伺服沖箱式造波機(jī)控制系統(tǒng)研究（可編輯）

1、伺服沖箱式造波機(jī)控制系統(tǒng)研究 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文伺服沖箱式造波機(jī)控制系統(tǒng)研究姓名:王偉申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):輪機(jī)工程指導(dǎo)教師:徐國(guó)華2002.1.13華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要造波機(jī)是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行波浪模擬的最主要設(shè)備,波浪模擬對(duì)于船舶、水利、海工建筑、海上石油開采等許多領(lǐng)域的研究都具有重要的意義.本文從控制的角度對(duì)造波機(jī)的控制體系結(jié)構(gòu)、伺服控制策略及算法進(jìn)行了探討,另外本文還對(duì)造波機(jī)造波原理、控制算法實(shí)現(xiàn)以及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析.在分析了當(dāng)前造波機(jī)控制系統(tǒng)的幾種體系結(jié)構(gòu)以及用戶的具體要求后.本系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)控制,控制結(jié)構(gòu)為模擬調(diào)節(jié)器,當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),”由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)立完成操作,提高

2、了系統(tǒng)的可靠性和安全性,非常適合造波機(jī)系統(tǒng)的控制。本文針對(duì)系統(tǒng)非線性的特點(diǎn),采用了模擬和數(shù)字混臺(tái)的控制簇略,對(duì)造波機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了跟蹤控制.所設(shè)計(jì)的伺服放大器具有可選擇的控制玎關(guān),從而可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬控制。本爻還針對(duì)平臺(tái)下精確定時(shí)困難的現(xiàn)實(shí),在此方面進(jìn)行了深入的探討,分析比較了幾種定時(shí)方式的優(yōu)缺點(diǎn),最后得出在基于平臺(tái)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中,多媒體時(shí)鐘是一種很理想的高精度定時(shí)器,它可以實(shí)現(xiàn)精股高達(dá)的高精度定時(shí).并用.給出了具體的定制方式和程序?qū)崿F(xiàn)。最后.小文還從汁算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來源及特點(diǎn),提出了具體的抗:擾措施。還通過體試驗(yàn),剝整個(gè)造波機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了多方面測(cè)試,結(jié)果表明此系統(tǒng)性能優(yōu)越,控

3、制穩(wěn)定可靠,各項(xiàng)性能指標(biāo)均到達(dá)使用單位的要求?？刂脐P(guān)鍵詞:電液伺服裝硫 造疲機(jī) 普通瓷時(shí)器 多媒體河面抗干擾計(jì)算機(jī)控制?,.,.。.:.。.。.,.:,.?一?華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺竺竺竺竺竺竺竺., , . ,“ . . ?. . .,? . &、., :?一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文概論.課題來源及意義幻在試驗(yàn)水池中實(shí)現(xiàn)海上環(huán)境的模擬是隨著海洋開發(fā)工程而興起的一門試驗(yàn)研究技術(shù),除風(fēng)、流的模擬之外,波浪的模擬是極為重要的。波浪對(duì)船舶、水利、海工建筑、海上石油開采等許多領(lǐng)域的研究都具有重要的意義。在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域,研究船舶在波浪中的航行及運(yùn)動(dòng)性能:在碼頭、堤壩等水利工程中,研究及測(cè)試其抗波浪能

4、力;在海上石油開采中,分析海上鉆采設(shè)備對(duì)海浪的抗疲勞性能,以及在休閑娛樂業(yè)供游客參與波浪戲水游樂活動(dòng)等,都需要進(jìn)行與波浪相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。研究的手段可歸納為三種:數(shù)學(xué)力學(xué)的方法、模擬的方法和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方法。數(shù)學(xué)力學(xué)方法是應(yīng)用牛頓力學(xué)理論,從流體運(yùn)動(dòng)方程和質(zhì)量守恒方程出發(fā),結(jié)合一定的邊界條件,得到一些波浪運(yùn)動(dòng)的解,并用以解釋波浪運(yùn)動(dòng)的某些現(xiàn)象。這種理論模式,在一定條件下,作為一種近似,可以用于工程實(shí)際,具有代價(jià)小收效快的優(yōu)點(diǎn)。但是數(shù)學(xué)方法只能對(duì)特殊的情況才能找到解析解。而自然界的條件是相當(dāng)復(fù)雜的,一般情況下很難找到問題的解析答案。用特殊情況下獲得的答案去解釋普通的實(shí)際波浪,不能不產(chǎn)生較大的差異?，F(xiàn)場(chǎng)觀

5、測(cè)的方法是在實(shí)際的波浪環(huán)境下進(jìn)行一些工程實(shí)驗(yàn),這種方法準(zhǔn)確可靠,沒有任何假設(shè)和虛擬,但也有它自己的缺點(diǎn)和不足。一方面,自然現(xiàn)象不能受人工的控制,人們不容易“捕捉”到最有利的時(shí)機(jī);另一方面,現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)要投入大量的人力、物力和現(xiàn)代化的精密儀器設(shè)備。這是制約其不能廣泛和普遍發(fā)展的原因。模擬實(shí)驗(yàn)的方法,是在某種相似的原則下,把自然現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行復(fù)演。這種方法,克服了數(shù)學(xué)力學(xué)方法假設(shè)條件的狹隘性,并且不受線性條件的限制,得到的結(jié)果也比數(shù)學(xué)力學(xué)方法更接近于實(shí)際。同時(shí),模擬的方法可以人工控制或調(diào)節(jié),不受外界條件的影響,克服了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)在這方面的不足,所需花費(fèi)也比現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)要少得多。但是受實(shí)驗(yàn)室的條件所限,

6、模擬的范圍也相對(duì)有限,得到的結(jié)果,與實(shí)際的自然現(xiàn)象仍有差異。但是隨著計(jì)算機(jī)及其他技術(shù)的?一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文苧竺竺竺竺竺竺竺竺竺不斷發(fā)展.波浪模擬技術(shù)日趨成熟,模擬的方法也正逐步由物理方式向數(shù)學(xué)方式轉(zhuǎn)化,在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的部分越來越多,從而減少了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用和實(shí)驗(yàn)周期。并且只要模型設(shè)計(jì)合理,試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量?jī)x器的精度能滿足要求,由此得到的試驗(yàn)結(jié)果就非常符合實(shí)際情況,完全滿足一般船舶等實(shí)驗(yàn)的要求。因而在實(shí)驗(yàn)室模擬海浪并研究海浪與船舶等的相互作用非常必要。造波機(jī)是一種與船舶試驗(yàn)水池配套的基礎(chǔ)設(shè)施,它的作用是在船池中激起不同波長(zhǎng)和波高的規(guī)則波或不規(guī)則波,模擬實(shí)際波浪對(duì)船舶航行的影響,以測(cè)定各種技術(shù)

