シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
各種データの時系列変化の様子を解析・評価して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
超音波伝搬現象の「サイクル」と、「影響範囲」を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
自然なシステムの状態に適した制御となり、効率の高い超音波システムとなります
＜＜ 超音波のジャグリング制御 ＞＞
制御できると超音波システムは 大変便利な道具（装置）になります
超音波照射による現象を 安定して効率よく利用するためには
超音波発振機や振動子以外の条件（注）に関する 検討や開発も必要です
注：水槽、洗浄液、装置の固定方法、治工具、液循環・・・
水槽や液循環・・・の影響も大きいのですが
現在使用中の超音波を効率用利用するための
単純ですが大きな改善が可能な
アイデアと方法を紹介します
（ 具体例や実績は多数あります
２０ｃｃ－４０００リットルまで対応実績があります ）
＊＊ 超音波システムの制御 ＊＊
この制御は簡単で、非常に効率が高いので是非利用してください
省エネルギーにもなります、広く普及させたいと考えています 特許申請は行いません
（インターネットで公開し類似の特許が登録されないようにしています）
詳細については「 超音波システム研究所 」にお問い合わせください
単純ですが、個別の要因（水槽、伝搬対象物、・・）により適切な設定が必要です
新しい超音波システムの制御
＜＜ シャノンのジャグリング定理の応用 ＞＞
注：JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon
of the Massachusetts Institute of Technology
is schematically represented for the three-ball cascade.
（ http://www2.bc.edu/~lewbel/jugweb/science-1.html より）
シャノンのジャグリング定理
( F + D ) ＊ H = ( V + D ) ＊ N
F ： ボールの滞空時間（Flight time）
D ： 手中にある時間（Dwelling time）
H ： 手の数（Hands）
V ： 手が空っぽの時間（Vacant time）
N ： ボールの数（Number of balls）
＜＜ 応用 ＞＞
Ｆ ： 超音波の発振・出力時間
Ｄ ： 循環ポンプの運転時間
H ： 基本サイクル（キャビテーション・加速度のピークの発生する）
V ： 脱気装置の運転時間
N ： 超音波（発振）周波数の異なる振動子の数
シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法
https://www.ipros.jp/catalog/detail/586564
シャノンの第一定理に関する経験ーーオリジナル技術開発ーー
https://www.ipros.jp/catalog/detail/768701
シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/53668/
シャノンの第一定理に関する経験ーーオリジナル技術開発ーー
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/75817/
説明
各種データの時系列変化の様子を解析（応答特性・・・）して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
サイクルと影響範囲を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
自然なシステムの状態に適した制御となり、
効率の高い超音波システムとなります
Ｆ・Ｄ・Ｖの関係は時間の経過とともにトレードオフの関係になります、
そのために各種の運転として他の条件を停止させた状態で
運転する方法が必要になります
これまでにも、結果としては適切と思える状態が発生することがありましたが
数時間、数日、数ヶ月後には適切でなくなり、
再調整することがありました
このような経験の中から適切なモデルを検討していましたが、
ジャグリングモデルは大変良く適合するとともに、
高い効率と安定性を示しました
超音波の目的（キャビテーションの効果、加速度の効果、 等）に対して、
装置の運転時間の調整で対応（最適化）することが可能です
但し、一般的な時間を提示できないのはシステムの系として
水槽やポンプの構造による影響が大きいため、
そこに合わせる（音響特性を考慮した最適化の）必要があるためです
参考動画
http://youtu.be/z9U_zAqYbME http://youtu.be/4qllXYFuqBM
http://youtu.be/OVWyXfQY2Uk http://youtu.be/83dDoHXLu5Y
http://youtu.be/az0kxOEKVHE http://youtu.be/WGXBGfy3W1w
http://youtu.be/h6YM0HD7W8o http://youtu.be/lyjmlQLUP48
参考として、単純な応用例
３００リットルの水槽で３０リットル毎分の循環ポンプと脱気装置の場合
超音波１ ——
超音波２ —— ——
脱気装置 — — —
循環ポンプ — — — ．．．．
超音波出力：２分 １００-２００ワット、 脱気装置 １分、 循環ポンプ １分
ポイント
システムを「時間で移動するボールのジャグリング状態」として
捉えることが重要です
トレードオフの関係にあるパラメータを
適切にバランス運転することを可能にします
通信の理論を考えたシャノンが
ジャグリングの理論を考えた理由もそこにあるように思います
各種の運転・停止時間の設定により
キャビテーションと加速度の効果を 調整することが可能です
オリジナルの音圧測定解析装置：超音波テスターにより
応答特性の確認を行い、提案・実施しています
特に、複数の同じタイプの超音波振動子を
一つの水槽に入れて利用している場合
この制御を行うことで 洗浄・攪拌・改質・・・・の効果を大きく改善できます
現状の超音波装置の対策としては 最も効果的で実用的です
但し、装置の振動系の測定解析を行う必要があります
装置の振動系の問題がある場合には 測定解析に時間がかかります
興味のある方はメールでお問い合わせください
