JP3362980B2 - Absorption type wave making device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、波浪に対する構造物の
特性等の解析に利用される水理実験用の閉水路に所望の
波を発生させるための吸収型造波装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an absorption type wave forming device for generating a desired wave in a closed channel for hydraulic experiments, which is used for analyzing characteristics of a structure against waves.
【0002】[0002]
【従来の技術】海洋工学における種々の問題を解決する
ために、海洋工学現象の物理モデルを実験室環境の閉水
路で再現することは従来から周知である。この目的で使
用される水理実験用の閉水路には造波装置が設けられる
が、造波実験水路での波の物理モデルについては、反射
波の存在を考慮しなければならない。BACKGROUND OF THE INVENTION It is well known in the art to reproduce physical models of ocean engineering phenomena in closed channels in a laboratory environment in order to solve various problems in ocean engineering. The closed channel for hydraulic experiments used for this purpose is equipped with a wave generator, but the existence of reflected waves must be considered in the physical model of the waves in the wave experimental channel.
【0003】即ち、自然環境では海は開放境界型であ
り、海岸工作物で反射された波を吸収するが、一方、造
波実験水路は閉鎖境界型の構造であり、水路に配置され
た試験構造物で反射された波は造波板に反射波として入
射し、造波板で再反射されるので、試験構造物に入射す
る波列の特性が目標とは異なったものとなってしまう。
このため、特に反射型の試験構造物に対する水理実験で
は、所期の特定入射波列を再現できないことが多い。That is, in the natural environment, the sea is an open boundary type and absorbs the waves reflected by the coastal work, while the wave-making experimental canal has a closed boundary type structure and is a test placed in the canal. The wave reflected by the structure enters the wave-making plate as a reflected wave and is reflected again by the wave-making plate, so that the characteristic of the wave train incident on the test structure becomes different from the target.
For this reason, in particular, in a hydraulic experiment for a reflection type test structure, it is often impossible to reproduce the desired specific incident wave train.
【0004】このような反射の問題は、いわゆる吸収型
造波装置を用いることによって抑制することができる。
この吸収型造波装置は、造波装置に能動消波装置を組み
合わせたものであって、試験構造物に対する目標の入射
波を発生させる他に、試験構造物からの反射波の吸収も
行う。Such a problem of reflection can be suppressed by using a so-called absorption type wave forming device.
This absorption type wave forming device is a combination of a wave forming device and an active wave canceling device, and in addition to generating a target incident wave to the test structure, it also absorbs a reflected wave from the test structure.
【0005】従来の吸収型造波装置としては、例えば小
山らによる「反射波吸収式造波システムの開発と基本特
性」(第35回海岸工学講演会論文集,pp.25-29,198
8)に述べられたものがある。As a conventional absorption type wave making device, for example, "Development of reflected wave absorption type wave making system and basic characteristics" by Koyama et al. (Proceedings of the 35th Coastal Engineering Lecture Meeting, pp.25-29, 198)
8).
【0006】このシステムは、通常の位置制御方式の造
波装置に、パーソナルコンピュータによる水位計測フィ
ードバックシステムを付加して、様々な周期の反射波に
対して常に最適な吸収特性を持たせることを実現したも
のであり、基本的には、ビーゼルらによる造波理論(F.
Biesel and F. Suquet; Les apparails g*n*rateusde
houle en laboratoire, La Houille Blanche, Vol.6, N
os.2,4 et 5, 1951)およびミルグラムの吸収理論(J.
S. Milgram; Active water-wave absorbers,Journal of
Fluid Mech., Vol. 43, Part 4, pp.845-859, 1970)の
重ね合わせにより造波板前面の計測水位情報によって造
波板位置を制御しようとするギルバートによる手法(G.
Gilbert; Absorbing Wave Generators, Hydraulic Re
serchStation Note 20, pp.3-4, 1978 )と同様である
が、それを具体的に実際の制御に適用するために、更に
所定の造波と反射波吸収とを同時に行うための造波板の
位置制御を定式化したものである。In this system, a water level measurement feedback system using a personal computer is added to a normal position control type wave making device so as to always have optimum absorption characteristics for reflected waves of various periods. Basically, the theory of wavemaking (F.
Biesel and F. Suquet; Les apparails g * n * rateusde
houle en laboratoire, La Houille Blanche, Vol.6, N
os.2,4 et 5, 1951) and Milgram's theory of absorption (J.
S. Milgram; Active water-wave absorbers, Journal of
Fluid Mech., Vol. 43, Part 4, pp.845-859, 1970) is used to control the position of the wave-making plate based on the measured water level information in front of the wave-making plate (G.
Gilbert; Absorbing Wave Generators, Hydraulic Re
serchStation Note 20, pp.3-4, 1978), but in order to specifically apply it to actual control, a corrugated plate for simultaneously performing predetermined wave generation and reflected wave absorption. Is a formalization of the position control of.
