MTSとミネソタ大学は、非常に剛性の高い部分構造試験体を使用した高精度なハイブリッドシミュレーション実験を実施するために設計された革新的な閉ループ制御手法であるカスケード制御の有効性を証明するために協力しています。
カスケード制御は、解析モデルからの変位指令をハイブリッドシミュレーション実験中に非常に剛性の高い物理試験体に適用する際に発生する困難を克服するため、2層の閉ループ制御を組み合わせています。この新しい手法の有効性を評価するために、MTSのエンジニア（Shawn You、Shawn Gao、Brad Thoen）は、ミネソタ大学MAST研究所の研究者（Catherine French、Evan Cosgriff、Paul Bergson）と協力し、さまざまな試験体、試験システム、実験要素タイプ、試験速度を用いた一連の実験を実施しました。
カスケード制御は、FEAモデルからの変位指令を受け入れる外部ループと、ほとんどまたは全く変位しない試験体を正確に励振するために必要な力制御を提供する内部ループを特徴としています。3つのテストケースでは、それぞれカスケード制御および変位制御を使用したハイブリッドシミュレーションとFEAシミュレーションを比較しました。これらの実験は、MTS Landmarkロードフレームとミネソタ大学の多軸部分構造試験（MAST）システムで実施されました。すべてのケースにおいて、カスケード制御は剛性試験体を用いたハイブリッドシミュレーションで効果的であることが証明されました。
カスケード制御は、FEAモデルからの変位指令を受け入れる外部ループと、ほとんどまたは全く変位しない試験体を正確に励振するために必要な力制御を提供する内部ループを特徴としています。3つのテストケースでは、それぞれカスケード制御および変位制御を使用したハイブリッドシミュレーションとFEAシミュレーションを比較しました。これらの実験は、MTS Landmarkロードフレームとミネソタ大学の多軸部分構造試験（MAST）システムで実施されました。すべてのケースにおいて、カスケード制御は剛性試験体を用いたハイブリッドシミュレーションで効果的であることが証明されました。
テストケース1: 1940年エルセントロ地震の入力が、3Dの1階建て1ベイフレーム構造のFEAモデルと、軸剛性が110 kN/mmのアルミニウム柱を試験するMTS Landmarkロードフレームに適用されました。FEAとハイブリッドシミュレーションの間で良好な相関が得られましたが、カスケード制御を使用して測定された垂直力は、変位制御で得られたものよりもスムーズでした。
テストケース2: 1940年エルセントロ地震の入力が、2Dの1階建て1ベイフレーム構造のFEAモデルと、軸剛性が120 kN/mmのスチールトラスを試験するMTS Landmarkロードフレームに適用されました。FEAとハイブリッドシミュレーションの間で良好な相関が得られましたが、低励振時には変位制御で測定された軸力がより高いレベルの波形歪みを示しました。
テストケース3: 1994年ノースリッジ地震の入力が、3Dの3階建てマルチベイフレーム構造のFEAモデルと、垂直剛性が418 kN/mmのスチール柱を試験する6自由度MASTシステムに適用されました。FEAとハイブリッドシミュレーションの間で良好な相関が得られましたが、ミネソタ大学の非常に低摩擦なMASTシステムよりもノイズの多い試験システムでは、カスケード制御がより正確な結果を提供する可能性があると考えられています。
