JP2846276B2 - 振動動作発生装置 - Google Patents

振動動作発生装置

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JP2846276B2 JP23570995A JP23570995A JP2846276B2 JP 2846276 B2 JP2846276 B2 JP 2846276B2 JP 23570995 A JP23570995 A JP 23570995A JP 23570995 A JP23570995 A JP 23570995A JP 2846276 B2 JP2846276 B2 JP 2846276B2
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  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば造波装置、
振動台、フライトシミュレータ等における振動動作を発
生させるための振動動作発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば水槽等において造波試験を
行なう場合、造波装置を用いて水槽内に波を発生させて
いる。上記造波装置は、造波板の下部を水面内に位置さ
せて回動可能に設け、該造波板の上部を駆動装置に連結
して振動させることにより、波が発生する構造となって
いる。そして、上記造波装置を駆動する従来の制御装置
は、一般的に図5に示すように構成されている。図5に
おいて、101は計算機、102はそのメモリであり、
上記計算機101には複数のアナログ出力装置103が
接続される。これらのアナログ出力装置103には、そ
れぞれ増幅装置104が接続され、更にこれらの各増幅
装置104にそれぞれ複数の駆動装置105が接続され
る。上記各増幅装置104は、各駆動装置105に対応
する複数の増幅器により構成されている。
【0003】上記従来の造波装置の制御装置は、所望の
波を発生させるための造波信号を計算機101又は全く
別の計算機で予め計算して求めておき、メモリ102に
保存しておく。この保存された造波信号は、一定時間毎
に定周期でアナログ出力装置103に送られる。ここ
で、駆動装置105を動作させるアナログ信号に変換さ
れ、増幅装置104を介して駆動装置105を動作させ
るだけのパワーに増幅される。結果的に複数の駆動装置
105は、所望の造波信号に基づき、各々独立に動作す
ることになる。駆動装置105に取り付けられた造波板
により、例えば水槽の水を移動させて波を発生させるこ
とができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】造波試験で長い場合
は、約1時間におよび波を発生させる必要がある。従来
の装置では、造波信号を計算機101又は全く別の計算
機で予め計算して求めておく必要があるが、この計算に
非常に多くの時間を必要とする。例えば多方向不規則波
を300秒発生させるのに、約50分の計算時間が必要
であり、従って、1時間分の造波信号を得るためには、
予めの計算が約10時間(1時間/300秒×50分)
必要となる。この計算時間は、実験者にとっては、全く
無意味な時間であり、所望の造波に対して予め計算して
おく必要があり、無駄な時間となる。造波の種類を実験
者が変更する度に、この無駄な時間が発生し、実験の効
率が非常に悪い。予め計算に必要な無駄時間を短縮させ
るには、計算機101又はこの計算をさせる別の計算機
を高速な計算機、例えばスーパーコンピュータにすれば
良いが、この手法では経済的に成立しない。
【0005】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、それ程、高速な計算機を使用しなくても予
備計算時間を短縮でき、振動動作信号を実時間で発生し
得る振動動作発生装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る振動動作発
生装置は、所望の振動動作を得るための予備計算を行な
う計算機と、振動対象を動作させる複数の駆動装置と、
前記予備計算にて得られたパラメータを基に実時間で動
作指令値を計算し同指令値に沿って駆動装置を制御する
複数の運動制御装置と、複数の運動制御装置の同期をと
るシステム制御装置と、前記計算機、運動制御装置及び
システム制御装置を結ぶネットワーク伝送路とを有する
ことを特徴とする。
【0007】(作用)上記の構成とすることにより、振
動対象に対する動作指令値の計算が予備計算と実時間計
算とに分離され、実時間演算は運動制御装置で実施さ
れ、予め決められた時間の造波信号を計算することな
く、振動対象を駆動する駆動装置の制御を行ないながら
動作指令値の計算が行なわれる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図1は、本発明を造波装置の制御
装置に実施した場合の構成例を示すブロック図である。
図1において、1は予備計算用の計算機で、どんな造波