7、數(shù)據(jù),為船舶設(shè)計(jì)提供依據(jù),最近大型水上娛樂場(chǎng),也大量使用造波機(jī)造出人工海浪,使內(nèi)地人們也享受到在大海中游泳的樂趣,因此又開拓了造波機(jī)的新用途。 ,本課題來源于中船重工集團(tuán)第研究所委托我校研制的造波機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),本系統(tǒng)將用來在實(shí)驗(yàn)室水池進(jìn)行造波,模擬海面的各種波浪形式,從而模擬出實(shí)際波浪對(duì)船舶航,性能的影響以及對(duì)碼頭、堤壩等的沖擊能力。該系統(tǒng)的研制將有利于我國(guó)船舶行業(yè)的各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及各種科研工作,使一些試驗(yàn)不用到真實(shí)的海面去做,而只需到船池通過造波機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行各種海況的模擬實(shí)驗(yàn),從而節(jié)省大量的科研經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。該系統(tǒng)另外一個(gè)特點(diǎn)是整個(gè)水池是可移動(dòng)式的,池底可以拆卸,成為一個(gè)可移動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)室,因此試驗(yàn)

8、起來更加方便,整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可隨“身”攜帶。.國(guó)內(nèi)外概況九在試驗(yàn)室中進(jìn)行天然海況的模擬是很復(fù)雜的,通常大多數(shù)水池僅限于功率譜的模擬。造波過程總是希望具有良好波形的波長(zhǎng)頻帶要寬,推薦雙搖板造波系統(tǒng),并在美國(guó)海軍學(xué)院高性能拖曳水池得到應(yīng)用,使波長(zhǎng)擴(kuò)展到.,比單自由度造波機(jī)有更為理想的效果。年以后,德國(guó)的.為歐洲多家水池設(shè)計(jì)了雙搖板造波機(jī)。在亞洲,尸國(guó)、印度都裝備有性能優(yōu)良的雙搖板造波機(jī)。目前,雙搖板造波技術(shù)已能很好地配合海洋開發(fā)技術(shù)的進(jìn)展。年代初,法國(guó)試驗(yàn)所研制出分段式造波機(jī)用于產(chǎn)生斜向規(guī)貝波,華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室造波技術(shù)的發(fā)展,但實(shí)際的波浪是多向的不規(guī)則波,隨著海岸工程的進(jìn)一步發(fā)展

9、,人們希望在實(shí)驗(yàn)室水池中產(chǎn)生多向不規(guī)則波短峰波,以便進(jìn)行比較精確的模型試驗(yàn),為此,利用線性波的疊加原理,年代英國(guó)愛丁堡大學(xué)應(yīng)用分段式造波機(jī)產(chǎn)生三維隨機(jī)波獲得成功,使實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的波浪與實(shí)際更加接近。之后,許多國(guó)家相繼建立了這種多向不規(guī)則波造波機(jī)。我國(guó)也專門在大連理工大學(xué)海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立了多向不規(guī)則波造波機(jī),已經(jīng)于年投入應(yīng)用,為我國(guó)研究三維波浪及其對(duì)船舶和工程建筑物的作用提供了條件。目前,人們已經(jīng)對(duì)有關(guān)的造波系統(tǒng)及在多向不規(guī)則波水池進(jìn)行的模型試驗(yàn)等進(jìn)行了許多研究,也取得了不少成果。但對(duì)于象本系統(tǒng)這種可移動(dòng)式的造波系統(tǒng)研究還較少。.造波機(jī)理嘲。們“”能用來造波的方式很多,其造波機(jī)理大

10、同小異,主要有機(jī)械式和氣動(dòng)式等。但迄今為止,造波機(jī)仍以機(jī)械式為主,即通過造波部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)水體施加擾動(dòng)產(chǎn)生波動(dòng)。常見的有如下幾種:搖板式。通過機(jī)械驅(qū)動(dòng)使搖板繞固定軸擺動(dòng),使池中水產(chǎn)生波動(dòng)。搖板的擺動(dòng)幅度控制波高,波長(zhǎng)或周期則由擺動(dòng)頻率來確定;活塞式。通過連桿驅(qū)動(dòng)設(shè)在水槽一端的活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),使池中水產(chǎn)生波動(dòng)。波高取決于活塞沖程和速度,波長(zhǎng)則取決于往復(fù)頻率;沖箱式。造波部件為斷面呈特殊形狀的柱體,通過該柱體沿垂直水面方向圍繞水面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)達(dá)到造波的目的:轉(zhuǎn)筒式。轉(zhuǎn)筒式則是通過設(shè)置在水面的圓柱體繞偏心軸旋轉(zhuǎn)使水產(chǎn)生波動(dòng)。氣動(dòng)式用的較少,主要利用空氣氣流或氣壓的變化產(chǎn)生波動(dòng),主要有鼓風(fēng)式、直空式

11、等,波高的大小取決于氣壓箱內(nèi)的壓力沖量。在以上各種方式中,用得最多的是搖板式和沖箱式,而電液伺服式?jīng)_箱造波機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能生成各種浪譜,性能優(yōu)越,所以本系統(tǒng)采用此方式,見圖?。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺竺竺竺竺竺竺竺竺圖? 電液伺服沖箱式造波機(jī)結(jié)構(gòu)不愿圖,如圖.所示,在一定水深的水池中豎立一臺(tái)沖箱,沖箱在油缸的驅(qū)動(dòng)下做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),水的質(zhì)點(diǎn)因受到?jīng)_箱弧面的沖擊而離開其平衡位置,作為恢復(fù)力的重力又使質(zhì)點(diǎn)回到平衡位置,但由于慣性,質(zhì)點(diǎn)在回到平衡位置時(shí)將繼續(xù)朝前運(yùn)動(dòng),這樣恢復(fù)力矩又將發(fā)揮作用,因此,水的質(zhì)點(diǎn)將反復(fù)振蕩,在自由表面上形成波浪。沖箱往復(fù)一次,產(chǎn)生一個(gè)波浪,其時(shí)間就是波浪的周期。在某一水深和

