JP3385474B2 - Measurement system of three components of wave drift force and six components of unconstrained oscillating displacement of floating body in waves - Google Patents
Measurement system of three components of wave drift force and six components of unconstrained oscillating displacement of floating body in wavesInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波浪中の浮体につ
いて、波漂流力および非拘束動揺変位を計測するための
システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for measuring wave drift force and unrestrained wobble displacement of a floating body in waves.
【0002】[0002]
【従来の技術】波が浮体に与える力あるいはモーメント
のうち極低周波数の成分は、波漂流力と呼ばれ、難破し
た船の漂流方向を予測する場合などに用いられるが、波
漂流力には前後力と左右力および回頭モーメントの3成
分が存在する。この波漂流力は浮体が波との出会周期の
動揺をしているかどうかによって変化してしまうため、
実際の浮体に働く波漂流力を実験で計測しようとすると
きは波との出会周期の動揺を自由にして計測する必要が
ある。浮体の上下揺れと横揺れ,縦揺れについては復原
力が存在するため浮体の運動を自由にすることが可能で
あるが、波漂流力3成分に対応する前後揺れと左右揺
れ,船首揺れには復原力は存在しないため、これら3成
分については浮体の運動を全く自由にしてしまうことは
できない。これは、浮体が波漂流力によって漂流してし
まうためであり、この場合、力の計測を行うことはでき
ない。2. Description of the Related Art An extremely low frequency component of a force or moment applied to a floating body by a wave is called a wave drift force, and is used for predicting the drifting direction of a wrecked ship. There are three components: longitudinal force, lateral force, and turning moment. This wave drift force changes depending on whether the floating body is shaking in the encounter cycle with the wave,
When measuring the drift force of a wave acting on an actual floating body by experiment, it is necessary to measure the fluctuation of the encounter period with the wave freely. As for the up-down, horizontal and vertical swaying of the floating body, it is possible to freely move the floating body because there is a restoring force. Since there is no restoring force, the movement of the floating body cannot be completely freed for these three components. This is because the floating body drifts due to the wave drift force, and in this case, the force cannot be measured.
【0003】したがって、設定した曳航状態または停止
状態において波漂流力3成分を計測するためには、停止
時においては波漂流力と大きさが同じで方向が反対の力
あるいはモーメント(以下、反波漂流力と呼ぶ。)を、
また曳航時おいてはこれに加えて平水中を曳航するのに
必要な力あるいはモーメントを浮体に与えることによっ
て、浮体の装置に対する平均的な位置および姿勢を中立
状態に保持しつつ、且つ、波との出会周期の動揺を自由
にして力あるいはモーメントを計測する必要がある。と
ころが、その与えるべき反波漂流力が、この場合におけ
るまさに計測すべき未知の量であるので、これまで浮体
の動揺を何らかの形で拘束しないで波漂流力3成分を計
測することは不可能とされていた。Therefore, in order to measure the three components of the wave drift force in the set towed state or in the stopped state, a force or moment (hereinafter referred to as the anti-wave Called drift force.)
In addition, during towing, in addition to this, the force or moment necessary for towing in plain water is applied to the floating body to maintain the average position and attitude of the floating body with respect to the device in a neutral state, and It is necessary to measure the force or moment by freeing the sway of the encounter cycle with. However, since the anti-wave drift force to be given is an unknown amount to be measured in this case, it has been impossible to measure the three components of the wave drift force without restraining the motion of the floating body. It had been.
【0004】現在のところ、波との出会周期の動揺を極
力拘束しないようにして波漂流力3成分を計測する手段
としては次のようなものが知られている。
(1)前後揺れ,左右揺れおよび船首揺れのすべてにつ
いて、弱いバネと重りとで平均的位置および姿勢を調整
する。(図1参照)
なお、図1において、符号21はヒービングロッドを示
し、22はサージング・キャリッジ、23〜25はプー
リ、26,27はソフトスプリング、28はウェイト、
29はスウェイング・キャリッジを示し、30は波漂流
力検出用ジンバル、31はロールプローブおよび波漂流
力検出用ジンバルを示す。
(2)前後揺れおよび左右揺れは、弱いバネと重りとで
平均的位置を調整し、船首揺れについては強いバネで船
首方向を調整する。
(3)前後揺れ,左右揺れおよび船首揺れのすべてにつ
いて、定トルクモーターにバネと重りの役割を持たせ、
それぞれの平均的位置および姿勢を調整する。(図2参
照)
なお、図2において、符号41はサージ用定トルクモー
ター、42はスウェイ用定トルクモーター、43はヨー
用定トルクモーター、44は3分力計、45は浮体とし
ての模型船を示す。
(4)前後揺れおよび左右揺れは、弱いバネと重りとで
平均的位置を調整し、船首揺れについては舵をとること
によって調整する。At present, the following means are known as means for measuring the three components of the wave drift force without restraining the fluctuation of the encounter period with the wave as much as possible. (1) For all front-back sway, side-to-side sway, and bow sway, adjust the average position and attitude with weak springs and weights. (See FIG. 1) In FIG. 1, reference numeral 21 is a heaving rod, 22 is a surging carriage, 23 to 25 are pulleys, 26 and 27 are soft springs, 28 is a weight,
Reference numeral 29 denotes a swaying carriage, 30 denotes a gimbal for detecting a wave drift force, and 31 denotes a gimbal for detecting a roll probe and a wave drift force. (2) For forward and backward sway and left and right sway, the average position is adjusted with a weak spring and a weight, and for bow sway, the bow direction is adjusted with a strong spring. (3) A constant torque motor has a role of a spring and a weight for all of front-back sway, left-right sway, and bow sway.