を行なうかに従って予備計算を行ない、その結果得られ
たパラメータをネットワーク伝送路7を経由してシステ
ム制御装置2及び複数の運動制御装置3に送出する。ネ
ットワーク伝送路7は、終端抵抗器6によりターミネー
ションされている。上記運動制御装置3には、それぞれ
増幅装置4が接続され、更にこれらの各増幅装置4にそ
れぞれ複数の駆動装置5が接続される。これらの複数の
駆動装置5によりそれぞれ造波板が駆動される。
【0009】上記システム制御装置2は、図2に示すよ
うにネットワーク接続装置21、演算装置22及びデジ
タル出力装置23からなっている。システム制御装置2
は、計算機1からネットワーク伝送路7を介して送られ
てくるパラメータを演算装置22及びデジタル出力装置
23に出力する。また、演算装置22は、一定時間毎に
定周期で同期信号を発生し、デジタル出力装置23を経
由して各運動制御装置3へ出力し、複数の運動制御装置
3を同期して動作させる。
【0010】上記運動制御装置3は、図3に示すように
ネットワーク接続装置31、制御演算装置32、指令値
演算装置33、造波板の位置を読み取る計数装置34、
アナログ出力装置35、デジタル入力装置36からなっ
ている。運動制御装置3は、計算機1からネットワーク
伝送路7を介して送られてくるパラメータをネットワー
ク接続装置31が受信し、指令値演算装置33に入力す
る。この指令値演算装置33は、計算機1の予備計算に
よって得られたパラメータに従い、実際の造波信号指令
値を実時間で計算し、制御演算装置32に送る。上記造
波信号指令値は、造波板の位置の指令値を示している。
制御演算装置32は、指令値演算装置33から入力され
る造波信号指令値と、計数装置34により読み取った造
波板の位置信号とを比較して、「造波信号指令値−造波
板の位置信号」が零となるように制御するデジタル信号
をアナログ出力装置35に送る。このアナログ出力装置
35は、受け取ったデジタル信号をアナログ信号に変換
して増幅装置4へ出力する。この増幅装置4へ出力する
タイミングは、システム制御装置2の演算装置22が一
定時間毎に定周期で同期信号を出し、デジタル出力装置
23を経由して運動制御装置3のデジタル入力装置36
に入力されることによりなされる。
【0011】上記アナログ出力装置35から出力された
アナログ信号は、増幅装置4へ送られて増幅される。こ
の増幅装置4は、図4に示すように各駆動装置5に対応
して設けられる複数の増幅器41からなり、上記アナロ
グ出力装置35からの信号を増幅器41により駆動装置
5を駆動できる動力に増幅する。
【0012】次に上記計算機1で実施する予備計算とシ
ステム制御装置2のデジタル出力装置23が実行する実
時間計算の内容を多方向不規則波を造波する場合を例に
とって説明する。駆動装置5に取り付けられるi番目の
造波板のタイムステップ(デジタル信号を連続的に処理
するための時間間隔で、波の周期とは無関係に設定され
る)jの造波信号指令値yijは、
【0013】
【数1】 で表される。ここに、 n :不規則波の周波数成分の番号 m :不規則波の方向成分の番号 N :不規則波の周波数成分数 M :不規則波の方向成分数 anm:n番目の周波数成分、m番目の方向成分の振幅 Fn :n番目の周波数成分の造波特性関数 π :円周率 fn :n番目の周波数 Δt:制御周期 kn :n番目の周波数成分の波数 b :造波板の幅 θm :m番目の方向角 εnm:n番目の周波数成分、m番目の方向成分の乱数 である。
【0014】上記(1)式を計算するのに、N=10
0、M=55の時、従来では上記したように「多方向不
規則波を300秒発生させるのに、約50分の計算時間
が必要である」ので、Δt=0.025秒であれば、j
=12,000(300秒/0.025秒)まで計算す
るのに、約50分かかるということである。今、(1)
式を直接計算する代わりに以下に述べるアルゴリズムを
実行する。ここで、
【0015】
【数2】 とおき、また、 ψnij =ξni cos(j・2π・fn ・Δt) +ζni sin(j・2π・fn ・Δt) …(4) Φnij =ζni cos(j・2π・fn ・Δt) −ξni sin(j・2π・fn ・Δt) …(5) とすることにより、(1)式は、
【0016】
【数3】 で求められる。更に、 ψni,j+1=αn ψnij +βn Φnij …(7) Φni,j+1=αn Φnij −βn ψnij …(8) 但し、αn =cos (2π・fn ・Δt) …(9) βn =sin (2π・fn ・Δt) …(10) と表すことができるので、(7)式(6)式右辺に
代入することにより、タイムステップj+1の造波信号
指令値yi,j+1 を得ることができる。
【0017】上記アルゴリズムを計算機1で実行する予
備計算は、(2),(3),(9),(10)式及びj
=0での(4),(5)式、即ち、 ψni0 =ξni …(11) Φni0 =ζni …(12) である。実時間計算に必要となるパラメータは、
