各周波数成分にランダムな位相を与えてフーリエ変換を行い、ガウス性ランダム信号を生成する。変換手段２８は、ガウス性ランダム信号を変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する。なお、この実施形態では、ガウス性ランダム信号生成手段２６と変換手段２８によって、非ガウス性ランダム信号生成手段２４が構成されている。
【００４６】
ドライブ信号生成手段３２は、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を生成する。ドライブ信号は、Ｄ／Ａ変換器１６によってアナログ信号に変換され、振動試験機２に与えられる。
【００４７】
制御特性更新手段３４は、ドライブ信号と応答信号に基づいて、系の伝達特性を算出し、その逆特性である制御特性を更新する。更新された制御特性は、ドライブ信号生成手段３２に与えられる。なお、この実施形態では、制御特性更新手段３４とドライブ信号生成手段３２によって、波形制御手段３０が構成されている。
【００４８】
以上の処理を要約すると、次のようになる。応答スペクトル算出手段２０と制御スペクトル算出手段２２によって、応答スペクトルが目標スペクトルに等しくなるようにフードバック制御が行われ、制御スペクトルが算出される。非ガウス性ランダム信号生成手段２４は、この制御スペクトルを有する非ガウス性ランダム信号を生成する。波形制御手段３０は、このようにして生成された非ガウス性ランダム信号の波形にしたがって供試体４が振動するように制御する。
【００４９】
以上のようにして、供試体４に対し、変換手段２８の変換特性を設定することにより目標とする非ガウス特性を有し、かつ、目標スペクトルを有する振動を、供試体４に与えることができる。
【００５０】
1.2ハードウエア構成
図２に、図１の振動制御装置をディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現した場合のハードウエア構成を示す。
【００５１】
ＤＳＰ４０には、フラッシュＲＯＭ４２、メモリ４６、Ｄ／Ａ変換器１６、Ａ／Ｄ変換器８が接続されている。Ｄ／Ａ変換器１６は、ディジタルデータとしてのドライブ信号をアナログ信号に変換して、振動試験機２に与える。振動試験機２によって振動させられた供試体４の振動は、加速度センサ６によって検出され、アナログの応答信号として出力される。Ａ／Ｄ変換器８は、アナログ信号としての応答信号をディジタルデータに変換する。フラッシュＲＯＭ４２には、制御のための制御プログラム４４が記録されている。
【００５２】
なお、ＤＳＰ４０には、ＭＰＵ、タッチパネルディスプレイなど（図示せず）が接続されており、操作者が目標スペクトルを設定したり、目標ガウス特性を設定したりすることができるようになっている。
【００５３】
1.3制御処理
図３に、制御プログラム４４のフローチャートを示す。ここでは、操作者により、図７に示すように、目標スペクトル、目標とするクルトシス（尖度）とスキューネス（歪度）が設定され、メモリ４６に記録されているものとして説明を進める。
【００５４】
ここで、クルトシスとは、図２１に示す振動波形の確率密度分布において、その分布形状の尖っている度合いを表す尺度である。ガウス性の振動波形においては、クルトシスは３である。非ガウス性振動波形においては、クルトシスはこれより大きくなる（図２１の破線参照）。これは、非ガウス性振動波形では、振動波形の平均値に対して、振動波形のピーク値が大きく突出していることを表している。また、スキューネスとは、振動波形の歪み（非対称度）である。ガウス性の振動波形においては、スキューネスは０である。非ガウス性振動波形においては、スキューネスが０からずれることがある。たとえば、図２１の波線に示すように、平均値（つまりスキューネス）が０．５となっている。
【００５５】
まず、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取得し、制御スペクトルを生成する（ステップＳ１）。次に、この制御スペクトルの周波数特性を有する非ガウス性ランダム信号を生成する（ステップＳ２）。続いて、この非ガウス性ランダム信号に基づいて波形制御を行い、供試体４に振動を与える（ステップＳ３）。このような制御を繰り返し、目標スペクトル、目標非ガウス特性を有する振動を、供試体４に与えている。
【００５６】
図４に、制御スペクトル生成（ステップＳ１）の詳細フローチャートを示す。ＤＳＰ４０は、まず、Ａ／Ｄ変換器８から、応答信号を取得する（ステップＳ１１）。
【００５７】
次に、ＤＳＰ４０は、取得した応答信号をフーリエ変換（ＦＦＴ）し、応答信号のパワースペクトル（応答スペクトルという）を算出する（ステップＳ１２）。ディジタルデータとしての応答信号に対しＦＦＴを行うので、応答スペクトルは線スペクトルとなる。続いて、ＤＳＰ４０は、この応答スペクトルを目標とするパワースペクトル（目標スペクトルという）と比較し、両者が合致するように、制御スペクトルを修正する（ステップＳ１３）。なお、この制御スペクトルも線スペクトルとなる。後述のように、このようにして修正された制御スペクトルを有する信号が振動試験機２に与えられるので、フィードバック制御により、応答スペクトルが目標スペクトルに等しく（あるいは近く）なる。
【００５８】
