JP2003014577A - 造波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】詳細な造波演算をリアルタイムで行ない、波の
形成の制御を良好に行なう。 【解決手段】造波条件信号に基づいて造波演算を行ない
演算結果を出力する並列演算可能なパラレルプロセッサ
１２と、前記演算結果を受け取り、前記演算結果に基づ
いて複数の造波信号を出力するシステムコントローラ１
３と、複数のモーションコントローラ１４−１〜１４−
７と、実験水槽１０内に設けられた複数の造波ドライブ
ユニット２４−１〜２４−１０１とを具備し、複数のモ
ーションコントローラ１４−１〜１４−７の各々は、前
記複数の造波信号のうちの対応するものに基づいて、複
数の造波コントロール信号を出力し、複数の造波ドライ
ブユニット２４−１〜２４−１０１の各々は、前記複数
の造波コントロール信号のうちの対応するものに基づい
て動作し、複数の造波ドライブユニット２４−１〜２４
−１０１は実験水槽内１０に前記波を造る造波装置を実
施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、造波装置に関し、
特に実海域を再現する造波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、造波装置を用いた水槽実験では大
型コンピュータを用いて、事前にシミュレーション行な
う。そして、得られたデータに基づいて、造波装置を用
い波を起こすことにより水槽実験を行なう。この場合、
水槽実験の期間は短いことが多いため、造波に必要なデ
ータは、それほど多く無い。そして、造波装置側の制御
部において、それらのデータに基づく造波実験の負担は
小さい。

【０００３】しかし、造波装置が大きくなり、水槽実験
の期間が長くなると、事前のシミュレーションの時間が
長くなり、かつデータが膨大となる。そして、造波装置
側の制御部において、それらのデータに基づく造波実験
の負担は大きくなる。従って、リアルタイムで造波演算
を行ない、かつ、造波実験を行なうことが可能な造波装
置が望まれている。

【０００４】また、造波装置が大きくなり、造波板の数
が増えるに伴い、そのうちの一つが不調になる確率が高
くなる。その際、全体を止めなければならないとすれ
ば、実験中止により大きな損失（時間及びコスト）とな
る。従って、全造波板を協調して制御しながら、一部の
造波板の故障が全体に影響しない造波装置が望まれる。
そして不測の事態にも臨機応変に、造波演算を行ないな
がら、造波実験を継続できる造波装置が望まれる。

【０００５】また、一つの実験から次の実験に移る際、
前の実験の波が残っている場合には、その波が消えるま
での時間が無駄になる。従って、実験終了後に素早く次
の波を造り出せるような、消波システを有する造波装置
が望まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、造波に関わる演算と造波装置による実験とを同時に
行なうことが可能な造波装置を提供することである。

【０００７】また、本発明の別の目的は、実験期間の長
い場合でも演算負担が少ない造波装置を提供することで
ある。

【０００８】本発明の更に別の目的は、規模の大きい造
波装置の造波制御を良好に行なうことが可能な造波装置
を提供することである。

【０００９】本発明の更に別の目的は、造波板等の故障
により装置一部を停止する必要が発生しても、他の部分
への影響が極めて少ない造波装置を提供することであ
る。

【００１０】本発明の他の目的は、波同士の競合の影響
が極めて少ない造波装置を提供することである。

【００１１】本発明の更に他の目的は、波を効率的に消
すことが可能な機能を有する造波装置を提供することで
ある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、還流領域を形成
し、流れの中で試験を行なうことが可能な象は装置を提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１４】従って、上記課題を解決するために、本発
明の造波装置は、波の条件である造波条件信号に基づい
て造波演算を行ない演算結果を出力する並列演算可能な
パラレルプロセッサ（１２）と、前記造波条件信号を前
記パラレルプロセッサ（１２）に出力して前記演算結果
を受け取り、前記演算結果に基づいて複数の造波信号を
出力するシステムコントローラ（１３）と、複数のモー
ションコントローラ（１４−１〜１４−７）と、実験水
槽（１０）内に設けられた複数の造波ドライブユニット
（２４−１〜２４−１０１）とを具備し、前記複数のモ
ーションコントローラ（１４−１〜１４−７）の各々
は、前記複数の造波信号のうちの対応するものに基づい
て、複数の造波コントロール信号を出力し、前記複数の
造波ドライブユニット（２４−１〜２４−１０１）の各
々は、前記複数の造波コントロール信号のうちの対応す
るものに基づいて動作し、前記複数の造波ドライブユニ
ット（２４−１〜２４−１０１）は前記実験水槽内（１
０）に前記波を造る。

【００１５】また、本発明の造波装置は、前記実験水槽
（１０）の中の前記複数の造波ドライブユニット（２４
−１〜２４−１０１）から離れた領域である還流領域
（７−１と７−２との間の実験水槽の領域）に設けら
れ、前記還流領域の水の還流を行なう還流システム
（３）を更に具備する。

【００１６】また、本発明の造波装置は、前記複数の造
波ドライブユニット（２４−１〜２４−１０１）が、前
記実験水槽（１０）内に開口部をもつ多角形状に配置さ
れている。

【００１７】更に、本発明の造波装置は、前記複数の造
波ドライブユニット（２４−１〜２４−１０１）の各々
が、水中を移動して波を形成する造波部（２３）と、前
記造波部を駆動する駆動部とを具備し、前記複数の造波
ドライブユニット（２４−１〜２４−１０１）の前記造
波部（２３）は連結されている。

【００１８】更に、本発明の造波装置は、前記複数の造
波ドライブユニット（２４−１〜２４−１０１）の各々
が、前記造波部（２３）前面に波の高さを測定する波高
計（２２）を更に具備し、前記モーションコントローラ
（１４−１〜１４−７）は、前記波高計（２２）の測定
結果に基づいて、前記実験水槽（１０）内の波を消すよ
うに前記複数の造波ドライブユニット（２４−１〜２４
−１０１）を制御する。

【００１９】更に、本発明の造波装置は、前記還流シス
テム（３）が、前記還流の流速及び流れの方向を制御可
能な流量調整弁（３４−１〜３４−２、３６−１〜３６
−２）を具備する。

【００２０】更に、本発明の造波装置は、前記還流シス
テム（３）が、前記実験水槽（１０）内の波を消すよう
に前記還流を制御可能な還流システムコントローラ（１
５）を更に具備する。

【００２１】更に、本発明の造波装置は、前記実験水槽
の中の前記還流領域の、前記複数の造波ドライブユニッ
ト（２４−１〜２４−１０１）と概ね対向する位置に砂
浜（９）が設けられている。

【００２２】更に、本発明の造波装置は、前記実験水槽
（１０）の中の前記複数の造波ドライブユニット（２４
−１〜２４−１０１）が設けられた領域と前記還流領域
との間に、緩衝領域（５−５と７−２との間の実験水槽
の壁面部分、及び、５−１と７−１との間の実験水槽の
壁面部分）が設けられている。

【００２３】更に、本発明の造波装置は、前記造波部
（２３）が、ピストン型、フラップ型、プランジャ型の
いずれか１つである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明である造波装置の一
実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。本
実施例において、実験水槽に使用される造波装置を例に
示して説明するが、他の貯水施設やプールのような造波
が必要な施設においても、適用可能である。

