(57)【要約】【課題】波の種類に依らず応答性良く正確に波高や水位を計測し、その結果を用いて良好に造波の制御を行う造波装置を提供する。【解決手段】制御部１、モーションコントローラ１４及び造波ドライブユニット２４を備える造波装置を用いる。制御部１は、波の条件の造波条件信号に基づき造波演算を行い、造波信号を出力する。モーションコントローラ２４は、造波信号に基づき、造波コントロール信号を出力する。造波ドライブユニット２４は、実験水槽内に設けられ、波高を検出するフローティング波高計２２を備える。また、造波コントロール信号に基づき動作する。更に、実験水槽内に波を造り、フローティング波高計２２で検出される波高を制御部１へ出力する。制御部１は、造波条件信号と造波ドライブユニット２４から出力された波高とに基づき、造波演算を行い、造波信号を出力する。【選択図】　　　図９
2004053274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内に設けられ、前記水槽内を移動し、前記水槽内の水に波を形成する造波板と、
前記造波板に設けられ、前記造波板前面の近傍の前記波の高さを検出するフローティング波高計と、
を具備する、
造波装置。
【請求項２】
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、複数の造波信号を出力する制御部と、
複数のモーションコントローラと、
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力し、
前記複数の造波ドライブユニットの各々は、前記波の高さとしての波高を検出するフローティング波高計を備え、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、前記水槽内の水に前記波を造り、前記フローティング波高計で検出される前記波高を前記制御部へ出力し、
前記制御部は、前記造波条件信号と前記複数の造波ドライブユニットの各々から出力された複数の前記波高とに基づいて、前記造波演算を行い、前記複数の造波信号を出力する、
造波装置。
【請求項３】
前記複数の造波ドライブユニットの各々は、前記水槽内を移動し、前記水槽内の前記水に前記波を形成する造波板を更に備え、
前記フローティング波高計は、前記造波板前面の近傍の前記波高を検出する、
請求項２に記載の造波装置。
【請求項４】
前記フローティング波高計は、
一端側が前記水へ挿入され、他端側が前記水から露出した棒状のウェーブガイドと、
第１磁場を発生する磁石を含み、前記ウェーブガイドに摺動自在に取り付けられ、前記水に浮かぶフロートポインタと、
前記ウェーブガイドに電流を流し、前記電流で発生する第２磁場と前記第１磁場との相互作用で発生する弾性波を計測し、前記電流を流してから前記弾性波を計測するまでの時間に基づいて、前記波高を検出する計測部と、
を備え、
前記フロートポインタは、前記水に浮かんだ状態で、前記水に平行な断面積としての液面平行断面積が、前記フロートポインタの上側と比較して下側で小さい、
請求項１又は３に記載の造波装置。
【請求項５】
前記フロートポインタは、前記液面平行断面積が下側へ向かって単調減少しているフロートポインタ本体を含む、
請求項４に記載の造波装置。
【請求項６】
前記フロートポインタは、前記液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少しているフロートポインタ本体を含む、
請求項４に記載の造波装置。
【請求項７】
前記フロートポインタは、前記ウェーブガイドが貫通する孔を有し、
前記孔の近傍の前記ウェーブガイドと摺動する部分の前記水の表面に垂直な方向の厚みは、他の部分の前記水の表面に垂直な方向の最大の厚みよりも小さい、
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の造波装置。
【請求項８】
前記孔の近傍の前記ウェーブガイドと摺動する部分が、前記ウェーブガイド側に対して凸の曲面である、
請求項７に記載の造波装置。
【請求項９】
前記造波板は、ピストン型、フラップ型及びプランジャ型のいずれか１つである、
請求項１、３乃至８のいずれか一項に記載の造波装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
パラレルプロセッサマスタと、
複数のパラレルプロセッサスレーブとを具備し、
前記パラレルプロセッサマスタは、前記造波条件信号と前記複数の前記波高とに基づいて、複数の造波演算指令信号を出力し、
前記複数のパラレルプロセッサスレーブの各々は、前記複数の造波演算指令信号の内の対応するものに基づいて造波演算を行ない、複数の造波信号を出力する、
請求項１に記載の造波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
実験水槽のような貯水領域において、波を造り出す造波装置が知られている。造波装置を用いた実験水槽での実験では、大規模で複雑に干渉し合う造波器（造波板）を、相互作用を考慮しながら制御するその際、造り出された波の性質は、実験水槽中に設けられた各種計測装置により計測される。そして、それらの計測結果の一部は、造波装置の制御部へフィーバックされ、造波器（造波板）の制御に用いられる。
【０００３】
波の性質の重要なものとして、波の振幅である波高（波の高さ）がある。波高の計測結果は、造波装置の制御部へフィードバックされる。そのため、波高の計測結果の正確性が非常に重要である。また、リアルタイムで造波演算を行い、造波装置を制御するには、高い応答性が重要である。
ここで、波高を計測する波高計として、（Ａ）超音波波高計、（Ｂ）容量式波高計、（Ｃ）サーボ式波高計などの波高計が知られている。これらは、水位計や波高計、船舶の相対水位計、波浪計などに用いられている。
【０００４】
現在使用されているこれらの波高計は、高価格で、且つ、使用範囲が限定されている場合が多い。例えば、（Ａ）の超音波波高計は、波傾斜が大きな場合、超音波が乱反射するので、波高を計測できない。また、（Ｂ）の容量式波高計は、安定性が悪く、データの再現性が必ずしも良いとは限らない。（Ｃ）のサーボ式波高計は、応答性が悪く、波周期の短いような速い現象には追従できない。このように、各波高計には一長一短があり、状況に応じて使い分けをしているのが現状である。
【０００５】
応答性が高く、波の種類（特性）に依らず、正確に波高や水位を計測できる技術が求められている。造波装置の造波板の近傍に取り付けられ、メンテナンスも容易な波高の計測の技術が望まれている。制御が容易で、データの再現性があり、安定的に波高や水位を計測できる技術が求められている。低価格で使用範囲が限定されない波高や水位等の計測可能な技術が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、波の種類（特性）に依らず応答性良く正確に波高や水位を計測し、その結果を用いて造波を制御可能な造波装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、造波板の近傍の波高を計測でき、メンテナンスも容易な波高の計測技術を適用した造波装置を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、制御が容易で、データの再現性があり、安定的に波高や水位を計測できる技術を適用した造波装置を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、低コストで、且つ使用範囲が限定されずに波高を計測できる技術を適用した造波装置を提供することである。
【００１０】
【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括弧付きで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。
【００１１】
従って、上記課題を解決するために、本発明の造波装置は、造波板（２３）と、フローティング波高計（２２）とを具備する。
造波板（２３）は、水槽（１０）内に設けられ、水槽（１０）内を移動し、水槽（１０）内の水に波を形成する。フローティング波高計（２２）は、造波板（２３）に設けられ、造波板（２３）前面の近傍の波の高さを検出する。