12、擺動(dòng)周期下,活塞沖程愈大,速度愈高,波高就愈大,但至某一極限值時(shí),沖箱即將水沖成水花。沖箱的運(yùn)動(dòng)由電液伺服系統(tǒng)來控制,從而造出各種波譜,的波浪。.本系統(tǒng)性能指標(biāo)及特點(diǎn)根掘船舶試驗(yàn)的要求,考慮先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等因素,并參考國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的造波機(jī)的參數(shù),使用單位提出了以下性能指標(biāo):波型:船舶航行中受到規(guī)則波或不規(guī)則波的影響,要求造波機(jī)能造出規(guī)則波和不規(guī)則波,造波機(jī)只要能造出規(guī)則波,不規(guī)則波就不難實(shí)現(xiàn),規(guī)則波型為接近弦波;波長(zhǎng):根據(jù)船池大小及船舶模型的尺寸,確定波長(zhǎng)為;波高:根據(jù)波長(zhǎng)確定波高為.:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文造波機(jī)造波型式:有沖箱式和搖板式兩種型式,選擇簡(jiǎn)單實(shí)用的沖箱式:規(guī)則波在波高

13、.情況下,在池體長(zhǎng)度上達(dá)到個(gè)波;移動(dòng)式:整個(gè)水池都是可移動(dòng)的,這樣試驗(yàn)裝置具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。.本文的主要研究工作液壓伺服沖箱式造波機(jī)系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械電子技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、力學(xué)等為一體,是多學(xué)科的交叉和綜合。本人從伺服控制的角度出發(fā),根據(jù)計(jì)劃任務(wù)研制書的要求,將要做以下幾方面的初步探討和研究工作:.液壓伺服沖箱式造波機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各部分功能;.根據(jù)波浪理論,闡述了造波機(jī)造波的原理;.分析了造波機(jī)控制系統(tǒng)的組成及原理,給出了具體的控制器原理框圖,并進(jìn)行了分析;.基于.實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì);.分析了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的分類及來源,并根據(jù)各種干擾的特點(diǎn),提出了具

14、體抗干擾措施:.試驗(yàn)調(diào)試及結(jié)果分析。一。一;華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文苧竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺竺造波機(jī)總體結(jié)構(gòu)及各部分功能.引言本造波機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為電液伺服沖箱式,其設(shè)備主要分三大部分:動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?？傮w結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖.?所示。缸圖?造波機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖.驅(qū)動(dòng)方式選擇九九一般造波機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有三種:電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。它們各有優(yōu)缺點(diǎn),且適用范圍不同。電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)啟動(dòng)容易,控制性能好,快速響應(yīng)能力強(qiáng)且無污染,但力矩輸出較小,負(fù)載能力較弱,如果要獲得很大的輸出功率,電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和體積都會(huì)較大。電機(jī)驅(qū)動(dòng)和其它形式相比,在高速、高精度、小型節(jié)能方面更能滿足要求,岡而在輕載情況,國(guó)內(nèi)

15、外采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)比較多。氣動(dòng)系統(tǒng)以空氣作為介質(zhì),響應(yīng)速度快,且空氣可直接從大氣中獲得,又一?、?一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文可排放到大氣中,不需要回流系統(tǒng),與液壓系統(tǒng)相比,其系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜,但工作壓力低,因而承受能力低,定位剛度也低。工作載荷在幾百牛頓時(shí),氣動(dòng)系統(tǒng)比較有效。液壓傳動(dòng)雖然油液易泄漏,但輸出力矩大,負(fù)載能力很強(qiáng),一個(gè)體積與能搬送載荷的氣動(dòng)或電動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)囊簤合到y(tǒng),就可搬送的負(fù)載,而且還有電動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)木群晚憫?yīng)速度。另一方面,液壓系統(tǒng)的油液能起到對(duì)運(yùn)動(dòng)部件潤(rùn)滑的作用,并通過油液的流動(dòng)把熱量帶走,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自冷卻,以延長(zhǎng)元件和系統(tǒng)的使用壽命。采用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還可以得到很大的

16、速度范圍,其低速特性比電動(dòng)機(jī)要好,當(dāng)液壓執(zhí)行器泄漏較小時(shí),液壓彈簧剛度大,因而閉環(huán)系統(tǒng)的定位剛度較大,位置誤差比較小。另外,利用液壓系統(tǒng)的集成回路可以把液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)得相當(dāng)緊湊,減少系統(tǒng)所占空間。由于造波機(jī)系統(tǒng)的靜負(fù)載較大,可見采用液壓驅(qū)動(dòng)最合適,不僅能滿足功率和控制精度的要求,而且從結(jié)構(gòu)上看,液壓缸是直線位移式驅(qū)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)與桿件所要求的運(yùn)動(dòng)吻合,結(jié)構(gòu)非常緊湊,使系統(tǒng)采用了直線驅(qū)動(dòng)方式,避免了嵋接驅(qū)動(dòng)所帶來的麻煩,易獲得較高的控制性能。若采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),不僅由于負(fù)載大使電機(jī)本身結(jié)構(gòu)加大,而且還需要減速裝置和一套旋轉(zhuǎn)?直線位移轉(zhuǎn)換裝置,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大、且難以控制。因此,在實(shí)際系統(tǒng)中采用了液

17、壓驅(qū)動(dòng)方式。.伺服控制方式選擇叫?刪例控制系統(tǒng)是造波機(jī)系統(tǒng)的中樞,它使造波機(jī)按所要求的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng),以造出符合要求的波浪。根據(jù)信號(hào)形式不同,伺服控制方式主要有模擬控制、數(shù)字控制、模擬數(shù)字混合控制三種。模擬控制方式是伺服控制系統(tǒng)中最早使用的,它是通過模擬電子器件構(gòu)成控制電路,來完成伺服控制,其特點(diǎn)也可以說是所有模擬系統(tǒng)的特點(diǎn):運(yùn)算速度快,快速響應(yīng)能力強(qiáng),排除電路中感抗和容抗的影響,幾乎沒有時(shí)間延遲;電流反饋調(diào)節(jié)方便:模擬器件的參數(shù)會(huì)隨溫度變化和時(shí)間推移發(fā)生變化,導(dǎo)致性能下降;控制參數(shù)調(diào)整困難,因其用模擬器件實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺竺竺竺竺竺竺竺整,必須更換電阻電容。數(shù)字控制的特點(diǎn)是:

18、幾乎不受溫度的影響;系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整容易;可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代智能算法;隨著運(yùn)算量增加,時(shí)延增大,系統(tǒng)性能會(huì)有所下降;非常易于同微機(jī)接;必須有/、/接口電路最終驅(qū)動(dòng)模擬的功放電路。由此可見,模擬、數(shù)字兩種控制方式各有優(yōu)劣。在性能要求不高的機(jī)電系統(tǒng),模擬控制就可以滿足要求,并且性能價(jià)格比高。但是對(duì)于造波機(jī)控制系統(tǒng)來說,模擬控制在控制精度、魯棒性上有極大不足。通常來說,這類的系統(tǒng)都用的是模擬數(shù)字混合控制,即在控制回路的某個(gè)環(huán)節(jié)使用模擬控制來實(shí)現(xiàn)而其它部分使用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)由模擬控制和數(shù)字控制兩部分組成,綜合了模擬控制和數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)響應(yīng)速度快,數(shù)字控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生傳輸?shù)皆觳C(jī)控制器,由控制器控

