JP2948547B2

JP2948547B2 - 吸収造波装置

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Publication number: JP2948547B2
Application number: JP34973396A
Authority: JP
Inventors: 勉野原; 一成山下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10185760A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は吸収造波装置に関
し、不規則波を用いて水理模型実験を行う場合であって
も、反射波を完全に吸収（消波）しつつ、予め設定した
目標とすべき目標波形となっている目標波を発生するこ
とができるようにしたものである。なお不規則波とは、
複数の周波数成分を含んだ波であり、海洋に生じる実際
の波の波形に対して、極めて近似した波形の波である。

【０００２】

【従来の技術】船舶や港湾構造物の耐波性能の設計や検
証をするために、水理模型実験が行われている。この水
理模型実験とは、水槽内に水（または海水）を貯溜して
おき、この水槽内に供試体（船舶や港湾構造物の模型）
を設置し、造波装置により波を発生させて、船舶等の耐
波性能を模擬実験することである。

【０００３】かかる水理模型実験では、良好な実験デー
タを得るため、予め設定した目標とすべき目標波形とな
っている目標波のみを供試体（船舶や港湾構造物の模
型）に対して作用させ、水槽の壁や供試体で反射して生
じた反射波を供試体に作用させないようにする必要があ
る。このようにするため、造波装置により、目標とする
目標波を発生させつつ、同時に、反射波を吸収するよう
にしている。つまり、造波装置は、反射波を吸収しなが
らきれいな目標波を作るように動作している。このよう
なタイプの造波装置を、吸収造波装置と称している。

【０００４】なお、反射波を吸収することができず、目
標波を発生する機能のみを有する造波装置により水理模
型実験をする場合には、造波装置により発生した目標波
を供試体に作用させた時点から、水槽等で反射して生じ
た反射波が供試体に作用する時点までに、実験データの
計測を完了しなければならず、短時間での実験データし
か得ることができない。これに対して、吸収造波装置を
用いた水理模型実験では、反射波を吸収することができ
るので、水槽が小さくても、長時間にわたり目標波のみ
を供試体に作用させた状態で、実験データの採取ができ
る。

【０００５】反射波を吸収する機構については、古くか
ら知られている。即ちこの機構は、造波装置の造波体
（造波板など）と、この造波体に連結されて復元力及び
減衰力を発生させる外部力学系とで構成される振動系を
減衰振動させ、波エネルギーを吸収して、結果的に反射
波を吸収する機構である。

【０００６】このような反射波吸収機能を持った造波装
置としては、例えば特公昭５９−１３６９１号公報に見
られるように、造波体のストロークではなく造波体が受
ける駆動力を制御する方式のものがある。つまり、特公
昭５９−１３６９１号公報に記載された造波装置では、
造波体に作用する力を検知しておき、入射波が造波体に
入射して造波体に加わる力が増大した場合に、その力に
応じて造波体の揺動に減衰を与えて、造波体に加わる力
をもとの力にする。このようにすることにより、造波体
は常に所定の力を液体に加えることができ、所望の波を
発生させることができる。また入射波の力に応じて造波
体の揺動を減衰することによって、入射してきた反射波
のエネルギーを造波体が吸収するようにしたので、反射
波を生じさせない。

【０００７】また、三井造船技報第１２８号別刷
（昭和６１年６月）に掲載されている論文「波面検出
及び速度制御を用いた無反射造波方式」（川口隆）で
は、駆動力を制御する手法（前述した特公昭５９−１３
６９１号公報の装置で用いた手法）は用いず、造波体
（造波板）を速度制御することにより反射波を吸収する
無反射造波法を提案している。つまりこの技術では、造
波板に向かって進行してくる波を吸収（消波）しつつ、
予め設定した目標とすべき目標波形となっている目標波
を造波板の前方に定常的に造波することを可能とするよ
うな、造波板の速度を示す式（この式では目標波形，造
波板前面の波面変動，造波板変位がパラメータとなって
いる）を予め求めている。そして目標波形，造波板前面
の波面変動，造波板変位を、造波板の速度を示す式に代
入して得た速度でもって、造波板の速度制御をしてい
る。このようにすることにより、無反射造波を行ってい
る。

【０００８】なお、この三井造船技報の技術では、反射
波を吸収しつつ、目標波を造波板の前方に定常的に造波
することを可能とするような、造波板の［合成］速度を
示す式を採用しているが、かかる条件を満足する造波板
の［各周波数成分毎の］速度は考慮されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の反射波吸収手法は、反射波が単一の周波数成分からな
る規則波については成り立つが、周波数成分が多数ある
反射波については成り立たない。つまり、目標波とし
て、複数の周波数成分を有する不規則波を用いている場
合に、この不規則波に起因して生じた反射波を吸収する
ことはできない。