フローティング波高計（２２）は、その上部や下部で造波板（２３）に取り付けられる。その測定部は、造波板（２３）から少し離れた位置（造波板（２３）表面から１〜１０ｃｍ程度）に設けられている。造波板（２３）に密着していないので、取り外しや容易で、メンテナンスがし易い。ここで、本明細書における「水」は、市水や海水、純水、他の液体、それらの少なくとも２つの混合液のいずれでも良い。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の造波装置は、制御部（１）と、複数のモーションコントローラ（１４）と、複数の造波ドライブユニット（２４）とを具備する。
制御部（１）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、複数の造波信号を出力する。複数のモーションコントローラ（１４）の各々は、その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する。複数の造波ドライブユニット（２４）の各々は、水槽（１０）内に設けられ、その波の高さとしての波高を検出するフローティング波高計（２２）を備えている。また、その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する。更に、水槽（１０）内の水にその波を造り、フローティング波高計（２２）で検出されるその波高を制御部（１）へ出力する。そして、制御部（１）は、その造波条件信号と複数の造波ドライブユニット（２４）の各々から出力された複数のその波高とに基づいて、その造波演算を行い、その複数の造波信号を出力する。
【００１３】
また、本発明の造波装置は、複数の造波ドライブユニット（２４）の各々が、水槽（１０）内を移動して水槽（１０）中の水にその波を形成する造波板（２３）を更に備える。そして、フローティング波高計（２２）は、造波板（２３）前面の近傍のその波高を検出する。
【００１４】
また、本発明の造波装置は、フローティング波高計（２２）が、ウェーブガイド（３１）と、フロートポインタ（３３）と、計測部（３０）とを備える。
ウェーブガイド（３１）は、一端側がその水へ挿入され、他端側がその水から露出した棒状である。フロートポインタ（３３）は、第１磁場（３２ｍ）を発生する磁石（３２）を含み、ウェーブガイド（３１）に摺動自在に取り付けられ、その水に浮かぶ。計測部（３０）は、ウェーブガイド（３１）に電（Ｉ）流を流し、電流（Ｉ）で発生する第２磁場（３１ｍ）と第１磁場（３２ｍ）との相互作用で発生する弾性波（Ａ）を計測する。そして、電流（Ｉ）を流してから弾性波（Ａ）を計測するまでの時間に基づいて、波高を検出する。
ただし、フロートポインタ（３３）は、その水に浮かんだ状態で、その水に平行な断面積としての液面平行断面積が、そのフロートポインタの上側と比較して下側で小さい。
【００１５】
また、本発明の造波装置は、フロートポインタ（３３）が、その液面平行断面積が下側へ向かって単調減少しているフロートポインタ本体（４０）を含む。
【００１６】
また、本発明の造波装置は、フロートポインタ（３）が、その液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少しているフロートポインタ本体（３５＋３６）を含む。
【００１７】
更に、本発明の造波装置は、フロートポインタ（３３）が、ウェーブガイド（３１）が貫通する孔（３３−１）を有する。
そして、孔（３３−１）の近傍のウェーブガイド（３１）と摺動する部分のその水の表面に垂直な方向の厚みは、他の部分のその水の表面に垂直な方向の最大の厚みよりも小さい。
【００１８】
更に、本発明の造波装置は、孔（３３−１）の近傍のウェーブガイド（３１）と摺動する部分が、ウェーブガイド（３１）側に対して凸の曲面である。
【００１９】
更に、本発明の造波装置は、造波板（２３）が、ピストン型、フラップ型及びプランジャ型のいずれか１つである。
【００２０】
更に、本発明の造波装置は、制御部（１）が、パラレルプロセッサマスタ（１２−０）と、複数のパラレルプロセッサスレーブ（１２−１〜１２−７）とを具備する。
パラレルプロセッサマスタ（１２−０）は、その造波条件信号とその複数のその波高とに基づいて、複数の造波演算指令信号を出力する。複数のパラレルプロセッサスレーブ（１２−１〜１２−７）の各々は、その複数の造波演算指令信号の内の対応するものに基づいて造波演算を行ない、複数の造波信号を出力する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である造波装置の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。
【００２２】
本発明である造波装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明である造波装置の実施の形態を示す構成図である。制御部１、消波部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と水槽７−１〜７−２とゲート８−１〜８−２とを有する水流システム３、砂浜９、実験水槽１０とを具備する。
【００２３】
制御部１は、造波機２及び水流システム３を含む造波装置全般に亘り、制御を行う制御システムである。制御部１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータに例示される情報処理装置（表示装置、入出力装置を含む）である。詳細は、後述する。
【００２４】
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。造波機２は、実験水槽１０の外周の内およそ半分程度の領域において、外周に沿って概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、消波部４及び造波ドライブ部５−１〜５−５を具備する。
【００２５】
消波部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凹凸のある壁面である。消波部４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を囲むように配置されている。
【００２６】
造波ドライブ部５−１〜５−５は、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。制御部１からの制御信号に基づいて、造波部が実験水槽１０の縁部で振動することにより造波領域において波が形成される。
【００２７】
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と造波ドライブ部５−２とは、概ね１３５度の角度を形成する。同様に、造波ドライブ部５−２と造波ドライブ部５−３とが成す角、造波ドライブ部５−３と造波ドライブ部５−４とが成す角、及び、造波ドライブ部５−４と造波ドライブ部５−５とが成す角は、概ね１３５度の角度を形成する。
【００２８】
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せず、図１に示すように八角形の五辺に配置するのは、各造波ドライブ部で形成された波同士のコンフリクトが起き難く、予定通りの波を得やすいからである。
【００２９】
水流システム３は、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、概ね水槽７−１〜７−２で挟まれた領域）を水流領域ということとする。水流システム３は、実験水槽１０の水流領域の水を所望の方向に流す機構である。水を流すことにより、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。水位計６−１〜６−２と水槽７−１〜７−２とゲート８−１〜８−２とを具備する。
【００３０】
水位計６−１〜６−２は、それぞれ水槽７−１〜７−２内にあり、それぞれ水槽７−１〜７−２の水位を測定する水位計である。
第１水槽としての水槽７−１と、第２水槽としての７−２は、実験水槽１０中の水を流すに際して、一時的に水を貯めておく貯水漕である。
ゲート８−１〜８−２は、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、水槽と実験水槽１０との水の出入りを遮断することが可能である。
【００３１】