Adjust the average position and posture of each. (See FIG. 2) In FIG. 2, reference numeral 41 is a constant torque motor for surge, 42 is a constant torque motor for sway, 43 is a constant torque motor for yaw, 44 is a three-component force meter, and 45 is a model ship as a floating body. Indicates. (4) The front and rear sway and the left and right sway are adjusted by adjusting the average position with a weak spring and a weight, and adjusting the bow sway by steering.
【0005】上述の全ての手段において、少なくとも前
後揺れと左右揺れについて共通にバネを用いているの
は、未知の波漂流力に対応した反波漂流力の発生を、大
まかな部分は重りで、微調節の部分はバネによる浮体の
変位で実現しようとしたものである。In all of the above-mentioned means, the common use of springs for at least back-and-forth and left-right swaying is that the generation of the anti-wave drifting force corresponding to the unknown wave-driving force is caused by the weight in the rough part. The fine adjustment part was intended to be realized by displacement of the floating body by a spring.
【0006】そして、(1)の手段はこの考え方をその
まま実現しようとするものである。しかし、前後揺れと
左右揺れについては波漂流力と反波漂流力の釣り合い位
置が変化しても波と浮体との出会角は変化しないのに対
し、特に船首揺れの平均位置および姿勢の調整を適切に
行わないと波と浮体との出会角が変化してしまうため、
設定した実験状態が実現できないだけでなく、僅かなず
れが前後力や左右力の変化となって現れるため、実験計
測は非常に困難なものとなる。このため、船首揺れにつ
いても弱いバネと重りとで調整しようとする(1)の手
段は、その調整が非常に困難で、特に前進速度のある場
合などはほとんど調整が不可能に近い。このような理由
から、(2)の手段では船首揺れのみについて強いバネ
を使うことが行われている。The means (1) is intended to realize this idea as it is. However, regarding front-back swaying and side-to-side swaying, the meeting angle between the wave and the floating body does not change even if the balance position of the wave drifting force and the counter wave drifting force changes. If you do not properly, the meeting angle between the wave and the floating body will change,
Not only cannot the set experimental conditions be realized, but also slight deviations appear as changes in longitudinal force and lateral force, which makes experimental measurement extremely difficult. For this reason, it is very difficult to adjust the means (1) for adjusting the swinging of the bow with a weak spring and a weight, and it is almost impossible to adjust especially when there is a forward speed. For this reason, the means (2) uses a strong spring only for the swinging of the bow.
【0007】また、(3)の手段はバネおよび重りの調
整を電気信号によって連続的に容易に行うことを可能と
するものであるが、基本的には(1)または(2)の手
段と同じ考え方に基づいており、人間が直接調整する場
合は、前進速度のある場合などについて船首揺れに関し
てやはり強いバネを使わざるをえない。適当なフィード
バック系を用いて定トルクモーターへの信号を調整する
ことも可能と考えられるが、バネ系を用いている限り、
目標とする位置からのずれが発生しないと釣り合い点を
見いだすことは原理的に不可能である。さらに、この
(3)の手段では定トルクモーターを移動部に載せて浮
体と一体となって波との出会周期の動揺をさせることに
なるため、付加的な質量が浮体の運動に影響を及ぼす度
合いが(1)あるいは(2)の手段よりも大きくなる。
このように、強いバネを使うこと、あるいは定トルクモ
ーターを使うことは、浮体の動揺をある程度拘束してい
ることにほかならない。したがって、このことが直ちに
波漂流力の計測値にも影響を及ぼしていると言わざるを
えない。また、バネ系を用いる限り、設定したとおりの
浮体の曳航状態または停止状態の実現は原理的に不可能
である。Further, the means (3) makes it possible to easily and continuously adjust the spring and the weight by an electric signal. Basically, the means (1) or (2) is used. It is based on the same idea, and when a human directly adjusts it, it is unavoidable to use a strong spring for swaying the bow when there is a forward speed. It is possible to adjust the signal to the constant torque motor by using an appropriate feedback system, but as long as a spring system is used,
In principle, it is impossible to find the equilibrium point unless the deviation from the target position occurs. Further, in the means of (3), since the constant torque motor is placed on the moving portion and the floating body is integrated with the floating body, the additional mass influences the motion of the floating body. The degree of exertion is greater than that of the means (1) or (2).
In this way, using a strong spring or using a constant torque motor is nothing but restraining the motion of the floating body to some extent. Therefore, it must be said that this immediately affects the measured value of the wave drift force. Also, as long as a spring system is used, it is impossible in principle to realize the towed state or the stopped state of the floating body as set.