(9),(10),(11),(12)式である。これ
らのパラメータを基にして、指令値演算装置33は、
(7),(8)式を実行し、即ち、 ψni1 =αn ψni0 +βn Φni0 …(13) Φni1 =αn Φni0 −βn ψni0 …(14) を求め、(6)式により
【0018】
【数4】 を求め、第1番目のタイムステップの造波信号指令値と
する。第2番目のタイムステップでは、前回のタイムス
テップで求めたψni1 ,Φni1 より、 ψni2 =αn ψni1 +βn Φni1 …(16) Φni2 =αn Φni1 −βn ψni1 …(17) を求め、
【0019】
【数5】 を求める。以下、同様にして順番にタイムステップを求
める。
【0020】上記のように計算機1で所望の造波信号を
得るための予備計算を行ない、この予備計算で得られた
パラメータを基に運動制御装置3により実時間で造波信
号指令値を計算しているので、すなわち、予備計算を行
なう計算機1で実際に造波する前に上記(2)、
(3)、(9)、(10)、(11)、(12)式を算
出し、上記予備計算にて得られた上式の値を基に運動制
御装置3により上記(6)、(7)、(8)式を実時間
で実行して造波信号指令値を計算しているので、僅かな
予備計算により造波信号を実時間で発生させることがで
き、実験の効率を向上することができる。例えばタイム
ステップ0.004秒の実時間で造波信号を発生させる
ものとして、予備計算に必要な時間は、ISSC(the
InternationalShip Structure Congress )又はブレッ
トシュナイダー光易型スペクトルの多方向不規則波で約
2分、JONSWAP 型スペクトルの多方向不規則波で約5分
である。これらの時間の条件は、N=200、M=70
で、使用計算機のCPUは80486DX2(インテル
社製のCPU:使用周波数66MHz)を用いた場合で
ある。また、実時間で造波信号を計算しているので、実
験時間は継続して何時間でも実施できる。なお、上記実
施形態では、造波装置を例示して説明したが、その他、
例えば振動台やフライトシミュレータの信号発生部分に
おいても、同様にして実施し得るものである。
【0021】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、振
動対象に対する動作指令値の計算を予備計算と実時間計
算とに分離し、予め決められた時間の造波信号を計算す
ることなく、振動対象を駆動する駆動装置の制御を行な
いながら動作指令値の計算を行っているので、それ程、
高速な計算機を使用しなくても予備計算時間を短縮して
造波信号を実時間で発生させることができ、実験を効率
的に行なうことができる。また、実時間で造波信号を計
算しているので、実験時間は何時間でも継続して行なう
ことが可能となる。更に、予備計算には安価な計算機を
用いることができ、経済性に優れた振動動作発生装置を
提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る振動動作発生装置の
全体構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態におけるシステム制御装置部の構成
を示すブロック図。
【図3】同実施形態における運動制御装置の構成を示す
ブロック図。
【図4】同実施形態における増幅装置の構成を示すブロ
ック図。
【図5】従来の造波装置の制御装置の構成を示すブロッ
ク図。
【符号の説明】
1 計算機 2 システム制御装置 3 運動制御装置 4 増幅装置 5 駆動装置 6 終端抵抗器 7 ネットワーク伝送路 21 ネットワーク接続装置 22 演算装置 23 デジタル出力装置 31 ネットワーク接続装置 32 制御演算装置 33 指令値演算装置 34 計数装置 35 アナログ出力装置 36 デジタル入力装置 41 増幅器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の振動動作を得るための予備計算を
    行なう計算機と、振動対象を動作させる複数の駆動装置
    と、前記予備計算にて得られたパラメータを基に実時間
    で動作指令値を計算し同指令値に沿って駆動装置を制御
    する複数の運動制御装置と、複数の運動制御装置の同期
    をとるシステム制御装置と、前記計算機、運動制御装置
    及びシステム制御装置を結ぶネットワーク伝送路とを有
    することを特徴とする振動動作発生装置。
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JP4158367B2 (ja) 2001-09-17 2008-10-01 株式会社日立プラントテクノロジー 振動試験装置ならびに振動応答評価方法
JP5567810B2 (ja) * 2009-09-17 2014-08-06 株式会社日立製作所 サーボアンプユニット及び加振装置

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