【００２５】図１は、本発明である造波装置の一実施の
形態を示す構成図である。制御部１、消波装置４及び造
波ドライブ部５−１〜５−５を具備する造波機２、水位
計６−１〜６−２と還流水槽７−１〜７−２とゲート８
−１〜８−２とを具備する還流システム３、砂浜９、実
験水槽１０から構成されている。

【００２６】制御部１は、造波機２及び還流システム３
を含む造波装置全般に亘り、制御を行なう制御システム
である。コンピューター、記憶装置、入出力装置を具備
する。詳細は、後述する。

【００２７】造波機２は、消波装置４及び造波ドライブ
部５−１〜５−５を具備する。造波機２は、実験水槽１
０の外周の内およそ半分程度の領域において、外周に沿
って略Ｕの字型に配置されている。そのＵの字で囲まれ
る実験水槽１０の領域を造波領域と呼ぶこととする。造
波機２は、制御部１０からの造波コントロール信号に基
づいて、所定の動作を行ない、波を形成する。

【００２８】消波装置４は、実験水槽１０内で形成され
動いている波が、造波ドライブ部５−１〜５−５を透過
して造波機２内に進入した場合、その波を消滅させるた
めの壁面である。消波装置は、実験水槽１０の中央から
見て造波ドライブ部５−１〜５−５の外側に、造波ドラ
イブ部５−１〜５−５を囲む様に配置されている。消波
が容易になされるように、その表面は凹凸が多く、か
つ、多孔的な構造（例えば、小さなテトラポットを多重
に配置することや、大き目のブロックをランダムに多重
に配置することで可能となる）である。

【００２９】造波ドライブ部５−１〜５−５は、それぞ
れ波を形成する造波部（後述）と、造波部を駆動する駆
動部（後述）とを有する造波ドライブユニット２４（後
述）を複数具備する。造波部が実験水槽１０の縁部で振
動することにより波が形成される。その動作は、制御部
１からの制御信号に基づいて行なわれる。

【００３０】造波ドライブ部５−１及び５−５は、それ
ぞれ１３個の造波ドライブユニットで形成される。ま
た、造波ドライブ部５−２及び５−４は、それぞれ１０
個の造波ドライブユニットで形成されている。また、造
波ドライブ部５−３は、５４個の造波ドライブユニット
で形成されている。静止状態において、造波ドライブ部
５−１の造波ドライブユニットのなす辺と、造波ドライ
ブ部５−２の造波ドライブユニットのなす辺とは、概ね
１３５度の角度を形成する。また、造波ドライブ部５−
２の造波ドライブユニットのなす辺と、造波ドライブ部
５−３の造波ドライブユニットのなす辺とは、概ね１３
５度の角度を形成する。同様に、造波ドライブ部５−３
の造波ドライブユニットのなす辺と、造波ドライブ部５
−４の造波ドライブユニットのなす辺とは、概ね１３５
度の角度を形成し、造波ドライブ部５−４の造波ドライ
ブユニットのなす辺と、造波ドライブ部５−５の造波ド
ライブユニットのなす辺とは、概ね１３５度の角度を形
成する。

【００３１】造波ドライブ部５−１〜５−５を、単純な
９０度で交わる矩形の三辺に配置されず、図１に示すよ
うに八角形の五辺に配置する理由は、次の通りである。
図７を参照して、図７（ａ）は、本発明の造波ドライブ
部５−３〜５−５付近に形成された波（波面）を表して
いる。造波ドライブ部５−３による波はＡ領域にあり、
造波ドライブ部５−４による波はＢ領域にあり、造波ド
ライブ部５−５による波はＣ領域にある。各領域の境界
部分では、波が４５度の角度で交わっている。各領域で
の波の交差角度が緩やかなため、波同士のコンフリクト
が起き難く、滑らかに重ね合わされる。従って、波同士
の整合が取り易く、予定通りの波を得やすい。

【００３２】一方、図７（ｂ）は、従来の造波ドライブ
部（９０度で交わる方式）で形成された波（波面）を表
している。この場合、各辺で形成されたＤ領域の波とＥ
領域の波とは、領域の境界部分で９０度の角度で交わっ
ている。各領域での波の交差角度が急ため、波同士のコ
ンフリクトが起き易い。従って、波同士の整合が取り難
く、所望の波を得ることが困難である。

【００３３】以上の理由から、図１に示すように八角形
の五辺に配置（互いに１３５度の角度を成すように配
置）する。なお、同じ理由から、波同士が９０度よりも
小さい角度で交わるように、造波ドライブ部を配置すれ
ば、従来に比べて波同士の整合が取り易くなる。すなわ
ち、本発明の八角形のような多角形（五角形以上）であ
れば良い。

【００３４】還流システム３は、水位計６−１〜６−２
と還流水槽７−１〜７−２とゲート８−１〜８−２とを
具備する。実験水槽１０の造波領域の存在する側と対向
する側の領域にある。この領域（実験水槽１０の領域の
内、概ね還流水槽７−１〜７−２で挟まれた領域）を還
流領域という。還流システム３は、実験水槽１０の水を
還流させる機構である。水を還流することにより、造波
領域で形成され移動してくる波を消すことが可能であ
る。また、還流の流れを用いて、各種実験を行なうこと
が可能である。詳細は後述する。

【００３５】水位計６−１〜６−２は、それぞれ還流水
槽７−１〜７−２内にあり、それぞれ還流水槽７−１〜
７−２の水位を測定する水位計である。水位計の計測結
果である還流水槽の水位は、還流システムの流量、流速
等の制御に使用される。

【００３６】還流水槽７−１〜７−２は、実験水槽１０
中の水を還流させるに際して、一時的に水を貯めておく
貯水漕である。還流は、一方の還流水槽から他方の還流
水槽へ水を流すことにより形成される。

【００３７】ゲート８−１〜８−２は、還流水槽７−１
〜７−２のための水門である。ゲート８−１〜８−２を
閉じることにより、還流水槽７−１〜７−２と実験水槽
１０との水の出入りを遮断することが可能である。ゲー
ト８−１〜８−２の実験水槽１０側のなす辺は、それぞ
れ造波ドライブ部５−１及び５−５の造波ドライブユニ
ットのなす辺と概ね平行で、かつ、やや後退した位置に
ある。詳細は後述する。

【００３８】砂浜９は、実験水槽１０において造波機２
（特に造波ドライブ部５−３）と対向する、実験水槽１
０の一辺にある。砂浜９は、造波機２で形成された波を
減衰させ、消波する機能を有する。既述の還流は、砂浜
９と概ね平行に流れる。

【００３９】実験水槽１０は、波が形成され、各種実験
を行なう為の水槽である。本実施例では、６つの辺から
なり、３辺に造波ドライブ部５−２〜５−４が設置され
ている。それらを囲む各１辺ずつに造波ドライブ部５−
１及び５−５、並びに還流水槽７−１及び７−２が設置
されている。残りの一辺に砂浜９が設置されている。

【００４０】次に、図２を参照して、造波システムの制
御について説明する。図２は、本発明の造波装置の実施
の形態に関わる造波装置制御システムである。操作端末
１１とパラレルプロセッサ１２とシステムコントローラ
１３とモーションコントローラ１４−１〜１４−７と還
流システムコントローラ１５とを有する制御部１、還流
システム３、造波ドライブ部５−１〜５−５とからな
る。