【００１０】例えば、関西造船協会誌（第２０７号昭
和６２年１２月）に掲載されている論文「不規則波の消
波・造波に関する研究」（内藤林、黄俊、中村彰
一）では、不規則波の反射成分の吸収機構として近似的
な因果不規則波消波システムや代表周波数のみを吸収さ
せる定係数消波システムを提案している。しかし、近似
的な因果不規則波消波システムや代表周波数のみを吸収
させる定係数消波システムのいずれであっても、不規則
波の反射成分を近似的に吸収するのみであり、不規則波
の反射成分を完全に吸収することはできないことが記載
されている。

【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、不規則波
に起因する反射波を完全吸収しつつ目標波を定常的に造
波することのできる吸収造波装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、液体を貯溜している液槽内に配置されてお
り往復運動をすることにより前記液体に波を発生させる
造波体と、前記造波体を往復運動させるように駆動する
駆動装置と、往復運動に伴う前記造波体の変位を検出す
る変位検出手段と、前記造波体の前面位置での波の波面
変動を検出する波面変動検出手段と、前記造波体を設定
した速度で往復運動させるよう前記駆動手段の駆動制御
をする制御装置と、を備えた吸収造波装置において、前
記制御装置は、前記変位検出手段が検出した前記変位を
各周波数成分毎に分解し、分解した各周波数成分毎の変
位と、前記波面変動検出手段により検出した前記波面変
動と、予め設定した目標とすべき目標波形とをもとに、
前記造波体に向かって進行してくる反射波を吸収しつ
つ、予め設定した目標とすべき目標波形となっている目
標波を前記造波体の前方に定常的に造波することを可能
にするような、前記造波体の各周波数成分毎の速度を求
め、求めた各周波数成分毎の速度を加算して前記造波体
の合成速度を求め、この求めた合成速度でもって、前記
造波体の往復運動の速度を制御するよう前記駆動手段の
駆動制御をすることを特徴とする。

【００１３】また本発明の構成は、液体を貯溜している
液槽内に配置されており往復運動をすることにより前記
液体に波を発生させる造波体と、前記造波体を往復運動
させるように駆動する駆動装置と、往復運動に伴う前記
造波体の変位を検出する変位検出手段と、前記造波体の
前面位置での波の波面変動を検出する波面変動検出手段
と、前記造波体を設定した速度で往復運動させるよう前
記駆動手段の駆動制御をする制御装置と、を備えた吸収
造波装置において、前記制御装置は、前記変位検出手段
が検出した前記変位を各周波数成分毎に分解し、各周波
数成分毎の変位に対して各周波数成分毎に設定した第１
の定数をそれぞれ乗算し、乗算した各周波数成分ごとの
値を加算して第１の合成値を求め、予め設定した目標と
すべき目標波形を２倍した値から前記波面変動検出手段
により検出した前記波面変動を減算した減算値と、前記
第１の合成値とを加算して第２の合成値を求め、第２の
合成値を各周波数成分毎に分解し、第２の合成値を各周
波数成分毎に分解した各値と、各周波数成分ごとに設定
した第２の定数との偏差を零とするフィードバック演算
をすることにより、前記造波体に向かって進行してくる
反射波を吸収しつつ、予め設定した目標とすべき目標波
形となっている目標波を前記造波体の前方に定常的に造
波することを可能にするような、前記造波体の各周波数
成分毎の速度を求め、求めた各周波数成分毎の速度を加
算して前記造波体の合成速度を求め、この求めた合成速
度でもって、前記造波体の往復運動の速度を制御するよ
う前記駆動手段の駆動制御をすることを特徴とする。

【００１４】また本発明の構成は、液体を貯溜している
液槽内に配置されており往復運動をすることにより前記
液体に波を発生させる造波体と、前記造波体を往復運動
させるように駆動する駆動装置と、往復運動に伴う前記
造波体の変位を検出する変位検出手段と、前記造波体の
前面位置での波の波面変動を検出する波面変動検出手段
と、前記造波体を設定した速度で往復運動させるよう前
記駆動手段の駆動制御をする制御装置と、を備えた吸収
造波装置において、前記制御装置は、前記変位検出手段
が検出した前記変位を各周波数成分毎に分解する第１の
フィルターバンク（２０１）と、各周波数成分毎の第１
の定数がそれぞれ設定されており各周波数成分毎の変位
に対して第１の定数をそれぞれ乗算する第１の定数設定
器（２０３−１〜２０３−ｎ）と、乗算した各周波数成
分ごとの値を加算して第１の合成値を求める第１の加算
器（２０７）と、予め設定した目標とすべき目標波形
を２倍した値が設定されている第２の定数設定器（２０
４）と、第２の定数設定器（２０４）に設定されている
値から前記波面変動検出手段により検出した前記波面変
動を減算する第１の引算器（２０８）と、第１の引算器
（２０８）により得た減算値と第１の加算器（２０７）
により得た第１の合成値とを加算することにより第２の
合成値を得る第２の加算器（２０９）と、第２の加算器
（２０９）による第２の合成値を各周波数成分毎に分解
する第２のフィルターバンク（２０２）と、各周波数成
分ごとの第２の定数が設定されており入力信号に対して
第２の定数を乗算して出力する第３の定数設定器（２０
５−１〜２０５−ｎ）と、第２のフィルターバンク（２
０２）の出力である各周波数成分毎の値と第３の定数設
定器（２０５−１〜２０５−ｎ）との偏差を求める第２
の引算器（２１１−１〜２１１−ｎ）と、第２の引算器
（２１１−１〜２１１−ｎ）の出力が零となるように第
２の引算器（２１１−１〜２１１−ｎ）の出力に対して
レベル調整をしてレベル調整した信号を第３の定数設定
器（２０５−１〜２０５−ｎ）に送る制御器（２０６−
１〜２０６−ｎ）と、制御器（２０６−１〜２０６−
ｎ）の出力である各周波数成分毎の速度を加算する第３
の加算器（２１０）とを有しており、第３の加算器（２
１０）で得た前記造波体の合成速度でもって前記造波体
の往復運動の速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制
御をすることを特徴とする。