【0008】ところで、(4)の手段のみは、船首揺れ
の調整を当て舵によって実現しており、船首揺れに関す
る限り強いバネで波との動揺を拘束する度合いが少ない
点で、(1)から(3)までの手段よりも優れていると
考えられる。しかし、舵を取ることが横揺れや左右揺れ
を引き起こし、かつ計測された力のデータには舵が発生
する前後力と左右力,回頭モーメントをも考慮して解析
しなくてはならない点を考えると、(4)の手段が必ず
しも(1)から(3)までの手段よりも優れているとは
いえず、これらの現状の各計測手段はいずれも重大な欠
点を持っていると考えられる。By the way, only the means of (4) is realized by adjusting the swing of the bow by means of a rudder, and as far as the swing of the bow is concerned, the degree of restraining the swing with the wave by a strong spring is small. It is considered to be superior to the methods up to (3). However, consider that steering requires lateral and lateral sway, and the measured force data must be analyzed in consideration of the longitudinal force, lateral force, and turning moment generated by the rudder. Therefore, the method (4) is not necessarily superior to the methods (1) to (3), and it is considered that each of these current measuring means has serious drawbacks.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の計測
システムにおける定トルクモーターに代えてサーボモー
ターを用いることにより、設定した曳航状態または停止
状態において波浪中浮体の装置に対する平均的な位置お
よび姿勢を中立状態に保持するとともに、波との出会周
期の動揺を自由にして、波漂流力および非拘束動揺変位
を的確に計測できるようにした、波浪中浮体の波漂流力
3成分および非拘束動揺変位6成分の計測システムを提
供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention uses a servomotor in place of the constant torque motor in the conventional measuring system, so that the average position of the floating body in the wave with respect to the device in the set towed state or the stopped state can be improved. The wave drift force of the floating body in the waves was determined by maintaining the posture in a neutral state, freeing the fluctuation of the encounter period with the wave, and accurately measuring the wave drift force and the unconstrained shaking displacement. An object of the present invention is to provide a measurement system for 6 components of restraint shaking displacement.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の波浪中浮体の波漂流力3成分および非拘束
動揺変位6成分の計測システムは、波浪中の浮体に連結
される機構部と、同機構部の制御を行う制御部とからな
り、上記機構部は、上記浮体の波浪中における6自由度
の動きを拘束しない連結手段により同浮体を連結して、
同浮体の運動変位6成分をそれぞれ計測する6個の変位
計を備えるとともに、上記連結手段による上記浮体への
連結部分に同浮体へ働く前後力,左右力および回頭モー
メントを計測する3分力計を備え、かつ、上記浮体の前
後揺れ,左右揺れおよび船首揺れをそれぞれ制御する3
個のサーボモーターを備えており、上記制御部は、上記
変位計により計測された上記浮体の前後揺れ,左右揺れ
および船首揺れの各変位と上記3分力計により計測され
た前後力,左右力および回頭モーメントの各計測値とを
用いて、上記サーボモーターを介し、設定した曳航状態
または停止状態において装置の付加慣性力の影響を除去
しながら、上記浮体の前後揺れ,左右揺れおよび船首揺
れの装置に対する平均的な位置および姿勢を中立状態に
保持するように制御しうる制御系を備えていることを特
徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the measuring system for wave drift force 3 component and unconstrained wobbling displacement 6 component of a floating body in waves of the present invention is a mechanism connected to a floating body in waves. And a control unit for controlling the mechanical unit, wherein the mechanical unit connects the floating body by a connecting means that does not restrain movement of the floating body in six degrees of freedom in waves.
The displacement body is provided with six displacement gauges for measuring six components of motion displacement of the floating body, and a three-component force meter for measuring longitudinal force, lateral force, and turning moment acting on the floating body at the connecting portion to the floating body by the connecting means. And controls the front-back sway, left-right sway, and bow sway of the floating body 3
It is equipped with a single servo motor, and the control unit is configured to measure the displacement of the floating body in the longitudinal direction, lateral displacement, and bow displacement measured by the displacement gauge, and the longitudinal force and lateral force measured by the three-component force meter. And the respective measured values of the turning moment are used to eliminate the effects of additional inertial force of the device in the set towed state or stopped state via the servo motor, and It is characterized by being provided with a control system capable of controlling so as to maintain an average position and posture with respect to the apparatus in a neutral state.
【0011】また本発明の波浪中浮体の波漂流力3成分
および非拘束動揺変位6成分の計測システムは、上記制
御系が、上記変位をx(t),計測される力またはモー
メントをF(t)とするとき、目標値としての力または
モーメントF*(t)を、[数1]式,[数2]式,
[数3]式,[数4]式および[数5]式により求め、
上記サーボモーターを[数6]式が成立するように変位
x(t)を変化させる制御を行うことを特徴としてい
る。Further, in the measuring system of the wave drift force 3 component and the unconstrained wobbling displacement 6 component of the floating body in the wave according to the present invention, the above control system makes the displacement x (t), and the measured force or moment F ( t), the force or moment F * (t) as the target value is given by the following equations [Equation 1], [Equation 2],
[Equation 3], [Equation 4] and [Equation 5]
It is characterized in that the servo motor is controlled so that the displacement x (t) is changed so that the equation [6] is satisfied.