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。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１０の一辺にある。
【００３２】
実験水槽１０は、波が形成され、各種実験を行うための水槽である。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。
【００３３】
造波ドライブ部５−１〜５−５の造波部について、更に説明する。造波部は、実験水槽１０中において、駆動部（後述）に駆動され、水と作用して造波を行う。造波板２３（後述）及び波高計２２（後述）を備える。
造波板２３は、水中を移動することにより波を造り出す。板状や２つの半球の平面同士を円柱でつないだ先の丸い杵状である。板状の場合、隣同士の造波板２３を接続する接合板を有する場合もある。
波高計２２は、造波板２３の前面に取り付けられ、造波板２３近傍の波の高さを計測し、制御部１へ出力する。ここでは、フローティング型の波高計であるフローティング波高計を用いる。詳細は後述する。造波板２３に取り付けられない場合には、造波板２３の近傍に別に設置される。
【００３４】
次に、造波の仕方と、その造波部の構成について説明する。
図２は、造波部を含む実験水槽断面を示している。図２（ａ）は、ピストン型の造波部、図２（ｂ）は、フラップ型の造波部、図２（ｃ）は、プランジャ型の造波部を示す。
【００３５】
図２（ａ）のピストン型では、造波板２３−１（ピストン型の造波板）が、概ね鉛直方向（静止水面に垂直な方向）に保持される。そして、駆動機構Ｐの動作に応じて、そのままの姿勢で所定の距離を進み、再び元の位置まで戻るという動作を繰り返す。ピストン型は、水深が浅く、水の抵抗が小さい場合に適用される。
波高計２２は、造波板２３−１において、波を造る側に設置される。造波板２３−１は、静止水面に対して常に垂直な向きで駆動されるので、波高計２２も静止水面に対して概ね垂直な向きで計測する。
【００３６】
図２（ｂ）のフラップ型では、造波板２３−２（フラップ型の造波板）が、その一端側を固定（支点Ｑ）され、概ね鉛直方向（静止水面に垂直な方向）に保持される。そして、駆動部Ｐの動作に応じて、造波板２３−２の他端が、支点Ｑを中心とした所定の長さの円弧を描くように、往復運動を繰り返す。フラップ型は、水深が深く、水の抵抗が大きい場合に適用される。
波高計２２は、造波板２３−２において、波を造る側に設置される。造波板２３−２は、静止水面に対する角度が、周期的に変動するように駆動されるので、波高計２２も静止水面に対する角度が、周期的に変動する。
【００３７】
図２（ｃ）のプランジャ型では、造波板２３−３（プランジャ型の造波板）が、駆動機構の動作に応じて水面を叩くような上下方向の動作を繰り返す。プランジャ型は、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。
波高計２２は、造波板２３−３に設置することが困難であるため、別の治具に取り付けて、造波板２３−３の近傍に固定的に設置される。
【００３８】
次に、波高計２２について説明する。
図３は、フロートポインタを適用したフローティング型の波高計の構成を示す図である。波高計２２は、ウェーブガイド３１、フロートポインタ３３、及び、計測部３０を備える。ここでは、実験水槽の水面Ｓで形成される波高を測定する。
【００３９】
ウェーブガイド３１は、一端側が水中へ挿入され、他端側が水面Ｓから露出している。棒状であり、他端側を計測部３０へ接続している。内部に電流を通す導体を有する。
【００４０】
フロートポインタ３３は、第１磁場１ｍを発生する磁石３２を含む。ウェーブガイド３１が貫通する孔３３−１を有し、その孔において、ウェーブガイド３１に摺動自在に取り付けられている。フロートポインタ３３は、水面Ｓ（喫水線）の位置が磁石３２の位置と重なりながら水面Ｓに浮かぶように構成される。そして、水面Ｓの変化に対応してウェーブガイド３１において上下に自在に摺動する。磁石３２の第１磁場１ｍは、ウェーブガイド３１へ作用している。フロートポインタ３３の形状については後述する。
【００４１】
計測部３０は、ウェーブガイド３１に電流Ｉを流し、その電流Ｉによりウェーブガイド３１の周囲に円状の第２磁場２ｍを発生させる。次に、第１磁場１ｍと第２磁場２ｍとの相互作用で発生する弾性波Ａを計測する。そして、電流を流してから弾性波を計測するまでの時間ｔに基づいて、基準位置からの水面Ｓの位置を算出する。
【００４２】
次に、フロートポインタ３３の形状について、図４を参照して説明する。
図４は、フロートポインタの構成の一例を示す平面図及び側面図である。フロートポインタ３３は、磁石３２、フロートポインタ本体４０及び上蓋部３９を含む。フロートポインタ本体４０は、水面Ｓと平行なフロートポインタ３３の断面積（以下、「液面平行断面積」と称する）において、鉛直方向の上側の方が、同下側よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって単調減少している。すなわち、海中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる（先細りになる）形状を有する。先細りの部分の曲面は、内側（フローポインタ本体４０の内部へ向かう側）に凸である。
【００４３】
これは、静止水面の喫水線から沈んだ場合、液面平行断面積が大きくなるので、浮力が増加する。また、逆に、浮き上がった場合には、液面平行断面積が小さくなるので、浮力が減少する。従って、水面Ｓの上下動の速度（波の振動数）が速い場合に、より効果的に水面Ｓに追従できる。その曲線の形、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
【００４４】
上蓋部３９は、フロートポインタ本体４０の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、上蓋部３９が無くても良い。その場合、フロートポインタ３３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００４５】
図３で示されるフローティング型の波高計２２の測定原理について説明する。図５は、波高計の測定原理を説明する図である。ウェーブガイド３１に矢印に示すような電流（パルス）Ｉを流す。そうすると、ウェーブガイド３１の円周方向に第２磁場２ｍが発生する。ここで、第１磁場１ｍを発生している磁石３２を図のように配置すると、その部分において第１磁場１ｍと第２磁場２ｍとが交差し、磁歪が発生する。この磁歪により、ウェーブガイド３１に弾性波Ａが発生し、ウェーブガイド３１上を、磁石３２の位置からその両側へ伝播していく。
電流（パルス）Ｉを出力して弾性波Ａを検出する計測部３０から、磁石３２までの距離をＬ、電流（パルス）Ｉ出力から弾性波Ａ到着までの時間をｔとし、弾性波Ａの伝播速度をＶとすれば、
【数１】
2004053274.tif 000003
となる。また、機械的弾性波Ａは、ねじり歪の伝播によるものであるから横波であり、ウェーブガイド３１の密度をρ、ウェーブガイド３１の剛性率をＧとすれば、
【数２】
2004053274.tif 000004
となる。従って、
【数３】
2004053274.tif 000005
となる。すなわち、計測部３０（電流Ｉを発生し、弾性波Ａを検出する）から磁石３２までの距離を計測することが出来る。磁石３２は、水面Ｓに対応する位置に存在することから、水面Ｓの位置（直接には計測部３０からの距離）を知ることが出来る。そして、静止水面と計測部３０との距離を予め測定しておけば、波高を検出することが出来る。
【００４６】
その他の形状を有するフロートポインタ３３について、図６〜図８を参照して説明する。
図６は、フロートポインタ３３の他の構成の一例を示す平面図及び側面図である。フロートポインタ３３は、円柱状であり、円柱の中心軸と同軸に孔３３−１が貫通している。孔３３−１の外側の円柱内の、中心軸を挟んで向かい合う２箇所に、磁石３２が配設されている。これは、水面Ｓの上下動の速度（波の振動数）が遅い場合や、静止した水面Ｓに用いる。
【００４７】
図７は、フロートポインタ３３の更に他の構成の一例を示す平面図及び側面図である。