【００４１】造波ドライブ部５−１は造波ドライブユニ
ット２４−１〜２４−１３を有し、造波ドライブ部５−
２は造波ドライブユニット２４−１４〜２４−２３を有
し、造波ドライブ部５−３は造波ドライブユニット２４
−２４〜２４−７８を有し、造波ドライブ部５−４は造
波ドライブユニット２４−７９〜２４−８８を有し、造
波ドライブ部５−５は造波ドライブユニット２４−８９
〜２４−１０１を有する。

【００４２】各造波ドライブユニット全て、電源２５、
サーボアンプ１６、過熱検知センサ１７、ストロークセ
ンサ１８−１〜１８−２、ボールネジ１９、サーボモー
タ２０、位置センサ２１、波高計２２、造波板２３を有
する。

【００４３】制御部１は、造波機２及び還流システム３
を含む造波装置全般に亘り、制御を行なう制御システム
であり、操作端末１１とパラレルプロセッサ１２とシス
テムコントローラ１３とモーションコントローラ１４−
１〜１４−７と還流システムコントローラ１５とを有す
る。操作端末１は、装置に関わる動作命令や試験条件や
演算条件のような装置や試験や演算に関わる指示、の入
力を行なう。また、試験経過・試験結果、演算経過・演
算結果、装置の状況のような装置や試験や演算に関わる
出力（表示）を行なう装置である。

【００４４】パラレルプロセッサ１２は、並列演算が可
能なコンピュータである。造波装置においては、システ
ムコントローラ１３からの造波条件を示す造波条件信号
の入力に基づいて、造波に関わる演算・シミュレーショ
ンを高速で行ない、演算結果をシステムコントローラ１
３へ出力する。また、造波装置駆動中においても、同様
に造波条件信号に基づいて、リアルタイムで造波演算を
行ない、演算結果を出力し、造波装置の動作をサポート
する。また、還流に関しても、システムコントローラ１
３からの還流条件を示す還流条件信号の入力に基づい
て、還流に関わる演算・シミュレーションを高速で行な
い、演算結果をシステムコントローラ１３へ出力する。

【００４５】システムコントローラ１３は、造波機２と
還流システム３とを含む造波装置全体を制御する制御装
置である。端末装置１１からの入力に基づいて、造波条
件信号をパラレルプロセッサ１２へ出力し、パラレルプ
ロセッサ１２から演算結果を受け取る。そして、その演
算結果に基づいて、複数のモーションコントローラ１４
−１−１４−７へ、各モーションコントローラに対応し
た造波を制御する複数の造波信号を出力する。あるい
は、端末装置１１からの入力に基づいて、還流条件信号
をパラレルプロセッサ１２へ出力し、パラレルプロセッ
サ１２から還流演算結果を受け取る。そして、その還流
演算結果に基づいて、還流システムコントローラ１５へ
還流を制御する還流信号を出力する。

【００４６】モーションコントローラ１４−１〜１４−
７は、造波ドライブ部５−１〜５−５を制御し、所望の
波を起こさせる。モーションコントローラは、造波ドラ
イブ部に対応している。すなわち、モーションコントロ
ーラ１４−１は造波ドライブ部５−１に、モーションコ
ントローラ１４−２は造波ドライブ部５−２に、モーシ
ョンコントローラ１４−３〜１４−５は造波ドライブ部
５−３に、モーションコントローラ１４−６は造波ドラ
イブ部５−４に、モーションコントローラ１４−７は造
波ドライブ部５−５に、対応している。

【００４７】そして、モーションコントローラ１４−１
〜１４−７の各々は、システムコントローラ１３からの
複数の造波信号のうちの自身に対応するものに基づい
て、複数の造波コントロール信号を出する。複数の造波
コントロール信号は、各モーションコントローラ１４−
１〜１４−７に対応する造波ドライブ部５−１〜５−５
が有する各造波ドライブユニットに出力される。例え
ば、モーションコントローラ１４−１の出力する複数の
造波コントロール信号は、造波ドライブ部５−１の有す
る複数の造波ドライブユニット２４−１〜２４−１３の
どれかに出力される（出力される段階で宛先は決まって
いる）。

【００４８】造波ドライブ部５−１〜５−５は、造波ド
ライブユニットの集合体である。各造波ドライブ部５−
１〜５−５毎（正確には、モーションコントローラ１４
毎）に、独立して動作を制御することが可能である。ま
た、ある造波ドライブユニットに不具合が生じた場合に
は、その造波ドライブユニットの属する造波ドライブ部
のみを停止（但し、造波ドライブ５−３は、更に３分割
して停止可能）して、修理を行なうことが可能である。
これにより、実験中であっても、造波装置全体を静止さ
せる必要が無く、実験を継続しながら修理できる。

【００４９】造波ドライブユニット２４−１〜２４−１
０１は、電源２５とサーボアンプ１６と過熱検知センサ
１７とストロークセンサ１８−１〜１８−２とボールネ
ジ１９とサーボモータ２０と位置センサ２１を具備する
駆動部と、波高計２２と、造波板２３を具備する造波部
とを有する。

【００５０】造波部は、実験水槽１０中において、水と
作用して造波を行なう造波部材である。造波板及び接合
板（後述）、又は、プランジャ（２つの半球の平面同士
を円柱でつないだ先の丸い杵のような形状）及びその付
属装置で構成される。本実施例では、造波板２３（及び
接合板６２）である。詳細は後述する。

【００５１】ここで造波の仕方について、図６を用いて
説明する。図６は、造波機構を含む実験水槽断面を示し
ている。そして、図６（ａ）はピストン型の造波部、図
６（ｂ）はフラップ型の造波部、図６（ｃ）はプランジ
ャ型の造波部である。

【００５２】図６（ａ）のピストン型では、造波板１０
１が、駆動機構の動作に応じて１０１−２の位置まで行
き、再び１０１−１の位置まで戻るという動作を繰り返
す。この場合、造波板１０１の位置は固定されず、造波
板１０１の面は、水面に概ね直角である。そして、全体
として１０１−１と１０２−２との間を往復している。
これは、水深が浅く、水の抵抗が小さい場合に適用され
る。本実施例はこの場合である。

【００５３】図６（ｂ）のフラップ型では、造波板１０
２が、駆動機構の動作に応じて１０２−２の位置まで行
き、再び１０２−１の位置まで戻るという動作を繰り返
す。この場合、造波板１０１の位置は、実験水槽の底部
において固定され、造波板１０１の上部の移動により造
波が行なわれる。これは、水深が深く、水の抵抗が大き
い場合に適用される。

【００５４】図６（ｃ）のプランジャ型では、プランジ
ャ１０３が、駆動機構の動作に応じて１０３−２の位置
まで行き、再び１０３−１の位置まで戻るという動作を
繰り返す。この場合、プランジャ１０３の位置は、上下
方向にのみ移動している。そして、プランジャ１０３の
上下方向の移動により造波が行なわれる。これは、駆動
機構を置くための奥行きスペースが少ない場合に適用さ
れる。

【００５５】本実施例では、図６（ａ）のピストン型を
採用しているが、造波方法に合わせた駆動機構を採用す
ることにより、図６（ｂ）のフラップ型や図６（ｃ）の
プランジャ型についても実施可能である。

