(57)【要約】【課題】振動体の振動を迅速に抑制することができ、高い制振効果を得ることができる制振装置を得る。【解決手段】マストアーム１対して力を加えるアクチュエータ６ａと、アクチュエータの位置を検出する位置検出手段及び速度を検出する速度検出手段と、アクチュエータの目標位置と位置検出値との差に基づいた力を発生させる位置フィールドバックループと、速度検出値に基づいた力を発生させる速度フィードバックループとを有し、これらフィードバックループが発生させる力の和をアクチュエータの発生力とすることでマストアームの振動を制御する制御手段を備える。【選択図】　　　　図１
2004100739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体の所定部分に力を加えるアクチュエータと、
前記アクチュエータの位置を検出する位置検出手段と、
前記アクチュエータの速度を検出する速度検出手段と、
前記アクチュエータの目標位置と前記位置検出手段により検出される位置検出値との差に基づいた力を発生させる位置フィールドバックループと、前記速度検出手段により検出された速度検出値に基づいた力を発生させる速度フィードバックループとを有し、前記位置フィードバックループと前記速度フィードバックループが発生させる力の和を前記アクチュエータの発生力とすることで振動体の振動を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制振装置において、
前記制御手段は、前記位置フィールドバックループの位置ゲインと、前記速度フィードバックループの速度ゲインの少なくとも一方を前記目標位置と前記位置検出値とに基づいて変更することを特徴とする制振装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制振装置において、
前記制御手段は、前記位置フィールドバックループの位置ゲインと、前記速度フィードバックループの速度ゲインの少なくとも一方を前記目標位置に前記位置検出値が近いほど大きくすることを特徴とする制振装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制振装置において、
前記発生力が所定の制限値を越える場合、
前記制御手段は、前記所定の制限値と前記発生力とに基づいて、前記位置フィールドバックループの位置ゲイン及び前記速度フィードバックループの速度ゲインの少なくとも一方を減少させて、前記発生力を抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制振装置において、
前記制御手段は、前記所定の制限値を前記発生力の絶対値で割った値を前記位置ゲイン及び前記速度ゲインの少なくとも一方に乗じることで、前記発生力を前記所定の制限値に抑制することを特徴とする制振装置。
【請求項６】
請求項１に記載の制振装置において、
前記発生力が所定の制限値を越える場合、
前記制御手段は、前記所定の制限値を発生力とするように前記位置フィードバックループの位置ゲインと前記速度のフィードバックループの速度ゲインを設定することを特徴とする制振装置。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の制振装置において、
前記発生力が所定の制限値を超えない場合、
前記制御手段は、前記所定の制限値を超えない範囲で前記位置ゲインと前記速度ゲインを増大させることを特徴とする制振装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の制振装置において、
前記振動体を軽水炉燃料交換機において走行方向への旋回自由度を有するマストアームとする軽水炉燃料交換機用制振装置であることを特徴とする制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動を抑制する制振装置に関し、特に軽水炉燃料交換機において走行方向への旋回自由度を有するマストアームに対して加える力を制御することによりマストアームの振動を抑制するようにした制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の軽水炉の燃料交換機を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図４に示すように、軽水炉の燃料交換機は、燃料集合体を原子炉に挿入するために伸縮する機能を持つマストアーム１と、これを平面２自由度について走行させる走行機構２を持つ。さらに、走行中の水の抵抗力や、走行機構の停止位置が本来あるべき位置に対してずれた状態で燃料集合体を原子炉に挿入する際の燃料集合体と原子炉の干渉力を逸らすため、マストアームをどの方向へも傾けることができる自由度（例えばユニバーサルジョイント３による）を持っている。このため、走行機構２が停止した後に、マストアーム１が棒振り子となって振動する。この振動を緩和して交換時間を短縮するために機械的なバネ・ダンパによる制振機構４を設けている。