JPH0119089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、造波機の推力制御装置の改良に関す
る。

（従来の技術） 一般的な従来の造波機はクランクモーシヨン型
あるいは高速追従制御型であるが、これらいずれ
の場合においても、造波機のストロークを定めて
所望の波高を持つ波を造つていた。しかし、この
方式においては水槽端からの反射波が造波機の所
まで戻つてくると造波機で再反射を起し、水槽内
の波の状態が変化してしまうという重大な欠点を
持つている。そしてこのために実験時間が再反射
波が生じないまでの僅かの時間に限られ、さらに
少しでもこの時間を延ばすために、水槽の長さを
長くすることが行なわれて来た。

この欠点を改良するため高速追従制御を脱却
し、推力制御を行なうとする従来例もすでに実在
する。

第１図は、推力制御の第１の従来例のブロツク
図である。

１０１は推力設定器、１０２は演算器、１０３
は電力増幅器、１０４はサーボモータ（電動子）、
１０５はその界磁巻線、１０６はドラムでワイヤ
１０７がその胴体に巻回されている。１０８はス
プリングで一端がワイヤ１０７へ他端が固定端１
１４に結ばれている。１０９はフラツプ（flap）
型造波機で、ワイヤ１０７がドラム１０６の正逆
回転により左右に移行しフラツプを羽ばたいて造
波する。１１０は力検出器、１１１は水槽内の
水、１１２は空気、１１３は水槽の側壁、１１５
は速度検出発電機、１１６は積分回路（ｔは時
間）、１１７は微分回路、１１８〜１２０は抵抗
器、１２１は加算器である。

この従来例のフラツプ形造波機は、背面を空気
１１２、前面を水１１１とし、静水圧分を駆動ワ
イヤ１０７に接続したスプリング１０８で補償し
ている。サーボモータ１０４はこのワイヤ駆動用
のドラムを駆動している。造波機にかかる力は造
波機に内蔵した力の検出器１１０によつて検出さ
れ、設定値と演算器１０２で比較され、電力増幅
器１０３によつて直接駆動モータ１０４が制御さ
れる。さらに、このままでは機械系の慣性処理の
力や摩擦力分が不足するため、速度検出発電機の
信号を利用して積分、微分及び速度そのものの３
つの信号を加算器１２１で合成して、適当な補償
量を付加している。

さらに第２の従来例として本出願人が先に出願
した特願昭55―126957号〔特開昭57―50638号で
あり、特公昭62―7487号となり、また特許第
1404604号として設定登録されている。〕がある
が、その第１図には速度偏差を電流指令とする電
流制御回路が示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 第１の従来例の欠点は、 ○ア フラツプ形で背面空気１１２とすると、水位
変化に対しスプリング１０８圧の調整が必要と
なり、水位を変えた実験が非常に面倒である。

○イ 力の検出器１１０は信頼性が不充分である
し、液圧が鉛直方向で複雑に変化することを考
えると、力の検出器１１０を使うことは好まし
くない。また、使えたとしても、力の検出器１
１０の回路定数は水位が変わると変化するから
（鉛直方向の液圧分布が異なつてくるため）、検
出器１１０の方から考慮しても水位変更は不可
である。

○ウ この従来例は電力増幅器１０３を使つてサー
ボモータ１０４を駆動し、ワイヤ１０７で造波
機を駆動しているので、本質的に極小造波機用
であつて、一般的な従来装置として使われて来
た水路用のもつと大規模な造波機には適用でき
ない。

ということである。

また、第２の従来例に関しては、比例制御系で
あるので応答おくれとゲインの低下が生じるとい
う問題点がある。さらに、背面に水がある場合に
推力制御をすると機械の動作原点が定まらず、ド
リフトを生ずるという問題が派生する。

（課題を解決するための手段） 本発明は、造波機背面に消波装置を備えた水槽
内で電動機駆動されるピストン形造波機の推力を
制御する造波機の推力制御装置において、 推力指令 Ｆ＝√（₁₀＋₄₀）²＋（₂₀＋₃₀）²・ cos（ωt＋） ただし、F₁₀，F₂₀，F₃₀，F₄₀は定数； ωは造波機角速度； ＝tan^-1F₂₀＋F₃₀／F₁₀＋F₄₀である、 を電流指令値として設定する推力設定器と、 前記電流指令値と前記電動機の検出電流値との
偏差をとる電流偏差演算器に前記電流指令の微分
値を印加する微分器と、 前記電流偏差演算器に基準位置からの偏位量に
比例し前記造波機が向心力を発生する極性をもつ
位置信号を印加する位置検出器とを備え、 前記電流偏差演算器の出力に応じて前記電動機
の電流制御を行なう造波機の推力制御装置であ
る。

（作用） 反射波が到来すると造波機２１６の受ける反力
が造波している波力分に反射波波力を加えたもの
となり、この増加した分だけ推力制御によつてモ
ータ１０４の出すトルクすなわち力を減じるよう
に制御される。