【数1】F*(t)=FS *(t)+FV *(t)[Number 1] F * (t) = F S * (t) + F V * (t)
【数2】 [Equation 2]
【数3】 [Equation 3]
【数4】 [Equation 4]
【数5】 [Equation 5]
【数6】 [Equation 6]
【0012】上述の本発明の波浪中浮体の波漂流力3成
分および非拘束動揺変位6成分の計測システムでは、設
定した曳航状態または停止状態において船首方位を含め
て浮体の平均的な位置および姿勢を設定したとおりに保
持することができる。その際、本システムがバネ系を備
えていないことにより、従来の装置のようにバネに相当
する力あるいはモーメントが付加されることはなく、か
つ、装置の移動部が持つ付加的な質量の運動に対する影
響もサーボ制御によって除去されるため、波との出会周
期の動揺を拘束することなく計測が行われる。そして、
曳航状態においては最終的な力あるいはモーメントの計
測値F(t)から平水中の曳航に必要な力あるいはモー
メントの値を差し引けば、計測したい波漂流力が得ら
れ、停止状態においては最終的な力あるいはモーメント
の計測値F(t)が計測したい波漂流力そのものとな
る。また、同時に非拘束の波との出会周期の動揺6成分
も計測されるようになる。In the above-described measurement system for wave drift force 3 components and unconstrained wobbling displacement 6 components of the floating body in the wave of the present invention, the average position and attitude of the floating body including the heading in the set towed state or stopped state. Can be retained as set. At this time, since this system does not have a spring system, the force or moment equivalent to a spring is not added unlike the conventional device, and the movement of the additional mass of the moving part of the device is not generated. Since the influence on the is removed by the servo control, the measurement is performed without restraining the fluctuation of the encounter period with the wave. And
In the towed state, subtracting the value of the force or moment required for towing in plain water from the final measured value F (t) of the force or moment gives the wave drift force to be measured, and in the stopped state, the final wave drift force is obtained. The measured value F (t) of the force or moment is the wave drift force itself to be measured. At the same time, six fluctuations of the meeting period with the unrestrained wave are also measured.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての波浪中浮体の波漂流力3成分および非拘束
動揺変位6成分の計測システムについて説明すると、図
3はその機構部を概略的に示す斜視図、図4はその信号
流れ図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Referring to the drawings, an explanation will be given of a measuring system of wave drift force 3 components and unconstrained shaking displacement 6 components of a floating body in waves as an embodiment of the present invention. FIG. And FIG. 4 is a signal flow chart thereof.
【0014】図3に示すように、曳航台車に設置される
本システムの機構部Kにおいて、曳航台車により機構部
Kを介して波浪中を曳航されるか、または停止状態とさ
れる浮体としての模型船1は、横揺れRおよび縦揺れP
を自由とする回転機構2に連結されており、同回転機構
2は3分力計3を介して移動部の支柱4に連結されてい
る。この支柱4,4aは、上下揺れガイド4b内に組み
込まれた車輪により模型船1の上下揺れを拘束しない構
造となっている。As shown in FIG. 3, in the mechanical section K of the present system installed in the towing vehicle, the towing vehicle serves as a floating body which is towed in waves through the mechanical section K or is in a stopped state. Model ship 1 has roll R and pitch P
Is connected to a rotation mechanism 2 which is free, and the rotation mechanism 2 is connected to a column 4 of a moving unit via a three-component force meter 3. The columns 4 and 4a have a structure in which the vertical swing of the model ship 1 is not restrained by the wheels incorporated in the vertical swing guide 4b.
【0015】支柱4を支える部分には車輪5が設けられ
ており、これにより模型船1の前後揺れが可能となる。
また、前後揺れ移動部の車輪5を支える部分には前後揺
れ用のサーボモーター6が乗っており、前後揺れ移動部
をワイヤー7を介して制御できるようになっている。Wheels 5 are provided at the portions supporting the columns 4, whereby the model ship 1 can be rocked back and forth.
Further, a servo motor 6 for swinging back and forth is mounted on a portion of the swinging moving portion that supports the wheels 5, and the swinging moving portion can be controlled via a wire 7.
【0016】前後揺れ移動部を支える部分はさらに車輪
8を有しており、これが模型船1の左右揺れを可能とす
る。左右揺れ移動部を支える部分には左右揺れ用のサー
ボモーター9が設置されており、左右揺れ移動部をワイ
ヤー10を介して制御できるようになっている。The portion supporting the swaying / moving portion further has wheels 8 which allow the model ship 1 to sway to the left and right. A left-right swaying servo motor 9 is installed in a portion that supports the left-right swaying moving section, and the left-right swaying moving section can be controlled via a wire 10.