【００１５】また本発明の構成は、液体を貯溜している
液槽内に配置されており往復運動をすることにより前記
液体に波を発生させる造波体と、前記造波体を往復運動
させるように駆動する駆動装置と、往復運動に伴う前記
造波体の変位（Ｘ）を検出する変位検出手段と、前記造
波体の前面位置での波の波面変動（η_o）を検出する波
面変動検出手段と、前記造波体を設定した速度で往復運
動させるよう前記駆動手段の駆動制御をする制御装置
と、を備えた吸収造波装置において、前記制御装置は、
前記造波体に向かって進行してくる反射波を吸収しつ
つ、予め設定した目標とすべき目標波形（η_D）となっ
ている目標波を前記造波体の前方に定常的に造波するこ
とを可能にするような、前記造波体の各周波数成分毎の
速度（ｄＸ_i／ｄｔ）を求めるため、下記の（１７）式
を満足する各周波数成分毎の速度（ｄＸ_i／ｄｔ）を演
算し、更に演算して求めた各周波数成分毎の速度（ｄＸ
_i／ｄｔ）を合成した合成速度（ｄＸ／ｄｔ）を求め、
この合成速度（ｄＸ／ｄｔ）でもって前記造波体の往復
運動の速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制御をす
ることを特徴とする。

【００１６】

【数２】

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
にかかる吸収造波装置を示す。同図に示すように、水槽
１内には水（または海水）２を貯溜している。水槽１内
には、架台３を設置し、この架台３上には、モータ（交
流モータ）４、軸受５ａ，５ｂ、リニアガイド６を配置
している。ボールネジ７は、軸受５ａ，５ｂにより回転
自在に軸支されており、モータ４の駆動により回転する
ようになっている。

【００１８】リニアウェイ８は、ボールネジ７に螺合す
るとともに、図中で左右方向に往復移動可能な状態でリ
ニアガイド６に係合している。このため、モータ４の駆
動によりボールネジ７を回転させると、リニアウェイ８
は、リニアガイド６によりガイドされつつ直線運動す
る。つまり、ボールネジ７を正転・反転することによ
り、リニアウェイ８は往復直線運動（図中では左右方向
に往復移動）する。

【００１９】造波板９は、その下部半分が水２内に浸漬
しており、その上部はロッド１０を介してリニアウェイ
８に連結されている。このため、モータ４の駆動により
リニアウェイ８を往復直線運動させると、造波板９も往
復直線運動をし、水２の水面上に波を作る（造波する）
ことができる。

【００２０】なお、詳細は後述するが、本実施の形態で
は、造波板９の移動速度を制御することにより、目標と
する目標波を造波しつつ、反射波を吸収（消波）するこ
とができるように制御している。また、本実施の形態で
は、目標波として不規則波（複数の周波数成分を含んだ
波）を採用して水理模型実験をする。

【００２１】波高計（抵抗式波高計）１１は、スペーサ
１２を介して、造波板９の前面側（図１において、ｘ軸
の正方向の前方、つまり、図において右側））に設置さ
れている。波高計１１としては、抵抗式波高計の他、プ
リント配線板型抵抗式液面レベル計など各種の波高計を
採用することができる。なお、プリント配線板型抵抗式
液面レベル計を採用する場合には、このレベル計の裏面
を直接、造波板９に接着する。

【００２２】波高計１１で検出した検出波高信号は波高
計アンプ１３に送られ、波高計アンプ１３は検出波高信
号を基に、造波板９の前面位置（ｘ＝０の位置）での波
面変動を示す波面変動η₀を求める。この波面変動η₀
は制御装置１４に送られる。