＜ダイナミック特性を利用した制御＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=1299
超音波伝搬状態の最適化技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1010
物の動きを読む数理（音圧・液温・Ｄｏ濃度）
http://ultrasonic-labo.com/?p=1074
振動子の設置方法による、超音波制御事例
＊ 「シャノンの第一定理」
情報とエントロピーの関係（情報が増えるとエントロピーは減少する）
エントロピー：無記憶情報源のシンボル当たりの平均情報量
（情報量＊確率の総和）
無記憶情報源＜－＞マルコフ情報源
（その情報以前の有限個（ｍ）の情報に影響される
情報源：ｍ重マルコフ情報源）
情報と確率過程の関係－＞エルゴード的
－＞確立の再定義－＞統計処理－＞・・
「シャノンの第一定理に関する経験談」
１） テーマ
「シャノンの第一定理が、具体的に経験上で役に立つ」
１－１）基本システムの考察（注１）に関する
モデル作成として役に立つ
１－２）データとノイズに関する基礎事項として役に立つ
（ルーチンワーク的な開発業務の中では
必要性を理解しにくいが、
オリジナリティの高い、新製品の研究開発の
立場で考えると、
研究の視点（注２）としてとして大変有効
注１：例 システム開発に関するオブジェクト
（アルゴリズム 等）の整合性・体系化
注２：例 機械振動・電気ノイズ・プログラム
バグ・不具合・・の原因解析
２） 基礎知識
理論と歴史の流れ
＊ サイバネティクス（フィードバック）から
情報の単位としてビットが基準になるまで
＊ 「シャノンの通信モデル」
（情報源） －＞ 送信機（符号化）
－＞ 通信路（外乱・ノイズ含む） －＞
受信機（複合化） －＞ （目的位置）
＊ 情報容量：Ｈ＝ｌｏｇ ｎ（ハートレイ １９２８年）
ｎ：１つの系で区別される状態の数（単純化で２にする）
対数の底は、情報を測定する単位の選択とする
（Ｊ．Ｗ．テューキー）
すなわち、ビットは２者択一の概念に基づくもので、
２つから１つの選択では１ビット、
４つから１つでは２ビット
＊ シャノンによる情報量の（確率概念による）定義
事前確率がわかっているとき、
１つの通報を記憶するのに必要で最小な情報容量が、
その情報のもつ情報量である（シャノン １９４８年）
通報：情報源が発するもの
情報：通報に含まれる
（情報量：情報源が発する通報の集合量の
確率統計的あつかいによる数学的な公式による量）
ポイント：信号の持つ意味の取り扱いをしない
３） 基礎知識の理解
「基礎知識を深めると重要な定理や法則が理解できる」
＊ 「シャノンの第一定理」
情報とテントロピーの関係
（情報が増えるとエントロピーは減少する）
エントロピー：無記憶情報源のシンボル当たりの平均情報量
（情報量＊確率の総和）
無記憶情報源＜－＞マルコフ情報源
（その情報以前の有限個（ｍ）の情報に影響される
情報源：ｍ重マルコフ情報源）
情報と確率過程の関係－＞エルゴード的－＞
確立の再定義－＞統計処理－＞・・
４） 理解から応用（創造）
経験と実例
４－１）論理は用意されていない ？である
：データとノイズの関係
４－２）考えなければならない：どこから？
何を考えるか？
経路とノイズとデータの特定
（例 ロボットの動作、デジタル解析のデータ
：デジタルアナライザー、
プログラム言語のコンパイラー、システムの取り扱い方法）
ロボットの動作データ（注１ 機械・電気・ソフト）と
動作測定によるデータの検討に関する
通信モデルの利用（通信モデルに対する第一定理の保証）
注１：機械（特性） 伸び・たわみ・疲労・・・
電気（信号） 電気的な性質・応答特性・・・
ソフト 制御のアルゴリズム・データ構造・チューニング処理・・・
４－３）論理モデルをつくる：現象との違いを考察する
解析事例（振動解析 プログラムのバグ解析
人間と言う要因の検討）
振動と言う現象（全体）と測定（ポイント）による
データの論理的考察
時間的変化に対する、
条件の設定と統計やシュミレーション等の解析方法の考察
４－４）論理モデルの限界と現象を考察する
４－５）その現象に対するオリジナルな論理を作成する
新規開発事例（材質、特性、一般理論の組み合わせと現象
：総合力）
理論やデータでは突破できない
（注：基礎知識の理解は必要である）
感触やイメージが必要である
５） 設計思想への発展
オリジナルな理論を忠実に開発・設計し、
一つの製品（システム）にまとめあげることは、
その理論（人）による思想（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）にまで広がります
そして思想からモデル（システム）の修正や変更が行われ、
繰り返す中で発展していくように思います
このような観点でモノを見ると、良い製品、良い設計にふれることの大切
さが理解できると思います
私は、これが設計する力だと思います
６） まとめ
＊ 応用できれば知識は技術力として役に立つ
＊ 機械・システムの知識も応用できるところまで高めなければいけない
＊ そのためには、クリアすべき基礎知識がある
結局、好きな部分は基礎知識がわかるまで学習する必要がある
（あるいは、実際に製造工程に取り入れ、理解不足の部分が問題になり苦労し
て身につけることになる）
最終的には、設計思想・論理モデルを形成し、深めることが本質だと思います
（そのために観察することと工夫することの重要性をまとめにします
数式や統計処理は有効ですが、各処理のそれぞれのプロセス・段階も
技術的説明（検討・考察）を行う必要があることの重要性を指摘します）
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
超音波システム研究所
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法
https://www.ipros.jp/catalog/detail/586564
シャノンの第一定理に関する経験ーーオリジナル技術開発ーー
https://www.ipros.jp/catalog/detail/768701
シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/53668/
シャノンの第一定理に関する経験ーーオリジナル技術開発ーー
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/75817/
ジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=19322