図５に、非ガウス性ランダム信号の生成処理（ステップＳ２）の詳細フローチャートを示す。まず、ＤＳＰ４０は、制御スペクトルの各ライン（線スペクトルの各周波数成分）に、順次、ランダムな位相θを与える（ステップＳ２１）。ここでは、０〜２πの一様乱数をランダム位相θとして与えるようにしている。
【００５９】
次に、ＤＳＰ４０は、ランダムな位相θを与えられた制御スペクトルに対し、逆フーリエ変換（逆ＦＦＴ）を行い、複数フレーム分（たとえば、１２フレーム分）のガウス性ランダム信号（時間軸信号）を生成する。ここで、フレームとは、所定の時間長をいう。
【００６０】
１つの制御スペクトルに対して、ランダムな位相を順次与えるので、異なる波形のガウス性ランダム信号を複数フレーム分得ることができる。なお、このようにして生成されたドライブ信号は、その確率密度分布がガウス分布にしたがう（図２１の実線参照）。ＤＳＰ４０は、生成したガウス性ランダム信号を、メモリ４６に記録する（ステップＳ２２）。
【００６１】
続いて、このようにして生成したガウス性ランダム信号に窓関数をかけて重ね合わせることにより、所望のフレーム分のガウス性ランダム信号を生成するようにしている。
【００６２】
図８に、生成されたｎフレーム分のガウス性ランダム信号ＧＤ1、ＧＤ2、ＧＤ3・・・ＧＤnを示す。ＤＳＰ４０は、各ガウス性ランダム信号ＧＤ1、ＧＤ2、ＧＤ3・・・ＧＤnに対し窓関数を乗じる（ステップＳ２４）。図９に、窓関数を乗じた各ガウス性ランダム信号ＷＧＤ1、ＷＧＤ2、ＷＧＤ3・・・ＷＧＤ4を示す。参考のため、図９において、窓関数を破線にして示している。
【００６３】
次に、ＤＳＰ４０は、ガウス性ランダム信号ＷＧＤ1、ＷＧＤ2、ＷＧＤ3・・・ＷＧＤnを、図９に示すように、１／４フレームずつずらしながら重ね合わせる（足し合わせる）（ステップＳ２５）。このようにして、連続したガウス性ランダム信号ＳＧＤを得ることができる。なお、重ね合わせにより、振幅が元の波形よりも大きくなってしまうので、振幅の調整を行う。
【００６４】
なお、制御スペクトルは、ディジタル的に演算された離散値であって線スペクトルとなる。したがって、この制御スペクトルに基づいて得られたガウス性ランダム信号の周波数特性は、線スペクトルになる。しかし、この実施形態では、複数の異なるガウス性ランダム信号に、窓関数をかけて重ね合わせることにより、線スペクトルを連続スペクトルにしている。なお、この実施形態では、窓関数としてハニングウインドウを用いている。
【００６５】
生成されたガウス性ランダム信号ＳＧＤの振幅の確率密度分布は、図２１に示すようにガウス分布を呈する。つまり、クルトシス（突度）が３．０、スキューネス（歪度）が０である。これに対し、目標クルトシスは５．０、目標スキューネスは０．５と設定されている（図７参照）。つまり、最大振幅はより大きく、しかもプラス側に歪んでいるような信号としなければならない。
【００６６】
そこで、この実施形態では、図１０に示すようなＺＭＮＬ関数（Zero-memory nonliner sysytem関数）を用いて、所望の非ガウス特性を有する信号に変換するようにしている（ステップＳ２６）。図１０において、横軸は与えられた信号であり、縦軸は出力信号である。ガウス性ランダム信号x(t)を、このＺＭＮＬ関数によって変換すると、非ガウス性ランダム信号y(t)が得られる。
【００６７】
ＺＭＮＬ関数を数式で表すと、数１のとおりである。
【００６８】
【数１】
【００６９】
ｘがガウス性信号、ｙが得られる非ガウス性信号である。各係数の詳細は、数２に示すとおりである。
【００７０】
【数２】
【００７１】
上式におけるスキューネスＳ、クルトシスＫに目標スキューネス、目標クルトシスの値を代入することにより、変換によって所望の非ガウス性ランダム信号を生成することのできるＺＭＮＬ関数を得ることができる。
【００７２】
なお、上式では、２．８より小さい目標クルトシスを設定することができない。そこで、数３のような関数を用いるようにしてもよい。
【００７３】
【数３】
【００７４】
係数Ｃｎは、数４に示す誤差変数εを最小にする最適化問題を解くことにより決定することができる。
【００７５】
【数４】
【００７６】
以上のようにして得られた非ガウス性ランダム信号は、メモリ４６に記録される。
【００７７】
図６に、非ガウス性ランダム信号に基づく波形制御処理（ステップＳ３）の詳細を示す。
【００７８】
ＤＳＰ４０は、非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤの１フレーム分を読み出して、窓関数を乗じる（ステップＳ３１）。なお、この実施形態では、窓関数としてハニングウインドウを用いている。
【００７９】
次に、前回の処理にて更新された振動試験機２および供試体４の逆伝達関数に基づいて、窓関数を乗じた非ガウス性ランダム信号の１フレームにつき、ドライブ信号ＷＤ1を生成する（ステップＳ３２）（図１１参照）。振動試験機２に対し、上記の非ガウス性ランダム信号を与えたとしても、供試体４に対し、非ガウス性ランダム信号どおりの振動を与えることはできない。振動試験機２および供試体４に伝達特性が存在するからである。そこで、振動試験機２および供試体４の伝達特性（伝達関数）を計測し、その逆特性を乗じた非ガウス性ランダム信号をドライブ信号として振動試験機２に与えるようにしている。これにより、供試体４は、所望の非ガウス性ランダム信号どおりに振動することになる。