【００５６】次に、図２を参照して、波高計２２は、造
波板２３の前にあり、造波板２３付近の波の高さを測定
する波高計である。実験水槽１０内の波を消す場合に
は、この計測結果に基づいて、モーションコントローラ
が、実験水槽１０内の波を消すように複数の造波ドライ
ブユニットを制御する。

【００５７】駆動部は、造波部を駆動する駆動機構であ
る。また、駆動が正常に行われるように各センサーで動
作のチェックを行なっている。電源２５は、サーボアン
プ１６のための電源である。本実施例では、３相２００
Ｖを使用する。

【００５８】サーボアンプ１６は、モーションコントロ
ーラ１４からの造波コントロール信号の入力に応答し
て、その信号を増幅し、サーボモータ２０へ出力する。
また、電源２５で電気が供給され、それによりサーボモ
ータ２０へ電源を供給している。

【００５９】過熱検知センサ１７は、温度センサであ
る。サーボモータ２０の温度を測定し、モーションコン
トローラ１４へ出力している。モーションコントローラ
１４は、サーボモータ２０の温度が、予め設定された値
以上になった場合には、サーボモータ２０の動作を休止
させる等の処置を行なう。

【００６０】ストロークセンサ１８−１〜１８−２は、
造波板２３のストロークの両端部に位置する、位置検出
センサである。造波板２３が、ストロークセンサ１８−
１〜１８−２の間のストローク範囲を超えないように監
視している。監視結果をモーションコントローラ１４へ
出力する。モーションコントローラ１４は、造波板２３
の動作が、ストローク範囲を超えそうになった場合に
は、動作範囲を変更する等の処置を行なう。

【００６１】ボールネジ１９は、造波板２３を駆動する
ボールネジである。ボールネジ１９は、サーボモータ２
０に取り付けられる。そして、サーボモータ２０の回転
により、ボールネジ１９が回転し、ボールネジ１９に取
りつけられた造波板２３が、ボールネジ１９の回転に伴
い移動し、水を押し引きすることにより造波する。

【００６２】サーボモータ２０は、サーボアンプ１６に
制御され、駆動するサーボモータである。サーボアンプ
１６からの出力に基づいて、順逆両方向に回転駆動す
る。それに伴って、サーボモータ２０に接続されている
ボールネジ１９が回転する。

【００６３】位置センサ２１は、造波板２３の正確な位
置を検出する位置センサである。位置センサ２１の出力
は、モーションコントローラ１４へ出力され、造波板２
３の動作制御のためのフィードバック信号として使用さ
れる。

【００６４】ここで、図４を参照して、造波ドライブユ
ニットについて、更に説明する。図４において、３つの
造波ドライブユニットが示されている。ここでは、その
中央の１つの造波ドライブユニットについて説明する。
サーボモータ２０、ボールネジ１９、波高計２２、造波
板２３−１〜２３−２、ガイド支柱６１、接合板６２、
取付治具６３、支柱６４とを具備する。なお、サーボア
ンプ１６、センサ類については、省略している。

【００６５】造波板２３−１〜２３−２は、造波部の造
波板である。接合板６２を介して、２枚の造波板２３−
１及び２３−２が一体化されている。そして、さらに両
隣の造波板とも接合板を介して一体化されている。造波
板２３−１〜２３−２を駆動するボールネジ１９には、
その接合板６２及び取付治具６３を介して取り付けられ
ている。造波板２３−１〜２３−２には、その表面に波
高計２２が取り付けられている。

【００６６】ガイド支柱６１は、水面に平行に延びる支
柱である。ボールネジ１９及びサーボモータ２０（及び
造波板２３−１〜２３−２）を支えるている。この支柱
に沿って、ボールネジ１９及びサーボモータ２０が取り
付けられている。そして、このガイド支柱は、他の支柱
６４により支持されている。

【００６７】接合板６２は、隣接する造波板同士（２３
−１と２３−２）をつないでいる柔軟性のある部材であ
る。接合板６２は、取付治具６３と結合し、取付治具６
３がボールネジ１９と接続している。従って、造波板
は、この部分（接合板６２及び取付治具６３）の動作に
より、動作する。

【００６８】なお、サーボモータ２０、ボールネジ１
９、波高計２２についての説明は、既述の通りなので省
略する。

【００６９】図２を参照して、還流システムコントロー
ラ１５は、還流システム３を制御する制御装置である。
システムコントローラ１３からの還流信号に基づいて、
還流コントロール信号を出力し、還流システム３の還流
水槽７−１〜７−２の水量や、ゲート８−１〜８−２な
どの制御を行なう。

【００７０】ここで、還流システムコントローラ１５及
び還流システム３について、図３を用いて説明する。図
３は、環流システムの全体の構成を示す図である。還流
システム３は、実験水槽１０の還流領域に還流を形成す
るように還流水槽７−１〜７−２を介して水を供給・排
出するシステムである。

【００７１】制御部１の操作端末１１と還流システムコ
ントローラ１５、実験水槽１０の水位計６−１〜６−２
と還流水槽７−１〜７−２とゲート８−１〜８−２とス
テッピングモータ３２−１〜３２−２、アンプ３０−１
〜３０−２、ドライバー３１−１〜３１−２、流量計３
３および３７、流量調整弁３４−１〜３４−２及び３６
−１〜３６−２、ポンプ３５、流路４３〜３８を有す
る。

【００７２】還流システム３は、実験水槽１０の還流領
域に還流を形成するように還流水槽７−１〜７−２を介
して水を供給・排出するシステムである。実験水槽１０
−還流水槽７−２−流路４３−流量計３７−流路４２−
流量調整弁３６−流路４１−ポンプ３５−流路４０−流
量調整弁３４−流路３９−流量計３３−流路３８−還流
水槽７−１−実験水槽１０ という還流を形成してい
る。逆向きの還流の形成も可能である。

【００７３】制御部１の還流システムコントローラ１５
は、還流システム３全体を制御する。制御部１のシステ
ムコントローラ１３（図示せず）からの還流信号に基づ
いて、還流コントロール信号を所望の機器へ向けて出力
する。そして、それにより、流量調整弁３４−１〜３４
−２及び３６−１〜３６−２の弁の開度の調整、ポンプ
３５の流速調整、ゲート８−１〜８−２（ステッピング
モータ３２−１〜３２−２）の開度調整を行ない、還流
を制御する。また、同様に、還流システムコントローラ
１５は、随時、水位計６−１〜６−２による還流水槽７
−１〜７−２の水位、流量計３３および３７による水の
流量を監視し、還流システムが最適に動作するように制
御する。制御部１の操作端末１１は、還流システムコン
トローラ１５の制御に必要なデータの入力、あるいは、
還流システムの状況を表示（出力）する。

【００７４】水位計６−１及び６−２は、還流水槽７−
１〜７−２の水位を測定する。そして測定結果は、随
時、アンプ３０−１を介して、還流システムコントロー
ラ１５へ出力される。データは、還流システム制御に使
用される。

【００７５】流量計３３、３７は、還流水槽７−１〜７
−２へ供給、あるいは還流水槽７−１〜７−２から排出
される水の流量を測定する流量計である。そして測定結
果は、随時、アンプ３０−２を介して、還流システムコ
ントローラ１５へ出力される。データは、還流システム
の制御に使用される。

【００７６】アンプ３０−１〜３０−２は、水位計６−
１〜６−２及び流量計流量計３３、３７の測定結果に関
わる電気信号の雑音を除去し、増幅して還流システムコ
ントローラ１５へ出力する増幅器である。