【0007】また従来型の楔形パドルによる造波装置を
吸収型造波装置に改造することについての報告もある
(G. N. Bullock and G. J. Murton; Performance of a
Wedge-Type Absorbing Wave Maker, Journal of Water
way, Port, Coastal and OceanEngineering, Vol. 115,
No. 1, January, 1989)。この改造型システムは、造波
板の直前で計測した水面高さ信号をアナログ・フィルタ
ー処理することに基づいており、回路設計は必ずしも完
全ではなかったが、消波特性は比較的すぐれていた。There is also a report of converting a conventional wedge paddle wave maker to an absorption wave maker (GN Bullock and GJ Murton; Performance of a
Wedge-Type Absorbing Wave Maker, Journal of Water
way, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. 115,
No. 1, January, 1989). This modified system was based on analog filtering of the water level signal measured just before the wave-making plate, and although the circuit design was not always perfect, the wave-dissipation characteristics were relatively excellent. .
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前述のいずれの形式に
よる従来の吸収型造波装置では、水位計測信号をアナロ
グフィルター処理した信号をフィードバックに使用する
ため、造波装置で一般に発生される波が歪波であること
を考慮すると、フィルターにおける種々の周波数成分に
対する位相遅れの不均一が問題となり、また基本的に造
波板の位置をサーボ制御する方式であるので、吸収制御
のための煩雑な演算処理が必要となり、水位計測信号に
よるリアルタイムのフィードバック制御が困難であっ
た。本発明は、複雑な演算処理系を簡略化でき、リアル
タイムでの安定なフィードバック制御を可能とする吸収
型造波装置を提供することを目的とするものである。In the conventional absorption type wave making device of any of the above-mentioned forms, since the signal obtained by analog-filtering the water level measurement signal is used as the feedback, the wave generally generated by the wave making device is generated. Considering that it is a distorted wave, non-uniformity of phase delay for various frequency components in the filter becomes a problem, and since it is basically a method of servo-controlling the position of the wave-making plate, it is complicated for absorption control. Computational processing was required, making real-time feedback control with water level measurement signals difficult. It is an object of the present invention to provide an absorption-type wave making device capable of simplifying a complicated arithmetic processing system and enabling stable feedback control in real time.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明による吸収型造波
装置は、有限長の閉水路に設けられた造波板と、入力信
号に応じて造波板を駆動する駆動装置と、造波板変位指
令信号を生じる信号発生器と、造波板の直前における液
位変化を計測する波高計と、波高計の計測信号に基づく
フィードバック信号を信号発生器からの指令信号に加算
して駆動装置に入力するフィードバック手段とを備え、
造波板に入射する反射波を吸収して造波板による再反射
波の発生を防止しつつ目標とする造波運動を造波板に行
わせる吸収型造波装置であり、特に前述の課題を解決す
るために、前記波高計は造波板前面から互いに異なる距
離で離れた複数の位置における液位変化を計測する複数
の波高計を含むものとし、前記フィードバック手段は複
数の波高計の各々の液位計測信号をそれぞれ予め定めら
れた位相シフト量及びゲインでフィルター処理するデジ
タルフィルターと各デジタルフィルターの出力を加算す
る加算手段とを含むものとし、前記加算手段からの出力
をフィードバック信号として用いるようにしたことを特
徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An absorption type wave making device according to the present invention comprises a wave making plate provided in a closed water channel of finite length, a driving device for driving the wave making plate according to an input signal, and a wave making device. A signal generator that generates a plate displacement command signal, a crest meter that measures the liquid level change immediately before the corrugated plate, and a drive device that adds a feedback signal based on the measurement signal of the crest meter to the command signal from the signal generator And feedback means for inputting to
An absorption-type wave-making device that absorbs a reflected wave incident on a wave-making plate to prevent a re-reflected wave from being generated by the wave-making plate and causes the wave-making plate to perform a target wave-making motion. In order to solve the above, the wave height meter includes a plurality of wave height meters for measuring liquid level changes at a plurality of positions separated from each other by different distances from the front surface of the wave making plate, and the feedback means includes a plurality of wave height meters. The liquid level measurement signal includes a digital filter that filters the signal with a predetermined phase shift amount and gain, and an addition unit that adds the outputs of the respective digital filters, and the output from the addition unit is used as a feedback signal. It is characterized by having done.
【0010】また、本発明の別の態様によれば、係る吸
収型造波装置において、前記波高計は、前記水路の幅方
向に関して互いに異なる位置の液位変化を計測する複数
の波高計を含むものである。According to another aspect of the present invention, in the absorption-type wave making device, the wave height meter includes a plurality of wave height meters for measuring liquid level changes at different positions in the width direction of the water channel. It is a waste.