19、制液壓系統(tǒng)及沖箱運(yùn)動(dòng)造波。.動(dòng)力系統(tǒng)四九九四乜們本系統(tǒng)采用了液壓動(dòng)力源給整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力,主要由液壓站控制柜、液壓泵機(jī)組、消聲器、濾油器、蓄壓器、控制閥件、冷卻系統(tǒng)組件、油路集流塊、溫度及壓力檢測(cè)儀表、油箱及管路系統(tǒng)等部分組成。造波機(jī)功率的配備很重要,配大了浪費(fèi)能源,配小了則不能造出所需波浪,該造波機(jī)的功率主要取決于以下幾個(gè)部分:沖箱推動(dòng)水域形成波浪所需的能量;沖箱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所需的慣性能量:電液伺服系統(tǒng)的內(nèi)耗及其儲(chǔ)備能量。電液伺服系統(tǒng)的內(nèi)耗及其儲(chǔ)備能量。所以一套較成功的電液伺服沖箱式造波機(jī),要做好三方面的工作:】按所需波浪性能參數(shù),合理選擇總體參數(shù),如沖箱最大行程、最大運(yùn)動(dòng)速度。,等;合理設(shè)計(jì)沖

20、箱,在滿足所需功能的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度條件下,盡量減輕重量,以減少系統(tǒng)慣性能耗:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文完善設(shè)計(jì)電液伺服系統(tǒng),做到高效、節(jié)能、可靠。關(guān)造波機(jī)造波功率的計(jì)算,根據(jù)波浪理論,傳播波能所需功率可按式.計(jì)算:協(xié)。產(chǎn)麗】式中:。?造波機(jī)所需最大功率,單位瓦:?推板前波高,單位米;旯?波長(zhǎng),單位米:?波數(shù),口覷;?水槽或港池的寬度,單位米;?波周期。實(shí)際采用的造波機(jī)功率,還需考慮各種能量損失和一定的富裕量。具體功率計(jì)算見第三章。因?yàn)樵撔褪降脑觳C(jī)往往是一種間隔運(yùn)動(dòng),對(duì)泵源而言,系統(tǒng)所需的流量和壓力是個(gè)變量,而且隨沖箱運(yùn)動(dòng)速度和活塞的行程的不同變化很大,因此,如何提高液壓站的效率,減小油溫的發(fā)熱

21、,是設(shè)計(jì)液壓站的首要因素。選用恒壓式變量泵是提高液壓系統(tǒng)效率,減小系統(tǒng)發(fā)熱的個(gè)有效措施。液壓站的最大流量,應(yīng)能滿足沖箱作高速周期運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均流量要求。液壓站自備有控制柜,可以由控制柜進(jìn)行控制或由主控柜進(jìn)行遠(yuǎn)控。.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)造波機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),主要由沖箱、液壓伺服缸組件、導(dǎo)向桿、固定基座等部分組成。沖箱是造波機(jī)造波的具體執(zhí)行單元,其結(jié)構(gòu)、外型、材料具有特殊的要求。沖箱的結(jié)構(gòu)既要有足夠的強(qiáng)度和剛度來承受負(fù)載,又要有盡可能輕的重量,以減少運(yùn)動(dòng)慣量,降低能耗。沖箱截面一般為弧形,采用占的鋼板折彎而成。內(nèi)部為一空心體,頂部與伺服缸組件剛性連接,還帶有兩根導(dǎo)向桿,以免沖箱運(yùn)動(dòng)時(shí)前后左右擺動(dòng)。

22、基座為“門”字形結(jié)構(gòu),四條腿可分別進(jìn)行高度調(diào)?一一一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺竺竺竺竺竺烹蘭整,以盡可能的在同一平面上,保持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖.所示。圖.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖在沖箱的設(shè)計(jì)中,還要注意水蝕問題,可采用熱噴涂鋅層及外涂富鋅環(huán)氧樹脂漆的方法,進(jìn)行專門的防腐處理。液壓伺服缸組件是造波機(jī)系統(tǒng)中至關(guān)重要的部件。它應(yīng)具有良好的低速特性,保證造波機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)低速運(yùn)動(dòng)要求。同時(shí),在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者停止造波時(shí),它不僅應(yīng)能夠防止自身的損壞,還應(yīng)能夠?qū)_箱鎖死。因此,液壓伺服缸組件應(yīng)當(dāng)具有以下性能:良好的低速特性;足夠的穩(wěn)定性:防止油腔壓力超壓;防止油腔壓力出現(xiàn)負(fù)壓:防止活塞桿失速:可靠

23、鎖定活塞桿;若液壓伺服缸組件的設(shè)計(jì)或外購能夠達(dá)到上述要求,將有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高精度控制。在確定系統(tǒng)工作壓力的前提下,合理選擇油缸的筒桿徑比/或有效面積,由沖箱的振幅可確定行程。按常規(guī)伺服油缸精心設(shè)計(jì),應(yīng)注意兩點(diǎn):合理調(diào)配/與的關(guān)系,使叫盡可能小,以降低加工難度,提高運(yùn)動(dòng)性能;油的密封,尤其是受力桿端的密封,不允許受力輸出時(shí)有油泄漏而一?華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文污染水質(zhì)。.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核,主要由控制柜、主控計(jì)算機(jī)、位移傳感器、伺服放大器、伺服缸、/、/板等部分組成。.方案選擇?”?根據(jù)波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀,可有兩種控制方案,一是分布式控制系統(tǒng),另一種是集中式控制系統(tǒng)。分布式控制系

24、統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)一般采用分級(jí)的控制結(jié)構(gòu),上級(jí)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的靜態(tài)最優(yōu)化。下級(jí)計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控,通過協(xié)調(diào)各基本控制器的工作,完成現(xiàn)場(chǎng)控制任務(wù),并達(dá)到過程的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化。分布式控制功能分散,危險(xiǎn)分散,提高了系統(tǒng)的可靠性,各系統(tǒng)之間可以通過通信接口較好的協(xié)調(diào),處理速度快,能滿足實(shí)時(shí)控制的需要。但是系統(tǒng)成本較高,并且通信接口有時(shí)會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)干擾,易出現(xiàn)故障。集中式控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)是一種多目的、多任務(wù)的控制系統(tǒng),它把各種各樣的任務(wù)都交給一臺(tái)計(jì)算機(jī),利用計(jì)算機(jī)的高速分時(shí)多路處理特點(diǎn),完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的直接控制。這種體系具有微機(jī)利用率高,系統(tǒng)通道容量大,信號(hào)通道和軟件設(shè)計(jì)具有通用性和靈活性

