DK160571B - Fremgangsmaade og anlaeg til frembringelse af overfladeboelger i en vaeskemasse - Google Patents

Description

i

DK 160571 B

O

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til styring af en frem- og tilbagebevæget bølgeplade til frembringelse af overfladebølger i en væskemasse samt et anlæg til frembringelse af bølger ved udøvelse af denne fremgangsmåde.

5

Fremgangsmåder og anlæg af den ovenfor angivne art er kendte i forskellige udførelser, hvorved bølgepladen med dens virksomme bølgefrembringende overflade bevæges på en frem- og tilbagegående måde enten parallelt med sig selv eller ved svingning af overfladen omkring en vandret akse, som normalt er anbragt ved den nedre ende af bølgepladen.

Ved den simpleste udformning er positionen af bølgepladen i ethvert øjeblik svarende til et proportionalforhold bestemt af et indgangssignal, der repræsenterer det ønskede bølgemønster, som skal frembrinqes.

15

Man møder vanskeligheder på grund af tilbagekastede bølger, som, efter at anlægget har været i funktion i nogen tid for eksempel til undersøgelse af bølgepåvirkningerne på en digeskråning, kan spille en vigtig forstyrrende rolle. Sådanne bølger vil forstyrre det bølgemønster, der frembringes af indgangssignalet, og ydermere vil specielt længere bølger bevæge sig frem og tilbage i lang tid efter, at indgangssignalet er forsvundet, af hvilken grund det tager lang tid, før anlægget er parat til at fungere igen.

I britisk patentskrift nr. 1.553.206 er det alle-25 rede foreslået at måle kraften på bølgepladen såvel som hastigheden af bølgepladen for at styre bølgepiadedrivorga-nerne således, at disses hastighed varieres ved en kombination af indgangssignalet for bølgerne, som skal frembringes, og nævnte kraft på en sådan måde, at nævnte kraft og nævnte hastighed i princippet er i fase med hinanden.

Resultatet heraf er en korrekt dæmpning af en del af de tilbagekastede bølger, imidlertid forekommer der specielt ingen dæmpning af de tilbagekastede lavfrekvensbølger. Grunden hertil er, at med henblik på en ha-35 stighedsstyring af bølgepladen er det nødvendigt at tage

DK 160571 B

O

2 den målte position af denne i betragtning på en stærkt korrigerende måde for at realisere en korrekt styring uden at forstyrre styringen, hver gang bølgepladen når en af de yderste positioner, i hvilke der ikke er nogen bevæ-5 gelsesfrihed i den ene retning, og i hvilke slaget ikke styres længere af styresystemet. Dette medfører, at anlægget må fungere med en lille tidskonstant, på grund af hvilket navnlig de længere bølger med lavere frekvens ikke dæmpes eller ikke dæmpes væsentligt.

10 Det er nu et formål for opfindelsen at forbedre denne situation, og til dette formål er en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art ejendommelig ved, at bølgehøjden på den forreste flade af fortrængerbølgepladen måles, at det tilsvarende signal integreres i tid og 15 subtraheres fra et bølgepladeposition bestemmende styresignal, som afhænger af det ønskede bølgemønster, der skal frembringes, og at det resulterende signal styrer drivorganet for bølgepladen således, at signalet bestemmer positionen af bølgepladen i forhold til en reference- eller 20 nulposition.

Et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at måleorganerne fungerer til måling af bølgehøjden på den forreste flade af bølgepladen, at styreorganerne er udformet således, at det mod-25 tagne bølgehøjdesignal integreres i tid og subtraheres fra det modtagne styresignal, der repræsenterer det Ønskede bølgemønster, hvorefter det resulterende signal påvirker drivorganet for bølgepladen således, at signalet bestemmer positionen af bølgepladen i forhold til en reference- eller 30 nulpo s i t ion.

