[發明專利]一種室內風浪水槽造波機閉環控制方法

無效

• 申請號: 201010290810.7
• 申請日: 2010-09-18
• 公開（公告）號: CN101968636A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 孫濤;黃振興;楊建軍;王衛明;高軍偉
• 申請（專利權）人: 青島眾盟電子科技有限公司
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

1.一種室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于由浪高儀實時采集波高數據作為造波控制的反饋信號構成搖板造波的閉環控制；由風速儀實時測量風道內的風速作為造風控制的反饋信號構成風機造風的閉環控制；通過搖板造淺水波和造風造毛細波并電信連通組合形成閉環控制系統；實現閉環控制的系統裝置包括上位機監控模塊、造波模塊和造風模塊；其中上位機監控模塊為安裝虛擬儀器測試測量軟件的工控機，是整個造波機閉環控制系統的監視與控制中心，控制過程包括系統的初始化、搖板造波控制、造風造波控制、數據采集、數據記錄和數據分析；造波模塊采用PC機加裝運動控制卡的控制模式，包括運動控制卡、伺服驅動器、交流伺服電機、編碼器、滾珠絲杠、搖板和浪高儀；造波模塊中運動控制卡是搖板運動的控制中心，完成伺服驅動數據的生成，運動控制卡發送脈沖命令給伺服驅動器，進而驅動伺服電機，伺服電機通過滾珠絲杠帶動搖板運動，在水面激起波浪，通過控制搖板的運動軌跡在水面產生規則波或不規則波，水池中安裝浪高儀，浪高儀測得的實時波高信息作為搖板造波閉環控制的反饋信號反饋到上位工控機，實現搖板造波的閉環控制；造風模塊采用PC機加裝多功能數據采集卡的控制模式，包括多功能數據采集卡、風機變頻器、軸流風機和風速儀；造風模塊通過多功能數據采集卡的模擬量輸出控制風機變頻器頻率，進而控制風機的轉速，風道內安裝有風速儀，風速儀測得的實時風速通過多功能數據采集卡的模擬量輸入通道進行采集，作為造風閉環控制的反饋信號反饋到上位工控機，實現風機造風的閉環控制；數字量數據采集卡負責采集控制面板按鈕信號及滾珠絲杠限位開關和行程開關信號，并輸出控制伺服驅動器及風機變頻器的控制信號。

2.根據權利要求1所述的室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于閉環控制系統包括監控軟件主程序、造風子程序、規則波和不規則波子程序，監控軟件主程序啟動后先進行系統初始化，包括運動控制卡的初始化及數據庫的初始化，再輸入正確的用戶名和密碼后登錄系統，方能進行控制操作；監控軟件主程序運行過程中不斷地掃描輸入輸出狀態并刷新前面板界面，等待用戶觸發事件的發生；用戶控制命令包括用戶管理、造風、造波、數據查詢、波形查詢與分析和退出命令。

3.根據權利要求1所述的室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于造風子程序啟動后先讀取用戶前面板設定的造風時間，然后讀取用戶前面板設定的風速設定值及風速儀反饋的實際風速值；風速設定值和實際風速反饋值經過PID運算，計算出控制輸出量，即變頻器頻率；控制輸出量通過多功能數據采集卡的模擬量輸出通道控制變頻器的頻率；再將實際運行時間與設定時間進行比較，如果未到設定時間，造風子程序繼續讀取實時風速信息進行控制運算，如果到達設定時間，則結束造風子程序。

4.根據權利要求1所述的室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于規則波子程序啟動規則波造波時，先判斷搖板是否復位，如果沒有復位，執行搖板復位子程序；讀取用戶前面板設定的規則波波高和周期，再根據微幅波理論公式計算搖板的搖幅，在閉環控制時搖幅還需要加上計算的搖幅修正量；由搖板搖幅和周期根據正弦運動規律計算生成伺服電機運行的控制數據，并向運動控制卡發送控制數據，驅動伺服電機帶動搖板造波；然后判斷造波是否結束，如果未結束，進一步判斷是否為閉環控制，若為開環控制，則直接按上一次計算的控制數據向運動控制卡發送命令，若為閉環控制，則根據浪高儀采樣的數據進行波形測量，計算出實際波高；將實際波高與設定波高比較，獲得偏差；再根據波高偏差經過比例換算求得搖幅修正量，作為規則波造波控制的反饋量，重新計算伺服電機控制數據。

5.根據權利要求1所述的室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于不規則子波程序啟動不規則波造波時，先判斷搖板是否復位，如果沒有復位，則執行搖板復位子程序；再讀取用戶前面板選擇的波譜及設定的參數；然后計算生成相應的目標譜，閉環控制時進行偏差修正；用線性波浪疊加法將目標譜從頻域轉換到時域，獲得搖板位置時序列；再根據搖板位置時序列計算生成伺服電機控制數據，并向運動控制卡發送控制數據，驅動伺服電機帶動搖板造不規則波；對采樣的波高數據進行波譜分析，求得實際波浪譜；然后判斷造波是否結束，如果未結束，進一步判斷是否為閉環控制，若為開環控制，則直接按上一次計算的控制數據向運動控制卡發送命令，若為閉環控制，則將目標譜與實測譜進行比較，得到譜偏差，再對譜偏差做比例計算，求得波譜修正量，作為不規則波造波控制的反饋量，重新計算伺服電機控制數據。

6.根據權利要求1所述的室內風浪水槽造波機的閉環控制方法，其特征在于控制系統進行造波及造風的配合控制，先運行規則波子程序或不規則波子程序，并運行于閉環控制狀態；當所造規則波或不規則波達到控制要求時，無擾動切換到開環控制，此時，運行造風子程序，當風速穩定時，即可實現搖板造微幅波及造風造毛細波的波浪模擬。