在液压伺服型材料试验装置中，一般地，用于向测试片施加负载的加 载机构由液压致动器驱动。涉及被选作控制变量的物理值的目标值从波形 发生器等提供。同时，基于目标值的负载通过反馈该控制变量的检测值而 施加到测试片上。例如，选作控制变量的物理值为加载机构的位移、由于 该位移而施加到测试片上的负载等。
在具有这种反馈环的液压伺服型材料试验装置中，传统上执行所谓的 PID控制，其中通过向目标值反馈检测值而获得的偏差经历比例-积分-微 分(PID)操作，而获得被控制的变量。为了呈现其控制系统结构的示例， 如图3所示，所提供的结构为由检测选作控制变量z，如加载机构的位移、 施加到测试片上的负载等的物理大小获得的检测值(观察变量)反馈到从 诸如波形发生器31输出的目标值r上。然后，其偏差e被引入PID调节器 33，以进行比例-积分-微分操作，由此获得用于改变伺服阀的阀门开度 的控制变量u，从而控制用于加载机构的液压致动器35的驱动。应指出的 是w表示扰动，具体地说，在液压中的变化、液压致动器密封部分的磨损 等可以被构想为扰动。
控制系统以图4的方块图更详细地示出。
在图4中，附图标记1标识比例元件；KP为比例增益；TI为积分时间； 1/s为积分环节；TD为微分时间；D(s)为微分环节；而P(s)为控制系统地传 输特性。
顺便地说，对于采用上述PID控制地传统液压伺服型材料试验装置， 存在地问题在于难于优化目标值响应和扰动响应二者。
即，如图5A所示，如果进行调节而使得对于目标值的响应被优化，那 么如图6B所示，对于扰动的响应变得很大。另一方面，如图5B所示，如 果进行优化调节而使得对于扰动的响应变小，那么如图6A所示，对于目标 值的响应变得不寻常地大。
另外，在采用PID控制的上述传统液压伺服型材料试验装置中，积分 环节1/s被包括在作为受控系统的液压驱动系统的传输特性P(s)中，并且积 分环节1/s也包括在调节单元中。因此，项1/s2包括在输入和输出的传递函 数中。由此，存在的问题在于控制变得不稳定，并且在极端情况下，存在 发生振荡的可能性。

本发明鉴于上述状况而作出，其目的是提供一种液压伺服型材料试验 装置，该装置能够优化目标值响应和扰动响应二者，并且能够使控制稳定。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种液压伺服型材料试验装 置，其具有用于控制向材料施加负载的液压操纵型加载机构的反馈环，该 装置包括反馈环内的调节单元，调节单元具有用于相对目标值实现比例运 算和微分运算的第一部分和用于相对检测值实现比例运算和微分运算的第 二部分。
在液压伺服型材料试验装置中，优选地是用于第一和第二部分的比例 运算和微分运算的参数独立设定。
此外，优选地是，该参数是施加到第一部分上的加权，和施加到第二 部分上的加权。
在本发明中，反馈环中调节单元的第一和第二部分都实现比例运算和 微分运算的事实意味着比例环节和微分环节在调节单元的第一和第二部分 中都起作用。于是，作为积分环节，本发明包括以下两种结构，即，其中 调节单元中不存在积分环节的结构和其中即使存在积分环节，积分时间被 设定得长到他们基本不起作用的程度。
在本发明中，反馈环中的调节单元实现比例运算和微分运算，而不实 现积分运算。即，通过基本上采用PD控制，项1/s2从系统的输入和输出传 递函数中去除。同时，调节单元由相对于目标值起作用的第一部分和相对 于检测值起作用的第二部分组成。通过独立设定用于第一和第二部分的比 例运算和微分运算的参数，尤其是，通过将加权独立地施加给第一和第二 部分，可以实现目标值响应和扰动响应二者地最佳调节。
即，在液压伺服型材料试验装置中，由于1/s包括在作为受控系统的液 压操纵的加载机构的传输特性中，如果使得微分环节1/s在调节单元中起作 用，那么项1/s2将包含在输入和输出的传递函数中。然而，在本发明中，由 于使得积分环节在调节单元中不起作用，因此项1/s2不包含在输入和输出的 传递函数中，由此有可能消除控制不稳定性的因素。
另外，相对于目标值起作用的第一部分和相对于检测值起作用的第二 部分独立的设置在调节单元中，并且任意参数，尤其是加权，相应的施加 到这些部分上。对于第一部分的加权越小，越可以抑制输出中的突然变化， 即使在目标值的输入中发生突然变化的情况下，由此有可能抑制超调的发 生。尽管如此，输出的升高变得较慢；另一方面，如果同样地施加到第一 和第二部分上的比例增益形成为较大，那么反馈被增强，并且扰动被更加 强有力的控制。然而，如果比例增益形成为过分大，那么系统变得振荡， 并且变得不稳定。为此原因，通过事先进行仿真，适当地调节施加到调节 单元两个部分中的相对于目标值起作用的第一部分上的加权和比例增益的 值，并且确定用于控制扰动的值，并将其设定为输出中不发生突然变化并 且系统不会变得振荡地状态。由此有可能实现能够强有力控制扰动的控制 系统，并且在该系统中，不会发生输出突然变化。于是，有可能获得如下 的控制系统，即，该控制系统能够同时获得诸如图5A所示的目标值响应和 诸如图6B所示的扰动响应。

