[發(fā)明專利]一種實(shí)體模型口門調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110402962.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN102426465A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紅;唐洪武;魯娟娟;王得祥;呂升奇;徐錫榮;李開杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D9/12
• 分類號(hào): G05D9/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實(shí)體模型口門水位調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法，用以調(diào)節(jié)實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)口流量或尾門水位，控制模型邊界，模擬跟蹤非恒定水流。

背景技術(shù)

實(shí)體模型試驗(yàn)可預(yù)測(cè)河流演變規(guī)律，優(yōu)化工程方案，其是進(jìn)行河流河勢(shì)規(guī)劃、沿岸防洪規(guī)劃、流域國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃不可或缺的有力工具，廣泛應(yīng)用于水利工程、港口及航道工程等基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐研究中。

目前口門控制為采用如圖1所示的控制方式，包含：水位儀11、計(jì)算機(jī)12、直流電機(jī)13、減速箱14、鋼絲繩15、翻板門16，其控制方法是：直流電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)減速箱14轉(zhuǎn)動(dòng)，減速箱14通過鋼絲繩15與翻板門16實(shí)現(xiàn)柔性連接，直流電機(jī)13的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)翻板門16的開或閉，從而調(diào)節(jié)水位，水位儀11獲取翻板門16開閉后的水位，輸入計(jì)算機(jī)12，由計(jì)算機(jī)12判斷與目標(biāo)值的偏差然后再給直流電機(jī)13正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的命令，使調(diào)節(jié)后的水位達(dá)到目標(biāo)值。這種方法將水位儀11獲取的水位作為反饋信息指導(dǎo)翻板門16的開或閉，從水位儀16獲取數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)12，再到翻板門16開閉，從翻板門16開閉到產(chǎn)生水位變化需要一定時(shí)間，因此，利用水位儀11獲取的數(shù)據(jù)指導(dǎo)翻板門16開或閉存在調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、易震蕩等問題，對(duì)于非恒定流實(shí)驗(yàn)，需要融合經(jīng)驗(yàn)才能進(jìn)行水位過程的相位跟蹤，很難實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值跟蹤。為此本發(fā)明提供一種實(shí)體模型口門調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法，通過建立翻板門的開度與水位的直接關(guān)系，不再利用水位儀進(jìn)行反饋控制，只需控制電機(jī)的角度就完成水位的控制，減小平衡時(shí)間和系統(tǒng)震蕩。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)體模型口門水位調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法，伺服電機(jī)通過絲桿剛性連接翻板門上的導(dǎo)軌，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)翻板門進(jìn)行相應(yīng)的開度變化，基于該剛性連接，伺服電機(jī)精確轉(zhuǎn)動(dòng)可直接傳遞給翻板門開度，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取翻板門開度變化量與水位變化間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可計(jì)算得到目標(biāo)水位下電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而通過精準(zhǔn)控制電機(jī)角度的變化，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)水位變化，滿足實(shí)體模型非恒定流跟蹤要求。本發(fā)明避免了常規(guī)方法通過自動(dòng)水位儀獲取水位后再反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)比目標(biāo)水位后，再控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)讓翻板門開或閉，大幅減小了中間環(huán)節(jié)，防止了水位變化量的滯后，避免了水位快速變化時(shí)所引起的震蕩(翻板門連續(xù)開或閉)，有效減少了水位平衡時(shí)間，提高了水流模擬準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案：

一種實(shí)體模型口門水位調(diào)節(jié)裝置，包括計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)、絲桿、滑動(dòng)轉(zhuǎn)接頭、滑動(dòng)導(dǎo)軌、翻板門，伺服電機(jī)與絲桿剛性連接，滑動(dòng)導(dǎo)軌固定在翻板門上，滑動(dòng)轉(zhuǎn)接頭分別與絲桿和滑動(dòng)導(dǎo)軌連接，基于上述連接，伺服電機(jī)與翻板門實(shí)現(xiàn)剛性連接，從而伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)翻板門進(jìn)行相應(yīng)的變化。

一種實(shí)體模型口門調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿通過滑動(dòng)轉(zhuǎn)接頭將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給導(dǎo)軌，從而翻板門實(shí)現(xiàn)開或閉；

通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取各個(gè)實(shí)體模型口門翻板門開度變化量與水位變化量關(guān)系，并將翻板門開度轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)。

其中，翻板門開度變化量與水位變化量的關(guān)系滿足下式：

Δθ＝f(Q_s，Q_A，Δh，θ₁)

Δh＝h₂-h₁

Δθ為翻板門的開度變化量(翻板門與水平方向夾角變化量)，Q_s為所有進(jìn)入該口門流量，Q_A為口門處蓄水量，Δh為水位變化量，θ₁為當(dāng)前翻板門與水平方向角度，h₁為該口門當(dāng)前水位，h₂為目標(biāo)水位。通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取各個(gè)實(shí)體模型口門翻板門開度變化量與水位變化量關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)水位變化量獲取翻板門的開度變化量Δθ，并利用下式將翻板門開度轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)。

θ₂＝θ₁+Δθ