【００２３】一方、モータ４の回転子の回転位置・位相
を検出するエンコーダ１５からは、エンコーダ信号が出
力される。このエンコーダ信号は、造波板９の変位Ｘに
対して、１対１に対応しているため、造波板９の変位Ｘ
と等価である。したがって、エンコーダ１５から制御装
置１４に、造波板９の変位状態を示す変位Ｘを送ってい
ることと等価である。つまり、制御装置１４では、エン
コーダ信号を、造波板９の変位Ｘとして認識して、後述
する演算・制御をしている。

【００２４】なお、造波板９の変位Ｘは、エンコーダ１
５のエンコーダ信号を援用するのみならず、他の手段に
よっても検出することができる。例えば、ポテンショメ
ータを水槽１の固定側に設置し、造波板９との距離を、
ポテンショメータと造波板９とを結び付けた糸の伸び縮
みにより計測して変位Ｘを検出することができる。ま
た、スケールを水槽１の固定側に貼り、造波板９側には
このスケールを読み取るヘッドを取り付け、光の反射に
より変位を計測することにより変位Ｘを検出することが
できる。変位計の種類や変位検出方法はどのようなもの
を採用してもよい。

【００２５】制御装置１４は、波高計アンプ１３から送
られてくる波面変動η₀（造波板９の前面位置であるｘ
＝０の位置での波面変動）と、エンコーダ１５から送ら
れてくる（造波板９の）変位Ｘと、予め設定した目標と
すべき目標波形η_Dとを基に演算（演算の詳細は後述す
る）をして、反射波を吸収しつつ、目標波形η_Dで示す
波形をした目標波を造波板９の前方に定常的に造波する
ことを可能とするような、造波板９の速度ｄＸ／ｄｔを
求める。

【００２６】そして、制御装置１４は、求めた速度ｄＸ
／ｄｔでもって、造波板９を往復直線運動させるよう、
モータアンプ１６を介してモータ４の駆動制御をする。
このようにして、造波板９の往復直線運動の速度を制御
することにより、反射波を吸収（消波）しつつ、目標波
形η_Dで示す波形をした目標波を造波板９の前方に定常
的に造波することができる。

【００２７】なお、図１においては、目標とする波形
（η_D）の目標波をｘ軸の正の方向に起こし、反射波は
ｘ軸の負の方向に進行してくるものとしている。また図
１において、２０は静止水面を、２１は水面形状を、ｈ
は静止水面状態での水位を、ｚは垂直軸を、Ｗ_Iは目標
波を、Ｗ_Rは反射波をそれぞれ示している。

【００２８】ここで、反射波を吸収しつつ、予め設定し
た目標とすべき目標波形η_Dで示す波形をした目標波Ｗ
_Iを造波板９の前方に定常的に造波することを可能とす
るような、造波板９の速度ｄＸ／ｄｔを求めるための、
原理手法（演算手法）を説明する。

【００２９】図１に示す目標波Ｗ_Iと反射波Ｗ_Rの波面
変動をそれぞれη^I、η^Rとすると、波面変動η^I、η
^Rは次の（１），（２）式で表される。

【００３０】

【数３】

【００３１】なお、上記（１），（２）式において、記
号ｉは不規則波の持つ周波数成分の番号を示し、従っ
て、不規則波はｎ個の異なった周波数より構成されるも
のとする。この仮定は、周波数解析の技術において、ご
く自然な常套手法である。また、記号Ｉ，Ｒは、各々目
標波と反射波であることを示す。さらにａ，Ｋ，ε，ω
及びｔは、それぞれ波振幅、波数、位相，角周波数，及
び時間を示す。

【００３２】造波体（造波板９）の変位Ｘを、波面変動
η^Iを造波するための変位Ｘ^Iと、波面変動η^Rを吸収
するための変位Ｘ^Rとに分解すると、次の（３）式で表
される。なお、ｅは造波板９の往復直線運動の振幅であ
る。

【００３３】

【数４】

【００３４】また造波板９の速度ｄＸ／ｄｔは、次の
（４）式となる。

【００３５】

【数５】

【００３６】このとき、微小振幅波理論より、ｘ＞０で
の水路における速度ポテンシャルφ（ｘ，ｚ，ｔ）は、
変位Ｘ^Iでｘの正の方向への進行波を造波し、変位Ｘ^R
でｘの負の方向への進行波を吸収するという条件を与え
ると、次の（５）式が得られる。

【００３７】

【数６】

【００３８】なお、上記（５）式において、ｇは重力加
速度を示し、Ａ_i，Ｃ_ij，はそれぞれ次の（６），
（７）式で示す値であり、Ｋ_i，Ｋ_ijはそれぞれ、次の
（８），（９）式を成立させる値である。

【００３９】

【数７】

【００４０】（５）式の右辺第１項は、ｘの正の方向に
進行する波（造波する目標波）を、第２項はｘの負の方
向に進行する波（吸収されるべき反射波）をそれぞれ表
し、第３項及び第４項は定在波を表している。