【００８０】
与える信号のスペクトルなどにより、伝達関数は一定ではない。そこで、伝達関数に基づいて算出される逆特性をリアルタイムで更新するようにしている。ただし、逆特性を更新すると、更新前と後のドライブ信号が連続しなくなり、不要な周波数成分をもたらしてしまう可能性がある。そこで、これを滑らかに連続させるため、窓関数を乗し、後述のように重ね合わせるようにしている。
【００８１】
次に、ＤＳＰ４０は、窓関数のかけられたドライブ信号を、前回生成したドライブ信号から１／２フレームずらせて重ね合わせる（ステップＳ３３）。たとえば、図１１に示すように、今回生成したドライブ信号がＷＤ2であれば、前回生成したドライブ信号ＷＤ1から１／２フレームずらせて、メモリ４６において両者を重ね合わせる（足し合わせる）。
【００８２】
これにより、図１１に示すように、連続したドライブ信号ＳＤを得ることができる。
【００８３】
次に、ＤＳＰ４０は、生成したドライブ信号ＳＤの１フレーム分を読み出して、Ｄ／Ａ変換器１６に出力する（ステップＳ３４）。したがって、Ｄ／Ａ変換器１６は、アナログのドライブ信号ＳＤを振動試験機２に与える。これにより、振動試験機２は振動を発生させる。なお、ＤＳＰ４０は、与えたドライブ信号をメモリ４６に記録する。
【００８４】
次に、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取り込む（ステップＳ３５）。続いて、メモリ４６において記録したドライブ信号と、これに対応する応答信号とに基づいて、伝達特性（伝達関数）を算出する。この伝達関数に基づいて、逆伝達関数を算出し、逆伝達関数を更新して記録する（ステップＳ３６）。つまり、次回からのドライブ信号の生成においては、この更新された逆伝達関数を用いる。
【００８５】
以上のようにして、非ガウス性ランダム信号と等しい振動を供試体４に与えることができる。
【００８６】
２．第二の実施形態
2.1機能ブロック図
図１２に、この発明の第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。第一の実施形態では、生成した非ガウス性ランダム信号の波形と、応答信号の波形が合致するように、波形制御手段３０によって制御を行っている。その結果、目標スペクトルと目標非ガウス特性を有する振動を供試体４に与えることができる。
【００８７】
第二の実施形態では、応答信号の非ガウス特性（応答非ガウス特性）が、目標非ガウス特性と合致するように、変換特性をフィードバック制御するようにしている。これにより、目標非ガウス特性をより精度良く実現するようにしている。
【００８８】
図１２に、第二の実施形態による振動制御装置の機能ブロック図を示す。第一の実施形態による振動制御装置に加えて、非ガウス特性算出手段３１、変換特性算出手段３３が設けられている。
【００８９】
非ガウス特性算出手段３１は、応答信号の非ガウス特性（たとえば、クルトシスＫ、スキューネスＳ）を算出する。変換特性算出手段３３は、応答非ガウス特性と目標非ガウス特性を比較し、両者が等しくなるように変換特性を算出する。変換手段２８は、この変換特性に基づいて、ガウス性ランダム信号を非ガウス性ランダム信号に変換する。
【００９０】
2.2ハードウエア構成
第二の実施形態による振動制御装置のハードウエア構成は、図２に示すものと同様である。
【００９１】
2.3制御処理
図１３に、制御プログラム４４のフローチャートを示す。まず、ＤＳＰ４０は、Ａ／Ｄ変換器８から応答信号を取得し、制御スペクトルを生成する（ステップＳ１）。次に、この制御スペクトルの周波数特性を有する非ガウス性ランダム信号を生成する（ステップＳ２）。次に、応答信号の非ガウス特性を算出し、非ガウス性ランダム信号を生成する際の変換特性を修正する（ステップＳ２５）。
【００９２】
続いて、非ガウス性ランダム信号に基づいて波形制御を行い、供試体４に振動を与える（ステップＳ３）。このような制御を繰り返し、目標スペクトル、目標非ガウス特性を有する振動を、供試体４に与えている。
【００９３】
ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、第一の実施形態における制御と同様である。変換特性の修正（ステップＳ２５）の詳細を、図１４に示す。
【００９４】
ＤＳＰ４０は、１フレーム分の応答信号をＡ／Ｄ変換器８から取得する（ステップＳ２５１）。続いて、応答信号の非ガウス特性（たとえば、スキューネスＳおよびクルトシスＫ）を算出する（ステップＳ２５２）。スキューネスＳ、クルトシスＫは、数５によって算出することができる。
【００９５】
【数５】
【００９６】
また、Ｚ3、Ｚ4は、数６によって算出することができる。
【００９７】
【数６】
【００９８】
数６中に現れた平均値Ｘおよび標準偏差σは、数７、数８によって算出することができる。
【００９９】
【数７】
【０１００】
【数８】
【０１０１】
