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《武汉理工大学》 2007年
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造波机的控制及其实现

张亚群  
【摘要】: 造波作为一项重要的试验技术,造波机作为一种重要的试验装置,在船舶、港口、海岸工程、海洋工程等领域占有重要的位置。造波机及其相应的造波理论已有上百年的历史。 造波理论是波浪理论在造波机上的应用,是造波机设计的基础,也是造波机控制的理论依据。本文叙述造波理论和造波机的发展,国内外的研究现状,阐述基本的造波理论和吸收式造波理论,把自动控制的概念和理论运用于吸收式造波机的控制。 目前,交流伺服造波机标志了国外造波机的先进性,引领了国内造波机的发展趋势。交流伺服造波机,在机械上,主要由滚珠丝杠、滚珠导轨和造波板组成;在电气上,主要由交流伺服电动机、驱动器、运动控制器和PC机组成。在16单元交流伺服摇板式水池造波机和交流伺服单板推板式水槽造波机上,运动控制的编程已经实现。在基于美国NI公司的LabWindows/CVI虚拟仪器编程平台,完成了集成化的造波软件系统,包括通讯、系统设置、二维规则波生成、二维不规则波生成、数据采集和实时显示、波谱分析和统计分析等。 吸收式造波机在结构上与普通造波机相同,只是在造波板上增加了浪高传感器。吸收式造波机是从造波理论的角度上对这类造波机的一种命名,它在造波的同时,做与反射波相位相反的运动,从而消除造波板的二次反射波。从自动控制的角度上来说,它是全闭环控制的造波机。它在造波板位置内环控制的基础上,增加了瞬时波高的外环控制,可称为波形反馈,而普通造波机是位置反馈。为研究吸收式造波技术,在0.4m宽,15m长的玻璃水槽上安装了一台交流伺服单板推板式造波机,编写和调试了普通式造波程序、主动吸收程序、吸收式造波程序,采集波高和计算调整推板位置每秒1000次。测试数据表明,在主动式吸收的工况下,水面能快速平静;在吸收式造波工况下,波高自动调整到给定值,波形稳定性好。在吸收式造波机的控制中,实时的数字滤波和实时的控制算法是关键。
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