【００４１】なお、（５）〜（９）式において、ｉを付
したものは周波数分解した場合のｉ番目の周波数成分を
表している。また定在波の分散関係式を示す（９）式
は、１つの周波数に対して無限個の波数（波数と波長を
掛けたものが２πとなる）が存在することを意味してい
る。ｊはこの波数のうち、小さいものから順番に付けた
番号である。このため、（５）式中のｊに関する計算
は、具体的には無限大までする必要はなく、あるところ
で（例えば１０くらい）で打ち切って計算しても、実用
的には問題がない。

【００４２】（５）式より波面変動ηは次の（１０）式
より求めることができる。

【００４３】

【数８】

【００４４】よって、（５）式の第１項が目標波の波面
変動η^Iに、第２項が反射波の波面変動η^Rにそれぞれ
一致するには、次の（１１）式、（１２）式が成立しな
ければならない。

【００４５】

【数９】

【００４６】ここで、造波板９の前面位置（ｘ＝０）で
の波面変動η₀を考えると、この波面変動η₀は次の
（１３）式より求まる。

【００４７】

【数１０】

【００４８】上記（１３）式に、前記（３）式、（１
１）式、（１２）式を適用すると、次の（１４）式が得
られる。

【００４９】

【数１１】

【００５０】また（４）式、（１１）式、（１２）式よ
り次の（１５）式の関係が求まる。

【００５１】

【数１２】

【００５２】（１４）式、（１５）式より、ａ^Rの項を
消去すると、次の（１６）式となる。

【００５３】

【数１３】

【００５４】（１６）式の右辺の第１項のサンメーショ
ンの項は、ｘ＝０における目標波の波面変動η^I（波
形）を示すので、これは、目標とすべき目標波形そのも
のである。これをη_Dとすると（１６）式は、次の（１
７）式で表現できる。

【００５５】

【数１４】

【００５６】（１７）式を考えると、Ａ_i，ω_i，Ｃ_ij
は既知の値であり、η_Dも目標とすべき目標波形で既
知、η₀は造波板９の前面（ｘ＝０）の波面変動である
から波高計よりその値は観測できる。これらより、なん
らかの方法で各周波数成分毎の造波板９の変位Ｘ_iを推
定できれば、各周波数成分毎の造波板９の速度ｄＸ_i／
ｄｔが計算可能となる（なお、実施の形態ではエンコー
ダ信号により位相Ｘを検出し、この位相Ｘを制御装置１
４にて周波数分解して各周波数成分毎の変位Ｘ_iを求め
ている）。よって、造波板９の（合成）速度ｄＸ／ｄｔ
は、各周波数成分毎の速度ｄＸ_i／ｄｔを加算すること
により、即ち次の（１８）式を演算することにより求め
ることができる。

【００５７】

【数１５】

【００５８】結局、（１８）式で得たｄＸ／ｄｔの速度
でもって造波板９の往復直線運動の速度を制御すれば、
この造波板９は、ｘ軸の負の方向へ進行する反射波Ｗ_R
（波面変動はη^Rとなっている）を吸収しつつ、且つ、
正の方向へ進行する目標波Ｗ _I（波面変動はη^Iとなっ
ている）を定常的に造波することができる。

【００５９】次に、図１に示す制御装置１４のなかで、
上記（１７）式、（１８）式を演算する演算機能ブロッ
クを、ブロック図である図２，図３を参照して説明す
る。

【００６０】制御装置１４のなかで、上記（１７）式、
（１８）式を演算する演算機能ブロックは、フィルター
バンク２０１，２０２と、定数発生器２０３−１〜２０
３−ｎ，２０４，２０５−１〜２０５−ｎと、制御器２
０６−１〜２０６−ｎと、加算機２０７，２０９，２１
０と、引算記２０８，２１１−１〜２１１−ｎより構成
されている。

【００６１】前記（第１の）フィルターバンク２０１
は、図３に示すように、フィルター３０１−１〜３０１
−ｎと、ゲイン調整機３０２−１〜３０２−ｎと、引算
記３０３と、加算機３０４より構成される。また、もう
一方の（第２の）フィルターバンク２０２は、フィルタ
ーバンク２０１と同じ構成となっている。

【００６２】フィルターバンク２０１の各フィルター３
０１−１〜３０１−ｎは、不規則波の各周波数成分の帯
域ω₁，ω₂，・・・ω_nを有している。同様に、フィ
ルターバンク２０２の各フィルター（フィルターバンク
２０１の各フィルター３０１−１〜３０１−ｎに相当す
るもの）も、不規則波の各周波数成分の帯域ω₁，
ω ₂，・・・ω_nを有している。

【００６３】上記構成となっている演算機能ブロックで
は、まず、エンコーダ１５から送られてきた造波板９の
変位Ｘが、フィルターバンク２０１に入力され、この変
位Ｘが、不規則波の各周波数成分の帯域（ω₁，ω₂，
・・・ω_n）を持つフィルター３０１−１〜３０１−ｎ
に入力される。これらフィルター３０１−１〜３０１−
ｎを通過した信号は、不規則波の持つ周波数成分毎の大
きさに分解された信号成分となる。