機械的なバネ・ダンパによる制振機構４では、バネ定数と変位の積とダンピング定数と速度の積の和により機械的に力が発生する。このバネ定数とダンピング定数を高く設計することで、制振のために発生する力を大きくして振動時間を短くすることができる。一方、制振機構４がマストアーム１にかける力は、これを破壊しない範囲に留めなければならないため、一定の限界内にする必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軽水炉の燃料交換機のマストアーム１は大部分が水没しており、水の抵抗力から振幅の大きい振動は水を横切る速度が大きくすぐに低減するが、振幅が小さくなって水を横切る速度が低下すると抵抗力が著しく低下するため振動が持続する。従って、振動時間を短くするためには、変位や速度が小さい領域でも大きい力を発生できるように、高いバネ定数とダンピング定数を採用することが望ましい。しかし、制振機構４の発生力は、走行機構２の走行時や加減速時に大きくなるので、その状態でもマストアーム１を破壊しない範囲にバネ定数とダンピング定数を押さえなければならず、従来の機械的なバネ・ダンパによる制振機構では充分な制振効果が得られなかった。
【０００４】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、高い制振効果を得ることができる軽水炉交換機用制振装置等の制振装置を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、燃料交換機の動作状況によらず制振機構のバネ要素・ダンピング要素の特性が一定であることに起因している。したがって、バネ要素・ダンピング要素の特性を状態に応じて変化させて、変位や速度が小さい領域ではこれらに比して大きい力を発生させ、変位や速度が大きくなると力を押さえ込むことで、マストアーム等の振動体を制振機構の発生力から保護しつつ制振効果を向上させることができる。
【０００６】
このため、本発明は、振動体の所定部分に対して力を加えるアクチュエータと、前記アクチュエータの位置を検出する位置検出手段と、前記アクチュエータの速度を検出する速度検出手段と、前記アクチュエータの目標位置と前記位置検出手段により検出される位置検出値との差に基づいた力を発生させる位置フィールドバックループと、前記速度検出手段により検出された速度検出値に基づいた力を発生させる速度フィードバックループとを有し、前記位置フィードバックループと前記速度フィードバックループが発生させる力の和を前記アクチュエータの発生力とすることでマストアームの振動を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の制振装置において、前記制御手段は、前記位置フィールドバックループの位置ゲインと、前記速度フィードバックループの速度ゲインの少なくとも一方を前記目標位置と位置検出値とに基づいて変更することを特徴とし、例えば、位置検出値（検出位置）が前記目標位置に近いほど大きくすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の制振装置において、前記発生力が所定の制限値を越える場合、前記制御手段は、前記所定の制限値と前記発生力とに基づいて、前記位置フィールドバックループの位置ゲイン及び前記速度フィードバックループの速度ゲインの少なくとも一方を減少させて、前記発生力を抑制することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の制振装置において、前記制御手段は、前記所定の制限値を前記発生力の絶対値で割った値を前記位置ゲイン及び前記速度ゲインの少なくとも一方に乗じることで、前記発生力を前記所定の制限値に抑制することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の制振装置において、前記発生力が所定の制限値を越える場合、前記制御手段は、前記所定の制限値を発生力とするように前記位置フィードバックループの位置ゲインと前記速度のフィードバックループの速度ゲインを設定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の制振装置において、前記発生力が所定の制限値を超えない場合、前記制御手段は、前記所定の制限値を超えない範囲で前記位置ゲインと前記速度ゲインを増大させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の制振装置において、前記振動体を軽水炉燃料交換機において走行方向への旋回自由度を有するマストアームとする軽水炉燃料交換機用制振装置であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を軽水炉燃料交換機用制振装置に例をとり、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る制振装置の基本構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は同平面図である。