【００７７】ゲート８−１〜８−２は、実験水槽１０の
還流領域へ流入する水、あるいは、還流領域から流出す
る水の量を調整するためのゲートである。ゲート８−１
〜８−２の開度により、還流水槽７−１〜７−２に貯水
される水量を調節可能である。それにより、還流領域で
の水量を調節する。還流システムコントローラ１５から
のゲート向けの還流コントロール信号に基づいて、ステ
ッピングモータ３２−１〜３２−２により開閉動作を行
なう。

【００７８】ステッピングモータ３２−１〜３２−２
は、ゲート８−１〜８−２の開閉を行なうモータであ
る。還流システムコントローラ１５からのゲート向けの
還流コントロール信号は、ドライバー３１−１を介して
ステッピングモータ３２−１〜３２−２に出力される。
ステッピングモータ３２−１〜３２−２は、その信号に
基づいて、モータを駆動することによりゲート８−１〜
８−２の開閉動作を行なう。

【００７９】流量調整弁３４−１〜３４−２は、還流シ
ステム３が形成する還流に流れる水量を調整するための
調整弁である。それにより、還流領域での水量を調節が
可能である。流量調整弁３４−１と３４−２とは、それ
ぞれ逆方向の還流の流れに対応した流量調整弁である。
従って、一方の方向に対して、流量調整弁３４−１が使
用される場合には、流量調整弁３４−２は使用されな
い。そして、もう一方の方向に流れを変えた場合には、
流量調整弁３４−２が使用され、流量調整弁３４−１は
使用されない。２台の流量調整弁を有することで、一方
をメンテナンス中に他方を使用することが可能であり、
継続的に還流システムを使用することが出来る。還流シ
ステムコントローラ１５からの流量調整弁向けの還流コ
ントロール信号に基づいて、動作を行なう。

【００８０】流量調整弁３６−１〜３６−２も、還流シ
ステム３が形成する還流に流れる水量を調整するための
調整弁であり、流量調整弁３４−１〜３４−２と同様で
ある。それにより、還流領域での水量を調節が可能であ
る。そして、還流システムコントローラ１５からの流量
調整弁向けの還流コントロール信号に基づいて、流量調
整弁３４−１〜３４−２と協調して、流量、流方向が制
御される。

【００８１】ポンプ３５は、還流システム３が還流を形
成するためのポンプである。両方向に水を流すことが可
能である。還流システムコントローラ１５からのポンプ
向けの還流コントロール信号に基づいて、流量調整弁３
４−１〜３４−２及び３６−１〜３６−２と協調して、
流量、流方向が制御される。

【００８２】ドライバー３１−１〜３１−２は、還流シ
ステムコントローラ１５からの各機器（ステッピングモ
ータ３２−１〜３２−２、流量調整弁３４−１〜３４−
２及び３６−１〜３６−２、ポンプ３５）への還流コン
トロール信号を受けて、各機器向けのコントロール信号
に変換し、各機器宛に分けて送信するドライバーであ
る。

【００８３】還流水槽７−１〜７−２実験水槽１０は、
記述の通りであるのでその説明を省略する。

【００８４】ここで、図５を参照して、ゲート８−１に
ついて説明する（ゲート８−２についても同様）。図５
は、ゲート８−１を構成する複数のユニットの内、２ユ
ニットを示している。その内の１ユニット分について説
明する。ステッピングモータ３２−１、ボールネジ５
２、ゲート板８−１Ａ−１〜８−１Ｂ、支柱５４−１〜
５４−２、横枠５５−１〜５５−３からなる。

【００８５】ステッピングモータ３２は、ボールネジ５
２が接続されたモータである。鉛直方向の支柱５４−１
及び５４−２等に支持された、それらと直角に交わる最
上部の横枠５５−１上に設置されている。ステッピング
モータ３２の回転により、ボールネジ５２が回転し、ゲ
ート５３−１〜５３−２が上昇・下降する。ドライバー
３１−１を介した還流システムコントローラ１５からの
ゲート向けの還流コントロール信号により、ステッピン
グモータ３２−１は、モータを駆動しゲート板８−１Ａ
〜８−１Ｂの開閉動作を行なう。

【００８６】ボールネジ５２は、ステッピングモータ３
２とゲート板８−１Ａに接続されたボールネジである。
ステピングモータ３２の回転力により、ゲート板８−１
Ａ〜８−１Ｂを上下に駆動可能である。

【００８７】ゲート板８−１Ａ〜８−１Ｂは、水をせき
止める板である。ゲート板８−１Ａ〜８−１Ｂが一番下
にある時は、ゲート板が二枚重なった状態（図５の右
側）となる。ボールネジ５２の回転により、ゲート板８
−１Ａが、ゲート板一枚分だけ上昇した場合を図５の左
側に示す。この状態は、ゲート８−１が水流を完全にせ
き止めた状態である。更に、ゲート板８-１Ａが上昇す
ると、ゲート板８-１Ａの下側端部とゲート板８−１Ｂ
の上側端部とがかみ合って、両方のゲート板が上昇する
ことになる。

【００８８】支柱５４−１〜５４−２は、ゲート板８−
１Ａ〜８−１Ｂを支持し、かつ、ガイドするための支柱
である。ゲート８−１において、一定間隔（概ねゲート
板の間隔）で鉛直方向に直立している。また、横枠５５
−１〜５５−３は、支柱５４を補強する、支柱５４と垂
直に交わる横向きの枠である。最上部の横枠５５−１上
には、ステッピングモータ３２が設置されている。

【００８９】次に、本発明の造波装置の動作について図
面を参照して説明する。

【００９０】まず、本実施例に用いた多方向不規則波の
造波法及び造波信号のリアルタイム計算法について以下
に示す。複数の造波ドライブユニットを用いた多分割型
造波装置をスネークモーションさせることにより、斜め
進行波を発生させることが可能である。このような斜め
波及び槽側壁での波の反射波を合成することにより多方
向波が作られる。そして、水槽全域に亘って位置的定常
性のある多方向波を生成することが出来る。

【００９１】基本となる斜め波の造波法を、図９を参照
して説明する。図９において、左側の辺上に造波板が等
間隔で並べられ、そこから、波長λ_０の波が形成され
る。波の進行方向は、造波板の並んだ辺と角度θを成す
方向であり、波長はλとなる。この時、λ_０＝λ／ｃｏ
ｓθ、波数：ｋ＝２π／λ、造波板単体幅：ｂ、ε：隣
り合う造波板間の位相差（＝-ｋｂｃｏｓθ）となる。

【００９２】（１）Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ
法による多方向不規則波造波法 多方向不規則波の造波法として、Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｕｍ
ｍａｔｉｏｎ法を用いる。この方法は、分割した各周波
数において色々な方向に成分波が分布しているとして、
多数の方向成分と周波数成分とを有する要素成分波を重
ね合わせることにより造波する方法である。Ｄｏｕｂｌ
ｅ Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ法で、時刻ｔにおけるｉ番目の
フラップ（造波板）の変位ζ_ｉ（ｔ）は、次式の２重の
Ｓｕｍｍａｔｉｏｎで表される。