次に、ＤＳＰ４０は、算出した応答スキューネスＳrおよび応答クルトシスＫrが、目標スキューネスＳoおよび目標クルトシスＫo（図７参照）と等しいかどうかを比べ、両者が近づくように、変換特性を変えてフィードバック制御を行う（ステップＳ２５３）。具体的には、応答スキューネスＳr（クルトシスＫr）が小さい場合には、数１、数２のＳを大きくするように制御する。逆に、応答スキューネスＳr（クルトシスＫr）が大きい場合には、数１、数２のＳを小さくするように制御する。
【０１０２】
以上のようにして、リアルタイムに変換特性を制御することにより、より精度良く非ガウス特性を制御することができる。
【０１０３】
３．その他の実施形態
(1)上記実施形態では、ＺＭＮＬ関数を用いて、ガウス性ランダム信号から非ガウス性ランダム信号を得るようにしている。ＺＭＮＬ関数による変換を行うと、周波数特性が変化する。もちろん、この変化分は応答スペクトルに現れるので、制御スペクトル算出手段２２は、この変化分も含めてフィードバック制御を行い、目標スペクトルを実現する。
【０１０４】
しかし、ＺＭＮＬ関数による変換は非線形変換であるため、フィードバック制御では捕捉しきれない誤差が生じてしまう。たとえば、高周波成分において、目標スペクトルと応答スペクトルが合致しないことが生じうる。
【０１０５】
そこで、他の実施形態として、ガウス性ランダム信号を生成した後、これを非ガウス性ランダム信号に変換するのではなく、制御スペクトルから直接的に非ガウス性ランダム信号を生成するようにしてもよい。
【０１０６】
上記実施形態では、制御スペクトルの各ラインに順次ランダムな位相θを与えて、ドライブ信号を生成している。しかし、制御スペクトルの各ラインに与える位相差Δθを、順次ランダムにすることにより、非ガウス性ランダム信号を直接的に生成するようにしてもよい。この場合、位相差Δθの確率密度分布（ここでは正規分布を用いる）の標準偏差を調整することにより、生成される非ガウス性ランダム信号のクルトシスＫを制御することができる。
【０１０７】
参考のため、図１５に、標準偏差とクルトシスとの関係を示す。たとえば、クルトシス４．５の非ガウス性ランダム信号を得たい場合には、位相差Δθの確率密度分布の標準偏差を２００にすればよいことがわかる。
【０１０８】
また、位相差Δθの確率密度分布の初期位相をφ0を調整することにより、生成される非ガウス性ランダム信号のスキューネスＳを制御することができる。
【０１０９】
(2)上記実施形態では、目標非ガウス特性として、クルトシスおよびスキューネスを設定している。しかし、その他の特性を制御特性としてもよい。また、図２１に示すような確率密度分布の形状そのものを目標非ガウス特性としてもよい。これにより、実測データから求めた確率密度分布に従う振動を再現することが可能となる。この場合、確率密度分布が決まれば、これに対応するＺＭＮＬ関数を容易に得ることができる。
【０１１０】
図１８に、目標非ガウス特性として確率密度分布の形状を与え、この確率密度分布に従う非ガウス振動を与える場合の、ＺＭＮＬ関数の決定処理プログラムの処理について説明する。
【０１１１】
ステップＳ１８１において、ＺＭＮＬ関数の係数（c0,c1,c2,c3）に初期値を与える。なお、ここでは、ＺＭＮＬ関数を、y=c0+c1x+c2x2+c3x4にて表される関数であるとする。次に、ＺＭＮＬ関数に適当なベクトル変数ｘを代入してｙを得る（ステップＳ１８２）。
【０１１２】
続いて、確率密度分布を求める（ステップＳ１８３）。つまり、ステップＳ１８１において決定した係数を持つＺＭＮＬ関数にてガウス性信号を変換をして得られる非ガウス信号の確率密度分布を算出する。
【０１１３】
次に、求めた確率密度分布と目標とする確率密度分布とを比較し、その誤差εを算出する（ステップＳ１８４）。ここで、誤差εは各振幅における誤差の絶対値を合計したものとして算出する。
【０１１４】
次に、係数を変化させてステップＳ１８１以下を実行する。この時の誤差εが、前回より小さくなったか大きくなったかを判断する。
【０１１５】
さらに、係数を変化させてステップＳ１８１以下を繰り返し実行し、誤差εが所定値以下に収束する点を探し出す。この時の係数により、求めるＺＭＮＬ関数を決定する。
【０１１６】
(3)上記実施形態では、複数フレームのガウス性ランダム信号ＧＤ1〜ＧＤ4に窓関数をかけて重ね合わせることで連続したガウス性ランダム信号ＳＧＤを得て、これを非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤに変換し、さらに、非ガウス性ランダム信号ＳＮＧＤの１フレームに窓関数をかけて、制御特性をかけて重ね合わせることで、ドライブ信号ＳＤを得ている。
【０１１７】
しかし、以下のように処理を行ってもよい。複数フレームのガウス性ランダム信号ＧＤ1〜ＧＤ4に窓関数をかけ、これら複数フレームのガウス性ランダム信号を、非ガウス性ランダム信号に変換して非ガウス性ランダム信号ＮＧＤ1〜ＮＧＤ4を得る。この非ガウス性ランダム信号ＮＧＤ1〜ＮＧＤ4に、制御特性をかけて重ね合わせることにより、ドライブ信号ＳＤを得るようにしてもよい。この場合、窓関数をかけるのを、重ね合わせの直前に行うようにしてもよい。
【０１１８】
(4)上記実施形態では、伝達特性として伝達関数を用いているが、インパルス応答を用いるようにしてもよい。
【０１１９】
(5)上記実施形態では、波形制御手段３０において、伝達特性を更新することで非ガウス性ランダム信号と応答信号の波形が等しくなるように制御している。しかし、非ガウス性ランダム信号と応答信号の波形が等しくなるようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【０１２０】