【0011】[0011]
【作用】本発明の吸収型造波装置では、リアルタイムで
動作するデジタルフィルターからのオンラインフィード
バック信号によって補正された造波指令信号により造波
板が駆動制御される。水面高さ、即ち液位変化は、造波
板の直前の互いに異なる距離の複数の位置で計測され、
各計測信号は、入射波と反射波列との和から反射波列を
分離するためにそれぞれデジタルフィルター処理が行わ
れた後に互いに重ね合わされてフィードバック信号とな
る。このフィードバック信号は、反射波を吸収するのに
必要な造波板の運動を決定するものであり、造波指令信
号に加算されることにより、フィードバック信号で補正
された造波/吸収指令信号が駆動装置に入力され、造波
板が反射波を吸収するのに必要な運動を含む所期の造波
運動を行う。In the absorption type wave making device of the present invention, the wave making plate is driven and controlled by the wave making command signal corrected by the online feedback signal from the digital filter operating in real time. The water surface height, that is, the liquid level change, is measured at a plurality of positions at different distances immediately before the corrugated plate,
The respective measurement signals are digitally filtered in order to separate the reflected wave train from the sum of the incident wave and the reflected wave train, and then superimposed on each other to form a feedback signal. This feedback signal determines the movement of the wave-making plate necessary to absorb the reflected wave, and when added to the wave-making command signal, the wave-making / absorption command signal corrected by the feedback signal is obtained. The wave-making plate, which is input to the drive device, performs a desired wave-making motion including a motion necessary for absorbing the reflected wave.
【0012】本発明で用いるデジタルフィルターは、い
わゆる有限インパルス応答フィルター(FIRフィルタ
ー)であり、長さNのFIRデジタルフィルターの入力
ηと出力χ(いずれも有限離散時間信号)の関係は、一
般に下記(1)式のたたみ込み(離散合成積)で表され
る(参考文献:J. H. Karl, 1989; An Introductionto
Digital Signal Processing, Academic Press, San Dia
go)。The digital filter used in the present invention is a so-called finite impulse response filter (FIR filter), and the relationship between the input η and the output χ (both are finite discrete time signals) of the FIR digital filter of length N is generally as follows. It is expressed by the convolution (discrete composite product) of equation (1) (reference: JH Karl, 1989; An Introductionto
Digital Signal Processing, Academic Press, San Dia
go).
【0013】[0013]
【数1】 [Equation 1]
【0014】(1)式において、hはフィルター・イン
パルス応答(フィルター・オペレータ)であり、所望の
設定周波数応答特性に対応するフィルター・オペレータ
は、複合周波数応答関数の離散逆フーリエ変換を高速フ
ーリエ変換などのコンピュータ演算で実行することによ
り求めることができる。In the equation (1), h is a filter impulse response (filter operator), and the filter operator corresponding to the desired set frequency response characteristic is a fast Fourier transform of the discrete inverse Fourier transform of the composite frequency response function. It can be obtained by executing computer calculation such as.
【0015】ここで、フィルター出力が入力に比べてM
=(N−1)/2段階だけ遅れることに留意すべきであ
り、リアルタイムで動作しているFIRフィルターにつ
いては、この遅れを除去しなければならない。Here, the filter output is M compared to the input.
It should be noted that there is a delay of = (N-1) / 2 steps, and for FIR filters operating in real time this delay must be removed.
【0016】このため本発明では、液位計測を造波板直
前の互いに異なる距離にある複数の位置で行い、それぞ
れの計測信号をFIRフィルターでフィルター処理した
のち互いに加算することにより前述の遅延を実質的に除
去する。このようにして得られたフィードバック信号は
反射波を吸収するのに必要な造波板の変位を与える補正
信号であり、能動的な反射波の吸収のためにこの補正フ
ィードバック信号が信号発生器から読み取られた造波指
令信号に加算され、その結果、造波板が駆動装置によっ
て造波/消波モードの組み合わせで作動される。Therefore, in the present invention, the liquid level is measured at a plurality of positions at different distances immediately before the wave-making plate, the respective measurement signals are filtered by the FIR filter and then added to each other to add the above delay. Substantially removed. The feedback signal obtained in this way is a correction signal that gives the displacement of the wave-making plate necessary to absorb the reflected wave, and this correction feedback signal is sent from the signal generator for the active absorption of the reflected wave. It is added to the read wave formation command signal, and as a result, the wave formation plate is operated by the drive device in the combination of wave formation / wave elimination mode.
【0017】今、液位計測のための波高計とFIRフィ
ルターをそれぞれ二つずつ設けた場合について前述の遅
延を除去するためのFIRフィルターの周波数応答特性
の設定について以下に説明する。Now, the setting of the frequency response characteristic of the FIR filter for eliminating the above-mentioned delay in the case where two wave height meters for measuring the liquid level and two FIR filters are provided will be described below.
【0018】造波実験水路の造波板前面からの距離xの
位置における液位計測信号は種々の次数の周波数成分の
和として考えることができる。孤立した周波数fの成分
を考えると、この周波数成分から生じる液位は、対応す
る周波数の入射波と反射波成分との和と見ることがで
き、これは以下の(2)式で表される。The liquid level measurement signal at the position of the distance x from the front of the wave-making plate of the wave-making experiment channel can be considered as the sum of frequency components of various orders. Considering the isolated component of the frequency f, the liquid level generated from this frequency component can be regarded as the sum of the incident wave component and the reflected wave component of the corresponding frequency, which is expressed by the following equation (2). .