【００６４】通常、フィルター３０１−１〜３０１−ｎ
の持つ帯域幅は周波数成分毎に重なりの部分があるた
め、ゲイン調整器３０２−１〜３０２−ｎを設置し、こ
のゲイン調整器３０２−１〜３０２−ｎにより、周波数
成分毎にゲイン調整をしている。つまり、周波数成分毎
の重なり部分（信号成分）に起因する誤差を補償するよ
うにゲイン調整をして、不規則波の持つ周波数成分毎の
信号成分の大きさを正確に求めることができるようにし
ている。

【００６５】即ち、ゲイン調整器３０２−１〜３０２−
ｎは、フィルター３０１−１〜３０１−ｎで周波数分割
された信号成分をそれぞれ定数倍し、定数倍された各信
号成分を加算器３０４にて合成し、加算器３０４による
合成値と入力量（Ｘ）との差を引算器３０３で演算し、
引算器３０３の出力値を零にするよう動作している。

【００６６】かくして、フィルターバンク２０１から
は、各周波数成分毎の変位Ｘ_i、即ち、各周波数成分毎
の変位Ｘ₁，Ｘ₂，・・・Ｘ_nが出力される。

【００６７】フィルターバンク２０１から出力された各
周波数成分毎の変位Ｘ_i（＝Ｘ₁，Ｘ₂，・・・Ｘ_n）
は、定数設定器２０３−１〜２０３−ｎ（これら定数設
定器には、前記（７）式で求められたＣ_ijを基にした第
１の定数がそれぞれ設定されている）に入力され、各周
波数成分毎の変位Ｘ_i（＝Ｘ₁，Ｘ₂，・・・Ｘ_n）毎
にこれら定数と積算され、さらに、定数倍された各周波
数成分毎の変位Ｘ_iは、加算器２０７にて合算される。
これにより前記（１７）式の右辺第３項（第１の合成
値）が求まったことになる。つまり、加算器２０７の出
力値が、前記（１７）式の右辺第３項の値になる。

【００６８】

【数１６】

【００６９】η_Dは予め設定した目標とすべき目標波形
（波高）、η₀は観測した波面変動（波高）であるから
両者共既知の値である。つまり、目標波形（波高）η_D
は予め設定するデータなので、その値を２倍した値（２
η_D）を定数設定器２０４に設定しておき、造波板９の
前面位置（ｘ＝０）での波面変動（波高）η₀は波高計
アンプ１３から送られてくる。そして引算器２０８によ
り、定数設定器２０４に設定した目標波形（波高）η_D
の２倍の値（２η_D）から、波面変動（波高）η₀を減
算することにより、前記（１７）式の右辺の第１項、第
２項で示す値、即ち（２η_D−η_O）が求まる。

【００７０】さらに、前記加算器２０７の出力と引算器
２０８の出力とを加算器２０９で合算し、（１７）式の
右辺全体の値（第２の合成値）が求まる。

【００７１】この値をフィルターバンク２０２に入力
し、第２の合成値を周波数成分毎に分解する。なお、前
述したようにフィルターバンク２０２は、フィルターバ
ンク２０１と同様な構成となっており同様なフィルタリ
ング機能を発揮する。

【００７２】定数設定器２０５−１〜２０５−ｎには各
周波数成分に対応したＡ_i/ω_i（ｉ＝１，２，３，・・
・ｎ）の値（第２の定数）が設定されている。そこで、
前記（１７）式の左辺の各周波数成分毎の速度ｄＸ_i／
ｄｔを求めるため、制御器２０６−１〜２０６−ｎと定
数設定器２０５−１〜２０５−ｎによるフィードバック
回路を介して、前記フィルターバンク２０２の出力（前
記（１７）式の右辺の値を示す）から、定数設定器２０
５−１〜２０５−ｎに設定した定数を減算する演算を、
引算器２１１−１〜２１１−ｎにて行う。そして、制御
器２０６−１〜２０６−ｎは、引算器２１１の出力（減
算値）が零になるよう動作する。

【００７３】つまり、制御器２０６−１〜２０６−ｎ
は、引算器（２１１−１〜２１１−ｎ）の出力が零とな
るように引算器（２１１−１〜２１１−ｎ）の出力に対
してレベル調整をしてレベル調整した信号を定数設定器
（２０５−１〜２０５−ｎ）に送るという動作をする。
このような演算をすることにより、制御器２０６−１〜
２０６−ｎの出力信号が、各周波数成分毎の速度ｄＸ_i
／ｄｔを示すことになる。

【００７４】結局、以上の演算をすることにより、反射
波Ｗ_Rを吸収しつつ、目標波形η_Dで示す波形をした目
標波Ｗ_Iを造波板９の前方に定常的に造波することを可
能とするような、造波板９の各周波数成分毎の速度ｄＸ
_i／ｄｔが求まる。