(6)上記実施形態では、応答スペクトル算出手段２０は、非ガウス性を有する応答信号のスペクトルを算出し、制御スペクトル算出手段２２は、この応答スペクトルと目標スペクトルを比較して、制御スペクトルを算出している。
【０１２１】
ここで、応答スペクトルの算出には、非ガウス性を有する応答信号よりも、ガウス性を有する応答信号の方が好ましい。そこで、図１６に示すように、非ガウス性を有する応答信号を、変換手段２８において用いた変換特性の逆特性を用いて、ガウス性を有する応答信号に変換し、このガウス性を有する応答信号のスペクトルを算出するようにしてもよい。
【０１２２】
なお、図１６は、第二の実施形態を前提として構築したものであるが、第一の実施形態に対しても適用することができる。
【０１２３】
(7)上記実施形態では、ドライブ信号生成手段３２において用いる制御特性を、動作中に修正するようにしている。しかしながら、ホワイトノイズによる振動を振動試験機２に加え、その応答信号を得ることで、振動試験機２と供試体４の伝達特性を予め計測し、制御特性を算出しておいて、これを修正せずに用いるようにしてもよい。この場合には、制御特性更新手段３４は不要であり、また、窓関数を乗じて重ね合わせるという処理も不要となる。
【０１２４】
(8)上記実施形態では、１つの制御スペクトルから複数フレームの非ガウス性ランダム信号を生成する際に、フレーム毎に異なった位相を与えるようにしている、すなわち、制御スペクトルの各ラインの強度をＰ1, Ｐ2, Ｐ3, Ｐ4......Ｐnとしたとき、以下のようにφ1,φ2,φ3,φ4....φmを与えて、逆フーリエ変換を行っている
１フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目 Ｐ1(φn+1)、Ｐ2(φn+2)、Ｐ3(φn+3)．．．Ｐn(φn+n)
３フレーム目 Ｐ1(φ2n+1)、Ｐ2(φ2n+2)、Ｐ3(φ2n+3)．．．Ｐn(φ2n+n)
・・・
ｍフレーム目 Ｐ1(φn(m-1)+1)、Ｐ2(φn(m-1)+2)、Ｐ3(φn(m-1)+3)．．．Ｐn(φn(m-1)+n)
上記のように、フレーム毎に異なった位相を与えることにより、窓関数をかけて重ね合わされた波形の、周波数特性は線スペクトルではなく連続スペクトルになる。
【０１２５】
しかし、複数のフレームに同一の位相を与えて、複数フレームの非ガウス性ランダム信号を生成し、窓関数をかけて重ね合わせることにより、線スペクトルを有する信号を得ることもできる。すなわち、
１フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
２フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
３フレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
・・・
ｍフレーム目 Ｐ1(φ1)、Ｐ2(φ2)、Ｐ3(φ3)．．．Ｐn(φn)
換言すると、複数フレームについて同一の非ガウス性ランダム信号を生成し、これに窓関数をかけて重ね合わせた場合には、線スペクトルを有する信号を得ることができる。
【０１２６】
通常は、連続スペクトルを有する波形の方が好ましいが、試験の目的によっては線スペクトルを用いることもできる。
【０１２７】
(9)上記実施形態では、ＤＳＰを用いて制御処理を行っている。しかし、ＣＰＵを用いて実行するようにしてもよい。
【０１２８】
(10)なお、上記実施形態では、異なる位相を与えることにより、１つの制御スペクトルから複数フレームのランダム信号を生成している。
【０１２９】
しかし、図１７に示すように、波形の開始位置をずらせることにより、１つの制御スペクトルから複数フレームのランダム信号を生成してもよい。
【０１３０】
具体的には、１つの制御スペクトルから、図１７Ａに示す１フレームのランダム信号Ｗ１を生成する。次に、開始位置をＴ２にずらせて循環的に読み出す。つまり、１フレームの最後まで読み出すと、最初に戻って読み出しを続ける。このようにして、図１７Ｂに示すランダム信号Ｗ２を得る。同様にして、読み出しの開始位置をＴ３、Ｔ４・・・というように、ランダムに変えて読み出し、図１７Ｃ、Ｄに示すランダム信号Ｗ３、Ｗ４・・・を得る。
【０１３１】
(11)上記実施形態では、１方向（Ｘ軸方向）の振動を与える場合について説明した。しかし、多軸方向（たとえば、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に振動を与える場合についても適用することができる。この場合、それぞれの軸方向に振動を発生させる振動発生器について、それぞれ上記の制御回路を設けるようにすればよい。図１９に、Ｘ軸とＺ軸の２軸方向に振動を与える振動試験機２を制御する振動制御装置の機能ブロック図を示す。Ａ／Ｄ変換器８Ｚ、８Ｘ、応答スペクトル算出手段２０Ｘ、２０Ｚ、制御スペクトル算出手段２２Ｘ、２２Ｚ、非ガウス性ランダム信号生成手段２４Ｘ、２４Ｚ、非ガウス特性算出手段３１Ｘ、３１Ｚ、変換特性算出手段３３Ｘ、３３Ｚは、それぞれ、Ｘ軸、Ｚ軸に対して設けられている。