【0017】模型船1の上下揺れを自由とする船首揺れ
ガイド4aの内部には模型船1の船首揺れを可能とする
支柱4が通っており、同支柱4は支柱上部の連結機構1
1,12を介してサーボモーター13に連結されてい
る。また、模型船1の運動変位6成分(前後揺れ,左右
揺れ,船首揺れ,上下揺れ,横揺れおよび縦揺れ)を計
測する6個の変位計16(図4参照)が設けられる。A column 4 which allows the model vessel 1 to swing is passed through a bowing guide 4a which allows the model vessel 1 to freely swing up and down. The column 4 has a connecting mechanism 1 at the upper part of the column.
It is connected to the servomotor 13 via 1, 12. In addition, six displacement gauges 16 (see FIG. 4) for measuring the six motion displacement components of the model ship 1 (forward and backward sway, left and right sway, bow sway, vertical sway, horizontal sway and vertical sway) are provided.
【0018】3分力計3で計測されるのは前後力と左右
力,回頭モーメントの3成分であり、その計測信号は計
測データとして記録されるとともに、図4に示すように
制御部14に送られる。また、前後揺れと左右揺れ,船
首揺れに関する各サーボモーター6,9,13は制御部
14からの信号を受けてそれぞれの運動変位を制御す
る。このほか、計測の開始までと計測の終了後に模型船
1を拘束するクランプ装置15を備えている。The three-component force meter 3 measures the three components of the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment. The measurement signals are recorded as measurement data, and as shown in FIG. Sent. Further, the servo motors 6, 9 and 13 related to the front and rear sway, the left and right sway and the bow sway receive the signals from the control unit 14 to control the respective movement displacements. In addition, a clamp device 15 for restraining the model ship 1 is provided until the start of measurement and after the end of measurement.
【0019】次に図4により、本システムの制御部14
における制御の態様について説明する。いま、時間を
t、計測される変位をx(t)、計測される力あるいは
モーメントをF(t)とすると、目標値としての力ある
いはモーメントF*(t)は[数1]式で計算される。Next, referring to FIG. 4, the control unit 14 of the present system.
A mode of control in the above will be described. Assuming that time is t, measured displacement is x (t), and measured force or moment is F (t), the target force or moment F * (t) is calculated by the formula [1]. To be done.
【数1】F*(t)=FS *(t)+FV *(t) ここで、t:時間[Number 1] F * (t) = F S * (t) + F V * (t) here, t: time
【0020】FS*(t)は[数2]式で計算される。F S * (t) is calculated by the equation [2].
【数2】 [Equation 2]
【数4】
ここで、Tとしては、規則波中の場合は波との出会周期
をとり、不規則波中の場合は主要波成分の出会周期をと
ることとする。FV*(t)は[数3]式で計算され
る。[Equation 4] Here, it is assumed that T is the encounter period with the wave in the regular wave, and the encounter period of the main wave component in the irregular wave. F V * (t) is calculated by the equation [3].
【数3】
ここで、K2,K3:浮体の形状や大きさなどにより変
化する制御係数
同様に[数5]式で計算される。[Equation 3] Where K 2 and K 3 are control coefficients that change depending on the shape and size of the floating body. Similarly, it is calculated by the formula [5].
【数5】 [Equation 5]
【0021】サーボモーターは、[数6]式が成り立つ
ように、変位x(t)を変化させる制御を行う。The servo motor controls the displacement x (t) so that the equation [6] is satisfied.
【数6】F(t)−F*(t)=0## EQU6 ## F (t) -F * (t) = 0
【0022】次に、計測データの解析と制御目標値の初
期値について説明すると、最終的な計測データは、運動
変位6成分についてはそのまま変位のデータとなるが、
波漂流力については、得られた計測データは[数7]式
のような成分から成り立っている。Next, the analysis of the measurement data and the initial value of the control target value will be explained. Although the final measurement data is the displacement data for the 6 motion displacement components as they are,
Regarding the wave drift force, the obtained measurement data consists of components such as in [Equation 7].
【数7】F(t)=Fcalm+Fwave
ここで、Fcalmは平水中を波浪中と同じ平均位置で
曳航した場合に必要な曳航力を表し、Fwaveは波漂
流力を表す。Fwaveが最終的に計測したいデータで
あるから、計測値からFcalmを差し引く必要があ
る。したがって、平水中を曳航してFcalmをあらか
じめ計測しておく必要がある。## EQU00007 ## F (t) = F calm + F wave Here, F calm represents the towing force required when towing in plain water at the same average position as in waves, and F wave represents the wave drift force. Since F wave is the final data to be measured, it is necessary to subtract F calm from the measured value. Therefore, it is necessary to tow through the plain water and measure F calm in advance.
【0023】このようにして、波漂流力は[数8]式で
算出される。In this way, the wave drift force is calculated by the equation [8].
【数8】Fwave=F(t)−Fcalm
ここで、形式的にFwaveは時間の関数となっている
が、本システムで制御を行う場合は、F(t)≒con
st.となるから、実際上は[数8]式の平均値をとっ
て最終的な波漂流力データとする。F wave = F (t) −F calm Here, although F wave is formally a function of time, when control is performed by this system, F (t) ≈con
st. Therefore, in practice, the average value of [Equation 8] is taken as the final wave drift force data.