【0019】[0019]
【数2】 η(x,t) =ηI (x,t) +ηR (x,t) = aI cos (2πft−kx+φI ) + aR cos (2πft+kx+φR ) (2)[Equation 2] η (x, t) = η I (x, t) + η R (x, t) = a I cos (2πft − kx + φ I ) + a R cos (2πft + kx + φ R ) (2)
【0020】(2)式において、a=a(f) は波の振
幅、k=k(f) は波数、φ=φ(f) は位相を表し、添字
Iは入射波を、Rは反射波をそれぞれ表す。ここで、周
波数fの与えられた造波指令信号(造波板変位信号)
と、これに対応する液位変化との間に線形の関係が成立
するものとすると、入射波成分を乱すことなく反射波成
分を打ち消すための造波板変位補正信号は次の(3)式
の通りである。In equation (2), a = a (f) represents the amplitude of the wave, k = k (f) represents the wave number, φ = φ (f) represents the phase, the subscript I represents the incident wave, and R represents the reflected wave. Represents each wave. Here, the wave forming command signal (wave forming plate displacement signal) given the frequency f
Assuming that a linear relationship is established between this and the corresponding liquid level change, the wave plate displacement correction signal for canceling the reflected wave component without disturbing the incident wave component is expressed by the following equation (3). Is the street.
【0021】[0021]
【数3】 Xcorr(t) =B ・aR cos (2πft+φR +φB +π) (3)[Number 3] X corr (t) = B · a R cos (2πft + φ R + φ B + π) (3)
【0021】ここで、Bは造波板の駆動系の機械的スト
ローク量とそれにより生じる波の波高との比で定まる係
数、φB は造波板変位と造波板面上の液位との間の位相
シフト量である。Here, B is a coefficient determined by the ratio of the mechanical stroke amount of the drive system of the corrugated plate and the wave height of the wave generated thereby, φ B is the displacement of the corrugated plate and the liquid level on the corrugated plate surface. It is the amount of phase shift between.
【0022】造波板前面から距離x1 の位置において第
1波高計によって計測して液位計測信号をη(x1,t)と
し、造波板前面から距離x2 の位置において第2波高計
によって計測して液位計測信号をη(x2,t)としたとき、
それぞれ或る特定のゲインCでη(x1,t)を位相シフト量
φ1 theoの第1FIRフィルターに通し、η(x2,t)を位
相シフト量φ2 theoの第2FIRフィルターに通し、互
いのフィルター出力を合計することにより、以下に述べ
るように、(3)式の補正信号と同一のフィードバック
信号を得ることができる。The liquid level measurement signal measured by the first wave height meter at a position x 1 from the front surface of the wave making plate is η (x 1 , t), and the second wave height is at a position x 2 from the front surface of the wave making plate. When measured with a meter and the liquid level measurement signal is η (x 2 , t),
Η (x 1 , t) is passed through a first FIR filter with a phase shift amount φ 1 theo , and η (x 2 , t) is passed through a second FIR filter with a phase shift amount φ 2 theo at a specific gain C. By summing the filter outputs of the two, the same feedback signal as the correction signal of equation (3) can be obtained as described below.
【0023】即ち、二つの波高計の液位計測信号は以下
の通りに表すことができる。That is, the liquid level measurement signals of the two wave height meters can be expressed as follows.
【0024】[0024]
【数4】 η(x1,t)= aI cos (2πft−kx1 +φ1)+ aR cos (2πft+kx1 +φR ) (4) [Equation 4] η (x 1 , t) = a I cos (2πft − kx 1 + φ 1 ) + a R cos (2πft + kx 1 + φ R ) (4)
【0025】[0025]
【数5】 η(x2,t)= aI cos (2πft−kx2 +φ1)+ aR cos (2πft+kx2 +φR ) = aI cos (2πft−kx1 − kΔx +φ1)+ aR cos (2πft+kx1 + kΔx +φR ) (5)[Equation 5] η (x 2 , t) = a I cos (2πft−kx 2 + φ 1 ) + a R cos (2πft + kx 2 + φ R ) = a I cos (2πft−kx 1 −kΔx + φ 1 ) + a R cos (2πft + kx 1 + kΔx + φ R) (5)
【0026】ここで、(5)式におけるΔxは、Δx=
x2 −x1 である。Here, Δx in the equation (5) is Δx =
x 2 −x 1 .
【0027】FIRフィルターのゲインをCとし、その
理論位相シフト量をφtheoとしてこれらを(2)式に導
入すると、以下に示すとおりのフィルター処理された修
正液位信号η* (xi,t)が得られる(i=1,2・・
・)。If the gain of the FIR filter is C and its theoretical phase shift amount is φ theo and these are introduced into the equation (2), the filtered corrected liquid level signal η * (x i, t as shown below is obtained. ) Is obtained (i = 1, 2, ...
・).
【0028】[0028]
【数6】 η* (xi,t)=CaI cos (2πft−kxi +φI +φi theo) + CaR cos (2πft+kxi +φR +φi theo) (6)[Equation 6] η * (x i, t) = Ca I cos (2πft − kx i + φ I + φ i theo ) + Ca R cos (2πft + kx i + φ R + φ i theo ) (6)
【0029】従って、第1波高計の液位計測信号につい
ては下記(7)式の、また第2波高計の液位計測信号に
付いては下記(8)式の通りの修正液位信号がそれぞれ
第1および第2FIRフィルターから得られる。Therefore, regarding the liquid level measurement signal of the first wave height meter, the corrected liquid level signal of the following formula (7) is provided, and regarding the liquid level measurement signal of the second wave height meter, the corrected liquid level signal of the following formula (8) is used. Obtained from the first and second FIR filters respectively.