図７におけるフロートポインタ３３は、フロートポインタ本体Ａ３５と、フロートポインタ本体Ｂ３６と、上蓋部３４とを含む。フロートポインタ本体Ａ３５とフロートポインタ本体Ｂ３６とは、液面平行断面積について、フロートポインタ本体Ａ３５（鉛直方向の上側）の方がフロートポインタ本体Ｂ３６（同下側）の方よりも大きい。そして、その液面平行断面積が、下側へ向かって段階的に減少している。すなわち、水中へ向かうほど、液面平行断面積が小さくなる形状を有する。ここでは、２段階で液面平行断面積が小さくなっているが、更に多くの段階（段数）により、液面平行断面積を小さくしても良い。
これは、静止水面の喫水線から沈んだ場合、液面平行断面積が段階的に大きくなり、浮力が増加する。また、逆に、浮き上がった場合には、液面平行断面積が段階的に小さくなるので、浮力が減少する。従って、水面Ｓの上下動の速度（波の振動数）が速い場合に、より効果的に水面Ｓに追従できる。その段数や形状、振動数の範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
上蓋部３４は、フロートポインタ本体Ａ３５の上部に接合し、柱状又は盤状である。喫水線（海面Ｓ）の調整に用いる。なお、上蓋部３４が無くても良い。その場合、フロートポインタ３３が薄く平らになり、横倒しになり難く安定的である。
【００４８】
図８は、フロートポインタ３３の別の構成の一例を示す平面図及び側面図である。
図８におけるフロートポインタ３３は、摺動部３８及びフロート部３７を含む。摺動部３８は、孔３３−１を囲むように（形成するように）設けられ、ウェーブガイド３１と摺動する部分である。フロート部３７は、摺動部３８を囲むように設けられ、厚みが一定の円環である。そして、摺動部３８における水面Ｓに垂直な方向の厚みは、フロート部３７の水面Ｓに垂直な方向の厚みよりも小さい。
摺動部３８は、ウェーブガイド３１側に対して凸の曲面を形成している。ここでは、ドーナッツ形状の円環の内側と同様である。従って、孔３３−１近傍での水面Ｓに垂直な方向の厚みが、孔３３−１の中心方向に向かって単調減少している。そして、ウェーブガイド３１が水面Ｓに対して傾いても、摺動部３８がウェーブガイド３１と接触する部分の面積が非常に小さくなっている。そのため、フロートポインタ３３の内面がウェーブガイド３１と擦れ合い、動きが悪くなることが無い。その許容される傾きの範囲は実験やシミュレーションにより決定する。
なお、図８のフロートポインタ３３は、その摺動部３８がドーナッツ形状の円環の内側と同様の曲面であったが、孔３３−１におけるウェーブガイド３１との接触面積が小さくなれば、他の形状の曲面を有していても良い。
【００４９】
図４、図６〜図８のフロートポインタ３３において、喫水線の位置の調整は、形状や材料を適宜選択して、実験やシミュレーションにより行う。喫水線は、水面Ｓに対して垂直な方向の磁石３２の厚みにおいて、その厚みの中心部を切るように設定する。
【００５０】
上記のフローティング型の波高計２２は、構造が簡単で取り扱いが容易である。また、造波板２３から少し離して（２〜１０ｃｍ）設置できるので、造波板２３から取り外し易く、メンテナンスも容易に実施することが出来る。また、制御が容易で、データの再現性があり、安定的に波高や水位を計測できる。加えて、他の型の波高計と比較して、低コストで、且つ使用範囲が限定されずに使用することが出来る。
【００５１】
次に、図９を参照して、造波システムの制御について説明する。
図９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。制御部１、水流システム３、造波ドライブ部５−１〜５−５とを具備する。
制御部１は、操作端末１１、パラレルプロセッサマスタ１２−０、スイッチングハブ９９、パラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−８、共有メモリ９８、システムコントローラ１３、モーションコントローラ１４−１〜１４−７及び水流システムコントローラ１５を具備する。
【００５２】
造波ドライブ部５−１〜造波ドライブ部５−５の５つの造波ドライブ部は、それぞれ造波ドライブユニット２４−１〜２４−１３、造波ドライブユニット２４−１４〜２４−２３、造波ドライブユニット２４−２４〜２４−７８、造波ドライブユニット２４−７９〜２４−８８及び造波ドライブユニット２４−８９〜２４−１０１を有する。
【００５３】
各造波ドライブユニットは、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。
【００５４】
全体の構造は、図９における（Ａ）高速処理部、（Ｂ）リアルタイム処理部、（Ｃ）アナログ処理部の三つに分けて考えることが出来る。
（Ａ）高速処理部：造波アルゴリズム（後述）を高速に演算する。リアルタイム処理を実現するために、領域分割（各造波ドライブ部５−１〜５−５に分割）による並列計算を行う。演算量の多い処理は全てここで処理する。
（Ｂ）リアルタイム処理部：正確な時間管理が可能なルーチンである。システムコントローラ１３が同期を取る役割を行う。入出力信号処理はここで行う。リアルタイム性を保証するため、高速処理部とのインターフェースは同期の必要の無い共有メモリ９８でバッファリングによる受け渡しを行う。
（Ｃ）アナログ処理部：制御対象を直接制御する。サーボ系を有し、信号の増幅もここで行う。
【００５５】
以下、図９の各構成について説明する。
制御部１は、造波機２及び水流システム３を含む造波装置全般に亘り、制御を行う制御システムである。
操作端末１１は、ワークステーションに例示される情報処理装置である。装置に関わる動作命令や試験・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）を行う装置である。
ユーザーからの造波仕様の入力に基づいて、全時間分（全実験期間分）の造波パラメータを生成し、造波条件信号としてパラレルプロセッサマスタ１２−０に出力する。Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＬｉｎｕｘに例示されるＯＳを用いる。
【００５６】
パラレルプロセッサマスタ１２−０は、並列演算が可能な情報処理装置である。例えば、複数のＣＰＵを備える。そして、内部に各種演算プログラム（アルゴリズム）を有する。操作端末１１からの演算条件の入力に基づいて、演算を各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）に割り振る。パラレルプロセッサマスタ１２−０は、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）と高速通信が可能である。
【００５７】
操作端末１１からの造波条件信号（造波パラメータ）に基づいて、造波条件信号を各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７が計算する領域に分割する（パレラルプロセッサスレーブ１２−８は、水流システム３用である）。そして、分割された造波条件信号を造波演算指令信号として各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７へ出力する。それと同時に、造波演算プログラムを各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７へ送信する。ただし、予め各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−１２−７が造波演算プログラムを有していても良い。Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＬｉｎｕｘに例示されるＯＳを用いる。
【００５８】
この場合の分割された各領域は、５つの造波ドライブ部５−１〜５−５のいずれかに対応する。ただし、造波ドライブ部５−３は造波ドライブユニット２４の数が多いので、３つのパラレルプロセッサスレーブ１２が対応する。
すなわち、パラレルプロセッサ１２−１〜パラレルプロセッサ１２−７の７つのパラレルプロセッサは、それぞれ造波ドライブ部５−１、造波ドライブ部５−２、造波ドライブ部５−３、造波ドライブ部５−３、造波ドライブ部５−３、造波ドライブ部５−４、造波ドライブ部５−５に対応する。
なお、必要に応じて、パラレルプロセッサ１２−８（水流システム３に対応）を用いる。
【００５９】