Det viser sig at være muligt med et forholdsvis simpelt måle- og styreapparat at opnå det ønskede resultat af en hurtig dæmpning af alle forstyrrende bølger, især de længere bølger, og under afprøvning af opnå et bølge-35 mønster, som også i det tilfælde, at afprøvningen allerede har været i funktion i nogen tid, svarer mere nøjagtigt til

DK 160571 B

3

O

det ønskede mønster, og at opnå en hurtig dæmpning af de forstyrrende bølger efter en afprøvning, så at anlægget er klart til at fungere igen ved den næste afprøvning efter en forholdsvis kort ventetid.

5 Det bemærkes, at det er kendt at måle bølgehøjden i et sådant anlæg og at anvende denne måling til undertrykkelse af forstyrrende bølger, men imidlertid på en sådan måde, at ikke bølgepladens position (forskydning), men dens hastighed styres for at holde bølgehøjden og 10 hastigheden i indbyrdes fase.

Denne løsning har i princippet de samme ulemper som anført foran om det i britisk patentskrift nr. 1.553.206 omhandlede.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærme-15 re, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et måle- og styrediagram for et anlæg ifølge opfindelsen, fig. 2 frembyder en grafisk forklaring af anlægget, og 20 fig. 3 forklarer på en grafisk måde forskydningen af bølgepladen i tilfælde af, at det maksimale slag er nået.

En frem- og tilbagebevægelig bølgeplade 1 kan have kendt udformning, understøtning og drivsystem og er 25 for eksempel udformet som en lodret fortrænger, som er bevægelig parallelt med sig selv på en frem- og tilbagegående måde inden i en rende, idet der kan være tætningsorganer til stede langs sidekanterne og ved underkanten inden i renden. Alternativt kan bølgepladen være af den 30 art, som er svingelig om en vandret akse ved sin nedre ende på tværs af rendens længderetning.

Bølgepladen 1 bærer ved sin forflade organer til måling af vandhøjden for eksempel på elektrisk måde ved observation af modstandsvariationen mellem to lange, lod-35 rette elektroder i kort afstand fra hinanden, hvilket er et almindelig kendt måleprincip. Den af dette måleorgan

4 DK 160571 B

O

målte værdi er i diagrammet i fig. 1 angivet ved N. Det gennemsnitlige vandniveau udregnes i 2 af de målte, øjeblikkelige vandniveauer. I et fællespunkt 3 subtraheres det gennemsnitlige vandniveau fra det målte, Øjeblikkelige 5 vandniveau, hvilket resulterer i et signal H, der repræsenterer den øjeblikkelige bølgehøjde. Dette signal tidsintegreres i en integrator 4, og det resulterende signal tilføres til et fællespunkt 5, i hvilket det subtraheres fra et indgangssignal, der tilføres gennem en ledning 6, -10 og som repræsenterer det ønskede bølgemønster til for eksempel afprøvning af en digeskråning ved den anden ende af renden. Det resulterende signal X er et mål for den ønskede position af bølgepladen i forhold til en referenceeller nulposition, som normalt vil være den midterste po-15 sition, og dette signal tilføres til et drivorgan 7 til drift af bølgepladen 1, således at den Ønskede position opnås.

Styresignalet for bølgepladen, der afgives ved tilgangen 6, overlejres derfor det korrektionssignal, som 20 er knyttet til bølgehøjdemålingen, idet bølgepiadedrivorganet i princippet holdes i fase med tidsintegralet af bølgehøjdesignalet, og hvis dette styresignal, der afgives ved indgangen 6, forsvinder, begynder bølgepladen at dæmpe alle bølger, specielt de længere bølger, meget 25 hurtigt på grund af korrektionssignalets indflydelse.

Hvis signalet for den ønskede position af bølge-pladen, med andre ord dens flytning (slag) fra en forud fastlagt nulposition, angives ved X, og bølgehøjdesignalet angives ved H, så gælder, bortset fra styresignalet ved 30 indgangen 6, følgende ligning for korrektionssignalet: X(t) + Γ"η (t) dt = -0 ) m

Det vil være klart, at H er summen af et arbitrært 35 antal harmoniske komponenter. Integrationen fra σο betyder naturligvis, at hele bølger fra fortiden ikke spiller nogen

O

5 DK 16057 1 B

rolle i formlen, og at integrationen bestandig omstilles til den længste, sidste periode indtil det øjeblikkelige tidspunkt (tiden t).