【数１】 ここで、 添え字ｎ：自然数、ｎ番目の周波数成分波 添え字ｍ：自然数、ｍ番目の方向成分波 ｋ_ｎ：ｎ番目の波の波数 ｆ_ｎ：ｎ番目の波の周波数 Ｎ：周波数分割数 Ｍ：方向分割数 Ｆ_ｎ：ｎ番目の周波数成分波の造波特性（応答関数） ε_ｎｍ：ｎｍ番目の成分波の位相差０〜２πの一様乱数 θ_ｎｍ：ｎｍ番目の成分波の振幅 ａ_ｎｍは、要素成分波の振幅であり、次式で求められ
る。

【数２】 ここで、Ｓ（ｆ_ｎ，θ_ｍ）：周波数ｆ_ｎ、波向θ_ｍにお
ける方向スペクトル δｆ_ｎ：スペクトル刻み幅 δθ_ｍ：波方向刻み幅 ｋ_ｎは、次の分散関係式の実数解で与えられる。

【数３】 ここで、ｈ：水深 ｇ：重力加速度

【００９３】ζ_ｉ（ｔ）を計算するためには、多くの時
間がかかるため、以下のようなアルゴリズムを用い、リ
アルタイムの造波信号を作成することとする。まず、数
１をリアルタイム計算に適した式に書き換える。ｊ番目
のタイムステップにおけるｉ番目のフラップ（造波板）
の変位は、数１を書き直して、

【数４】 ここで、ω_ｎ＝２πｆ_ｎ Δｔ：タイムステップの時間刻み いま、

【数５】

【数６】 とおくと、

【数７】 が得られる。数４では、ｓｉｎが（Ｎ＋Ｍ）回、ｃｏｓ
がＭ回、それぞれ計算する必要がある。しかし、数７で
は時刻歴に無関係なξ_ｎｉとη_ｎｉとをリアルタイムで
計算する必要が無いので、ｓｉｎ，ｃｏｓ共にＮ回ずつ
の計算で良い。すなわち、計算数が減少している。

【００９４】数７の右辺の中身をΣの中味を数８のよう
に置く。

【数８】 更に、

【数９】 とすると、

【数１０】 同様に、

【数１１】 ただし、

【数１２】

【数１３】 従って、最終的には、

【数１４】 となる。すなわち、Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ
法によるリアルタイム計算のアルゴリズムは、図８に示
す通りとなる。

【００９５】図８について説明する。全アルゴリズムの
内、ステップ１からステップ４（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）
は、リアルタイム計算の前に、予め計算するステップで
ある。そして、ステップ５からステップ１０（Ｓ１０５
〜Ｓ１１０）は、造波を行ないながらリアルタイム計算
を行なうステップである。

【００９６】ステップ１（Ｓ１０１）において、数５
（ξ_ｎｉ）及び数６（η_ｎｉ）を計算する。ステップ２
（Ｓ１０２）において、数１２（α_ｎ）及び数１３（β
_ｎ）を計算する。ステップ３（Ｓ１０３）において、ｊ
＝０とおく。ステップ４（Ｓ１０４）において、数８
（ψ_ｎｉ０）及び数９（φ_ｎｉ０）を計算する（ｊ＝
０）。ステップ５（Ｓ１０５）において、数４
（ζ_ｉ０）を計算する（ｊ＝０）。ステップ６（Ｓ１０
６）において、ｊ（ｎｅｗ）＝ｊ（ｏｌｄ）＋１＝１と
置き換える。ステップ７（Ｓ１０７）において、ステッ
プ４の結果（ψ_ｎｉ０及びφ_ｎｉ０）と、ステップ２の
結果（α_ｎ及びβ_ｎ）を用いて、数１０（ψ_ｎｉ１）を
計算する。ステップ８（Ｓ１０８）において、同様に、
ステップ４の結果（ψ_ｎｉ０及びφ_ｎｉ０）と、ステッ
プ２の結果（α_ｎ及びβ_ｎ）を用いて、数１１（φ
_ｎｉ１）を計算する。ステップ９（Ｓ１０９）におい
て、ステップ７の結果（ψ_ｎｉ１）を用いて、数１４
（ζ_ｉ１）を計算する。ステップ１０（Ｓ１１０）にお
いて、ｊとＮとを比較しｊ＝Ｎならば計算を終了し、ｊ
＜Ｎならば、ステップ６に戻る。

【００９７】ステップ６（Ｓ１０６）において、ｊ（ｎ
ｅｗ）＝ｊ（ｏｌｄ）＋１と置き換える（ｊ≧２）。ス
テップ７（Ｓ１０７）において、前回のステップ７及び
ステップ８の結果（ψ_ｎｉ１及びφ_ｎｉ１）と、ステッ
プ２の結果（α_ｎ及びβ_ｎ）を用いて、数１０（ψ
_ｎｉ２）を計算する。ステップ８（Ｓ１０８）におい
て、同様に、ステップ７及びステップ８の結果（ψ
_ｎｉ１及びφ_ｎｉ１）と、ステップ２の結果（α_ｎ及び
β_ｎ）を用いて、数１１（φ_ｎｉ２）を計算する。ステ
ップ９（Ｓ１０９）において、ステップ７の結果（ψ
_ｎｉ２）を用いて、数１４（ζ_ｉ２）を計算する。ステ
ップ１０（Ｓ１１０）において、ｊとＮとを比較しｊ＝
Ｎならば計算を終了し、ｊ＜Ｎならば、ステップ６に戻
る。以下同様に、ｊ＝Ｎまで繰り返す。

【００９８】以上から、リアルタイム計算が必要なの
は、数１０、数１１、数１４の３つの式となる。従っ
て、必要な計算は、４Ｎ回の積と、（３Ｎ−１）回の和
となり、ｓｉｎ、ｃｏｓの計算が全て無くなる。これに
より大幅な演算時間の短縮が可能となる。そして、造波
中におけるリアルタイムでの信号作成が可能となる。

【００９９】実際の造波においては、要素成分波の数
は、以下のように設定される。 ・周波数分割数：Ｎ＝２００（エネルギー等分割による
不等分割） ・方向分割数：Ｍ＝７０（平均方向から±７０°の範囲
で２°ピッチの等分割） すなわち、１４，０００個の要素波で、多方向波を作成
している。これを、造波信号高速計算アルゴリズムと、
これに適した図２に示すような分散型制御のシステム
（造波装置制御システム）とによりリアルタイム制御を
可能としている。

【０１００】次に、本発明の造波装置の造波に関する動
作について図面を参照して説明する。

【０１０１】図２を参照して、造波実験の開始ととも
に、操作端末１１からシステムコントローラ１３へ、造
波実験に関わる各種の情報、造波パラメータなどが入力
される。その入力に基づいて、システムコントローラ１
３からパラレルプロセッサ１２へ、造波実験における造
波条件を示す造波条件信号が出力される。

【０１０２】次に、パラレルプロセッサ１２は、システ
ムコントローラ１３からの造波条件信号の入力に基づい
て、造波に関わる演算を開始する（本実施例では、既述
の図８の造波アルゴリズム演算）。その演算により各フ
ラップ（本実施例では造波板２３）の変位が、時間刻み
（タイムステップ）毎に算出される。その各造波板２３
の変位は、各造波板２３への指令となる。そして、シス
テムコントローラ１３へ演算結果として出力される。

