消波機構のロバスト制御

35 消波機構のロバスト制御
機械創造工学課程 05112885 吉岡成幸担当教員小林泰秀准教授
１はじめに
３周波数応答実験
単方向波アクチュエータを構成するためには，二つのアクチュエー
タの周波数特性が同じであることが望ましい．そこで二つのアクチュ
エータの周波数特性を測定して比較を行った．その結果を図5に示
す．周波数応答は，スピーカの入力信号からセンサの出力信号まで
・一方，同じ波を扱う能動騒音制御では，二音源をペアにして一方向の応答である．また，共振周波数の計算値は次式より求まる．ただ
にのみ音波を発生するように制御音源を構成することにより，ハウリしこの式は有限の深さの水の波にのみ適用できる．ここで，L：水槽
ングが抑止され，制御系の安定性が向上されることが知られている．の長さ[m]，h:水槽の水位[m]である．
しかし，造波機構においては，このような二つのアクチュエータをペア
2L
1 gn
2h
にして用いることは検討されていない．
 
・造船や土木分野では，海洋波を再現するための実験水槽が必要．
既存の実験水槽は吸収式造波装置が用いられている．
吸収式造波装置=水槽の壁を動かし，反射波の発生を防ぐ．
fn 
・本研究では，造波機構において単方向波を発生させるアクチュエー
タを構成し，制御性能に与える効果を調べることを目的としている．
n
2
tanh
n
，
n
n
λn：n次共振のときの波の波長(1周期の長さ)
単方向波発生用アクチュエータ
アクチュエータAから発生させた波を，もう一方のアクチュエータB
から発生させた波で打ち消して，単方向のみに波を発生させる装
置．このとき，Bの波はAに対して，逆相，逆振幅である．
A
波の進行方向
全ての条件:
L=1.495[m]
h=0.320[m]
B
アクチュエータ
1.23
0.55
波が発生
打ち消しあう
0.96
d
1.44
図1 単方向波発生用アクチュエータ
２実験装置
図5 周波数応答実験結果
実験装置の概略図を図2に示す．もともとアクチュエータが一
個あったが，今回はアクチュエータをもう一個製作した．
・二つのアクチュエータそれぞれに対し二回ずつ実験を行ったが，そ
れぞれ結果が重なっているのがわかる．また、共振周波数の計算値
と実測値の結果がほぼ一致している．しかし，二つのスピーカーでゲ
イン特性に違いがみられる．
外乱
水位センサ
500
アクチュエータ
30
3000
z
水位計
厚さ10mmの
アクリル板
y
A/D
パワーアンプ
D/A
パワーアンプ
D/A
水位計
A/D
PC
w
D/A
パワーアンプ
u
図2 実験装置の概略図
z
y
w
表1 共振周波数の計算値と実測値の比較
次数
1
2
3
4
1
2
3
4
理論値[Hz]
0.55
0.96
1.23
1.44
0.55
0.96
1.23
1.44
実測値[Hz]
0.54
0.96
1.24
1.43
0.55
0.97
1.24
1.44
誤差[%]
1.82
0.00
0.81
0.69
0.00
1.04
0.81
0.00
既存のアク
チュエータ
新たに製作
したアクチュ
エータ
[補償器設計問題]
プラントGに対して，以下の条件を満たす
u
補償器Kを求める．
・表1にそれぞれのアクチュエータによる実測値と理論値を示した．
(ⅰ)閉ループ系が内部安定
誤差は大きくても3%程度なので，この実験結果は，ほぼ精確であ
(ⅱ)wからzまでのH∞ノルムを最小化
るといえる．
図3 H∞制御問題
G
K
４まとめ
・アクチュエータを製作した．
・スピーカの軸のストロークは約7[mm]．
・周波数応答実験により，理論的に妥当な結果が得られた．
しかし，あまり波が起きない．
7[mm]
28[mm]
・そのため、既存のアクチュエータ
と同様に，図5の機構を製作して，
ストロークを4倍に拡大した．
図4 変位拡大機構
５今後の課題
・制御系設計

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