また、造波機位置が基準位置から背面または前
面方向にずれると、位置検出器からの位置信号に
より、造波機が向心力を発するようなドリフト補
償が行われ、造波機は基準位置にもどる。

（実施例） 本発明の一実施例を第２図〜第４図について説
明する。

まず、推力設定値であるが、造波機の所要推力
は、次の４つの推力の合成値である。

ここに、F₁₀，F₂₀，F₃₀，F₄₀は水槽の構造、水
深および造波機の周期等による力のデイメンジヨ
ンをもつた定数とする。

進行波を造る力F₁ F₁＝F₁₀cosωt ……（１式） ただし、ωは造波機の角速度である。

慣性波を造る力F₂ F₂＝−F₂₀sinωt ……（２式） 機械の慣性処理の力F₃ F₃＝−F₃₀sinωt ……（３式） 摩擦に打勝つ力F₄ F₄＝F₄₀cosωt ……（４式） 従つて全所要推力Ｆは Ｆ＝（F₁₀＋F₄₀）cosωt−（F₂₀＋F₃₀）sinωt＝√（
₁₀＋₄₀）²＋（₂₀＋₃₀）² cos（ωt＋） ……（５式） ただし、 ＝tan^-1F₂₀＋F₃₀／F₁₀＋F₄₀ ……（６式） となり、このＦを推力指令として与える。もつと
も、ドリフト補償を行なう場合、さらにドリフト
補償分が付加される。

図面において同一符号は同一あるいは相当部分
を示す。

２０１は電流偏差演算器、２０２は増幅器、２
０３は移相器、２０４は交流電源、２０５は電流
検出用変流器、２０６はダイオード、２０７はサ
イリスタ変換装置、２０８は直流リアクトル、２
０９は主回路電磁接触器（ａ接点）、２１０はそ
のｂ接点、２１１は発電制御抵抗器、２１２はギ
ア、２１３は位置検出ポテンシヨメータ、２１４
はサーボモータ１０４により駆動されるボールね
じ、２１５はそのナツト、２１６はピストン形造
波機、２１７は高性能消波装置、２１８は微分回
路、２１９は抵抗器である。

さて、前記推力Ｆは直流サーボモータ１０４の
出すべきトルクと１対１に対応しており、サーボ
モータ１０４のトルクは、モータの界磁１０５に
流通させる電流を一定とすれば、その電機子電流
に比例するから、電機子電流（交流器２０５によ
る電流検出による）でもつて、サーボモータ１０
４のトルクすなわち造波機駆動推力Ｆを検出する
ことができる。

すなわち、設定した推力Ｆとは電流指令値であ
り、これを実際の電機子電流と比較した電流制御
系で推力制御を行なう。そしてサーボモータ１０
４の駆動は第２図示のサイリスタレオナードある
いはPWM（パルス幅変調）制御トランジスタレ
オナード等によつて行なう。

このようにすれば、速度検出発電機１１５によ
る機械慣性処理や摩擦分の補償は不要であるが、
このままでは比例制御系であり、応答遅れとゲイ
ン低下が生じる。

これを補償するものとしてフイードフオワード
制御を付加する。この場合、フイードフオワード
の信号は推力指令（設定）値の微分信号を用い
る。そうすると、与える信号Ｆを Ｆ＝F₀cos（ωt＋θ） ……（７式） ただし、F₀は前記F₁₀と同様な定数である。

とすれば、 dF／dt＝−ωF₀sin（ωt＋θ） ……（８式） であり、dF／dtをあるゲインＡ倍した信号（Ａは可 変）として、Ｆより差引くと、 Ｆ＝dF／dt・Ａ＝F₀｛cos（ωt＋）＋Aωsin（ωt
＋）｝＝F₀√１＋^{2 2}・cos（ωt＋−θ）……（
９式） ただし、は（６式）に示す位相 θ＝tan^-1Aω ……（10式） となり、位相をθだけ進めることができる。そし
てθはＡを適当に定めることで任意に定め得る。

ゲインもF₀→F₀√１＋^{2 2}と増えるので、ゲ
イン低下の補償も可能となる。このようにして、
すつきりした推力制御系とすることができかつ水
位変化に対しても自由となる。

さて、推力制御をすると機械の動作原点が定ま
らず、ドリフトを生じることになる。このドリフ
トは、第１図の従来例のようなフラツプ形では静
水圧とバランスするスプリング１０８を付加する
ことで防止可能であるが、前述の如く水位変化に
対して問題がある。また、背面に水１１１がある
ときにはこのメリツトが失われる。同様に、第２
図のピストン形では防水シールの関係から背面空
気というのは実用的でなく、背面にも水１１１が
あるということにすると、ドリフト防止対策が必
要となる。