【0024】特別な場合として、停止時の波漂流力を計
測する場合は、曳航する力あるいはモーメントがゼロ、
すなわちFcalm=0であるから、計測された力ある
いはモーメントのデータを平均することで直ちに波漂流
力が得られる。サーボモーター制御の初期値であるF*
(0)については、制御の収束を早めるために、波漂流
力データの算出に不可欠であるFcalmを用いて、F
*(0)=Fcalmとすればよい。As a special case, when measuring the wave drift force at stop, the towing force or moment is zero,
That is, since F calm = 0, the wave drift force can be immediately obtained by averaging the measured force or moment data. F * which is the initial value of servo motor control
For (0), F calm , which is indispensable for the calculation of wave drift force data, is used to accelerate the convergence of control.
* (0) = F calm .
【0025】このようにして、本システムによれば、設
定した曳航状態または停止状態において船首方位を含め
て模型船1の装置に対する平均的な位置および姿勢を中
立状態に保持することができる。その際、本システムが
バネ系を備えていないことから従来の装置のようにバネ
に相当する力あるいはモーメントが付加されることはな
く、かつ装置の移動部が持つ付加的な質量の運動に対す
る影響もサーボ制御によって除去されるため、波との出
会周期の動揺を拘束することなく計測が行われる。As described above, according to the present system, the average position and attitude of the model ship 1 with respect to the device including the heading can be maintained in the neutral state in the set towed state or the stopped state. At this time, since this system does not have a spring system, a force or moment equivalent to a spring is not added unlike the conventional device, and the influence of the additional mass of the moving part of the device on the movement. Since it is also removed by servo control, measurement is performed without restraining the fluctuation of the encounter period with the wave.
【0026】そして、最終的な力あるいはモーメントの
計測値から平水中の曳航に必要な力あるいはモーメント
の値を差し引けば、計測したい波漂流力データが得られ
る。また、同時に非拘束の波との出会周期の動揺6成分
も計測される。Then, by subtracting the value of the force or moment required for towing in plain water from the final measured value of the force or moment, the wave drift force data to be measured can be obtained. At the same time, the six fluctuations of the meeting period with the unconstrained wave are also measured.
【0027】なお、[数1]式による制御によって、設
定した曳航状態または停止状態において模型船1の前後
揺れと左右揺れ、船首揺れの装置に対する平均的な位置
および姿勢を中立状態に保持しながら、また模型船1の
波との出会周期の動揺に対する移動部やサーボモーター
等の付加的な質量の慣性力の影響を除去しながら、模型
船1の波との出会周期の動揺に影響を及ぼすその他の外
力を加えず、曳航状態の場合は設定したとおりの曳航に
必要な力およびモーメントすなわち平水中の曳航に必要
な力およびモーメントと波漂流力との和に相当する力お
よびモーメントを、また停止状態の場合は波漂流力に相
当する力およびモーメントを発生することができ、した
がって、模型船1の波との出会周期の動揺を拘束せずに
6自由度の波周期の動揺を計測しつつ波漂流力の計測が
行えることは、次のように説明できる。By the control according to the equation [1], while maintaining the average position and attitude of the model ship 1 in the set towed state or in the stopped state, the average position and posture of the model ship 1 with respect to the device for swinging back and forth, left and right, and the bow are kept neutral. In addition, the influence of the inertial force of the additional mass such as the moving part and the servo motor on the fluctuation of the encounter cycle with the wave of the model ship 1 is affected, while the fluctuation of the encounter cycle with the wave of the model ship 1 is affected. In the case of towing, the force and moment required for towing as set, that is, the force and moment necessary for towing in plain water and the sum of the wave drift force and In the stopped state, a force and a moment corresponding to the wave drift force can be generated. Therefore, the wave period of 6 degrees of freedom can be obtained without restraining the fluctuation of the encounter period with the wave of the model ship 1. It can be performed the measurement of the wave drift force while measuring the upset can be explained as follows.
【0028】[数1]式の収束した状態を考えると[数
9]式,[数10]式および[数11]式のような関係
が得られる。Considering the converged state of the equation (1), the following equations (9), (10) and (11) are obtained.
【数9】 F*(t)=F*(t−Δt)=F* const ## EQU00009 ## F * (t) = F * (t-.DELTA.t) = F * const
【数10】 [Equation 10]
【数11】 [Equation 11]
【0029】[数9]式は模型船1に与える力が或る一
定値になっていることを示しており、[数10]式と
[数11]式はそれぞれ模型船1の平均的な変位および
速度がゼロであることを示している。ここで注意すべき
は、[数9]式の意味するところは、サーボモーターが
一定の力を発生しているのではなく、あくまで模型船1
に与えられた力あるいはモーメントが制御の結果として
一定値になっていることである。The formula [9] shows that the force applied to the model ship 1 has a certain constant value, and the formulas [10] and [11] are the average values of the model ship 1, respectively. It shows zero displacement and velocity. It should be noted here that the meaning of [Equation 9] is that the servomotor does not generate a constant force, but only the model ship 1
That is, the force or moment applied to the unit has a constant value as a result of the control.