Efter en Fouriertransformation følger det, at: 5 X(w) = -H(w) (stationær tilstand bortset fra (jw) overgangsfænomener), hvor w er den pågældende bølgefrekvens, som skal dæmoes, og 10 I fig. 2 repræsenterer den lodrette akse

log JLW

H (w) , 15 og den vandrette akse repræsenterer log w, hvilket resulterer i en ret linie 8.

Båndbredden må begrænses til et frekvensområde, i hvilket de laveste egenfrekvenser, som kan forekomme i en forud fastlagt rende (en halv bølgelængde set i rendens 2o længderetning), kan dæmpes. I et givet tilfælde er grænsefrekvensen for eksempel lig med 1/20 radian/sek. Området over linien 9 i fig. 2 må derfor afskæres. På denne måde gælder den følgende ligning for det faktiske funktionsområde : 25 x(wj -~2-ga- .

20 (jw)+1

Den tilsvarende kurve er angivet ved 10 i fig. 2.

X er nu explicit udtrykt ved H og w, hvis grænser ligeledes 30 danner grænser for X, som holdes under kontrol af styreap-paratet uafhængigt af muligheden for, at bølgepladen derved nærmer sig eller matematisk må passere en endegrænse i sin bevægelse.

Udgangen fra additionsfællespunktet 5 i fig. 1 35 har en begrænset værdi, som er udvalgt således, at bølgepladen aldrig når sine matematiske endegrænser.

6 DK 160571 B

O

Hvis man styrede hastigheden i stedet for positionen af bølgepladedrivorganet, hyorved hastighedssignalet for drivorganet i princippet holdes i fase med bølge-høj designalet/ så er X ikke explicit ndtrykt ved H og w, 5 så at det ikke er muligt at holde kontrol over X med styreapparatet i det øjeblik, da den ønskede bevægelse måtte være større end den maksimalt tilladelige bevægelse.

Opfindelsen kan derfor tilpasses til enhver kendt art bølgeplade og bølgepladedrivorgan uden nogen komplika-10 tioner.

Som et forenklet eksempel på dæmpningen af en enkelt lang bølge ifølge opfindelsen.forudsættes følgende enkeltheder.

Der forekommer en lang dønning i en forud fast-15 lagt rende med en bølgehøjde på 0,5 m ved en vanddybde på 5 m. Med henblik på kompensering af denne dønning er en frem- og tilbagegående bevægelse af bølgepladen fra en øjeblikkelig position, for eksempel midterpositionen, nødvendig med en beregnet amplitude på a =3,80 m. Bortset 20 fra eventuelle overgangsfænomener bør forskydningerne af bølgepladen følge linien 11 i fig. 3. På grund af de grænser, som er forårsaget af bølgepladens maksimale slag og bestemt ved dennes udformning, er den maksimale amplitude af bølgepladen for eksempel begrænset til a* = 2,25 m.

25 Forskydningerne af bølgepladen vil som følge af begrænsningen af signalet X fremtræde som angivet ved linien 12 i fig. 3 og forhindrer derved, at de mekaniske endegrænser nås.

Efter én frem- og tilbagegående bevægelse sva-30 rende til fig. 3 er dønningen ikke fuldstændig kompenseret. Under den anden frem- og tilbagegående bevægelse er det imidlertid ikke nødvendigt matematisk at passere endegrænserne, og: dønningen vil derfor blive kompenseret fuldstændigt .

35 I tilfælde af, at bølgepladen styres ved hjælp af sin hastighed og ikke ved hjælp af sin position, så

O

7 DK 160571 B

vil bølgepladen bevæge sig indtil endegrænsen og derved forårsage store problemer på grund af de alt for store accelerationskræfter i det øjeblik, bølgepladen stopper ved endegrænsen, hvilket kræver yderligere foranstaltnin-5 ger til absorption af stød eller forhindring af stød, mens specielle midler ligeledes er nødvendige for at få bølgepladen til at udføre en større frem- og tilbagegående bevægelse end indtil endegrænserne ved udførelse af en yderligere frem- og tilbagegående bevægelse. Det tvungne ha-10 stighedsmønster vil blive fuldstændig forstyrret i det øjeblik, de nævnte endegrænser nås.