【０１０３】システムコントローラ１３は、パラレルプ
ロセッサ１２から出力された演算結果を受け取る。そし
て、その演算結果に基づいて、モーションコントローラ
１４−１〜１４−７毎に、そこに属する各造波板２３へ
の変位の指令である演算結果を振り分ける。そして、複
数のモーションコントローラ１４−１−１４−７へ、各
モーションコントローラに対応した造波を制御する複数
の造波信号（各モーションコントローラに属する各造波
板２３に対する各造波板２３の変位の指令）を出力す
る。

【０１０４】次に、モーションコントローラ１４−１〜
１４−７の各々は、システムコントローラ１３からの複
数の造波信号のうちの自身に対応するものを受け取る。
各モーションコントローラは、造波信号に基づいて、造
波信号の対応する造波板２３が所属する造波ドライブユ
ニットへ、造波コントロール信号を出力する。その時の
造波コントロール信号は、造波板２３の位置情報ｘ
_ｉ（ｔ）（位置センサ２１により検知し、モーションコ
ントローラ１４にフィードバックされる）と、造波信号
による造波板２３の目標とする変位ζ_ｉ（ｔ）（変位と
は、変化量ではなく絶対的な変位又は位置）の指令と、
次の指令までの時間刻みΔｔ（タイムステップ）とから
計算される速度Ｖ_ｉ（＝（ｘ_ｉ（ｔ）−ζ_ｉ（ｔ）)／
Δｔ）の指令（速度指令）である。

【０１０５】例えば、造波ドライブユニット２４−１に
属する造波板２３に対する造波信号（変位の指令）は、
モーションコントローラ１４−１に出力され、モーショ
ンコントローラ１４−１は、その造波信号ζ_１（ｔ）
と、造波板２３の位置ｘ_１（ｔ）と、時間刻みΔｔとに
基づいて、速度Ｖ_１（＝（ｘ_１（ｔ）−ζ_１（ｔ）)／
Δｔ）を算出し、造波コントロール信号（速度指令）と
して造波ドライブユニット２４−１へ出力する。

【０１０６】次に、造波ドライブユニット２４におい
て、造波コントロール信号（速度指令）は、サーボアン
プ１６に入力される。サーボアンプ１６は、モーション
コントローラ１４からの造波コントロール信号（速度指
令）の入力に応答して、その信号を増幅し、サーボモー
タ２０へ出力する。サーボモータ２０は、造波コントロ
ール信号（速度指令）に基づいて、時間刻みΔｔの間、
速度Ｖ_ｉで動作する。それに伴い、ボールネジ１９が回
転し、造波板２３が駆動される。

【０１０７】この時、過熱検知センサ１７により、サー
ボモータ２０が異常加熱を起こしていないかを常時監視
している。また、ストロークセンサ１８−１〜１８−２
により、造波板２３のストロークが、ストロークセンサ
１８−１〜１８−２の範囲を超えないように監視してい
る。これらの監視結果は、モーションコントローラ１４
へ出力される。モーションコントローラ１４は、造波板
２３の動作が、問題を起こさないように常時監視し、必
要に応じて動作変更（停止、駆動範囲縮小等）を行な
う。

【０１０８】操作端末１１は、初期設定のみを行ない、
造波開始後は造波に関して演算を行なわない。従って、
実験中は、造波制御の様子を画像表示することが可能で
ある。また、パラレルプロセッサ１２は、最も演算量の
多い造波アルゴリズム演算及び時間刻み毎の指令の出力
を専属に行なう（造波実験中においても継続的に行な
う）。そして、システムコントローラ１３＋モーション
コントローラ１４は、指令に従ってサーボアンプのリア
ルタイム制御を行なう。この様な差作業分担により、各
制御装置（操作端末１１、パラレルプロセッサ１２、シ
ステムコントローラ１３、モーションコントローラ１
４）において、負荷が集中することが無く、良好な造波
が行なえる。そして、高速演算処理により、リアルタイ
ム造波制御が可能となる。

【０１０９】次に還流に関して説明する。造波実験中、
還流領域の波を還流により消波する場合、設定された速
度で還流を形成する。還流（消波）条件は、実験開始時
に、操作端末１１から入力される。システムコントロー
ラ１３は、還流条件を示す還流条件信号をパラレルプロ
セッサ１２へ出力する。パラレルプロセッサ１２は、還
流条件信号の入力に基づいて、還流に関わる演算を行な
い、還流演算結果をシステムコントローラ１３へ出力す
る。

【０１１０】演算としては、例えば、造波領域から還流
領域へ来る波の速度から、造波領域から還流領域へ来る
水の流量を計算し、その値と還流水槽（水を受け入れる
側）へ流れ込む水の流量及び速度が等しくなる様に、還
流水の流量及び流速を計算する。ただし、本発明は、こ
の演算方法に限られるものではない。

【０１１１】システムコントローラ１３は、パラレルプ
ロセッサ１２から還流演算結果を受け取る。そして、そ
の還流演算結果に基づいて、還流システムコントローラ
１５へ還流を制御する還流信号を出力する。還流システ
ムコントローラ１５は、システムコントローラ１３から
の還流信号に基づいて、還流コントロール信号を、ドラ
イバー３１−１〜３１−２を介して出力し、還流システ
ム３の還流を制御する。

【０１１２】還流の制御としては、例えば、ＰＩＤ制
御、シーケンス制御を用いて行なう。そして、流量制
御、あるいは、流速制御として、流量計３３及び３７、
水位計６−１及び６−２の出力に基づいて、ポンプ３
５、流量調整弁３４−１〜３４−２、３６−１〜３６−
２、ゲート８−１〜８−２の開度、還流水槽７−１〜−
２の水位差の制御を行なう。

【０１１３】また、消波を行なわない場合でも、潮流を
模擬する場合のような流れ（還流）の中で浮体の実験を
行なう場合には、同様にして流量、流速の制御を行なう
ことが可能である。

【０１１４】実験水槽１０全体に存在する波を、短時間
で消波する為に造波ドライブ部５−１〜５−５の造波板
２３を駆動することも可能である。その場合、まず、造
波板２３に取り付けられた波高計２２により、各造波板
前の波高を測定する。測定された波高計測結果は、モー
ションコントローラ１４−システムコントローラ１３を
介して、パラレルプロセッサ１２へ入力される。パラレ
ルプロセッサ１２は、波高計測結果の入力に基づいて、
消波に関わる演算を行なう。そして、その演算により各
造波板２３の変位が、時間刻み毎に算出される。その各
造波板２３の変位は、各造波板２３への指令となる。そ
して、システムコントローラ１３へ消波演算結果として
出力される。

【０１１５】演算としては、例えば、造波板２３の波高
計２２で観測される波に対して、逆位相の波を、造波板
２３により形成し、重ね合わせるように造波板２３を動
作させる制御演算を行なう。そして、波高計２２で観測
される波高をフィードバックして、波高が減少するよう
に演算を繰り返す。あるいは、それまでの造波のための
動作（振動）に対して、同じ造波の振動動作であるが位
相を１８０度ずらして波を形成し、重ね合わせるように
制御する。そして、造波の振幅を減衰させて消波させ
る。ただし、本発明は、この演算方法に限られるもので
はない。

【０１１６】続いて、システムコントローラ１３は、パ
ラレルプロセッサ１２から消波演算結果を受け取る。そ
して、その消波演算結果に基づいて、モーションコント
ローラ１４−１〜１４−７毎に、そこに属する各造波板
２３への変位の指令である消波演算結果を振り分ける。
そして、複数のモーションコントローラ１４−１−１４
−７へ、各モーションコントローラに対応した消波を制
御する複数の消波信号（各モーションコントローラに属
する各造波板２３に対する各造波板２３の変位の指令）
を出力する。

