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双向流水槽模拟潮汐的控制技术研究

李春芳  
【摘要】: 在河工、水工模型试验中,潮汐的模拟试验一直是研究自然现象、防御自然灾害、河口治理及确定工程设施等的重要手段之一。本课题基于河海大学海岸灾害与防护教育部重点实验室建立的环境海洋风暴潮双向流水槽,研究出一套潮汐的模拟方法。该方法利用调和分析法分析潮汐,获得潮汐预报数据,进而在控制系统上进行程序设计,实现对预报的潮汐的研究。 文中首先阐述了河工物理模型试验及潮汐分析预报的发展状况,并研究了两种模拟潮汐的基本方法,潮汐调和分析法与自适应控制方法。对前者从分潮的选择、计算机上最小二乘法实现到各变量求解、结果分析等各方面进行了详细研究;对后者的介绍包括建模、参数估计等。在此基础上描述了控制系统的硬件结构与特点,系统控制对象为环境海洋潮流实验水槽,生潮方式为尾门上溢水;系统为分布式I/O监控系统,核心控制机构为PC机,用来监控系统运行,另外,采用可编程控制器及远程I/O模块用来处理水位数据。 文中实现模拟的控制系统以“组态王”为主要软件平台,完成对整个系统资源的监控和配置。利用MATLAB对输入实测数据进行调和分析,得到潮汐预报曲线;按照DDE协议设计完成MATLAB与“组态王”的通信,使预报曲线作为组态王中的设定曲线供控制算法使用。PAC及远程I/O模块完成现场数据采集及处理、传送正确的控制指令给执行机构等功能。最后,在“组态王”中通过PID控制算法得到系统调节输出,控制尾门执行机构,得到模拟的预报潮汐,供研究使用。 最后,基于文中给出的潮汐模拟方法,通过在双向流水槽上试运行,测得了相关数据,并进行了分析,达到预期效果。文中还谈及了系统设计的某些不足和可以进一步改进和完善之处,希望给相关技术人员以参考。


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