25、,擴(kuò)充、修改方便,可以滿足用戶提出的各種不同要求,采集數(shù)據(jù)和處理結(jié)果可與任何系統(tǒng)共享等特點(diǎn)。但控制過于集中,危險(xiǎn)性也集中了,降低了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性,因此對(duì)完成控制任務(wù)的計(jì)算機(jī)要求較高。綜上所述,二種方案均可實(shí)現(xiàn)造波機(jī)的自動(dòng)控制,但分布式控制系統(tǒng)的總費(fèi)用要比集中式控制系統(tǒng)高,因此,對(duì)本系統(tǒng)我們選用了集中控制這一方案進(jìn)行硬件和軟件的開發(fā)研制。并使整個(gè)控制系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能,在控制柜面板上有手動(dòng)按鈕,在緊急情況下,可以快速停車,避免破壞性事故的發(fā)生。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文傳感器配置”一般控制系統(tǒng)的檢測(cè)電路產(chǎn)生的誤差,要比傳感的固有誤差小一至二個(gè)數(shù)量級(jí),因此,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)量精度與所選用的

26、傳感器有密切關(guān)系。一般情況下為了保證系統(tǒng)精度,所選用的傳感器精度必須優(yōu)于系統(tǒng)精度指標(biāo)。目前成熟的位移測(cè)量裝置有電位器式位移傳感器、磁致伸縮傳感器、磁尺傳感器、電渦流傳感器、直線同步感應(yīng)器等等。然而,以上有的傳感器或是由于量程有限或是響應(yīng)較慢,不能滿足本造波機(jī)系統(tǒng)的要求,比較適合本系統(tǒng)的是電位器式位移傳感器和磁致伸縮傳感器。年焦?fàn)柊l(fā)現(xiàn)當(dāng)磁性體被磁化時(shí),其外型尺寸會(huì)發(fā)生變化,這就是人們通常所說的磁致伸縮效應(yīng),又稱焦?fàn)栃?yīng)。磁致伸縮傳感器就是利用此原理制成的,它是通過計(jì)算兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交所產(chǎn)生應(yīng)變脈沖信號(hào)的時(shí)間周期,再根據(jù)聲波的傳遞速度獲得準(zhǔn)確的位置值,具有使用壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、耐塵、耐壓等一系列特點(diǎn)

27、。但是測(cè)量信號(hào)中存在固有的毛刺,且價(jià)格較高,在整個(gè)系統(tǒng)成本中所占比重較大,性價(jià)比較低。電位器式位移傳感器原理較簡(jiǎn)單,它由電阻體和電刷兩部分組成。電阻體是由電阻系數(shù)很大的材料如合金電阻絲、金屬電阻膜、半導(dǎo)體等按一定工藝要求制成。電刷通常由具有彈性的金屬薄片或金屬絲按一定形狀做成。電刷的運(yùn)動(dòng)有直線位移和角位移方式。電阻體的輸出電阻或電壓與電刷在電阻體上的位移成下比,若電阻體是均勻的,則電位器的輸出特性為線性,利用此特性,可精確的測(cè)量出位移值,其測(cè)量精度較高,且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、輸出功率大、被測(cè)量和轉(zhuǎn)換量之間容易實(shí)現(xiàn)線性或其它需要的函數(shù)關(guān)系等特點(diǎn),因此我們本著選用性能好、價(jià)格低的原則,最終選用

28、了一型電位器式位移傳感器,測(cè)量范圍為,對(duì)應(yīng)的電壓值為,經(jīng)過長(zhǎng)期穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和精度測(cè)量,其結(jié)果證明各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足此造波機(jī)系統(tǒng)的要求。.各部分主要功能控制柜是操作人員工作的平臺(tái),控制柜面板上帶有電源總開關(guān)、泵站電源丌關(guān)、泵站油溫和壓力檢測(cè)指示燈等,從整個(gè)面板指示以及顯示屏顯示的工況,一?一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文操作人員可輕松的知道造波機(jī)工作情況,并根據(jù)各種情況給出相應(yīng)的指令。主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,根據(jù)相應(yīng)的工作狀況確定相應(yīng)的參數(shù),產(chǎn)生相應(yīng)的造波指令,從而控制造波機(jī)穩(wěn)定可靠地造出規(guī)則波和不規(guī)則波。另外計(jì)算機(jī)也提供了方便的人機(jī)接口。位移傳感器用來檢測(cè)活塞桿的位移值,其輸出信號(hào)直接反映沖

29、箱的位置,此信號(hào)經(jīng)/轉(zhuǎn)換并濾波后發(fā)送給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)此信號(hào)調(diào)整控制規(guī)律,輸出造波信號(hào),經(jīng)/轉(zhuǎn)換器變成模擬電壓信號(hào)后輸給伺服放大器進(jìn)行功率放大并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)以控制電液伺服閥,使油缸活塞運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)沖箱,使它達(dá)到所要求的位置,從而構(gòu)成一閉環(huán)伺服系統(tǒng)。電液伺服閥可通過電信號(hào)對(duì)流量和流向進(jìn)行控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度、方向及大小的控制。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺墨竺竺竺竺竺竺造波機(jī)原理.引言在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生隨機(jī)波,關(guān)鍵在于制作一列恰當(dāng)?shù)脑觳?qū)動(dòng)信號(hào),這就要求對(duì)造波板的運(yùn)動(dòng)形式、波的傳播特性以及波動(dòng)理論都要有個(gè)比較深刻的了解。本章主要介紹造波的基本原理,實(shí)驗(yàn)室模擬波浪的波長(zhǎng)、波高、周期及波面振幅