スイッチングハブ９９は、操作端末１１、パラレルプロセッサマスタ１２−０及びパラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−８の相互の通信を媒介する。
【００６０】
パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）は、並列演算が可能な情報処理装置である。コンピュータボードのような構造でも良い。パラレルプロセッサマスタ１２−０の指令に基づいて、演算・シミュレーションを高速で行ない、演算結果を共有メモリへ出力する。
【００６１】
パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）は、パラレルプロセッサマスタ１２−０からの対応する造波演算指令信号（分割された造波条件信号）に基づいて、送信された造波演算プログラムを用いて、造波アルゴリズム演算を行う。そして、各造波ドライブ部５の造波ドライブユニット２４毎の造波板２３に関する、複数の造波信号としての波高時系列データ（各時間毎の各造波板２３における波の高さ）を生成する。生成された波高時系列データは、共有メモリ９８へ出力される。
【００６２】
また、造波装置駆動中においても、同様に造波演算指令信号（分割された造波条件信号）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、水槽７−１〜７−２による水流に関しても、パラレルプロセッサマスタ１２−０からの水流条件を示す水流条件信号の入力に基づいて、パレラルプロセッサスレーブ１２−８が、水流に関わる演算・シミュレーションを高速で行ない、演算結果を水流システムコントローラ１５へ出力する。
【００６３】
共有メモリ９８は、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）の演算結果を内部に格納する。そして、システムコントローラ１３の指示で出力する。ここで、共有メモリ９８は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｏｕｔ）のバッファとして機能する。
【００６４】
ここでは、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７の演算した各造波信号を、内部に格納する。そして、システムコントローラ１３の指示により、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７に対応するモーションコントローラ１４−１〜１４−７へ出力する。必要に応じて、水流システムコントローラ１５へ出力する。
【００６５】
システムコントローラ１３は、共有メモリ９８に格納されている、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７（１２−８）の演算結果を、対応する複数のモーションコントローラ１４−１〜１４−７（水流システムコントローラ１５）の各々へ時間の同期を取りながら出力させる。
【００６６】
ここでは、共有メモリ９８に格納されている、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７で演算された波高時系列データを、対応する複数のモーションコントローラ１４−１〜１４−７の各々へ、時間の同期を取りながら出力させる。すなわち、各波高時系列データ中の同じ時間に対応するデータを、同時に、各モーションコントローラ１４−１〜１４−７へ出力させる。
【００６７】
水流システム３については、次の通りである。端末装置１１からの入力に基づいて、パラレルプロセッサマスタ１２−０は、水流条件信号をパラレルプロセッサスレーブ１２−８へ出力する。パラレルプロセッサスレーブ１２−８は、水流演算を行ない、その結果である水流演算結果を共有メモリ９８に格納する。そして、パラレルプロセッサスレーブ１２−８は、システムコントローラ１３の指示により、共有メモリ９８から水流演算結果を受け取り、その水流演算結果に基づいて、水流システムコントローラ１５へ水流を制御する水流信号を出力する。
【００６８】
モーションコントローラ１４−１〜１４−７は、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７の演算結果に基づいて、サーボモータに例示される各種機器の動作を制御するための信号を生成し、各機器へ出力する。
【００６９】
ここでは、複数の造波信号としての波高時系列データに基づいて、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１４−１、モーションコントローラ１４−２、モーションコントローラ１４−３〜１４−５、モーションコントローラ１４−６及びモーションコントローラ１４−７は、それぞれ造波ドライブ部５−１〜造波ドライブ部５−５に対応している。
【００７０】
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力する。造波コントロール信号は、サーボアンプ１６に対するモータ回転数指令である。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のいずれかに出力される（出力される段階で宛先は決まっている）。
【００７１】
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（又は、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。
【００７２】
造波ドライブユニット２４−１〜２４−１０１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。
【００７３】
造波部は、既述の通りなのでその説明を省略する。
【００７４】
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２００Ｖを使用する。
【００７５】
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（モータ回転数指令）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。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。
【００７６】
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う。
【００７７】
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う。
【００７８】
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２０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、それに伴い、ボールネジ１９に取りつけられた造波板２３が水中を移動する。そして、その移動により、造波板２３が、水を押し引きすることにより造波する。
【００７９】
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。
【００８０】
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２３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。
【００８１】
ここで、造波ドライブユニットについて、更に説明する。
図１０は、造波ドライブユニットの一例を示す斜視図である。２つの造波ドライブユニットが示されている。ここでは、図中の右側の中央の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、ガイド支柱４１、接合板４２、取付治具４３、支柱４４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。
【００８２】
造波板２３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を介して造波板２３が取り付けられている。造波板２３には、その表面に波高計２２が取り付けられている。
【００８３】