【0030】模型船1の平均的な変位がゼロになってい
ること、すなわち装置に対する平均的な位置および姿勢
が中立状態にあることは、直ちに模型船1が設定したと
おりに曳航されている、あるいは平均的に停止状態にあ
ることを意味している。また、模型船1が或る一定の力
あるいはモーメントをかけられている、すなわち、かけ
られている力あるいはモーメントに変動成分が無いとい
うことは、模型船1に付加的に連結された移動部やサー
ボモーター6,9,13の質量に起因する付加的な慣性
力の影響が除去されていることを意味する。なぜなら、
これら付加的な質量の影響は模型船1の波との出会周期
の動揺に伴う加速度によって変動成分としてしか現れな
いからである。The fact that the average displacement of the model ship 1 is zero, that is, the average position and attitude with respect to the device is in the neutral state, is immediately towed as set by the model ship 1, Or, on average, it is in a stopped state. Further, the fact that the model ship 1 is applied with a certain force or moment, that is, the applied force or moment does not have a fluctuation component means that the moving part additionally connected to the model ship 1 is This means that the effect of additional inertial force due to the mass of the servo motors 6, 9, 13 has been eliminated. Because
This is because the influence of these additional masses appears only as a fluctuation component due to the acceleration associated with the fluctuation of the encounter period with the waves of the model ship 1.
【0031】さらに、曳航に必要な力およびモーメント
は平水中を曳航するのに必要な力およびモーメントと波
漂流力との和であって、これ以外の力あるいはモーメン
トの成分が仮に存在した場合は明らかに模型船1の平均
的な位置および姿勢を設定通りに保持することはできな
いことから、模型船1にかけられている力およびモーメ
ントは、まさに曳航あるいは停止に必要な力およびモー
メントだけ、すなわち曳航の場合は平水中を曳航するの
に必要な力およびモーメントと波漂流力との和であり、
また停止の場合は波漂流力そのものであることになる。
そして、この曳航のみに必要な力およびモーメントは模
型船1の波との出会周期の動揺に影響を与えない。Furthermore, the force and moment required for towing is the sum of the force and moment required for towing in plain water and the wave drift force, and if a force or moment component other than this is present. Obviously, the average position and attitude of the model ship 1 cannot be maintained as set, so that the forces and moments applied to the model ship 1 are exactly the forces and moments necessary for towing or stopping, that is, towing. In the case of, it is the sum of the force and moment necessary to tow in plain water and the wave drift force,
In the case of stop, it means the wave drift force itself.
The force and moment required only for this towing do not affect the fluctuation of the encounter period with the waves of the model ship 1.
【0032】以上によって、本システムが模型船1の6
自由度の波との出会周期の動揺を拘束せずにその変位を
計測し、同時に波漂流力も計測できるシステムであるこ
とが理解できる。なお、上述の実施形態における各サー
ボモーター6,9,13は、変位制御を実現するための
位置決め手段であり、本発明におけるサーボモーターの
概念には、ステッピングモーターを用いる位置決め手段
も含むものとする。As a result of the above, this system can
It can be understood that this is a system that can measure the displacement without constraining the fluctuation of the encounter period with the wave of freedom and at the same time measure the wave drift force. The servomotors 6, 9 and 13 in the above-described embodiment are positioning means for realizing displacement control, and the concept of the servomotor in the present invention includes positioning means using a stepping motor.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の波浪中浮
体の波漂流力3成分および非拘束動揺変位6成分の計測
システムによれば次のような効果が得られる。
(1)設定した曳航状態または停止状態において、船首
方位を含めて浮体の平均的な位置および姿勢を設定した
通りに保持することができる。その際、本システムがバ
ネ系を備えていないことから、従来の装置のようにバネ
に相当する力あるいはモーメントが付加されることは無
く、かつ装置の移動部が持つ付加的な質量の運動に対す
る影響もサーボ制御によって除去されるため、波との出
会周期の動揺を拘束することなく計測が行われる。そし
て、曳航状態においては最終的な力あるいはモーメント
の計測値F(t)から平水中の曳航に必要な力あるいは
モーメントの値を差し引けば、計測したい波漂流力が得
られ、停止状態においては最終的な力あるいはモーメン
トの計測値F(t)が計測したい波漂流力そのものとな
る。
(2)同時に非拘束の波との出会周期の動揺6成分も計
測される。As described above in detail, the following effects can be obtained by the measuring system of the wave drift force 3 component and the unconstrained wobbling displacement 6 component of the floating body according to the present invention. (1) In the set towed state or the stopped state, the average position and attitude of the floating body including the heading can be maintained as set. At this time, since this system does not have a spring system, a force or moment equivalent to a spring is not added unlike the conventional device, and the movement of the additional mass of the moving part of the device is not affected. Since the influence is also removed by the servo control, the measurement is performed without restraining the fluctuation of the encounter period with the wave. Then, in the towing state, by subtracting the force or moment value required for towing in plain water from the final measured value F (t) of the force or moment, the wave drift force to be measured can be obtained, and in the stopped state The final force or moment measurement value F (t) is the wave drift force itself to be measured. (2) At the same time, the six fluctuations of the meeting period with the unrestrained wave are also measured.