30、之間的關(guān)系,從而為產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)脑觳ㄐ盘?hào)提供一個(gè)理論依據(jù)。.基本原理圳四列根據(jù)波浪理論,模擬波浪波高與激振頻率,和激振幅度甌有關(guān)。激振頻率越高,激振幅度越大,波高也越高,通常按激振的最低頻率設(shè)計(jì),使波高在給定范圍內(nèi)變化,以使在其它情況下均能滿足性能指標(biāo)要求。根據(jù)文獻(xiàn)波表面振幅氐可用下式表示:.。瓠。面兩 麗蕊式中:/。?造波效率:。?推波板的水平振幅:?波數(shù);?水深。假設(shè)水為不可壓縮的理想流體,波浪運(yùn)動(dòng)為無旋運(yùn)動(dòng),根據(jù)波浪理論,有限深水域水深為向方向傳播的平面進(jìn)行波的速度勢(shì)為:.,:一?庀.,其中是波幅,。是波數(shù),滿足色散關(guān)系:?。/其中,是波浪運(yùn)動(dòng)的頻率,軸由原靜水面垂直向上。為書寫簡(jiǎn)便,記:巡

31、掣,門在平面進(jìn)行波中取一截面,設(shè)為,其上游水體對(duì)下游水體的推動(dòng)速度為:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,剮娑:?！八|(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)的幅值隨吃水變化的規(guī)律是:川麗.。,?假設(shè)有一一塊直立柔性板按幅值式?作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),那么在板的一側(cè)會(huì)生成純正的平面線性進(jìn)行波,這是一種理想的情況。此時(shí)生成的波形從線性意義上是純進(jìn)行波,沒有衰減波,也容易驗(yàn)證此時(shí)造波板的平均輸出功率恰為維持進(jìn)行波的傳播所需的平均功率。實(shí)際上人們往往采用一塊平均位置為直立的剛性造波板作純推、純搖或既推又搖的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)來模擬水質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng),從而生成平面進(jìn)行波。由于造波板的剮性,水池中還會(huì)產(chǎn)生諸多的衰減波,影響波形的品質(zhì)及造波板的受力和造波效率。通過理論

32、分析和計(jì)算比較,可以找到一種推搖混合的造波方式,使造波板的運(yùn)動(dòng)盡可能接近水質(zhì)點(diǎn)的橫向運(yùn)動(dòng),生成的波浪也會(huì)接近于平面進(jìn)行波,從而得到比較理想的波形,造波效率也是在造波板各種運(yùn)動(dòng)形式中最高的。另外,我們把式?代入線化自由表面條件:?孚硝,可得出自由面方程掌,:一土掣、. 衛(wèi)詈訾 力”?、由式.,如選取空間某定點(diǎn),不失?股性,可取,則波形是時(shí)間,的函數(shù),顯然具有周期:?/如選取某確定時(shí)剡,如取,則波形是空間的正弦函數(shù),相應(yīng)波峰或波谷華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的空間位置為:?:/.,.因此,二相鄰波峰谷問的空間長(zhǎng)度,即波長(zhǎng)丑為:?五州即。州丑,此式說明式?所描述的正弦波在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期內(nèi),將有。個(gè)周期振蕩

33、,即有&。個(gè)波,因此,稱。為波數(shù)。工程上,常常知道周期和水深,要求相應(yīng)的波長(zhǎng)。這可根據(jù)色散關(guān)系?式,考慮到波長(zhǎng)和周期的表達(dá)式,得到:.?:嬖革/從中可看出必須用迭代方法才能求出。具體處理時(shí),可令厶等,砌孕則九旯,矗因此,迭代過程用如下形式表示:矗九,五,; 見。五,為加速迭代收斂速度,一般可用一一.和乃一:的平均值一,乃一:/作為九一,的值。造波板運(yùn)動(dòng)形式分析卜?圖?是造波板運(yùn)動(dòng)形式示意圖。圖中線段長(zhǎng)度為自由面上水質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)幅值.:/。,為池底水質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)幅值,其長(zhǎng)度為華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文/.,曲線是水質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)幅值分布曲線。,/?一 圖. 造波板運(yùn)動(dòng)形式示意圖設(shè)造波板在水面和池底的

34、位移幅值為。和,用.和,的關(guān)系來表達(dá)造波板的運(yùn)動(dòng)形式,叮以有以幾種方案:方案、使造波板位移幅值成為連接圖一中、兩點(diǎn)的矩形于布,即,造波板作純推運(yùn)動(dòng);方案、使造波板位移幅值成為連接圖?中、兩點(diǎn)的三角形分布,即,造波板作繞,一的純搖運(yùn)動(dòng);方案、使造波板位移幅值成為連接圖?一中、兩點(diǎn)的梯形分布,即,/。,造波板作推搖混合運(yùn)動(dòng):方案、使造波板位移幅值成為連接圖.?中、兩點(diǎn)的線性分布,點(diǎn)是這樣選擇的,使是所有通過點(diǎn)的直線中與水質(zhì)點(diǎn)橫向運(yùn)動(dòng)幅值曲線。的平均間隙最小的直線,此時(shí)造波板也作推搖混合運(yùn)動(dòng)。如果將造波板運(yùn)動(dòng)幅值統(tǒng)一寫成:?.。彥那么,在方案巾,;在方案中,由三角形的性質(zhì)可知:在方案中,由梯形的性質(zhì)

35、可知裂:在方案中,令華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文?彥。,州咖來決定口,即?.勿一/女,少由此可知?.。一?;這樣當(dāng)頻率給定后,種方案的均是定值。造波板運(yùn)動(dòng)幅值與是線性關(guān)系。種方案的互不相同,但有以下聯(lián)系:如果要造極低頻的長(zhǎng)波,。寸,方案和方案的斗,與方案趨近,造波板運(yùn)動(dòng)成為純推:反之,若要造極高頻的深水波,。,方案的。/,與方案趨近,造波板運(yùn)動(dòng)成為繞,一的純搖,方案的口./,造波板運(yùn)動(dòng)成為繞,一/的純搖。純推和純搖都是推搖混合運(yùn)動(dòng)的特例,可見推搖混合式造波機(jī)適宜造各種頻率的二維波。根據(jù)文獻(xiàn)的分析,方案與其它造波扳的運(yùn)動(dòng)方案相比,是最接近理想情況的,其造波的波浪品質(zhì)和造波效率也是最佳的。另一種推搖混

36、合方案純搖方案性能接近,但次于方案,這兩種方案也是實(shí)際中常常采用的,純推方案性能差,尤其是在高頻時(shí)不宜采用。從以上理論推導(dǎo)和分析可知,如果沖箱的推波面能盡可能按方案運(yùn)動(dòng)的話,那么得到的波形將是比較理想的,造波效率也是比較高的。這就為我們?cè)O(shè)計(jì)沖箱及其運(yùn)動(dòng)形式提供了一個(gè)重要依據(jù)。.波浪參數(shù)計(jì)算咖帥.波長(zhǎng)沖箱式造波機(jī)造波的波長(zhǎng)是由沖箱上下振動(dòng)的周期丁決定的。在深水波的情況下,波長(zhǎng)和周期的關(guān)系為:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文?五二/式中,五?波長(zhǎng),?重力加速度/按要求擬定造波的波長(zhǎng)為,按式?計(jì)算出各周期下的波長(zhǎng),列于表.一。表. 不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)周期波長(zhǎng)五周期.波高沖箱造波的波高是由沖箱的幾何形狀、沖程大小和