【０１３２】
なお、非ガウス性ランダム信号に基づいてドライブ信号を生成する際に、各軸間のクロストーク（相互干渉）を補正する必要がある。このため、ドライブ信号生成手段３２は、Ｘ軸用の非ガウス性ランダム信号とＺ軸用の非ガウス性ランダム信号を受けて、Ｘ軸用ドライブ信号とＺ軸用ドライブ信号を生成する際に、マトリクスにした制御特性を用いるようにしている。つまり、Ｘ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＸＸ、Ｚ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＸ、Ｚ軸用のドライブ信号とＺ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＺ、Ｚ軸用のドライブ信号とＸ軸用の応答信号に対する制御特性ＺＸを用いて、非ガウス性ランダム信号生成手段をドライブ信号に変換している。
【０１３３】
【数９】
【０１３４】
【数１０】
【０１３５】
ここで、Ｈは２×２の伝達関数マトリックスである。Ｇは制御特性であり、２×２の逆伝達関数相当のマトリックスである。
【０１３６】
具体的には、Ｘ軸用ドライブ信号を生成するために制御特性ＸＸ、ＺＸを用い、Ｚ軸用ドライブ信号を生成するために制御特性ＺＺ、ＸＺを用いている（特開平１０−１０５２５２号参照）。
【０１３７】
【数１１】
【０１３８】
このように、伝達関数をマトリックスとして扱うことにより、容易に非ガウスランダム制御を多軸・多点振動試験に拡張することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段と、
を備えた振動制御装置。
【請求項２】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段と、
を備えた振動制御装置。
【請求項３】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置をコンピュータによって実現するための制御プログラムであって、当該制御プログラムは、コンピュータを、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段として機能させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項４】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置をコンピュータによって実現するための制御プログラムであって、当該制御プログラムは、コンピュータを、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段として機能させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、
制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、
前記算出されたガウス性ランダム信号を前記変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項６】
請求項５の振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記応答スペクトル生成手段は、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を、前記変換手段の変換特性に基づいて、ガウス性応答信号に変換する非ガウス−ガウス変換手段と、
前記ガウス性応答信号を周波数関数に変換し、ガウス性応答スペクトルを得るガウス性応答スペクトル生成手段と、
を備えたことを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかの振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルに基づいて時間関数に変換する際に、制御スペクトルの各成分に順次与える位相差の確率密度分布を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項８】
請求項７の振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、前記位相差の確率密度分布の少なくとも平均または分散を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの振動制御装置であって、
前記振動試験機は、前記供試体に対して複数軸方向からの振動を与える複数の振動発生器を有しており、
前記応答スペクトル算出手段、前記制御スペクトル算出手段、前記非ガウス性ランダム信号生成手段が、複数軸のそれぞれの軸のために設けられ、
前記制御特性更新手段は、各軸のための応答信号および各軸のためのドライブ信号に基づいて、前記各軸のための応答信号と前記各軸のためのドライブ信号との組み合わせに係る制御特性を演算し、
前記ドライブ信号生成手段は、各軸のための非ガウス性ランダム信号と前記組み合わせに係る制御特性に基づいて、各軸のためのドライブ信号を生成する。