【図1】従来のバネと重りを用いた波漂流力測定装置を
模式的に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a conventional wave drift force measuring device using a spring and a weight.
【図2】従来の定トルクモーターを用いた波漂流力測定
装置を模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a conventional wave drift force measuring device using a constant torque motor.
【図3】本発明の一実施形態としての波浪中浮体の波漂
流力3成分および非拘束動揺変位6成分の計測システム
における機構部を模式的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a mechanical unit in a measurement system for measuring a wave drift force of 3 components and an unconstrained shaking displacement of 6 components of a floating body in a wave as one embodiment of the present invention.
【図4】図3のシステムにおける制御の態様を示す信号
流れ図である。4 is a signal flow diagram illustrating aspects of control in the system of FIG.
1 模型船(浮体) 2 回転機構 3 3分力計 4 支柱 5 車輪 6 サーボモーター 7 ワイヤー 8 車輪 9 サーボモーター 10 ワイヤー 11 連結機構 12 連結機構 13 サーボモーター 14 制御部 15 クランプ装置 16 変位計 K 機構部 P 縦揺れ R 横揺れ 1 Model ship (floating body) 2 rotation mechanism 3 3 component force meter 4 props 5 wheels 6 Servo motor 7 wires 8 wheels 9 Servo motor 10 wires 11 Connection mechanism 12 Connection mechanism 13 Servo motor 14 Control unit 15 Clamp device 16 displacement gauge K mechanism P vertical shaking R roll
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B63B 39/14 G01B 21/00 G01L 5/16 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B63B 39/14 G01B 21/00 G01L 5/16
Claims (2)
機構部の制御を行う制御部とからなり、上記機構部は、
上記浮体の波浪中における6自由度の動きを拘束しない
連結手段により同浮体を連結して、同浮体の運動変位6
成分をそれぞれ計測する6個の変位計を備えるととも
に、上記連結手段による上記浮体への連結部分に同浮体
へ働く前後力,左右力および回頭モーメントを計測する
3分力計を備え、かつ、上記浮体の前後揺れ,左右揺れ
および船首揺れをそれぞれ制御する3個のサーボモータ
ーを備えており、上記制御部は、上記変位計により計測
された上記浮体の前後揺れ,左右揺れおよび船首揺れの
各変位と上記3分力計により計測された前後力,左右力
および回頭モーメントの各計測値とを用いて、上記サー
ボモーターを介し、設定した曳航状態または停止状態に
おいて装置の付加慣性力の影響を除去しながら、上記浮
体の前後揺れ,左右揺れおよび船首揺れの装置に対する
平均的な位置および姿勢を中立状態に保持するように制
御しうる制御系を備えていることを特徴とする、波浪中
浮体の波漂流力3成分および非拘束動揺変位6成分の計
測システム。1. A mechanism section connected to a floating body in waves and a control section for controlling the mechanism section, wherein the mechanism section comprises:
The floating body is connected by a connecting means that does not restrain the movement of the floating body in the waves of 6 degrees of freedom, and the movement displacement 6 of the floating body is connected.
In addition to six displacement gauges for measuring each component, a three-component force meter for measuring the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment acting on the floating body is provided at the connecting portion to the floating body by the connecting means, and It is equipped with three servomotors for controlling the front-back sway, left-right sway, and bow sway of the floating body, and the controller controls the displacements of the floating body such as front-back sway, left-right sway, and bow sway measured by the displacement meter. And the measured values of the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment measured by the above three-component force meter are used to eliminate the influence of the additional inertial force of the device in the set towing state or stop state via the servo motor. However, a control system is provided that can control so as to keep the average position and attitude of the floating body with respect to the device for swinging back and forth, swinging sideways and swinging the bow in a neutral state. Wherein the are, wave drift force ternary Waves floating and unconstrained upset displacement six components of the measurement system.
3成分および非拘束動揺変位6成分の計測システムにお
いて、上記制御系は、上記変位をx(t),計測される
力またはモーメントをF(t)とするとき、目標値とし
ての力またはモーメントF*(t)を、[数1]式,
[数2]式,[数3]式,[数4]式および[数5]式
により求め、上記サーボモーターを[数6]式が成立す
るように変位x(t)を変化させる制御を行うことを特
徴とする、波浪中浮体の波漂流力3成分および非拘束動
揺変位6成分の計測システム。 【数1】F*(t)=FS *(t)+FV *(t) 【数2】 【数3】 【数4】 【数5】 【数6】 2. The measurement system for measuring the wave drift force of a floating body in a wave according to claim 1 having three components and the unconstrained wobble displacement of six components, wherein the control system measures the displacement by x (t), a measured force or When the moment is F (t), the force or moment F * (t) as the target value is given by the formula [1],
[Equation 2], [Equation 3], [Equation 4] and [Equation 5] are used to control the displacement x (t) of the servo motor so that the equation [Equation 6] is satisfied. A system for measuring the wave drift force 3 component and the unconstrained shaking displacement 6 component of a floating body in waves. [Number 1] F * (t) = F S * (t) + F V * (t) [number 2] [Equation 3] [Equation 4] [Equation 5] [Equation 6]
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