図１の制振装置は、マストアーム１の振動方向にスライド可能にスライド機構７を設け、このスライド機構７にマストアーム１を振動方向に所定間隔離れた突出部８ａ，８ｂの間において支持するフォーク８を設けると共に、この変位及び速度を検出可能にアクチュエータ６ａを備える位置検出センサ６を設ける。
【００１４】
この構成において、マストアーム１が振動するとスライド機構７に取り付けたフォーク８が振動方向に動く。フォーク８の変位・速度を位置検出センサ６で検出し、アクチュエータ６ａの発生力でフォーク８の動きを制御し、マスト１の振動を抑制する。アクチュエータ６ａの発生力は、目標位置と位置検出値との差に位置ゲインを乗じた値と、速度検出値に速度ゲインを乗じた値との和により発生することを基本とするが、マストアーム１に過大な力がかからないようにしながら目標位置近傍で速度が小さい時には大きい力を発生させて、短時間で振動を減衰させる。図１に示す装置はマストアーム１の二つの振れ方向のうち一方向の振動についてのみ抑制するものであり、実際の燃料交換機へ適用する際には、図１の装置を直角に組み合わせて２セット用いるものとする。
【００１５】
図１の具体的構成を図２、図３に示す。図２において、（ａ）は側面図、（ｂ）は同平面図である。これら図に示す具体的構成では、アクチュエータ６ａとしてモータ９とラック・ピニオンギア１０、位置検出センサとして絶対値エンコーダ１１を用いた例を示す。マストアーム１の角度に応じてフォーク８が変位を持ち、これがラック・ピニオンギア１０を介してモータ９の角度となる。モータ９の角度を絶対値エンコーダ１１により一定周期で検出し、制御装置１３に取り込む。制御装置１３では、モータ角度の前回値と今回値の差を取り込み周期で割ることで、モータ角速度を算出する。さらに、制御装置１３では、目標位置をモータ角度に換算した目標角度と検出したモータ角度の偏差を算出後、下記▲１▼〜▲３▼のいずれかによりモータ発生力指令値（トルク指令）Ｔｒを算出し、アンプ１２を介してモータ９に出力する。なお、モータ角度の偏差をθｅ、位置ゲイン設定値をＫｐ（＞０）、モータ角速度をω、速度ゲイン設定値をＫｖ（＞０）、モータ発生力計算値をＴｃ、発生力制限値をＴ１（＞０）、アンプ１２へのモータ発生力指令値をＴｒとする。
【００１６】
▲１▼Ｔｒ＝Ｔｃ＝−（Ｋｐ・θｅ＋Ｋｖ・ω）とする。
▲２▼予め設定したゲイン増加区間を−θｇ〜θｇとし、ゲイン増加率をＡｇｐ，Ａｇｖとして、｜θｅ｜がθｇ以下の場合は、
Ｔｒ＝Ｔｃ＝−［｛１＋Ａｇｐ・（θｇ−｜θｅ｜）｝・Ｋｐ・θｅ＋｛１＋Ａｇｐ・（θｇ−｜θｅ｜）｝・Ｋｖ・ω］とする。｜θｅ｜がθｇより大きい場合は、▲１▼と同様とする。
▲３▼Ｔｃ＝−（Ｋｐ・θｅ＋Ｋｖ・ω）とし、｜Ｔｃ｜がＴ１以上の場合は、
Ｋｐ２＝Ｋｐ・Ｔｃ／Ｔ１，Ｋｖ２＝Ｔｃ／Ｔ１として、Ｔｒ＝−（Ｋｐ２・θｅ＋Ｋｖ２・ω）とする。｜Ｔｃ｜がＴ１を超えない場合は、▲１▼と同様とする。
▲４▼Ｔｃ＝−（Ｋｐ・θｅ＋Ｋｖ・ω）とし、｜Ｔｃ｜がＴ１以上の場合は、
Ｔｒ＝Ｔｃ・Ｔ１／｜Ｔｃ｜とする。｜Ｔｃ｜がＴ１を超えない場合は▲１▼と同様とする。
【００１７】
本実施の形態において、▲１▼の動作によれば、従来の機械的なバネ・ダンパによる振れ止め機構と同様の制振効果がある。▲２▼の動作によれば、Ｋｐ，Ｋｖを従来の機械的なバネ・ダンパによる振れ止めと同様に設定し、Ａｇｐ，Ａｇｖをゲイン増加区間−θｇ〜θｇでＴ１を超えないように設定すれば、目標位置近辺で、▲１▼の場合や従来の機械的なバネ・ダンパによる振れ止め機構より大きい制振力を発生できるため、より早く制振することができる。▲３▼と▲４▼の動作では、制限値の限界まで制振力を発生させられるため、さらに早く制振させることができる。
【００１８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、迅速に振動を抑制することができ、高い制振効果を得ることができる軽水炉燃料交換機用制振装置等の制振装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における制振構造の基本構成を示す図である。
【図２】制振構造をより具体的に示した図である。
【図３】実施の形態の制御システムを示すブロック図である。
【図４】従来の制振機構を持った燃料交換機を示す図である。
【符号の説明】
１　マストアーム、６　変位検出センサ、６ａ　アクチュエータ、７　スライド機構、８　フォーク、９　モータ、１０　ラック・ピニオンギア、１１　絶対値エンコーダ。
【図１】
2004100739.tif 000003
【図２】
2004100739.tif 000004
【図３】
2004100739.tif 000005
【図４】
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