【００７５】さらに、求まった各周波数成分毎の速度ｄ
Ｘ_i／ｄｔを、加算器２１０で合算することにより、
（１８）式に示す（合成）速度ｄＸ／ｄｔが求まる。つ
まり、反射波Ｗ_Rを吸収しつつ、目標波形η_Dで示す波
形をした目標波Ｗ_Iを造波板９の前方に定常的に造波す
ることを可能とするような、造波板９の速度ｄＸ／ｄｔ
を求めることができる。

【００７６】制御装置１４は、前述した演算機能ブロッ
クにより求めた造波板９の速度ｄＸ／ｄｔでもって造波
板９の運動を制御するように、モータ４の駆動制御をす
る。かくして、反射波Ｗ_Rを吸収しつつ、目標とする目
標波Ｗ_Iを定常的に造波することができる。

【００７７】なお本発明はアクティブ・ノイズ・キャン
セレーション装置（通称ＡＮＣ）にも適用することが可
能である。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
造波体の変位を分解した各周波数成分毎の変位と、前
記波面変動検出手段により検出した前記波面変動と、予
め設定した目標とすべき目標波形とをもとに、前記造波
体に向かって進行してくる反射波を吸収しつつ、予め設
定した目標とすべき目標波形となっている目標波を前記
造波体の前方に定常的に造波することを可能にするよう
な、前記造波体の各周波数成分毎の速度を求め、求め
た各周波数成分毎の速度を加算して前記造波体の合成速
度を求め、この求めた合成速度でもって、前記造波体
の往復運動の速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制
御をするようにしたので、目標波として不規則波を用い
た水理模型実験を行う場合であっても、反射波を完全に
吸収しつつ目標とする目標波を発生することができる。
つまり、目標波として不規則波を用いている場合であっ
ても、近似的な因果不規則波消波システムや代表周波数
のみを吸収させる定係数消波システムに限定することな
く、反射波の吸収を完全に行いつつ、目標波を定常的に
造波することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る吸収造波装置を示す
構成図。

【図２】実施の形態にかかる吸収送波装置の制御装置の
うち演算機能ブロックを示すブロック図。

【図３】演算機能ブロックのうちのフィルターバンクを
示すブロック図。

【符号の説明】

１水槽２水３架台４モータ５ａ，５ｂ軸受６リニアガイド７ボールネジ８リニアウェイ９造波板１０ロッド１１波高計１２スペーサ１３波高計アンプ１４制御装置１５エンコーダ１６モータアンプ２０静止水面２１水面形状２０１，２０２フィルターバンク２０３−１〜２０３−ｎ定数設定器２０４定数設定器２０５−１〜２０５−ｎ定数設定器２０６−１〜２０６−ｎ制御器２０７加算器２０８引算器２０９加算器２１０加算器２１１−１〜２１１−ｎ引算器３０１−１〜３０１−ｎフィルター３０２−１〜３０２−ｎゲイン調整器３０３引算器３０４加算器 η_O 造波板の前面位置での波面変動 η_D 予め設定した目標とすべき目標波形Ｗ_I 目標波Ｗ_R 反射波Ｘ造波板の変位