【請求項１０】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御方法であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得て、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出し、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得て、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得て、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する振動制御方法。
【請求項１１】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御方法であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得て、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出し、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得て、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出し、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出し、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得て、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する振動制御方法。
【請求項１２】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標とする任意の確率密度分布にしたがった波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、
ＺＭＮＬ関数に基づいて、前記ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を、前記目標とする任意の確率密度分布を有する非ガウス性ランダム信号に変換する非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
を備えた振動制御装置。
【請求項１】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段と、
を備えた振動制御装置。
【請求項２】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段と、
を備えた振動制御装置。
【請求項３】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置をコンピュータによって実現するための制御プログラムであって、当該制御プログラムは、コンピュータを、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段として機能させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項４】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置をコンピュータによって実現するための制御プログラムであって、当該制御プログラムは、コンピュータを、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得る非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出する非ガウス特性算出手段と、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出する変換特性算出手段と、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する制御特性更新手段として機能させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、
制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、
前記算出されたガウス性ランダム信号を前記変換特性に基づいて変換し、非ガウス性ランダム信号に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項６】
請求項５の振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記応答スペクトル生成手段は、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を、前記変換手段の変換特性に基づいて、ガウス性応答信号に変換する非ガウス−ガウス変換手段と、
前記ガウス性応答信号を周波数関数に変換し、ガウス性応答スペクトルを得るガウス性応答スペクトル生成手段と、
