JPS63273033A - 吸収造波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として実験水槽に用いられる造波装置に関
し、特に反射波の吸収を行なえるようにした吸収造波装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、造波装置として知られているものは、制御機構を
持たないもの、あるいは制御機構を持っても、造波体の
ストロークを補償するだけのものである。このような従
来の造波装置では、水槽内壁で反射した波の有無にかか
わらず、あらかじめ設定された造波体のストロークが保
持されるので、造波開始後しばらくたつと水槽内は反射
波であふれ、所定の波条性を長時間維持することができ
ない。

そこで、水槽内の壁に反射して造波体に戻ってきた波を
吸収する必要があるが、反射波の吸収、つまり波エネル
ギーを吸収する機構自体については古くから知られてい
る。すなわち浮体と、それに連結されて復元力と減衰力
とを発生させる外部力学系とで構成される振動系の減衰
振動により、波エネルギーは吸収される。このような機
能を持った造波装置としては、たとえば特公昭５９−１
３６９１号公報に見られるように、造波体のストローク
ではなく造波体が受ける駆動力を制御する方式のものが
ある。この方式によれば、水槽内壁で反射した波が造波
体に当たった際に、その波力の大きさに応じて駆動力を
調節することにより、造波体に減衰を与えて反射波を吸
収することができる。このような機能を持つものは、吸
収造波装置といわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、波エネルギーの吸収を効率よく行なわせるに
は、先に述べた振動系において、復元力係数を入射周期
に合せて、また減衰係数を造波体の運動に伴う減衰係数
に合せて最適化するように調整してやれば良いことは知
られている。この振動系に造波用の駆動力を追加するこ
とで吸収造波装置が成立つ。追加する駆動力を制御する
ために一般的によく用いられる手段は、歪みゲージある
いはロードセルなどによる作用力の直接検知である。し
かしながらこのような手段では、検圧のだめのブリッジ
回路あるいはアンプなどが必要になり、これらの精度や
動的応答性などの緒特性がシステム全体の特性に影響を
与えることなどから、システム全体の信頼性を決める要
因が増加することになる。したがって、必然的に問題の
複雑さが増すとともに、システムを実現するための経済
的負担も増加し、さらに設計は繁雑になる。

本発明は、上述の問題点の解決をはかろうとするもので
、造波体を駆動する電気式駆動源の駆動電流を検知して
、その駆動電流による駆動力の補償を行なう制御系をそ
なえることにより、構造の簡素化と信頼性の向上とをは
かれるようにした、吸収造波装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明の吸収造波装置は、
電気式駆動源と、同駆動源により駆動されて造波運動と
波エネルギーの吸収運動とを同時に行なう造波体と、同
造波体にその造波運動を行なわせるべく上記電気式駆動
源に駆動電流を供給する駆動電流供給部と、指令信号発
生器からの基本駆動力信号に基づき上記駆動電流供給部
へ制御信号を送る制御系とをそなえ、上記制御系に、上
記電気式駆動源に流れる駆動電流の検知信号を受けて同
電流に対応した電気信号を発生する駆動力信号発生手段
と、上記造波体の復元力に対応した電気信号を発生する
復元力信号発生手段と、上記造波体の減衰力に対応した
電気信号を発生する減衰力信号発生手段とが設けられる
とともに、これら３つの信号発生手段からの信号との演
算比較により上記指令信号発生器からの基本駆動力信号
を修正して上記造波体の駆動力を補償するための基本駆
動力信号調節手段が設けられたことを特徴としている。

〔作　　用〕

上述の本発明の吸収造波装置では、造波体を駆動する電
気式駆動源の駆動力が、それに比例する駆動電流より推
定されて、これから外部力学系の受持つ力としての復元
力と減衰力とを差引くことにより、外部力学系以外から
造波体に作用する力が求められ、これを指令駆動力と比
較して所要の駆動力を補償するフィードバック制御が行
なわれる。

〔実施例〕

以下、図面によ、り本発明の実施例としての吸収造波装
置について説明すると、第１図はその制御の系統を示す
ブロック図、第２図はその要部を模式的に示す側面図、
第３図はその造波体の変形例を示す側面図、第４図はそ
の制御の態様を示すフローチャートである。

第２図に示すように、水槽Ａの底部に下端を枢着されｔ
；板状の造波体７が設けられ、この造波体７は、直流電
動機のごとき電気式駆動源５により駆動力伝達機構６を
介して矢印のように駆動されるようになっている。

第１，２図に示すように、指令信号発生器１が、造波体
７に与える駆動力を駆動源５で発生させるために設けら
れており、この指令信号発生器１から出された基本駆動
力信号１５は、信号調節器２で調整された後に加算器３
に入り、駆動電流供給部４から最終的に駆動源５に駆動
電流１８として入る。