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を貯溜している液槽内に配置されて
おり往復運動をすることにより前記液体に波を発生させ
る造波体と、前記造波体を往復運動させるように駆動す
る駆動装置と、往復運動に伴う前記造波体の変位を検出
する変位検出手段と、前記造波体の前面位置での波の波
面変動を検出する波面変動検出手段と、前記造波体を設
定した速度で往復運動させるよう前記駆動手段の駆動制
御をする制御装置と、を備えた吸収造波装置において、前記制御装置は、前記変位検出手段が検出した前記変位を各周波数成分毎
に分解し、分解した各周波数成分毎の変位と、前記波面
変動検出手段により検出した前記波面変動と、予め設定
した目標とすべき目標波形とをもとに、前記造波体に向
かって進行してくる反射波を吸収しつつ、予め設定した
目標とすべき目標波形となっている目標波を前記造波体
の前方に定常的に造波することを可能にするような、前
記造波体の各周波数成分毎の速度を求め、求めた各周波数成分毎の速度を加算して前記造波体の合
成速度を求め、この求めた合成速度でもって、前記造波体の往復運動の
速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制御をすること
を特徴とする吸収造波装置。
【請求項２】液体を貯溜している液槽内に配置されて
おり往復運動をすることにより前記液体に波を発生させ
る造波体と、前記造波体を往復運動させるように駆動す
る駆動装置と、往復運動に伴う前記造波体の変位を検出
する変位検出手段と、前記造波体の前面位置での波の波
面変動を検出する波面変動検出手段と、前記造波体を設
定した速度で往復運動させるよう前記駆動手段の駆動制
御をする制御装置と、を備えた吸収造波装置において、前記制御装置は、前記変位検出手段が検出した前記変位を各周波数成分毎
に分解し、各周波数成分毎の変位に対して各周波数成分
毎に設定した第１の定数をそれぞれ乗算し、乗算した各
周波数成分ごとの値を加算して第１の合成値を求め、予め設定した目標とすべき目標波形を２倍した値から前
記波面変動検出手段により検出した前記波面変動を減算
した減算値と、前記第１の合成値とを加算して第２の合
成値を求め、第２の合成値を各周波数成分毎に分解し、第２の合成値を各周波数成分毎に分解した各値と、各周
波数成分ごとに設定した第２の定数との偏差を零とする
フィードバック演算をすることにより、前記造波体に向
かって進行してくる反射波を吸収しつつ、予め設定した
目標とすべき目標波形となっている目標波を前記造波体
の前方に定常的に造波することを可能にするような、前
記造波体の各周波数成分毎の速度を求め、求めた各周波数成分毎の速度を加算して前記造波体の合
成速度を求め、この求めた合成速度でもって、前記造波体の往復運動の
速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制御をすること
を特徴とする吸収造波装置。
【請求項３】液体を貯溜している液槽内に配置されて
おり往復運動をすることにより前記液体に波を発生させ
る造波体と、前記造波体を往復運動させるように駆動す
る駆動装置と、往復運動に伴う前記造波体の変位を検出
する変位検出手段と、前記造波体の前面位置での波の波
面変動を検出する波面変動検出手段と、前記造波体を設
定した速度で往復運動させるよう前記駆動手段の駆動制
御をする制御装置と、を備えた吸収造波装置において、前記制御装置は、前記変位検出手段が検出した前記変位を各周波数成分毎
に分解する第１のフィルターバンク（２０１）と、各周
波数成分毎の第１の定数がそれぞれ設定されており各周
波数成分毎の変位に対して第１の定数をそれぞれ乗算す
る第１の定数設定器（２０３−１〜２０３−ｎ）と、乗
算した各周波数成分ごとの値を加算して第１の合成値を
求める第１の加算器（２０７）と、予め設定した目標
とすべき目標波形を２倍した値が設定されている第２の
定数設定器（２０４）と、第２の定数設定器（２０４）
に設定されている値から前記波面変動検出手段により検
出した前記波面変動を減算する第１の引算器（２０８）
と、第１の引算器（２０８）により得た減算値と第１の
加算器（２０７）により得た第１の合成値とを加算する
ことにより第２の合成値を得る第２の加算器（２０９）
と、第２の加算器（２０９）による第２の合成値を各周
波数成分毎に分解する第２のフィルターバンク（２０
２）と、各周波数成分ごとの第２の定数が設定されてお
り入力信号に対して第２の定数を乗算して出力する第３
の定数設定器（２０５−１〜２０５−ｎ）と、第２のフ
ィルターバンク（２０２）の出力である各周波数成分毎
の値と第３の定数設定器（２０５−１〜２０５−ｎ）と
の偏差を求める第２の引算器（２１１−１〜２１１−
ｎ）と、第２の引算器（２１１−１〜２１１−ｎ）の出
力が零となるように第２の引算器（２１１−１〜２１１
−ｎ）の出力に対してレベル調整をしてレベル調整した
信号を第３の定数設定器（２０５−１〜２０５−ｎ）に
送る制御器（２０６−１〜２０６−ｎ）と、制御器（２
０６−１〜２０６−ｎ）の出力である各周波数成分毎の
速度を加算する第３の加算器（２１０）とを有してお
り、第３の加算器（２１０）で得た前記造波体の合成速度で
もって前記造波体の往復運動の速度を制御するよう前記
駆動手段の駆動制御をすることを特徴とする吸収造波装
置。
【請求項４】液体を貯溜している液槽内に配置されて
おり往復運動をすることにより前記液体に波を発生させ
る造波体と、前記造波体を往復運動させるように駆動す
る駆動装置と、往復運動に伴う前記造波体の変位（Ｘ）
を検出する変位検出手段と、前記造波体の前面位置での
波の波面変動（η_o）を検出する波面変動検出手段と、
前記造波体を設定した速度で往復運動させるよう前記駆
動手段の駆動制御をする制御装置と、を備えた吸収造波
装置において、前記制御装置は、前記造波体に向かって進行してくる反射波を吸収しつ
つ、予め設定した目標とすべき目標波形（η_D）となっ
ている目標波を前記造波体の前方に定常的に造波するこ
とを可能にするような、前記造波体の各周波数成分毎の
速度（ｄＸ_i／ｄｔ）を求めるため、下記の（１７）式
を満足する各周波数成分毎の速度（ｄＸ_i／ｄｔ）を演
算し、更に演算して求めた各周波数成分毎の速度（ｄＸ_i／ｄ
ｔ）を合成した合成速度（ｄＸ／ｄｔ）を求め、この合成速度（ｄＸ／ｄｔ）でもって前記造波体の往復
運動の速度を制御するよう前記駆動手段の駆動制御をす
ることを特徴とする吸収造波装置。【数１】