Det er allerede bemærket, at disse problemer indtil nu kun har kunnet løses ved at formindske det virksomme frekvensområde ved udelukkelse af de lave fre-15 kvenser, hvilket imidlertid giver anledning til betydelige problemer på grund af mangel på naturlig dæmpning og tilbagekastning ved afprøvningsgenstandene.

Det ovenfor anførte eksempel angår én speciel lang forstyrrende bølge, som ikke kan dæmpes ved én 20 frem- og tilbagegående bevægelse af bølgepladen.

I mange praktiske tilfælde kan en forstyrrende bølge betragtes som additionen af et antal harmoniske bølger, som alle kan dæmpes ved hjælp af én frem- og tilbagegående bevægelse, idet det sommetider, men ikke altid, er 25 nødvendigt at passere en endegrænse. Derfor kan ifølge opfindelsen sådanne forstyrrende bølger dæmpes meget hurtigt, let og pålideligt både i tilfælde af, at der afgives et styresignal til indgangen under en afprøvning, og efter afprøvningen, når der intet styresignal tilføres.

30 35

Claims (5)

0 DK 160571 B Paten t k- r a v.·

1. Fremgangsmåde til styring af en frem- og tilbagebevægelig fortrænger til frembringelse af overfladebølger i en væskemasse, kendetegnet ved, at bølge- 5 højden på forfladen af fortrængerbølgepladen måles, at det tilsvarende signal integreres i tid og subtraheres fra et bølgepladepositionen bestemmende styresignal, som afhænger af det ønskede bølgemønster, der skal frembringes, og at det resulterende signal styrer drivorganet for bølgepladen 10 således, at signalet bestemmer positionen af bølgepladen i forhold til en reference- eller nulposition.

2. Anlæg til frembringelse af overfladebølger i en væskemasse og omfattende en frem- og tilbagebevægelig bølgeplade, måle- og styreorganer til drift af denne bølgeplade, 15 og organer til afgivelse af data angående det ønskede bølgemønster til styreorganerne med henblik på at bevæge bølgepladen i afhængighed deraf, kendetegnet ved, at måleorganerne fungerer til måling af bølgehøjden på den forreste flade af bølgepladen, at styreorganerne er udformet 2o således, at det modtagne bølgehøjdesignal integreres i tid og subtraheres fra det modtagne styresignal repræsenterende det ønskede bølgemønster, hvorefter det resulterende signal påvirker drivorganet for bølgepladen således, at signalet bestemmer positionen af bølgepladen i forhold til en refe-25 rence- eller nulposition.

3. Anlæg ifølge krav 2, kendetegnet ved, at måleorganerne, som måler bølgehøjden, er udformet som organer til måling af det øjeblikkelige vandniveau ved den forreste overflade af bølgepladen, hvilke organer samvirker 30 med organer i måle- og styresystemet til bestemmelse af det gennemsnitlige vandniveau og til subtrahering af dette gennemsnitlige vandniveau fra det øjeblikkelige vandniveau og til derefter at integrere differencesignalet.

4. Anlæg ifølge krav 2 eller 3, kende te g-35 net ved, at regneorganerne er udformet således, at båndbredden i området for de lavere frekvenser er begrænset ved

9 DK 160571B O udelukkelse af de frekvenser, som er lavere end den laveste egenfrekvens, som kan forekomme i væskemassen i anlægget.

5. Anlæg ifølge ethvert af kravene 2 til 4, k e n-detegnet ved, at styresystemet er udformet således, 5 at den maksimale amplitude for vandringen af bølgepladen bort fra nulpositionen er begrænset til at ligge indenfor de grænser, der er sat ved den maksimale vandring af bølgepladen bestemt ved dennes konstruktive parametre. 10 15 20 25 30 35