【0030】[0030]
【数7】 η* (x1,t)=CaI cos (2πft−kx1 +φI +φ1 theo) + CaR cos (2πft+kx1 +φR +φ1 theo) (7)[Equation 7] η * (x 1 , t) = Ca I cos (2πft−kx 1 + φ I + φ 1 theo ) + Ca R cos (2πft + kx 1 + φ R + φ 1 theo ) (7)
【0031】[0031]
【数8】 η* (x2,t)=CaI cos (2πft−kx1 − kΔx +φI +φ2 theo) + CaR cos (2πft+kx1 − kΔx +φR +φ2 theo) (8)Η * (x 2 , t) = Ca I cos (2πft−kx 1 − kΔx + φ I + φ 2 theo ) + Ca R cos (2πft + kx 1 − kΔx + φ R + φ 2 theo ) (8)
【0032】第1および第2FIRフィルターの出力の
和ηcalc(t) は次の(9)式で表される。The sum η calc (t) of the outputs of the first and second FIR filters is expressed by the following equation (9).
【0033】[0033]
【数9】 [Equation 9]
【0034】この(9)式で示されるηcalc(t) と、前
述の(3)式で示されるXcorr(t)とは、以下の(1
0)(11)(12)式の条件が成立する場合には互い
に同一の信号となる。Η calc (t) expressed by the equation (9) and X corr (t) expressed by the above equation (3) are expressed by the following (1)
When the conditions of 0), (11) and (12) are satisfied, the signals are the same.
【0035】[0035]
【数10】 [Equation 10]
【0036】[0036]
【数11】 [Equation 11]
【0037】[0037]
【数12】 [Equation 12]
【0038】(10)(11)(12)式でn=m=0
と置いてφ1 theo ,φ2 theo およびCについて解を求
めると、以下の(13)(14)(15)式が得られ
る。In equations (10), (11) and (12), n = m = 0
Then, when solutions are obtained for φ 1 theo , φ 2 theo and C, the following equations (13), (14) and (15) are obtained.
【0039】[0039]
【数13】 φ1 theo=φB − kΔx −kx1 + 3π/2 (13)[Equation 13] φ 1 theo = φ B − kΔx − kx 1 + 3π / 2 (13)
【0040】[0040]
【数14】 φ2 theo=φB −kx1 +π/2 (14)[Equation 14] φ 2 theo = φ B −kx 1 + π / 2 (14)
【0041】[0041]
【数15】 [Equation 15]
【0042】以上の(13)(14)(15)式で示さ
れるように第1及び第2FIRフィルターの周波数応答
特性を設定し、各波高計の出力をA/D変換してデジタ
ルフィルター処理することにより、反射波の影響を吸収
した所期の目標入射波を試験構造物に与えるための補正
されたオンライン造波板変位信号によってリアルタイム
で駆動装置を制御することができる。尚、本発明では造
波板直前の液位計測位置は二か所に限られるものではな
く、フィルターの周波数応答特性の設定は多少複雑にな
るが、水路長さ方向および幅方向に異なる複数の位置で
計測した液位信号を使用して更に消波機能を向上するこ
ともできる。The frequency response characteristics of the first and second FIR filters are set as shown in the above equations (13), (14) and (15), and the output of each crest meter is A / D converted and digitally filtered. As a result, the drive device can be controlled in real time by the corrected online corrugated plate displacement signal for applying the desired target incident wave that has absorbed the influence of the reflected wave to the test structure. In the present invention, the liquid level measurement position immediately before the corrugated plate is not limited to two, and the setting of the frequency response characteristic of the filter becomes a little complicated, but a plurality of different water channel length and width directions are used. The level-measured liquid level signal may be used to further improve the wave-dissipation function.
【0043】[0043]
【実施例】本発明の吸収型造波装置を実験水路に設置し
て能動吸収造波システムを構築した場合の実施例を以下
に説明する。図1は、閉水路の実験造波水路1(水深5
0cm)に設置されたピストン型造波機2の制御システ
ムに本発明を適用した場合の実施例を示し、造波機2
は、水路1の端部で駆動ピストン装置3によって往復運
動する造波板4により水路1に波を発生させる。EXAMPLE An example in which an active absorption wave-making system is constructed by installing the absorption wave-making device of the present invention in an experimental waterway will be described below. Figure 1 shows an experimental wave-making canal 1 (water depth 5
The present invention is applied to a control system of a piston type wave machine 2 installed at 0 cm).
Generates a wave in the water channel 1 by the corrugating plate 4 that reciprocates by the drive piston device 3 at the end of the water channel 1.
【0044】造波板4の前面からx1 =1.80mの位
置には水面高さを計測する第1波高計11が配置され、
同様に造波板4の前面からx2 =2.10mの位置にも
水面高さを計測する第2波高計12が配置されている。
第1波高計11の出力はA/D変換器21でデジタル化
されてから第1FIRフィルター31に入力され、第2
波高計12の出力も同様にA/D変換器22でデジタル
化されてから第2FIRフィルター32に入力される。A first wave height meter 11 for measuring the height of the water surface is arranged at a position x 1 = 1.80 m from the front surface of the wave-making plate 4,
Similarly, a second wave height meter 12 for measuring the water surface height is also arranged at a position of x 2 = 2.10 m from the front surface of the wave making plate 4.