37、運(yùn)動(dòng)頻率決定的。設(shè)沖箱上下振動(dòng)的規(guī)律為見圖一:?式及圖中:。一一沖箱振幅一一沖箱浸深?沖箱在水面處的寬度卜一沖箱受力珊一一圓頻率,/?:孥:圖.沖箱示意圖華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文竺沖箱在水面:卜瑾直振動(dòng)的興波問題,司作為脈動(dòng)源在自由液面下的興波來解決。將分布在沖銜表】上的脈動(dòng)源所形成的波跌加起來,并滿足所有的邊界條件,便可得到離沖箱較遠(yuǎn)處的波形。波形方程:?。,其中,口考慮波高沿水池長(zhǎng)度逐漸衰減:,:拿, 興波阻力系數(shù),查圖?;西?沖箱截向的方形系數(shù);碰,為沖箱浸深,/五:則波高:?。.彳,經(jīng)過沖箱模型試驗(yàn),決定采用如圖?所示的截面形狀,對(duì)此沖箱, ,西 ,/心訪蟛譬故妒。 。沁 .,。 尹。

38、玎工? 尹口幻妒 ,、直. 口酊,睡哆 彳 尹.火。了 疊 、 ?卜 、?、一卑?:心 一鼉吣?十一肛配卵苦吖町乏吖一。疋圖.沖箱垂直振動(dòng)阻力系數(shù)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文利用式?及圖?可以計(jì)算出不同沖程不同波長(zhǎng)下的波高值,按表?計(jì)算/。,按表?計(jì)算波高。表?興波阻力系數(shù)及/。:.,.波長(zhǎng)廳/. . . .地. . . . .,?:., . .?. . .表中數(shù)據(jù),.、.與實(shí)測(cè)相比偏低,故分別以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).及.代替進(jìn)行下列的波高計(jì)算。其次,造波機(jī)服務(wù)的實(shí)驗(yàn)室只有米長(zhǎng)左右,所以衰減系數(shù)必大于.,故實(shí)際產(chǎn)生的波高應(yīng)比計(jì)算略大。表.不同沖程,不同波長(zhǎng)下的波高值波長(zhǎng)沖程滁. . . . . . . . .

39、 . . . . . . . . .周期“刪.作用在沖箱自、力和功率沖箱上下周期振動(dòng)的一般運(yùn)動(dòng)方程為:.旦歸聲:尸,華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文其中,?沖箱單長(zhǎng)度的重量:?重力加速度:,膨、,?虛質(zhì)量;:,掣,?虛質(zhì)量補(bǔ)償修正系數(shù),見圖.?卜一沖箱長(zhǎng);?水的密度:廬,?興波阻尼系數(shù);?水的比霞:旦:當(dāng):時(shí):?水線以卜中箱截面積:對(duì)式.微分,冉微分,得到?jīng)_箱的速度,加速度:一.一國(guó),當(dāng):時(shí),淤:,旦:,則作用在沖箱上的外力為:?叫尸,?: ?。,計(jì)算外力,將要用到表?中所列的,以及圖?中查出/,用下式計(jì)算出瞬時(shí)功率:華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,:塑馬力,根據(jù)式?,式?可以訓(xùn)算出各種波長(zhǎng)下的外力和瞬時(shí)功

40、率,這只是造波理論上所需的外力和功率,導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)摩擦及克服慣性力所耗的力及功率尚不包括在內(nèi)。表?、表分別列出了,五時(shí)的外力和瞬時(shí)功率的計(jì)算結(jié)果。時(shí),力最大,時(shí)本設(shè)計(jì)沖箱,故 時(shí),最大的瞬時(shí)功率: .馬力,同理,對(duì)本沖箱:馬力。.?;華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 苧竺 ;“苠.蹌 文 怠鄧電 吖 .一 . 。. 一,、 恕舄、,.鞴噼三磐巡毒蚶堅(jiān)掣一以矗匝、,/ . /,/一/?,卅 糾識(shí)/麓/ /壙/?/孑/:夕/,:,一:二二;習(xí)三?,?一華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文寸 一 卜。一釜巡一日望蘭. . .一 喧?昌蘭夏妊”?卜 已蓮奄 .口一節(jié)筆望點(diǎn) 氈帚心、.。;”一釜 寧 百爸曼 毫妻口心、 宅墨

41、宅奄一一星 巴尊答蓮 .州 ?嘗.一支料叫罄留?畏劃鑒蕞量去。一文 留翟蘭疊 龜婁量麓:乏龜懈 /可、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文一也一弩:葛“,一釜釓蘭?一.心 ” 釜一殳心、小一 寸毒 寧一釓百 譬.奄龜.奄 .璺 罨苫氈釜羔心口器寧 已 守一過 警司.奄甘昌。一心 望龜一昌。卜肴。一.毽口一害。乏.奄。一。蓬.?釓、拿董罱 是、一支黿。口當(dāng) 夏望口螽 。駕三料罄譬藍(lán)娶武留三吣 蓮鼉“乏以呻琳華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文控制系統(tǒng)組成及原理.引言控制系統(tǒng)是造波機(jī)系統(tǒng)的中樞,它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行,能否精確運(yùn)行,但是造波機(jī)系統(tǒng)具有較嚴(yán)重的非線性,很難建立起其精確的數(shù)學(xué)模型,這就給造波機(jī)控制系統(tǒng)的

42、設(shè)計(jì)帶來了許多困難,因此對(duì)控制方式和控制算法的選擇具有一定的要求。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)九十年代以來在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,隨著其性能的不斷提高,使其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?？刂剖亲钤绨l(fā)展起來的控制策略之一,因?yàn)樗婕暗脑O(shè)計(jì)算法和控制結(jié)構(gòu)都是很簡(jiǎn)單的,并且十分適用于工程應(yīng)用背景,此外控制方案并不要求精確的被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,且采用控制的效果一般是比較令人滿意的,所以目前大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)都采用了控制。.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用方式?！北鞠到y(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)控制的方式,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是在普通的基礎(chǔ)上加固而成,具有普通不可比擬的特殊優(yōu)越性,具有實(shí)時(shí)性強(qiáng),高可靠性,充分的過程輸入輸出能力及豐富

