主动吸收式水槽造波机控制系统设计

摘要

在海洋工程领域中，造波机能够实现各种模型试验所需要的模拟波浪，在有限的区域范围内尽可能营造真实的海域环境。造波机产生的模拟波浪存在着一个主要问题,目标波形遇到推波板或结构物表面后形成反射波，它与推波板相遇后又形成二次反射波。带有主动吸收功能的水槽造波机能够提高波浪模拟质量，快速营造需要的波浪场，提高试验效率。
　　本文先分析了推板式水槽造波机的造波原理，推导了其造波控制方程，给出其在边界条件下的速度势解，然后，基于板前实时波高反馈的主动吸收实现方法，推导了其主动吸收控制方程。基于VS2008开发环境，编程实现了上位机控制程序的主界面和用于数据通信的网络控制核心功能模块，上位机控制程序主要负责传送造波控制指令和造波数据。基于ProprogⅢ开发环境，编程实现了下位机运动控制程序，下位机程序负责接收上位机的控制指令和造波数据，进行实际的造波运动控制。上位机通信程序通过套接字函数实现，上位机作为 TCP通信客户端与下位机进行连接通信，控制指令和造波数据分别利用不同的TCP端口进行传送，下位机作为TCP通信的服务端来进行数据收发。本文在下位机运动控制程序中来实现造波主动吸收算法，通过将板前波高信号在 PLC中转换成时间序列，与目标波高信号相比较，经吸收算法修正后，得到造波机的补偿造波运动控制信号。本文设计了一种造波机启停函数，来解决造波机启动和停止噪声大、结构振动的问题。
　　本文在实验室搭建了基于包米勒伺服平台的主动吸收式水槽造波机，分别进行了造波机规则波、不规则波的主动吸收效果验证，试验结果表明，本文设计的造波机具有较好的主动吸收效果，能够提升物理模型试验的试验精度，延长试验时间。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与科学意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

2 吸收造波理论

2.1 推板式造波机造波理论

2.2 规则波主动吸收理论

2.3 不规则波主动吸收理论

3 造波机系统整体设计

3.1 常见造波机类型

3.2 EtherCAT技术介绍

3.3 控制系统硬件组成

3.4 造波机运动控制系统

4 造波机软件系统设计

4.1 系统软件总体结构

4.2 上位机程序设计

4.3 下位机程序设计

5 造波机实验验证

5.1 实验设备布置

5.2 规则波实验验证

5.3 不规则实验验证

5.4 实验结论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