The output of the first crest meter 11 is digitized by the A / D converter 21 and then input to the first FIR filter 31, and the second
Similarly, the output of the wave height meter 12 is digitized by the A / D converter 22 and then input to the second FIR filter 32.
【0045】第1および第2FIRフィルター31,3
2をそれぞれ通過して修正された液位計測信号は、加算
器40によって合算され、反射波吸収のための造波板変
位補正量を与えるフィードバック信号として別の加算器
5に入力される。この加算器5は、信号発生器6から出
力される水理実験のための目標造波指令信号に前記フィ
ードバック信号を加算し、その加算出力は造波板4を往
復運動させるための駆動ピストン装置3に駆動信号とし
て与えられる。本実施例において、FIRフィルター3
1,32と加算器40および5を含むフィードバック系
は、FIRフィルターの周波数応答特性が前述(13)
(14)(15)式を満たすように設定し、能動消波吸
収造波システムとしての位相φB とゲインBは前述
(3)に従ってビーゼルによる一次変換関数を用いて決
定した。尚、システムの主要部はA/D変換器およびD
/A変換器を搭載した基板カードとパーソナルコンピュ
ータにより構築されている。First and second FIR filters 31, 3
The liquid level measurement signals that have passed through 2 and are corrected are added up by the adder 40, and are input to another adder 5 as a feedback signal that gives a correction amount of the wave plate displacement for absorbing the reflected wave. The adder 5 adds the feedback signal to a target wave formation command signal for a hydraulic experiment output from the signal generator 6, and the added output is a drive piston device for reciprocating the wave forming plate 4. 3 as a drive signal. In this embodiment, the FIR filter 3
In the feedback system including 1, 32 and the adders 40 and 5, the frequency response characteristic of the FIR filter is as described in (13).
The phases φ B and the gain B as the active wave-absorption absorption wave making system were set so as to satisfy the expressions (14) and (15), and were determined by using the first-order conversion function by the bezel according to the above (3). The main part of the system is the A / D converter and D
It is constructed by a board card equipped with an A / A converter and a personal computer.
【0046】水路1の他端には消波構造の傾斜ビーチ7
が設置され、また水路端からの反射波の大きさを変えた
実験を実施するために、傾斜ビーチ7の手前で造波板4
の前面から17.4mの位置に縦型反射壁8が配置でき
るようにしてある。更に水路1には、造波板4の前面か
らそれぞれ3.0m、3.1m、3.3mの位置に、反
射波の測定のための参照用の波高計51,52,53が
設けてある。これらの波高計51,52,53は反射波
測定装置50に計測データを与える。At the other end of the waterway 1, a sloped beach 7 having a wave-dissipating structure is provided.
Is installed, and in order to carry out an experiment in which the magnitude of the reflected wave from the waterway end is changed, the corrugated plate 4 is placed in front of the inclined beach 7.
The vertical reflection wall 8 can be arranged at a position 17.4 m from the front surface of the. Further, in the water channel 1, reference wave height meters 51, 52, 53 for measuring reflected waves are provided at positions of 3.0 m, 3.1 m, and 3.3 m from the front surface of the wave-making plate 4, respectively. . These wave height meters 51, 52, 53 give measurement data to the reflected wave measuring device 50.
【0047】本実施例の能動吸収造波システムにより、
反射の程度が異なる実験構造物を用いた不規則波試験の
ための吸収型造波装置の吸収効果を評価する目的で、能
動消波をかけた場合またはかけない場合、及び消波構造
(傾斜ビーチ)または反射壁のいずれかを水路端に設け
た場合について、これら4種類の条件の順列組み合わせ
の全てを網羅する試験を実施した。By the active absorption wave making system of this embodiment,
For the purpose of evaluating the absorption effect of the absorption type wave generator for the irregular wave test using the experimental structures with different degrees of reflection, with and without active wave cancellation, and wave cancellation structure (gradient A test was conducted to cover all permutation combinations of these four kinds of conditions when either the beach) or the reflection wall was provided at the end of the waterway.