ガイド支柱４１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）を支えている。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。
【００８４】
接合板４２は、隣接する造波板２３同士をつないでいる柔軟性のある部材である。接合板４２は、取付治具４３と結合し、取付治具４３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４２及び取付治具４３）の動作により、動作する。
【００８５】
なお、サーボモータ２０、ボールネジ１９、波高計２２についての説明は、既述の通りなので省略する。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
基本となる斜め波の造波法について、図１２を参照して説明する。図１２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λ０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、λ０＝λ／ｃｏｓθ、波数：ｋ＝２π／λ、造波板単体幅：ｂとすれば、ε：隣り合う造波板間の位相差＝−ｋｂｃｏｓθとなる。
【００８９】
Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ法による多方向不規則波造波法について説明する。
多方向不規則波の造波法として、Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ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。
一般的に、Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓｕｍｍａｔｉｏｎ法で、ｘｙ水平面を分割したｉｊ番目領域（本実施例では、実験水槽１０における各造波板の設置される各領域）の造波板の変位ηｉｊ（ｔ）は、次式の２重のＳｕｍｍａｔｉｏｎで表される。
【数４】
2004053274.tif 000006
ただし、
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
ｋｎ：ｎ番目の波の波数
ｆｎ：ｎ番目の波の周波数
Ｎ：周波数分割数
Ｍ：方向分割数
Ｆｎ：ｎ番目の周波数成分波の造波特性（応答関数）
εｎｍ：ｎｍ番目の成分波の位相差０〜２πの一様乱数
θｍ：ｍ番目の波伝播方向
ｂ：Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ（造波板単体幅）
である。
【００９０】
ここで、ａｎｍは、要素成分波の振幅、ｋｎは、次の分散関係式の実数解であり、それぞれ次式で求められる。
【数５】
2004053274.tif 000007
ただし、
２Ｓ（ｆｎ，θｍ）：周波数ｆｎ、波向θｍにおける方向スペクトル
δｆｎ：スペクトル刻み幅
δθｍ：波方向刻み幅
ｈ：水深
ｇ：重力加速度
である。
【００９１】
ηｉｊ（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４をリアルタイム計算に適した式に書き換える。Ｋ番目のタイムステップにおけるｉｊ番目の領域の造波板の変位は、数４を書き直して、
【数６】
2004053274.tif 000008
ただし、
σｎ＝２πｆｎ
　　　　Δｔ：タイムステップの時間刻み
である。いま、
【数７】
2004053274.tif 000009
とおくと、
【数８】
2004053274.tif 000010
が得られる。
【００９２】
ここで、数６では、ｃｏｓが（Ｎ＋Ｍ）回、ｓｉｎがＭ回、それぞれ計算する必要がある。しかし、数８では時刻歴に無関係なξｎｉｊとζｎｉｊ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。
【００９３】
数８の右辺のΣの中味を数９のように置く。
【数９】
2004053274.tif 000011
とすると、
【数１０】
2004053274.tif 000012
ただし、
【数１１】
2004053274.tif 000013
【００９４】
従って、最終的には、
【数１２】
2004053274.tif 000014
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１３に示す通りとなる。
【００９５】
図１３について説明する。全造アルゴリズムの内、ステップ１からステップ１２（Ｓ１〜Ｓ１２）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１３からステップ１７（Ｓ１３〜Ｓ１７）は、造波を行いながらリアルタイム計算を行うステップである。
【００９６】
ステップ１（Ｓ１）において、代表周波数ｆｎの配列計算を行う。
ステップ２（Ｓ２）において、波数ｋｎの配列計算を数３により行う。
ステップ３（Ｓ３）において、周波数成分の造波特性関数（応答関数）Ｆｎの配列計算を行う。
ステップ４（Ｓ４）において、波方向θｍの配列計算を行う。
ステップ５（Ｓ５）において、成分波振幅ａｎｍの配列計算を数２により行う。
ステップ６（Ｓ６）において、位相差εｎｍの配列計算を行う。
ステップ７（Ｓ７）において、ξｎｉｊ及びζｎｉｊを、数７により計算する。
ステップ８（Ｓ８）において、σｎの配列計算を行う。
ステップ９（Ｓ９）において、αｎ及びβｎを、数１１により計算する。
ステップ１０（Ｓ１０）において、変数ｋにつき、Ｋ＝０　とおく。
ステップ１１（Ｓ１１）において、φｎｉｊ０、Φｎｉｊ０を、数９により計算する。
ステップ１２（Ｓ１２）において、ηｉｊ０を、数６により計算する。
ステップ１３（Ｓ１３）において、変数ｋにつき、Ｋ（ｎｅｗ）＝Ｋ（ｏｌｄ）＋１　と置き換える。
ステップ１４（Ｓ１４）において、φｎｉｊｋを、数１０により計算する。
ステップ１５（Ｓ１５）において、Φｎｉｊｋを、数１０により計算する。
ステップ１６（Ｓ１６）において、ηｉｊｋを、数１２により計算する。
ステップ１７（Ｓ１７）において、Ｋの値を、その最大値であるＫｍａｘと比較する。Ｋ≧Ｋｍａｘ　ならばそこで計算を終了する。Ｋ＜Ｋｍａｘ　ならば、ステップ１３（Ｓ１３）に戻る。ただし、Ｋｍａｘ×Δｔが、全時間（全実験時間）に相当する。
【００９７】
以上から、リアルタイム計算が必要なのは、数１０、数１２の２つの式となる。従って、必要な計算は、ｓｉｎ、ｃｏｓの計算が全て無くなるなど、大幅に減少していることがわかる。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。
実際の計算では、上記漸化式を用いた場合、用い無い場合に比較して、計算時間が、１／１０以下になり、計算時間を著しく低減できることが確認されている。
【００９８】
実際の造波においては、例えば、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。
【００９９】
次に、本発明の造波装置の実施の形態における造波に関する動作について図面を参照して説明する。
【０１００】
図９及び図１１を参照して、造波装置の動作を説明する。
図１１は、本発明の造波装置における動作の流れ（造波方法における信号処理フロー）を示す図である。図９における各構成は、図９で説明したとおりなので、その説明を省略する。また、図中の（１）〜（１２）は、以下の説明の（１）〜（１２）に対応する。
【０１０１】
（１）造波実験の開始とともに、ユーザー又は造波シミュレータ（図示されず）は、造波仕様（波の条件）を操作端末１１に入力する。
造波仕様のデータとしては、有義波高、平均波周期、方向分布指数、斜め波角度、水深、波スペクトルの種類、造波時間、位相差の乱数種類、解像度、周波数分割数、方向分割数パラメータ、ｘ方向造波板最大数、ｙ方向造波板最大数、などである。
【０１０２】
（２）操作端末１１は、上記データの入力に基づいて、下記に示すような全時間分（全実験期間分）の造波パラメータを生成する。すなわち、
代表周波数配列ｆｎ［波スペクトルの種類、平均波周期、周波数分割数］
波数配列ｋｎ［水深、周波数分割数］
周波数成分の造波特性関数配列（応答関数）Ｆｎ［水深、周波数分割数］
多方向波の計算
波向配列θｍ［方向分割数パラメータ］
成分波振幅配列ａｎｍ［波スペクトルの種類、平均波周期、有義波高、周波数分割数、方向分割数パラメータ、方向分布指数］
