[發(fā)明專利]一種室內(nèi)風(fēng)浪水槽造波機(jī)閉環(huán)控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010290810.7
• 申請(qǐng)日: 2010-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN101968636A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫濤;黃振興;楊建軍;王衛(wèi)明;高軍偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島眾盟電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/048
• 分類號(hào): G05B19/048
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所 37104
• 代理人: 張世功

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于造波機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種小型室內(nèi)風(fēng)浪水槽造波機(jī)的閉環(huán)控制方法，特別是一種集硬件和軟件于一體的閉環(huán)控制系統(tǒng)。?

背景技術(shù)：

我國(guó)從五十年代開始水池造波方面的研究工作；七十年代，造波技術(shù)系統(tǒng)逐漸采用模擬信號(hào)裝置來控制；到了八十年代，開始采用小型電子計(jì)算機(jī)，通過系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件及造波軟件來控制；九十年代以后，已完全采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行造波控制。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)運(yùn)用到造波機(jī)系統(tǒng)中，為造波技術(shù)開辟了新天地，運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，不僅能方便地造出各種規(guī)則波，不規(guī)則波，而且大大提高了波浪模擬的精度。英國(guó)從八十年代中期已有電機(jī)式的造波系統(tǒng)，日本從八十年代中期開始已有電機(jī)式的造波系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)采用的是直流伺服電機(jī)，從1992年開始采用新型的交流伺服電機(jī)；2000年荷蘭Delft水工試驗(yàn)室和力士樂公司合作為我國(guó)702所提供的不規(guī)則波造波機(jī)系統(tǒng)方案中，采用的也是交流伺服電機(jī)。一個(gè)完整的造波系統(tǒng)不僅包括完備的硬件設(shè)施，還包括完善的控制系統(tǒng)軟件，控制系統(tǒng)軟件是整個(gè)造波系統(tǒng)的靈魂，它不僅能直接決定造波類型品種、造波的效果、造波控制的便易程度，而且對(duì)整個(gè)造波系統(tǒng)的安全保障也有著極其重要的影響；造波控制軟件設(shè)計(jì)，不僅需要波浪理論、波浪模擬理論方面的知識(shí)，而且還涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等學(xué)科內(nèi)容。?

歸結(jié)起來，現(xiàn)有的對(duì)造波機(jī)及其造波的控制方式有多種，但從理論上講，至今還尚未見有效的應(yīng)用于小型室內(nèi)風(fēng)狼水槽的硬、軟件結(jié)合為一體的控制方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)；現(xiàn)有的控制方法原理簡(jiǎn)單，閉環(huán)控制效果差，對(duì)造波的波風(fēng)效果不易直接體現(xiàn)和監(jiān)控，應(yīng)用場(chǎng)合單一。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有造波技術(shù)及其工藝方法中存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件和軟件的配合，形成對(duì)小型室內(nèi)風(fēng)浪水槽造波機(jī)及其造波過程的全程閉環(huán)控制的方法。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明由浪高儀實(shí)時(shí)采集波高數(shù)據(jù)作為造波控制的反饋信號(hào)構(gòu)成搖板造波的閉環(huán)控制；由風(fēng)速儀實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速作為造風(fēng)控制的反饋信號(hào)構(gòu)成風(fēng)機(jī)造風(fēng)的閉環(huán)控制；通過搖板造淺水波和造風(fēng)造毛細(xì)波并電信連通組合形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的系統(tǒng)裝置包括上位機(jī)監(jiān)控模塊、造波模塊和造風(fēng)模塊；其中上位機(jī)監(jiān)控模塊為安裝虛擬儀器測(cè)試測(cè)量軟件的工控機(jī)，是整個(gè)造波機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的監(jiān)視與控制中心，控制過程包括系統(tǒng)的初始化、搖板造波控制、造風(fēng)造波控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)分析；造波模塊采用PC機(jī)加裝運(yùn)動(dòng)控制卡的控制模式，包括運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)、編碼器、滾珠絲杠、搖板和浪高儀；造波模塊中運(yùn)動(dòng)控制卡是搖板運(yùn)動(dòng)的控制中心，完成伺服驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)的生成，運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送脈沖命令給伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)通過滾珠絲杠帶動(dòng)搖板運(yùn)動(dòng)，在水面激起波浪，通過控制搖板的運(yùn)動(dòng)軌跡在水面產(chǎn)生規(guī)則波或不規(guī)則波，水池中安裝浪高儀，浪高儀測(cè)得的實(shí)時(shí)波高信息，作為搖板造波閉環(huán)控制的反饋信號(hào)反饋到上位工控機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)搖板造波的閉環(huán)控制；造風(fēng)模塊采用PC機(jī)加裝多功能數(shù)據(jù)采集卡的控制模式，包括多功能數(shù)據(jù)采集卡、風(fēng)機(jī)變頻器、軸流風(fēng)機(jī)和風(fēng)速儀；造風(fēng)模塊通過多功能數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸出控制風(fēng)機(jī)變頻器頻率，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，風(fēng)道內(nèi)安裝有風(fēng)速儀，風(fēng)速儀測(cè)得的實(shí)時(shí)風(fēng)速通過多功能數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入通道進(jìn)行采集，作為造風(fēng)閉環(huán)控制的反饋信號(hào)反饋到上位工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)造風(fēng)的閉環(huán)控制；數(shù)字量數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集控制面板按鈕信號(hào)及滾珠絲杠限位開關(guān)和行程開關(guān)信號(hào)，并輸出控制伺服驅(qū)動(dòng)器及風(fēng)機(jī)變頻器的控制信號(hào)。?

本發(fā)明的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件主程序、造風(fēng)子程序、規(guī)則波子和不規(guī)則波子程序，監(jiān)控軟件主程序啟動(dòng)后首先進(jìn)行系統(tǒng)初始?化，包括運(yùn)動(dòng)控制卡的初始化及數(shù)據(jù)庫(kù)的初始化，再輸入正確的用戶名和密碼后登錄系統(tǒng)，方能進(jìn)行控制操作；監(jiān)控軟件主程序運(yùn)行過程中不斷地掃描輸入輸出狀態(tài)并刷新前面板界面，等待用戶觸發(fā)事件的發(fā)生；用戶控制命令包括用戶管理、造風(fēng)、造波、數(shù)據(jù)查詢、波形查詢與分析和退出命令。?

本發(fā)明的造風(fēng)子程序啟動(dòng)后首先讀取用戶前面板設(shè)定的造風(fēng)時(shí)間，然后讀取用戶前面板設(shè)定的風(fēng)速設(shè)定值及風(fēng)速儀反饋的實(shí)際風(fēng)速值；風(fēng)速設(shè)定值和實(shí)際風(fēng)速反饋值經(jīng)過PID運(yùn)算，計(jì)算出控制輸出量，即變頻器頻率；控制輸出量通過多功能數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸出通道控制變頻器的頻率；再將實(shí)際運(yùn)行時(shí)間與設(shè)定時(shí)間進(jìn)行比較，如果未到設(shè)定時(shí)間，造風(fēng)子程序繼續(xù)讀取實(shí)時(shí)風(fēng)速信息進(jìn)行控制運(yùn)算，如果到達(dá)設(shè)定時(shí)間，則結(jié)束造風(fēng)子程序。?