この駆動電流１８は駆動源５にかかる負荷の大きさによ
って自ずと変動するものである。

造波体７の運動に伴う造波体７の運動移動距離と運動速
度とは、それぞれセンサー８．９で得られ、増幅器１０
を通って信号レベルを整えた後に演算装置１１に入る。

センサー８．９としては、それぞれ一般的なエンコーダ
とタコゼネとを使うことができる。

演算装置１１では移動距離信号２１′と速度信号２２′
とに適当な係数が乗じられ、復元力信号２１と減衰力信
号２２とが出力されて、これらは加算器３に送られる。

すなわち、運動移動距離センサー８および運動速度セン
サー９から各検知信号を受ける増幅器１０および演算装
置１１により、復元力信号２１の発生手段と減衰力信号
２２の発生手段とが構成される。

加算器３から駆動電流供給部４へ入る信号１７は、基本
駆動力と、移動距離に比例する復元力と、速度に比例す
る減衰力とにそれぞれ対応する成分を含むものとなる。

演算装置１１で移動距離信号２１′と速度信号２２′と
に乗じられる係数は、復元力係数と減衰係数とに対応す
るものである。

このようにして、駆動源５から造波体７に与えられる力
の特性は、バネとダッシュポットによる外部力学系が有
するエネルギー吸収効果を、バネとダッシュポットを機
械的に造波体７に連結することによらずに、電気的に駆
動源５のみで実現したことになる。造波体７へ作用する
外からの反射波が持つエネルギーの吸収を実際に行なわ
せるためには、駆動源５が出す駆動力のうち、指令信号
発生器１からの基本駆動力信号１５に対応する駆動力成
分を補償する必要がある。このために、造波体７の運動
に伴って変動する駆動源５の駆動電流１８が検知器１３
で検知される。そして、その検知信号＋８’は、信号変
換器１４で信号レベルを調整されて、駆動力信号２０と
して出力される。

すなわち、駆動電流検知器１３からの検知信号１８’を
受けて、これを駆動力信号２０に変換する信号変換器１
４により、駆動力発生手段が構成される。駆動力信号２
０は、基本駆動力にかかる成分のほか、外部力学系の復
元力と減衰力とにかかる各成分を含むものであり、これ
から復元力信号２１と減衰力信号２２とを減算器１２で
差し引かれる。残った成分２３は、造波体７が受ける外
力の影響による変動分を含んだ基本駆動力に対応するも
のであるから、これを指令信号発生器１からの基本駆動
力信号と比較して、偏差があれば、信号調節器２でその
偏差分に応じた修正が行なわれて、信号１６として出力
される。そして、この信号１６に、あらためて復元力信
号２１と減衰力信号２２とが加算器３で加算されて、こ
れにより得られた制御信号１７が駆動電流供給部４へ出
力される。

このようにして、本装置では、駆動源５の駆動電流１８
を検知し、これに基づく駆動力信号２０から復元力信号
２１と減衰力信号２２とを差し引き、残った変動分を含
む基本駆動力信号２３との比較により、指令信号発生器
１からの基本駆動力信号１５を補償するフィードバック
制御機構としての閉ループが構成されている。

なお、上述の演算比較の手順としては、基本駆動力信号
１５に復元力信号２１および減衰力信号２２を加算した
ものと、駆動力信号２０とを比較するようにしてもよい
。

以上を運動方程式で説明すれば、 ＭＹ−−（Ｆｄ＋ｄｉ＋ｋｘ）＋Ｆｉ　　　・・・（１
）において、最終的に駆動源５が発生する駆動力１９は
、右辺の括弧内の総和に等しい。括弧内のＦｄはその作
用方向によって正あるいは負ともなる。

検知される駆動電流１８は、この括弧内の総和に相当す
るものであるが、一方、指令信号発生器１から出される
信号は、括弧内のＦｄに相当する指令目標値としての基
本駆動力に対応するものである。また括弧内のｄｉとｋ
ｘは減衰力と復元力である。

したがって、減算器１２からの出力信号２３は造波体が
受ける外力の影響を受けた変動分を含む基本駆動力成分
Ｆｄに対応する。信号調節器２はこれを基本駆動力信号
１５と比較し、偏差があれば修正して駆動制御信号１６
を出す。ここで、Ｘは造波体７の移動距離、Ｍは造波体
の質量と付加質量との和、ｄは外部力学系の減衰係数、
ｋは造波体に浮力が作用する場合の浮力係数と外部力学
系の復元力係数の和である。またＦｉは造波体７に作用
する外力である。