位相差配列εｎｍ［周波数分割数、方向分割数パラメータ］
造波板変位漸化式項ξｎｉｊ及びζｎｉｊ［周波数分割数、ｘ方向造波板最大数、ｙ方向造波板最大数］
角速度配列σｎ［周波数分割数］
造波板変位式積項配列αｎ及びβｎ［周波数分割数、多方向波モーションコントローラ制御周期］
これらは、リアルタイム計算法（図１３）におけるステップ１（Ｓ１）〜ステップ９（Ｓ９）に対応する。また、上記［　］は、各パラメータが、［　］のデータの関数であることを示す。
【０１０３】
（３）生成された造波パラメータは、造波条件信号としてパラレルプロセッサマスタ１２−０に出力される。それと共に、パラレルプロセッサマスタ１２−０に演算開始指示を行う。
【０１０４】
（４）パラレルプロセッサマスタ１２−０は、造波条件信号（造波パラメータ）に基づいて、各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−８の担当する領域に造波条件信号を分割する。この場合の領域は、５つの造波ドライブ部５−１〜５−５である（ただし、造波ドライブ部５−３は３つのパラレルプロセッサスレーブ１２が対応する）。各領域には、複数の造波ドライブユニット２４が存在し、それぞれが造波板を有する。すなわち、各造波板には座標（ｉ，ｊ）（リアルタイム計算法（図１３）と対応）が対応している。
【０１０５】
（５）分割された造波条件信号を造波演算指令信号として各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７へ出力する。同時に、造波演算プログラムを各パレラルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７へ送信し、各パラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７に演算開始指示を行う。
【０１０６】
（６）各パラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７は、対応する造波演算指令信号（分割された造波条件信号）の入力に基づいて、送信された造波演算プログラムを用いて、造波アルゴリズム演算を行う。これは、リアルタイム計算法（図１３）のステップ１０（Ｓ１０）から、ステップ１７（Ｓ１７）である。その演算により、まず、各造波板２３の変位ηｉｊｋ（ｔ）（数７）が計算される（造波ドライブユニット２４からフィードバックされた波高の実測値を計算に用いるようにしても良い）。その値に基づいて、各造波板２３における波高が、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での波高（波高時系列データ）は、各造波板２３への指令となる。
【０１０７】
ここで、変位ηｉｊｋ（ｔ）に基づいて、各造波板２３における波高は、以下の計算式で求められる。
・ビストン型、フラップ型造波板の場合
【数１３】
2004053274.tif 000015
・プランジャ型造波板の場合
【数１４】
2004053274.tif 000016
ただし、
Ｋ０：波数
ｈ―：造波板高さ
である。ただし、右肩の“−”は、数式上は、文字の上にあるものである。
【０１０８】
すなわち、まず、ステップ１０（Ｓ１０）〜ステップ１２（Ｓ１２）により、タイムステップＫ＝０におけるφｎｉｊ０、Φｎｉｊ０、ηｉｊ０を計算する。次に、ステップ１３（Ｓ１３）〜ステップ１７（Ｓ１７）により、タイムステップＫ＝１〜Ｋｍａｘにおける、φｎｉｊｋ、Φｎｉｊｋ、ηｉｊｋを計算する。ただし、Ｋｍａｘ×Δｔ＝全時間（全実験時間、造波時間）である。
【０１０９】
（７）そして、各造波ドライブ部５の造波ドライブユニット２４毎の造波板２３（（ｉ，ｊ）に対応）に関する、複数の造波信号としての波高時系列データ（各時間毎の各造波板２３における波の高さ）を生成する。生成された波高時系列データは、共有メモリ９８へ出力される。
なお、直接モーションコントローラ１４−１〜１４−７へ出力することも可能である（（７）’＋（８’））。
【０１１０】
（８）モーションコントローラ１４−１〜１４−７の各々は、共有メモリ９８に格納されている複数の造波信号としての波高時系列データの自身に対応するものを、指定されたサンプリングタイム毎に読み出す。ただし、その読み出しタイミングは、システムコントローラ１３により同期が取られ、時間管理が成されている。
なお、システムコントローラ１３は、造波シミュレータ（図示されず）からのシミュレーション結果（複数の造波信号としての波高時系列データ）を共有メモリ９８に格納し、同様に（８）以降のプロセスを行うことも可能である。
【０１１１】
（９）自身に対応する波高時系列データ（造波信号）に基づいて、自身が有する各造波ドライブユニット（の造波板２３）での波高が波高時系列データに合うように、対応する複数の造波コントロール信号（モータ回転数指令）を生成する。モータ回転数指令は、目標波高（＝波高時系列データより）と計測された波高（フローティング型波高計２２からのフィードバックデータ）との差に基づいて、ＰＩＤ制御法により算出する。
【０１１２】
（１０）生成した造波コントロール信号（モータ回転数指令）を、各造波ドライブユニットへ向けて出力する。
【０１１３】
（１１）各造波ドライブユニット２４の各サーボアンプ１６は、造波コントロール信号（モータ回転数指令）を増幅した後、その信号に基づいて、サーボモータ２０へモータ回転数指令を与える。それに伴い、サーボモータ２０は、造波コントロール信号に基づいて、時間刻みΔｔの間、その回転数で回転する。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。
【０１１４】
（１２）各造波ドライブユニット２４は、造波板２３の運動に伴う波高（フローティング型の波高計２２で計測）及び造波板２３の位置（位置センサ２３で計測）を、対応するモーションコントローラ１４へフィードバックする。
なお、波高を、各パラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−７へフィードバックして、波高（波高時系列データ）の計算に用いることも可能である。
【０１１５】
各造波ドライブユニット（造波板２３）での波高を波高時系列データに合わせる制御は、例えば、以下のように行う。
モーションコントローラ１４は、フィードバックされる造波板２３での波高及び造波板２３の位置に基づいて、ＰＩＤ制御を用いて、造波板２３の位置をサーボモータ２０の動きで制御することにより行う。
【０１１６】
ここで、（６）（７）のパラレルプロセッサスレーブ１２の動作は、共有メモリ９８のバッファリングにより（８）〜（１０）のモーションコントローラ１４の動作と独立して行うことができる。従って、パラレルプロセッサスレーブ１２が演算を行っている間も、モーションコントローラ１４は造波ドライブ部５の制御を行うことが可能である。
【０１１７】
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）を行う。
【０１１８】
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わない。実験中は、図１１中の「状態」が示す矢印のようにして造波制御の状態を逐次把握可能である。そして、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マスタ１２−０及びパラレルプロセッサスレーブ１２−１〜１２−８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う（造波実験中においても継続的に行う）。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１４−１〜１４−７は、指令に基づいてサーボアンプのリアルタイム制御を行う。この様な作業分担により、各制御装置（操作端末１１、パラレルプロセッサマスタ及びスレーブ１２、システムコントローラ１３、モーションコントローラ１４）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。
【０１１９】
次に水槽７−１〜７−２の水流に関して説明する。