【0048】試験は全て、信号発生器6からの全く同一
の入力、すなわち、有意波高HS =0.04m、ピーク
周波数fP =0.6Hz、周波数fS =40Hzでサン
プリングしたピーク強調係数γ=3.3をもち、ガウス
ホワイトノイズの時間領域におけるデジタルフィルター
処理により発生されたJONSWAPスペクトルに対応
する造波板変位信号を用いて行った。また、試験毎にマ
ンザードとファンケによる方法(E. Mansrd and E. Fun
ke, 1980; The Measurement of Incident andReflected
Spectra Using a Least Method, Proceedings, 17th I
nternationalConference on Coastal Engineering, Vo
l.1, p.154-172, Sydney, Australia.)を用いて入射波
と反射波のスペクトル分解を行った。それぞれの条件下
における入射波のスペクトルを図2に示す。All the tests were carried out with exactly the same input from the signal generator 6, that is, the significant wave height H S = 0.04 m, the peak frequency f P = 0.6 Hz and the frequency f S = 40 Hz. = 3.3, and the wave plate displacement signal corresponding to the JONSWAP spectrum generated by digital filtering in the time domain of Gaussian white noise was used. In addition, the method by Manzard and Funke (E. Mansrd and E. Fun
ke, 1980; The Measurement of Incident and Reflected
Spectra Using a Least Method, Proceedings, 17th I
nternationalConference on Coastal Engineering, Vo
L.1, p.154-172, Sydney, Australia.) Spectral decomposition of incident wave and reflected wave was performed. The spectrum of the incident wave under each condition is shown in FIG.
【0049】試験の結果、入力スペクトルの周波数範囲
にある入射波エネルギーのうち、わずか5〜10%がビ
ーチ7の消波構造によって反射されていることが判っ
た。この程度の反射による乱れは無視可能であり、従っ
て、図2において「ビーチ、吸収なし」で表示されてい
る入射スペクトルがターゲット・スペクトルであると考
えることができる。As a result of the test, it was found that only 5 to 10% of the incident wave energy in the frequency range of the input spectrum is reflected by the wave-dissipating structure of the beach 7. Disturbances due to this degree of reflection are negligible, and therefore the incident spectrum, labeled "beach, no absorption" in Figure 2, can be considered the target spectrum.
【0050】図2において「ビーチ、吸収あり」で表示
されている入射スペクトルはターゲット・スペクトルと
ほぼ同一である。このことは、反射が殆どない実験設備
を用いて本システムの試験を行った場合に入射スペクト
ルの乱れがないことを示している。The incident spectrum shown as "beach, with absorption" in FIG. 2 is almost the same as the target spectrum. This indicates that there is no disturbance in the incident spectrum when the system is tested using experimental equipment with almost no reflection.
【0051】本システムの効率は、水路1の端部に反射
壁8を設置して行った実験結果「反射壁、吸収なし」と
「反射壁、吸収あり」によって実証されている。図2に
おいて、能動消波をかけなかった「反射壁、吸収なし」
の場合の入射スペクトルには有意の反射歪が見られる
が、能動消波をかけた「反射壁、吸収あり」の場合の入
射波スペクトルはターゲット・スペクトルと非常に良好
な一致を示している。The efficiency of this system is proved by the experimental results "reflective wall, no absorption" and "reflective wall, absorption" with the reflective wall 8 installed at the end of the water channel 1. In Fig. 2, "Reflection wall without absorption" without absorption
There is significant reflection distortion in the incident spectrum in the case of, but the incident wave spectrum in the case of "reflection wall with absorption" with active wave-off shows a very good agreement with the target spectrum.
【0052】時間領域における能動吸収の効果を視覚化
するために、以下の実験を行った。まず、水路1の端部
に反射壁8を立て、不規則波を発生させた。60秒後に
造波を中止し、能動消波を作動させた。x=3.0mの
位置にある波高計51の計測データを測定装置50で時
系列的に記録した結果を図3に示す。図3のa図は能動
消波を行った場合の水面高さの変化を、b図は能動消波
を行わなかった場合の水面高さの変化を示している。The following experiment was conducted to visualize the effect of active absorption in the time domain. First, the reflection wall 8 was erected at the end of the water channel 1 to generate an irregular wave. After 60 seconds, wave formation was stopped and active wave extinction was activated. FIG. 3 shows the result of time-sequentially recording the measurement data of the wave height meter 51 at the position of x = 3.0 m by the measuring device 50. 3A shows a change in water surface height when active wave cancellation is performed, and FIG. 3B shows a change in water surface height when active wave cancellation is not performed.
【0053】更に、装置の安定性を試験する目的で、水
路1の端部に反射壁8を立て、能動消波システムを用
い、時系列長さT=51.2秒の造波板変位を繰り返し
発生させて、これを造波装置に送った。t=Tとt=2
5Tでそれぞれ始まる2種類の時系列長さTの波による
水面高さの変動を記録し、入射波と反射波のスペクトル
を分解した結果を図4に示す。図4に明らかなように、
入力信号を25回(約20分の造波)繰り返しても、水
路端部の反射壁からの反射にもかかわらず、入射スペク
トルには有意の乱れが生じておらず、従って装置の安定
性は充分なものであることが判る。Further, for the purpose of testing the stability of the apparatus, a reflecting wall 8 was set up at the end of the water channel 1 and an active wave canceling system was used to measure the displacement of the wave-making plate with a time series length T = 51.2 seconds. It was repeatedly generated and sent to a wave generator. t = T and t = 2
FIG. 4 shows the result of decomposing the spectra of the incident wave and the reflected wave by recording the fluctuation of the water surface height due to two kinds of waves having a time series length T each starting at 5T. As can be seen in Figure 4,
Even if the input signal is repeated 25 times (wave formation for about 20 minutes), there is no significant disturbance in the incident spectrum despite the reflection from the reflection wall at the end of the water channel, and therefore the stability of the device is improved. It turns out to be sufficient.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の吸収型造
波装置では、造波板直前の互いに距離の異なる複数の位
置で液位を計測し、各液位計測信号をデジタルフィルタ
ー処理してから重ね合わせることにより消波に必要な造
波装置の動きを決定しているので、反射レベルが非常に
高い場合も含めて優れた消波性能を発揮すると共に、複
雑な演算処理を行わないのでリアルタイムで安定に動作
する吸収型造波装置として有用なものであり、また、既
存の造波装置のフィードバック系の改造によって実現可
能であるという効果も奏することができるものである。As described above, in the absorption type wave making device of the present invention, the liquid level is measured at a plurality of positions having different distances immediately before the wave making plate, and each liquid level measurement signal is digitally filtered. After that, the movement of the wave-making device required for wave-dissipation is determined by superimposing it, so it exhibits excellent wave-dissipation performance even when the reflection level is extremely high, and it also performs complicated arithmetic processing. Since it does not exist, it is useful as an absorption-type wave-making device that operates stably in real time, and it can also be achieved by modifying the feedback system of an existing wave-making device.