图1是根据本发明实施例的装置的示意图；
图2是说明根据本发明的控制系统的详细结构的方块图；
图3是说明传统液压伺服型材料试验装置的控制系统的结构的方块图；
图4是说明图3所示的控制系统的细节的方块图；
图5A是说明采用PID控制的传统液压伺服型材料试验装置中在目标值 响应优化后调节时的目标值响应的曲线；
图5B是说明采用PID控制的传统液压伺服型材料试验装置中在扰动响 应优化后调节时的扰动响应的曲线；
图6A是类似的曲线，说明了采用PID控制的传统液压伺服型材料试验 装置中在扰动响应优化后调节时的目标值响应；
图6B是类似的曲线，说明采用PID控制的传统液压伺服型材料试验装 置中在扰动响应优化后调节时的扰动响应；

现在，参照附图，给出对本发明实施例的描述。
图1是根据本发明实施例的装置的示意图，而图2是说明其控制系统 的详细结构的方块图。
测试装置主体1具有如下的结构，其中，两个立柱12a和12b设置在平 台11上，而横向支架13的两端由立柱12a和12b支撑。
加载机构14设置在平台11上，在加载机构中，由通过伺服阀2供给到 其上的压力油操纵的液压缸用作致动器。下部夹爪15a配装到这个加载机构 14上，同时上部夹爪15b通过测压元件3配装到上述横向支架13上。测试 片TP在其两端被上部和下部夹爪15a和15b夹住的状态下用于测试中。
即，对于两端被上部和下部夹爪15a和15b夹住的测试片TP，负载通 过加载机构14的驱动而施加到其上，施加到测试片TP上的负载由测压元 件3检测，并且加载机构14的位移由位移计4检测。
分别由测压单元3和位移计4检测的负载和位移的检测信号连续由控 制器5采集。控制器5存储来自测压单元3和位移计4的输出，作为测试 数据。控制器5包括用于输出目标值r的波形发生器51和调节单元52，如 图2所示。代表选作控制变量z的物理量的检测信号，如由测压单元3检测 到的负载，被设定为检测值(观察变量)y，并且引入到调节单元52中， 以便构成反馈环。然后产生要输入到控制系统53中的操纵变量u。
这个控制系统的特性在于调节单元52由相对于目标值r起作用的第一 调节部分52a和相对于检测值y起作用的第二调节部分52b形成，并且任意 的加权(1-α)可以施加到第一调节部分52a的比例环节上，同时任意加权(1 -β)可以施加到该调节部分52a的微分环节上。这两个调节部分52a和52b 包括比例增益KP和微分时间TD，他们与传统PD调节器中所包含的一样。 由于该结构为上述四个参数可以任意设定和施加，因此，有可能独立设定 所有与相对目标值r的比例运算和微分运算相关的量，以及相对检测值y的 比例运算和微分运算相关的量。于是，提供的操纵优点在于有可能最佳地 设定目标值响应和扰动响应二者，如下面将描述的。
在上述实施例中，由于构成调节单元52的第一和第二调节部分52a和 52b不实现积分运算，在整个系统的输入和输出传递函数中包含的与积分环 节相关的项仅仅是包含在作为受控系统的液压操纵的加载机构14积分环节 的项的1/s。因此，在传统液压伺服型材料试验装置中包含的项1/s2不包含 在本发明的液压伺服型材料试验装置中。于是，有可能消除控制的不稳定 性。
另外，在上述实施例中，如果相对于目标值r起作用的第一调节部分 52a内的参数α和β被形成为较大，即，如果相对于目标值r的比例环节和微 分环节的加权形成为较小，在目标值r突然变化时输出y内的突然变化变得 较小，有可能抑制超调的发生，尽管上升变得较慢。另一方面，如果同等 地施加到整个环节上的比例增益KP较大，有可能更强有力地控制扰动，但 是，如果其形成得过大，该系统变得振荡，并变得不稳定。于是，通过事 先进行仿真，使得扰动控制变得更强有力得这种参数组合在上升的延迟较 小并且不发生超调的范围内以及系统不会变得振荡的范围内确定。调节单 元52的设定通过利用这些参数来实现。于是，有可能获得处于图5A所示 的最佳状态的目标值响应。
此外，在目标值响应调节到诸如图5A所示的最佳状态的状态下，有可 能抑制扰动输入w的影响。相对于扰动响应，同样有可能获得处于如图6B 所示的最佳状态的该扰动响应。
应指出的是虽然图2所示的方块图有一组代表各个部分功能的方块表 示，不用说，用于实现这些功能的电路结构可以布置成设置对应于相应方 块的模拟电路，或者通过利用计算机设置执行相应方块的功能的软件。
另外，虽然在以上描述中图2所示的方块图被表示为两自由度控制系 统的总的方程模型，这个方块图同样可以由前馈模型、环路补偿模型、反 馈补偿模型、目标值过滤器模型、或环节分离模型来表示。不用说，其表 示方法的不同与本发明的要点无关。本发明包括采用可应用于液压伺服型 材料试验装置的两自由度PD控制的所有模型。
此外，虽然在图2所示的调节单元中，任意加权(1-α)和任意加权 (1-β)施加到第一调节部分52a的比例环节和微分环节上，这些任意加 权也可以施加到第二调节部分52b的比例环节和微分环节上。
如上所述，根据本发明，液压伺服型材料试验装置的调节单元包括两 个部分，他们实现比例运算和微分运算，但不实现积分运算。这两个部分 分别相对于目标值和检测值单独地实现作用。加权独立地施加到这两个部 分上。因此，即使积分环节的项1/s包含在作为受控系统的液压操纵型加载 机构本身的传递函数中，项1/s2也不会包含在输入和输出的传递函数中，这 与传统技术的情况不同，由此，有可能消除控制的不稳定性。同时，通过 适当地设定加权，相对于目标值输入中的突然变化，有可能获得上升较快 但不会超调的输出，同时相对于扰动的输入，有可能提供控制能力优良的 控制。因此，有可能使目标值响应和扰动响应二者最大化。