造波実験中、水流領域の波を水流により消波する場合、設定された速度で水流を形成する。水流（消波）条件は、実験開始時に、操作端末１１から入力される。操作端末１１は、水流条件を示す水流条件信号をパラレルプロセッサマスタ１２−０へ出力する。パラレルプロセッサマスタ１２−０は、水流条件信号の入力に基づいて、水流に関わる演算の指示をパラレルプロセッサスレーブ１２−８へ行う。パラレルプロセッサスレーブ１２−８は、水流条件信号の入力に基づいて、水流に関する演算を行ない水流演算結果である水流信号を水流システムコントローラ１５へ出力する。
【０１２０】
演算としては、例えば、造波領域から水流領域へ来る波の速度から、造波領域から水流領域へ来る水の流量を計算し、その値と水槽（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、水流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。
【０１２１】
上記実施例は、ピストン型の造波板を用いた造波装置について説明しているが、フラップ型やプランジャ型の造波板についても同様にして実施することが可能となる。
【０１２２】
ところで、図３に示すような波高計を用いて、変動する液面、特に、波のある液面を計測する場合、波の山側の頂点付近、及び、谷側の底付近のような液位が反転する部分では、フロートポインタ３３の慣性により、フロートポインタ３３の動きに遅れが生じることが考えられる。
すなわち、波の山側の頂点付近において、フロートポインタ３３は、上向きの慣性により液位の変化に対して位相遅れが生じる場合が考えられる。また、波の谷側の底付近では、下向き慣性及び重力加速度により液位の変化に対して位相遅れ及びオーバーシュートが発生する場合が考えられる。いずれの場合にも、実際の液位からずれた液位を示すことになる。この傾向は、波の周波数が高いほど顕著になる。
【０１２３】
波の周波数が高い場合、図４及び図７のフロートポインタ３３を用いることにする。
そうすると、波の山側の頂点付近において、フロートポインタ３３の喫水線が、上向きの慣性により、磁石３２のある位置に比較してフロートポインタ３３の下側へずれる。そのとき、フロートポインタ３３の液面平行断面積が減少し、フロートポインタ３３の浮力が減少する。そのため、下向きの力（重力）が増加することになり、喫水線が磁石３２のある位置へ迅速に戻ることが出来る。すなわち、水面Ｓに対する追従性が良い。そして、位相遅れを回避することができる。
【０１２４】
また、波の谷側の底付近では、フロートポインタ３３の喫水線が、下向き慣性及び重力加速度により、磁石３２のある位置に比較してフロートポインタ３３の上側へずれる。そのとき、フロートポインタ３３の液面平行断面積が増加し、フロートポインタ３３の浮力が増加する。そのため、上向きの力（浮力）が増加することになり、喫水線が磁石３２のある位置へ迅速に戻ることが出来る。すなわち、水面Ｓに対する追従性が向上している。そして、位相遅れやオーバーシュートを回避することが可能となる。
【０１２５】
周波数が低い場合には、図６のフロートポインタ３３でも、位相遅れやオーバーシュートが発生しない。従って、図６のフロートポインタ３３を用いることが出来る。
【０１２６】
また、フラップタイプの造波装置に用いる場合、図２（ｂ）に示すようにウェーブガイド３１が水面Ｓに対して直交していない。そのため、フロートポインタ３３の内面がウェーブガイド３１と擦れ合い、動きが悪くなる可能性がある。
【０１２７】
しかし、図８の場合、ウェーブガイド３１が水面Ｓに対して傾いていても、フロートポインタ３３の内側の面とウェーブガイド３１との接触部分の面積が小さく、また、円形の曲面なので動き易い。従って、互いに擦れ合い動きが悪くなることが無く、フロートポインタ３３の追従性が低下しない。すなわち、正確な波高の測定を行うことができる。
【０１２８】
同様に、フロートポインタ３３の内側の面とウェーブガイド３１との接触部分の面積を小さくすれば、ウェーブガイド３１が水面Ｓに対して傾いていても、フロートポインタ３３を動き易くすることが出来る。従って、この場合にも互いに擦れ合い動きが悪くなることが無く、フロートポインタ３３の追従性が低下しない。すなわち、正確な波高の測定を行うことが可能となる。
【０１２９】
このように、波の周波数や、使用する造波方法により、適切なフロートポインタ３３を適用した波高計を用いることにより、液位変化のある波の波高を正確に計測することが可能となる。そして、その正確な波高を用いることにより、より正確な造波板の制御を行うことが出来る。従って、所望の波をより確実に得ることが出来る。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明により、波の種類（特性）に依らず応答性良く正確に波高や水位を計測し、その結果を用いて造波を制御することができる。そして、詳細な造波演算を行いながら、同時に造波板の動作のリアルタイム制御を良好に行うことが可能となる。
【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を示す構成図である。
【図２】造波装置の造波部を含む実験水槽を示す断面図である。ただし、（ａ）ピストン型の造波部、（ｂ）フラップ型の造波部、（ｃ）プランジャ型の造波部を示す。
【図３】フロートポインタを適用したフローティング型の波高計の構成を示す図である。
【図４】フロートポインタの構成の一例を示す平面図及び側面図である。
【図５】波高計の測定原理を説明する図である。
【図６】フロートポインタの他の構成の一例を示す平面図及び側面図である。
【図７】フロートポインタの更に他の構成の一例を示す平面図及び側面図である。
【図８】フロートポインタの別の構成の一例を示す平面図及び側面図である。
【図９】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。
【図１０】造波ドライブユニットの一例を示す斜視図である。
【図１１】本発明である造波装置の実施の形態に関わる造波方法を示すフロー図である。
【図１２】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概念図である。
【図１３】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。
示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　制御部
２　　造波機
３　　水流システム
４　　消波部
５−１〜５−５　　造波ドライブ部
６−１〜６−２　　水位計
７−１〜７−２　　水槽
８−１〜８−２　　ゲート
９　　砂浜
１０　　実験水槽
１１　　操作端末
１２−０　　パラレルプロセッサマスタ
１２−１〜１２−８　　パラレルプロセッサスレーブ
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　　水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　　モータ
２１　　位置センサ
２２　　波高計
２３（−１〜３）　　造波板
２４−１〜２４−１０１　　造波ドライブユニット
２５　　電源
３０　　計測部
３１　　フロートガイド
３１ｍ　　第２磁場
３２　　磁石
３２ｍ　　第１磁場
３３　　フロートポインタ
３３−１　　孔
３４、３９　　上蓋部
３５　　フロートポインタ本体Ａ
３６　　フロートポインタ本体Ｂ
３７、４０　　フロートポインタ本体
３８　　摺動部
４１　　ガイド支柱
４２　　接合板
４３　　取付治具
４４　　支柱
９８　　共有メモリ
９９　　スイッチングハブ
【図１】
2004053274.tif 000017
【図２】
2004053274.tif 000018
【図３】
2004053274.tif 000019
【図４】
2004053274.tif 000020
【図５】
2004053274.tif 000021
【図６】
2004053274.tif 000022
【図７】
2004053274.tif 000023
【図８】
2004053274.tif 000024
【図９】
2004053274.tif 000025
【図１０】
2004053274.tif 000026
【図１１】
2004053274.tif 000027
【図１２】
2004053274.tif 000028
【図１３】
2004053274.tif 000029