【０１１７】次に、モーションコントローラ１４−１〜
１４−７の各々は、システムコントローラ１３からの複
数の消波信号のうちの自身に対応するものを受け取る。
各モーションコントローラは、消波信号に基づいて、消
波信号の対応する造波板２３が所属する造波ドライブユ
ニットへ、消波コントロール信号を出力する。その時の
消波コントロール信号は、造波コントロール信号と同様
に、速度指令Ｖ_ｉ’である。

【０１１８】次に、造波ドライブユニット２４におい
て、消波コントロール信号は、サーボアンプ１６に入力
される。サーボアンプ１６は、モーションコントローラ
１４からの消波コントロール信号（速度指令）の入力に
応答して、その信号を増幅し、サーボモータ２０へ出力
する。サーボモータ２０は、消波コントロール信号（速
度指令）に基づいて、時間刻みΔｔの間、速度Ｖ_ｉ’で
動作する。それに伴い、ボールネジ１９が回転し、造波
板２３が駆動される。

【０１１９】波板２３に取り付けられた波高計２２から
の、各造波板前の波高のパラレルプロセッサ１２へのフ
ィードバックは、消波が完了するまで継続して行なわれ
る。同様に、パラレルプロセッサ１２での消波演算及び
それに伴う造波板２３の動作は、消波が完了するまで継
続して行なわれる。

【０１２０】

【発明の効果】本発明により、造波装置を用いた実験に
おいて、詳細な造波演算をリアルタイムで行ない、造波
制御を良好に行なうことが可能となる。また、複数の造
波板のグループを独立に制御でき、装置の部分停止に対
応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である造波装置の実施の形態のを示す構
成図である。

【図２】本発明である造波装置の実施の形態の構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明である造波装置の実施の形態に関わる還
流装置を示すブロック図である。

【図４】本発明である造波装置の実施の形態に関わる造
波機の構成を示す図である。

【図５】本発明である造波装置の実施の形態に関わる還
流ゲートの構成を示す図である。

【図６】（ａ）ピストン型の造波方法を示す概念図であ
る。 （ｂ）フラップ型の造波方法を示す概念図である。 （ｃ）プランジャ型の造波方法を示す概念図である。

【図７】（ａ）本発明である造波装置の実施の形態に関
わる造波状態を示す概念図である。 （ｂ）従来技術の造波装置の造波状態を示す概念図であ
る。

【図８】本発明である造波装置の実施の形態に関わる造
波アルゴリズムを示すフロー図である。

【図９】本発明である造波装置の実施の形態に関わる造
波原理を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御部 ２ 造波機 ３ 還流システム ４ 消波装置 ５−１〜５−５ 造波ドライブ部 ６−１〜６−２ 水位計 ７−１〜７−２ 還流水槽 ８−１〜８−２ ゲート ８−１Ａ ゲート板 ８−１Ｂ ゲート板 ９ 砂浜 １０ 実験水槽 １１ 操作端末 １２ パラレルプロセッサ １３ システムコントローラ １４−１〜１４−７ モーションコントローラ １５ 還流システムコントローラ １６ サーボアンプ １７ 過熱検知センサ １８−１〜１８−２ ストロークセンサ １９ ボールネジ ２０ サーボモータ ２１ 位置センサ ２２ 波高計 ２３ 造波板 ２３−１〜２３−２ 造波板 ２４−１〜２４−１０１ 造波ドライブユニット ２５ 電源 ３０−１〜３０−２ アンプ ３１−１〜３１−２ ドライバー ３２−１〜３２−２ ステッピングモータ ３３ 流量計 ３４−１〜３４−２ 流量調整弁 ３５ ポンプ ３６−１〜３６−２ 流量調整弁 ３７ 流量計 ３８ 流路 ３９ 流路 ４０ 流路 ４１ 流路 ４２ 流路 ４３ 流路 ５２ ボールネジ ５４−１〜５４−２ 支柱 ５５−１〜５５−３ 横枠 ６１ ガイド支柱 ６２ 接合板 ６３ 取付冶具 ６４ 支柱 １０１−１〜１０１−２ 造波板 １０２−１〜１０２−２ 造波板 １０３−１〜１０３−２ プランジャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 裕二 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 松浦 正巳 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山下 一成 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Ｆターム(参考） 2G023 BA01 BB22 BB28 BB46

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波の条件である造波条件信号に基づいて造
   波演算を行ない演算結果を出力する並列演算可能なパラ
   レルプロセッサと、 前記造波条件信号を前記パラレルプロセッサに出力して
   前記演算結果を受け取り、前記演算結果に基づいて複数
   の造波信号を出力するシステムコントローラと、 複数のモーションコントローラと、 実験水槽内に設けられた複数の造波ドライブユニットと
   を具備し、前記複数のモーションコントローラの各々
   は、前記複数の造波信号のうちの対応するものに基づい
   て、複数の造波コントロール信号を出し、 前記複数の造波ドライブユニットの各々は、前記複数の
   造波コントロール信号のうちの対応するものに基づいて
   動作し、前記複数の造波ドライブユニットは前記実験水
   槽内に前記波を造る造波装置。
2. 【請求項２】前記実験水槽の中の前記複数の造波ドライ
   ブユニットから離れた領域である還流領域に設けられ、
   前記還流領域の水の還流を行なう還流システムを更に具
   備する、 請求項１に記載の造波装置。
3. 【請求項３】前記複数の造波ドライブユニットは、前記
   実験水槽内に開口部をもつ多角形状に配置されている、 請求項１又は２に記載の造波装置。
4. 【請求項４】前記複数の造波ドライブユニットの各々
   は、 水中を移動して波を形成する造波部と、 前記造波部を駆動する駆動部とを具備し、 前記複数の造波ドライブユニットの前記造波部は連結さ
   れている、 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造波装置。
5. 【請求項５】前記複数の造波ドライブユニットの各々
   は、 前記造波部前面に波の高さを測定する波高計を更に具備
   し、 前記モーションコントローラは、前記波高計の測定結果
   に基づいて、前記実験水槽内の波を消すように前記複数
   の造波ドライブユニットを制御する、 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の造波装置。
6. 【請求項６】前記還流システムは、前記還流の流速及び
   流れの方向を制御可能な流量調整弁を具備する、 請求項２乃至５のいずれか一項に記載の造波装置。
7. 【請求項７】前記還流システムは、前記実験水槽内の波
   を消すように前記還流を制御可能な還流システムコント
   ローラを更に具備する、 請求項２乃至６のいずれか一項に記載の造波装置。
8. 【請求項８】前記実験水槽の中の前記還流領域の、前記
   複数の造波ドライブユニットと概ね対向する位置に砂浜
   が設けられている、 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の造波装置。
9. 【請求項９】前記実験水槽の中の前記複数の造波ドライ
   ブユニットが設けられた領域と前記還流領域との間に、
   緩衝領域が設けられている、 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の造波装置。
10. 【請求項１０】前記造波部は、ピストン型、フラップ
    型、プランジャ型のいずれか１つである、 請求項４乃至９のいずれか一項に記載の造波装置。