43、的網(wǎng)絡(luò)支持能力等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)它所控制的生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度,不同的控制對(duì)象和不同的要求,應(yīng)該有不同的控制方案,幾種典型的應(yīng)用方式如下:.數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)采集和處理時(shí),主要是對(duì)大量的過程參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理、數(shù)據(jù)越限報(bào)警以及對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實(shí)時(shí)分析。這種應(yīng)用方式,計(jì)算機(jī)不直接參與過程控制,對(duì)生產(chǎn)過程不會(huì)產(chǎn)生影響。這種應(yīng)用的典型框圖如圖.所示。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文工計(jì)業(yè)算對(duì)機(jī)象圖.數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理組成框圖.直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中最普遍的一種方式。直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)

44、參加閉環(huán)控制過程,無需中間環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器。其結(jié)構(gòu)圖如圖.所示。一般的直接數(shù)字控制系統(tǒng),有一個(gè)功能較齊全的運(yùn)行操作控制臺(tái),給定、顯示、報(bào)警等集中在這個(gè)控制臺(tái)上,操作方便。工計(jì)業(yè)斗砟算對(duì)機(jī)象圖.直接數(shù)字控制系統(tǒng)組成框圖監(jiān)督監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督控制中,計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文息和其它參數(shù),按照捕述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其它方法,自動(dòng)地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值,從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu):況。監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式,如圖?所示。卜?一卜?一工用卜?一業(yè)到囂黔調(diào)?一計(jì)對(duì)算象機(jī)調(diào)節(jié)口.設(shè)定值工用用計(jì)測(cè)量。業(yè)簋計(jì)對(duì) 機(jī)算象機(jī)圖.監(jiān)督控制系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)形式模擬調(diào)

45、節(jié)器系統(tǒng); 系統(tǒng).加上模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)該系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)各物理量進(jìn)行巡回檢測(cè),并按一定的數(shù)學(xué)模型對(duì)生產(chǎn)工況進(jìn)行分析、計(jì)算后得出控制對(duì)象各參數(shù)最優(yōu)給定值送給調(diào)節(jié)器,使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)立完成操作,提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文. 的分級(jí)托制樂統(tǒng)這實(shí).足 個(gè) 級(jí);制系統(tǒng),叮果卅檔微刪機(jī),它與之間通過接【進(jìn)行。息聯(lián)系,.計(jì)錚機(jī) 成高級(jí)的最優(yōu)化分析和計(jì)算,并給出最優(yōu)給芷伯,送給級(jí)執(zhí)】:過掛控制。當(dāng)級(jí)微型機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可由微型機(jī)完成的控制功能。,這種系統(tǒng)提高廠第一阽。集散控制系統(tǒng)分散型綜合控制系統(tǒng)或分散型微處理機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱集散系統(tǒng)。其

46、組成框圖如圖.所示。它是以微處理機(jī)為核心.采用單元組合方式,根據(jù)不同需要靈活組合的 個(gè)芒整系統(tǒng)。圖.集敞控制系統(tǒng)的細(xì)成框圖本系統(tǒng)采用方式以卜應(yīng)剛力式,除第一種以外,其他幾利都能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)所要求的功能華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文但直接數(shù)字控制方式對(duì)計(jì)算機(jī)要求太高,一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)都將癱瘓,這在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜的情況下是不安全的。集散控制系統(tǒng)安全性較高,但其成本又太高,比較適合大系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化。因此根據(jù)實(shí)際情況,本系統(tǒng)采用了模擬調(diào)節(jié)器的控制方式,調(diào)節(jié)器自行設(shè)計(jì),具有模擬和數(shù)字控制選擇開關(guān),具體設(shè)計(jì)見“伺服放大器設(shè)計(jì)”一節(jié)。從實(shí)際調(diào)試情況來看,此結(jié)構(gòu)合理可靠,安全性高。.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?！薄佰?/p>

47、”伽控制系統(tǒng)是造波機(jī)系統(tǒng)的中樞,它使造波機(jī)按所要求的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng),以造出符合要求的波浪。根據(jù)信號(hào)形式不同,伺服控制方式主要有模擬控制、數(shù)字控制、模擬一數(shù)字混合控制三種。本系統(tǒng)采用模數(shù)混合控制,綜合了模擬控制和數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)響應(yīng)速度快,數(shù)字控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生傳輸?shù)皆觳C(jī)控制器,控制器控制液壓系統(tǒng)及沖箱運(yùn)動(dòng)造波。系統(tǒng)框圖如圖.?所示。圖?控制系統(tǒng)方塊圖電液伺服系統(tǒng)由指令裝置工控機(jī)、/、/板、伺服放大器、伺服閥、液壓缸和反饋傳感器等組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。試驗(yàn)中要模擬一個(gè)波譜時(shí),首先根據(jù)目標(biāo)譜實(shí)測(cè)譜或者理論擬合譜生成一個(gè)電壓時(shí)間系列值控制信號(hào),經(jīng)/接口轉(zhuǎn)換成不規(guī)則的電壓信號(hào),送給伺服控制放大器,經(jīng)

48、放大并變?yōu)殡娏餍盘?hào)后去控制電液伺服閥,電液伺服閥輸出壓力油推動(dòng)液壓缸動(dòng)作,液壓缸活塞桿又與沖箱鉸接,從而驅(qū)動(dòng)沖箱推動(dòng)水體而產(chǎn)生波列,位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出沖箱的運(yùn)動(dòng)軌跡,將液壓缸物理量轉(zhuǎn)化成電量信號(hào)送轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)反饋到計(jì)算機(jī),修下機(jī)械慣性等帶來的誤差,以確保沖箱能準(zhǔn)確地跟蹤計(jì)算機(jī)給定信號(hào)。根據(jù)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文實(shí)際需要,該造波機(jī)沖玎運(yùn)動(dòng)頻率神: 之問,活塞行程最大為。:控機(jī)的:川:嚶足利其弛:人的“算、邏輯斷和記憶等能力來實(shí)現(xiàn)控制姚律,按要求給?造波機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡年造波心期誓,并提供人機(jī)接口,在監(jiān)視器力態(tài)顯出軌跡跟叛:曲線。還,便的牛成姚波和不規(guī)則波信號(hào),產(chǎn)生相心的造波指令盯,經(jīng)/轉(zhuǎn)換后輸入洲服放大器.本系統(tǒng)采用研祥工控機(jī)。閃為俐服系統(tǒng)為模數(shù)混合控制系統(tǒng),所以計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)要經(jīng)過/轉(zhuǎn)換器變成模擬信