【図1】本発明の吸収型造波装置を実験水路に設置して
能動吸収造波システムを構築した場合の実施例を示す模
式構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which an absorption-type wave-making device of the present invention is installed in an experimental waterway to construct an active absorption wave-making system.
【図2】実施例のシステムによる種々の条件下での入射
波のスペクトル測定結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing spectrum measurement results of incident waves under various conditions by the system of the embodiment.
【図3】実施例のシステムによる消波効果の確認結果を
示す水面高さの経時変化の測定グラフである。FIG. 3 is a measurement graph showing changes over time in water surface showing the results of confirmation of the wave-dissipating effect by the system of the example.
【図4】実施例のシステムの安定性の確認結果を示す入
射波のスペクトル分解グラフである。FIG. 4 is a spectrum decomposition graph of an incident wave showing a result of confirmation of stability of the system of the example.
1:実験水路 2:造波機 3:駆動ピストン装置 4:造波板 5:加算器 6:信号発生器 7:消波構造傾斜ビーチ 8:反射壁 11:第1波高計 12:第2波高計 21:A/D変換器 22:A/D変換器 31:第1FIRフィルター 32:第2FIRフィルター 40:加算器(加算手段) 1: Experimental channel 2: Wave maker 3: Drive piston device 4: Corrugated plate 5: Adder 6: Signal generator 7: Wave-dissipating structure slope beach 8: Reflection wall 11: 1st wave height meter 12: Second altimeter 21: A / D converter 22: A / D converter 31: First FIR filter 32: Second FIR filter 40: Adder (adding means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 10/00 G01C 13/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01M 10/00 G01C 13/00
Claims (2)
入力信号に応じて造波板を駆動する駆動装置と、造波板
変位指令信号を生じる信号発生器と、造波板の直前にお
ける液位変化を計測する波高計と、波高計の計測信号に
基づくフィードバック信号を信号発生器からの指令信号
に加算して駆動装置に入力するフィードバック手段とを
備え、造波板に入射する反射波を吸収して造波板による
再反射波の発生を防止しつつ目標とする造波運動を造波
板に行わせる吸収型造波装置において、前記波高計は造
波板前面から互いに異なる距離で離れた複数の位置にお
ける液位変化を計測する複数の波高計を含み、前記フィ
ードバック手段は複数の波高計の各々の液位計測信号を
それぞれ予め定められた位相シフト量及びゲインでフィ
ルター処理するデジタルフィルターと各デジタルフィル
ターの出力を加算する加算手段とを含み、前記加算手段
からの出力をフィードバック信号として用いるようにし
たことを特徴とする吸収型造波装置。1. A corrugated plate provided in a closed water channel of finite length,
A driving device that drives the wave-making plate according to the input signal, a signal generator that generates a wave-making plate displacement command signal, a wave height meter that measures the liquid level change immediately before the wave-making plate, and a measurement signal of the wave height meter. A feedback means for adding a feedback signal based on this to the command signal from the signal generator and inputting it to the drive device is provided, and the reflected wave incident on the wave-making plate is absorbed to prevent generation of a re-reflected wave by the wave-making plate. In the absorption type wave making device which causes the wave making plate to perform a target wave making movement while the wave height meter is a plurality of wave height meters for measuring liquid level changes at a plurality of positions separated from each other at different distances from the front side of the wave making plate. The feedback means adds the outputs of the digital filters and the digital filters for filtering the liquid level measurement signals of the plurality of wave height meters with predetermined phase shift amounts and gains, respectively. That includes adding means, absorption wave-device being characterized in that so as to use the output from said adding means as a feedback signal.
て互いに異なる位置の液位変化を計測する複数の波高計
を含む請求項1に記載の吸収型造波装置。2. The absorption type wave making device according to claim 1, wherein the wave height meter includes a plurality of wave height meters for measuring liquid level changes at different positions in the width direction of the water channel.
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JP27970594A JP3362980B2 (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Absorption type wave making device |
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-
1994
- 1994-10-20 JP JP27970594A patent/JP3362980B2/en not_active Expired - Fee Related
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