を備えたことを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかの振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、制御スペクトルに基づいて時間関数に変換する際に、制御スペクトルの各成分に順次与える位相差の確率密度分布を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項８】
請求項７の振動制御装置または制御プログラムにおいて、
前記非ガウス性ランダム信号生成手段は、前記位相差の確率密度分布の少なくとも平均または分散を前記変換特性として制御することにより、生成される非ガウス性ランダム信号の非ガウス特性を制御することを特徴とする振動制御装置または制御プログラム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの振動制御装置であって、
前記振動試験機は、前記供試体に対して複数軸方向からの振動を与える複数の振動発生器を有しており、
前記応答スペクトル算出手段、前記制御スペクトル算出手段、前記非ガウス性ランダム信号生成手段が、複数軸のそれぞれの軸のために設けられ、
前記制御特性更新手段は、各軸のための応答信号および各軸のためのドライブ信号に基づいて、前記各軸のための応答信号と前記各軸のためのドライブ信号との組み合わせに係る制御特性を演算し、
前記ドライブ信号生成手段は、各軸のための非ガウス性ランダム信号と前記組み合わせに係る制御特性に基づいて、各軸のためのドライブ信号を生成する。
【請求項１０】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御方法であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得て、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出し、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得て、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得て、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する振動制御方法。
【請求項１１】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標非ガウス特性を有する波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御方法であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得て、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出し、
変換特性に基づいて制御スペクトルを時間関数に変換し、非ガウス性ランダム信号を得て、
前記センサからの応答信号の応答非ガウス特性を算出し、
応答非ガウス特性と目標非ガウス特性とを比較し、両者が等しくなるような変換特性を算出し、
非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得て、
ドライブ信号と前記センサからの応答信号とに基づいて、前記伝達特性を算出して、前記制御特性を更新する振動制御方法。
【請求項１２】
振動試験機に載置された供試体が、目標スペクトルおよび目標とする任意の確率密度分布にしたがった波形にて振動するように、振動試験機に与えるドライブ信号を制御する振動制御装置であって、
供試体の振動を検出するセンサからの応答信号を周波数関数に変換し、応答スペクトルを得る応答スペクトル算出手段と、
応答スペクトルと目標スペクトルとを比較し、両者が等しくなるような制御スペクトルを算出する制御スペクトル算出手段と、
制御スペクトルを時間関数に変換し、ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を得るガウス性ランダム信号生成手段と、
ＺＭＮＬ関数に基づいて、前記ガウス分布による確率密度分布を有するガウス性ランダム信号を、前記目標とする任意の確率密度分布を有する非ガウス性ランダム信号に変換する非ガウス性ランダム信号生成手段と、
前記非ガウス性ランダム信号と応答信号とが等しくなるように、振動試験機および供試体を含む系の伝達特性の逆特性を制御特性として、非ガウス性ランダム信号を変形してドライブ信号を得るドライブ信号生成手段と、
を備えた振動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−９６８４５（Ｐ２０１３−９６８４５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４００３８（Ｐ２０１１−２４００３８）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００１００６７６）ＩＭＶ株式会社 (17)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００１００６７６）ＩＭＶ株式会社 (17)
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