[實用新型]非線性控制的高精度造波系統

有效

• 申請號: 201120057807.0
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN202133876U
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 詹杰民;趙陶;韓毅;陳曦;蘇煒;詹欣榮;羅瑩瑩;周泉;余順佳;饒瑞生
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G05B15/02
• 分類號: G05B15/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本實用新型屬于海洋工程及水動力試驗測試領域，涉及一種用于水槽或水池的高精度的非線性控制的造波系統。

背景技術

在海洋工程及水動力試驗測試領域，造波機是進行物理模型試驗的一種必備裝置。造波機通常設置在試驗水槽或水池的一端，通過造波板的往復運動來制造波浪。由于實驗研究的復雜性和多樣性，往往要求造波機能夠準確生成滿足特定條件的波浪。現有的造波技術多基于線性控制系統，其優點是簡易直觀，容易實現。然而在自然界，幾乎所有現象都是非線性的，線性理論僅僅是非線性理論的特例。實際的物理系統，由于其組成部分總是或多或少地帶有非線性特性，可以說都是非線性系統。從非線性到線性的簡化往往需要作出一定條件的假設，并且不可避免地將犧牲系統的部分精度和準確性。因此，非線性控制是更為先進的控制系統，有助于我們更準確地認識自然規律，使自動化水平有更大的飛越。

發明內容

針對現有的技術缺點，本實用新型的目的是提供一種采用非線性控制的高精度造波系統，以提高水槽或水池波浪模擬的準確度和精度，滿足不同試驗測試的要求。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種非線性控制的高精度造波系統，其包括順序連接的計算機控制驅動系統、機械傳動系統及造波板，該計算機控制驅動系統用于產生非線性控制信號，并通過機械傳動系統驅動造波板作非線性運動。

該計算機控制驅動系統由信號處理單元、計算機控制單元、電機驅動單元和交流伺服電機組成；計算機控制單元由信號處理單元調取非線性控制信號，計算機控制單元發出控制命令至電機驅動單元，電機驅動單元驅動交流伺服電機，交流伺服電機將動能傳遞到機械傳動系統。

進一步地，所述計算機控制單元根據不同的使用需求，可以選擇為嵌入式系統、可編程控制器或工控機。

具體地，該非線性控制信號為具有多種控制精度的波浪控制信號，目標波的一個周期先按控制精度要求分成若干個控制分量，再對應改變各個分量的運行時間，即改變每個控制變量內脈沖的頻率，從而調節目標波的頻率；或改變在各個控制分量內輸出的脈沖個數，從而改變目標波的波高。

控制分量數可為10～5000。

該非線性控制信號為預處理波浪控制信號，其由信號處理單元根據所需波浪要素預先計算完畢并生成控制參數數據庫、在造波時能夠直接從中讀取并傳輸到控制單元的信號。

該非線性控制信號為實時演算波浪控制信號，為造波時根據所需波浪要素由信號處理單元實時模擬計算并直接傳輸到控制單元的信號。

該機械傳動系統包括支架、聯軸器、軸承、防撞塊、滾珠絲杠螺母副、滑塊與基座、傳動桿、轉換臂及水平臂；滾珠絲杠螺母副通過軸承安裝在支架上，交流伺服電機通過聯軸器與滾珠絲杠螺母副連接，在滾珠絲杠螺母副上安裝有滑塊與基座，滑塊與基座通過安裝軸承連接傳動桿，傳動桿再連接轉換臂，轉換臂經過支承軸和兩端的軸承連接，轉換臂再通過水平臂連接造波板。

與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

(1)?本實用新型采用非線性控制系統，能夠造出比線性控制系統更復雜、更多變的波浪，并且提高了造波的精度和準確度。

(2)?本實用新型可根據不同的控制精度、響應速度和穩定性等應用需求選擇嵌入式系統、可編程控制器或工控機作為計算機控制單元，在保證高精度和高響應速度的前提下，增強了系統操作靈活性和穩定性，降低了維護和保養成本。

本實用新型機械部分采用滾珠絲杠螺母副驅動，并且采用更穩定的傳動結構，提高了控制精度和穩定性，保證整個系統在長時間工作下的可靠性。

附圖說明

圖1?為本實用新型架構示意圖；

圖2?為本實用新型機械傳動系統立體結構示意圖；

圖3?為本實用新型機械傳動結構運動關系示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，一種采用非線性控制的高精度造波系統，其包括順序連接的計算機控制驅動系統A、機械傳動系統B和造波板12。

見圖1，計算機控制驅動系統A由信號處理單元13、計算機控制單元1、電機驅動單元2和交流伺服電機3組成；計算機控制單元1由信號處理單元13調取非線性控制信號，計算機控制單元1發出控制命令至電機驅動單元2，電機驅動單元2驅動交流伺服電機3，交流伺服電機3將動能傳遞到機械傳動系統B。

進一步的，所述計算機控制單元1根據不同的使用需求，可以選擇為嵌入式系統、可編程控制器或工控機。