第２図に示すように、指令信号発生器ｌからの基本駆動
力信号１５は制御系２４に入る。この制御系２４は、第
１図の信号調節器２．加算器３．減算器１２．電流変換
器１４．増幅器１０および演算装置１１の機能を合わせ
持つ。これらの機能はデジタルあるいはアナログいずれ
の方式でも実現が可能である。制御系２４から出る駆動
制御信号１７は、造波体７の運動移動距離と運動速度と
にそれぞれ比例する力の信号２１と２２とを含んでいる
。

駆動源５への駆動電流供給部４は、駆動制御信号１７に
対応する駆動力１９を駆動源５が出力するように同駆動
源５へ駆動電流１８を供給するものであり、駆動電流１
８は直流電動機としての駆動源５の電機子電流である。

この駆動電流１８は駆動源５の発生トルクすなわち駆動
力に比例する。

この駆動電流１８は検知器１３で検知され、その検知信
号１８が前述の制御系２４へ送られる。また、駆動源５
としての直流電動機の回転軸に結合されているエンコー
ダ８とタコゼネ９とでそれぞれ移動距離と速度とに比例
する信号２１’、２２’を発信し、これらの信号も制御
系２４へ送られる。

駆動源５の回転運動は駆動力伝達機構６で往復運動に変
えられ、このようにしてフラップ型の造波体７の往復運
動が行なわれる。造波体７の前面には水槽Ａの水がある
が、背面は水無し状態になっている。このように、背面
水無しとするために、水槽Ａの中に造波体７を設置する
際に、造波体７の側面と水路壁との間は水密構造とする
必要がある。もしこの造波体７の形状を第３図に示すプ
ランジャー型とすれば、水密構造は不要となる。第４図
は本発明の特徴である電流検知方式のフローチャートを
示している。

本発明の吸収造波装置のように、電流を検知する方式の
ものでは、駆動力１９を補償するに当たり、復元力信号
２１と減衰力信号２２のみを考慮すれば済む利点がある
。もし造波体７に作用する力を検知すべく、ロードセル
などの検力計を駆動力伝達機構と造波体との間に使用し
たり、あるいは造波体自身の造波面に圧力センサーなど
を使用したりすると、駆動力１９を補償するために、復
元力と減衰力以外に、さらに造波体７と駆動力伝達機構
６の運動慣性力をも考慮する必要があり、演算システム
が複雑になる。同時に、造波体の運動に伴う、評価がむ
ずかしい付加質量を使用せざるを得ない困難さが、シス
テムを実現する際に現れるので不利である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の吸収造波装置によれば、
その制御系において、電気式駆動源の駆動力を制御すべ
く、駆動力に比例する駆動電流が用いられ、その電流検
知が極めて簡単に行なわれるので、制御系の構成も簡単
になり、外部力学系にかかわる復元力と減衰力との演算
部分を含めた全システムを容易にかつ、低コストで実現
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の実施例としての吸収造波装置を示
すもので、第１図はその制御の系統を示すブロック図、
第２図はその要部を模式的に示す側面図、第３図はその
造波体の変形例を示す側面図、第４図はその制御の態様
を示すフローチャートである。 ■・・指令信号発生器、２・・信号調節器、３・・加算
器、４・・駆動電流供給部、５・・駆動源（直流電動機
）、６・・駆動力伝達機構、７・・造波体、８・・移動
距離センサー、９・・速度センサー、１０・・増幅器、
１１・・演算装置、１２・・減算器、１３・・電流検知
器、１４・・信号変換器、１５・・基本駆動力信号、１
６・・補償後の修正された基本駆動力信号、１７・・駆
動制御信号、１８・・駆動電流、１９・・駆動力（電動
機の場合はトルク）、２０・・駆動力信号、２１・・復
元力信号、２１’・・移動距離信号、２２・・減衰力信
号、２２′・・速度信号、２３・・演算推定された基本
駆動力信号、２４・・制御系、Ａ・・水槽。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気式駆動源と、同駆動源により駆動されて造波運動と
   波エネルギーの吸収運動とを同時に行なう造波体と、同
   造波体にその造波運動を行なわせるべく上記電気式駆動
   源に駆動電流を供給する駆動電流供給部と、指令信号発
   生器からの基本駆動力信号に基づき上記駆動電流供給部
   へ制御信号を送る制御系とをそなえ、上記制御系に、上
   記電気式駆動源に流れる駆動電流の検知信号を受けて同
   電流に対応した電気信号を発生する駆動力信号発生手段
   と、上記造波体の復元力に対応した電気信号を発生する
   復元力信号発生手段と、上記造波体の減衰力に対応した
   電気信号を発生する減衰力信号発生手段とが設けられる
   とともに、これら３つの信号発生手段からの信号との演
   算比較により上記指令信号発生器からの基本駆動力信号
   を修正して上記造波体の駆動力を補償するための基本駆
   動力信号調節手段が設けられたことを特徴とする、吸収
   造波装置。