本発明のドリフト防止法の機械的手段を第３図
に示す。

第３図において、造波機２１６の中心にてバラ
ンスするスプリング２２０（あるいは油圧シリン
ダやダンパ等の弾性機構でもよい）を造波機２１
６の前後面（片面でも可能）に設け、両方のバネ
定数は同じになるようなものを選定する。このス
プリング２２０を伸び縮みさせる推力はサーボモ
ータ１０４に別途与えることにするが、こうする
と、ドリフトが発生すれば両スプリング２２０に
よつて造波機２１６の中心位置へ動作中心を引き
戻そうとする向心力が働く。

従つて、スプリング２２０のバネ定数を適当に
定めれば、ドリフトが発生しても一定の範囲を越
えることはなく、ゆえに造波機２１６がドリフト
のために、ストロークエンドまで動いてしまつて
停止せざるを得ないというようなトラブルを防止
することができる。

本発明では、このような機構に代えて電気的に
処理する向心力発生手段をも用いている。

第２図において、サーボモータ１０４に直結し
た位置検出ポテンシヨメータ２１３で造波機基準
位置で出力がゼロ、造波機前面位置で負、造波
機背面位置で正となるような力の信号を造る。

その位置検出ポテンシヨメータの位置に対応し
た出力特性図を第４図に示す。もつとも、これら
，は正常な推力制御で造波機前面方向を、
背面方向をとしたときの極性であつて、絶対的
なものではない。

これを、第２図の演算器２０１へ加えると、こ
れがドリフト補償信号２２５となる。第２図の２
２３，２２４は電源の正、負の端子である。

すなわち、ドリフトが無ければ造波機の１周期
の間の動作中心点はゼロ位置のままであるが、ド
リフトがあると、動作点が造波機中心点からずれ
る。

従つて、ドリフト補償回路のために検出信号が Ｆ＝F_D＋F₀cosωt という形になり、F_Dという力分が向心力として
働くことになる。

さて、造波機２１６の背面の水１１１の有無は
どういうことで問題になるかと言うと、背面に水
があるときは背面にも波を造り、その結果背面か
らの反射波も造波機２１６に影響することにな
る。従つて背面に水１１１があるときは、背面か
らの反射波が無視できるような高性能の消波装置
２１７を造波機背面に設ける必要がある。これを
備えれば背面の水１１１の有無は制御上は問題に
ならない。

（発明の効果） 以上のように、本発明によつて、応答おくれと
ゲインの低下のない推力制御が可能となり、ドリ
フトも防止でき、造波機からの再反射をなくすこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のブロツク図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示すブロツク図、第３図は
機械的なドリフト補償機構図、第４図はその位置
検出器の位置に対応した出力特性図である。 １０１…推力設定器、１０２…演算器、２０１
…電流偏差演算器、１０３…電力増幅器、１０４
…サーボモータ（電機子）、１０５…その界磁巻
線、１０６…ドラム、１０７…ワイヤ、１０８，
２２２…スプリング、１０９…フラツプ形造波
機、１１０…力検出器、１１１…水、１１２…空
気、１１３…水槽側壁、１１４，２２１，２２２
…固定端、１１５…速度検出発電機、１１６…積
分回路、１１７，２１８…微分回路、１１８，１
１９，１２０，２１９…抵抗器（定数設定用）、
１２１…加算器、２０１…電流偏差演算器、２０
２…増幅器、２０３…移相器、２０４…交流電
源、２０５…電流検出用変流器、２０６…ダイオ
ード、２０７…サイリスタ変換装置、２０８…直
流リアクトル、２０９…主回路電磁接触器（ａ接
点）、２１０…そのｂ接点、２１１…発電制御抵
抗器、２１２…ギア、２１３…位置検出ポテンシ
ヨメータ、２１４…ボールねじ、２１５…そのナ
ツト部、２１６…ピストン形造波機、２１７…高
性能消波装置、２２３，２２４…電源正、負端
子、２２５…ドリフト補償信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 造波機背面に消波装置を備えた水槽内で電動
   機駆動されるピストン形造波機の推力を制御する
   造波機の推力制御装置において、 推力指令 Ｆ＝√（₁₀＋₄₀）²＋（₂₀＋₃₀）² ・cos（ωt＋） ただし、F₁₀，F₂₀，F₃₀，F₄₀は定数； ωは造波機角速度； ＝tan^-1F₂₀＋F₃₀／F₁₀＋F₄₀である、 を電流指令値として設定する推力設定器と、 前記電流指令値と前記電動機の検出電流値との
   偏差をとる電流偏差演算器に前記電流指令の微分
   値を印加する微分器と、 前記電流偏差演算器に基準位置からの偏位量に
   比例し前記造波機が向心力を発生する極性をもつ
   位置信号を印加する位置検出器とを備え、 前記電流偏差演算器の出力に応じて前記電動機
   の電流制御を行なうことを特徴とする造波機の推
   力制御装置。