專利名稱：主動反射補償伺服式單板造波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水動力試驗測試領(lǐng)域，涉及用于水槽或水池的單板式波浪模擬機 構(gòu)，具體涉及一種主動反射補償伺服式單板造波裝置。
背景技術(shù)：
在波浪模擬試驗中，試驗水池的四周池壁是一個封閉的邊界，當(dāng)某邊池壁的造波 機產(chǎn)生的進行波傳遞到水池中的被試驗物體或池壁時會產(chǎn)生反射波；反射波傳遞到造波機 時又會產(chǎn)生再反射波。再反射波在實際海面上是不存在的，因為實際的海面的邊界是開放 式的，反射波在廣闊的海域傳遞過程中，其能量已被消耗掉。試驗水池中再反射波的存在會 使期望的入射波場產(chǎn)生畸變，使波浪環(huán)境的模擬失真，從而影響模型試驗結(jié)果的精確度，這 是長期困擾波浪模型試驗的難題?，F(xiàn)有造波機的造波驅(qū)動裝置主要為鼓風(fēng)機、慣性電機或液壓驅(qū)動裝置，采用鼓風(fēng) 機或慣性電機的造波裝置存在波浪模擬頻率較低和控制精度不高的缺點，而液壓驅(qū)動裝置 由于機構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高，維護保養(yǎng)成本也較高。實用新型的內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，申請人經(jīng)過研究改進，提供一種主動反射補償伺 服式單板造波裝置，在造出符合試驗精度要求的波浪的同時，能夠有效消除從船模、對面池 壁和消波裝置上反射回來的波浪，提高水池或水槽波浪模擬的質(zhì)量，同時提高造波板的控 制精度，簡化的驅(qū)動機構(gòu)，降低維護保養(yǎng)成本。本實用新型的技術(shù)方案如下—種主動反射補償式單板造波裝置，包括順序連接的計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)、機械 系統(tǒng)和波浪測量反饋系統(tǒng)；所述計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)由計算機控制單元、電機驅(qū)動單元和交流伺服電機組 成；計算機控制單元接收目標(biāo)信號，通過電機驅(qū)動單元驅(qū)動交流伺服電機，交流伺服電機將 動能傳遞到所述機械系統(tǒng)，并將位置信號反饋給計算機控制單元及電機驅(qū)動單元，計算機 控制單元同時接收所述波浪測量反饋系統(tǒng)傳來的浪高反饋信號；所述機械系統(tǒng)由聯(lián)軸節(jié)、軸承、絲桿、滑塊、傳動桿及搖板組成；絲桿通過軸承安裝 在固定位置，所述交流伺服電機通過聯(lián)軸節(jié)與絲桿連接，絲桿上設(shè)有滑塊，滑塊通過傳動桿 連接搖板，搖板連接所述波浪測量反饋系統(tǒng)；所述波浪測量反饋系統(tǒng)由浪高儀及信號電纜組成；浪高儀與所述搖板連接，浪高 儀通過信號電纜與所述計算機控制單元連接。本實用新型的有益技術(shù)效果是(1)本實用新型采用主動反射補償造波技術(shù)，在造出符合試驗精度要求的波浪的 同時，能夠有效地消除從船模、對面池壁和消波裝置上反射回來的波浪，吸收反射波80%以 上，從而避免它們撞擊造波機構(gòu)再次產(chǎn)生反射波，有效提高水池或水槽波浪模擬的質(zhì)量。(2)本實用新型采用伺服電機作為驅(qū)動裝置，計算機控制單元采用步進電機控制
3卡和編碼器計數(shù)卡進行雙位置控制，有效提高頻率響應(yīng)，提高控制精度，簡化驅(qū)動機構(gòu)，大 大降低了維護保養(yǎng)的成本。(3)機械部分采用絲桿驅(qū)動，控制部分采用浪高及位置雙信號反饋，提高了控制精度。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是搖板造波的工作方式示意圖。圖3是主動反射補償結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，本實用新型包括順序連接的計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)A、機械系統(tǒng)B和波 浪測量反饋系統(tǒng)C。見圖1，計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)A由計算機控制單元1、電機驅(qū)動單元2和交流伺服 電機3組成。計算機控制單元1接收目標(biāo)信號，通過電機驅(qū)動單元2驅(qū)動交流伺服電機3， 交流伺服電機3將動能傳遞到機械系統(tǒng)B，并將位置信號反饋給計算機控制單元1及電機驅(qū) 動單元2，計算機控制單元1同時接收波浪測量反饋系統(tǒng)C傳來的浪高反饋信號。見圖1，機械系統(tǒng)B由聯(lián)軸節(jié)4、軸承5、絲桿6、滑塊7、傳動桿8及搖板9組成。絲 桿6通過軸承5安裝在固定位置，交流伺服電機3通過聯(lián)軸節(jié)4與絲桿6連接，絲桿6上設(shè) 有滑塊7，滑塊7通過傳動桿8連接搖板9，搖板9連接波浪測量反饋系統(tǒng)C。見圖1，波浪測量反饋系統(tǒng)C由浪高儀10及信號電纜11組成。浪高儀10與搖板 9連接，浪高儀10通過信號電纜11與計算機控制單元1連接。下面說明本實用新型的工作原理本實用新型啟動以后，將自動檢測計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)A的硬件、并調(diào)整搖板9的 初始位置。計算機控制單元1從計算機文件中讀取目標(biāo)信號，即所要制造的波浪數(shù)據(jù)，同時 接收浪高反饋以及位置反饋對搖板位置的調(diào)整數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的計算模塊，生成輸出控制 數(shù)據(jù)輸入電機驅(qū)動單元2，通過電機驅(qū)動單元2驅(qū)動交流伺服電機3。計算機控制單元1采 用步進電機控制卡和編碼器計數(shù)卡進行雙位置控制，有效提高頻率響應(yīng)，提高控制精度。交 流伺服電機3通過聯(lián)軸節(jié)4帶動絲桿6來回旋轉(zhuǎn)，從而使滑塊7前后移動，滑塊7通過傳動 桿8帶動搖板9擺動，造成波浪。浪高儀10隨搖板9運動，采集浪高信息，并通過信號電纜 11不斷將浪高信息反饋給計算機控制單元1，通過計算調(diào)整控制量，進行反射補償，從而有 效消除反射波對造波模擬試驗的影響。同時搖板9的位置信息也將進行反饋，使得計算機 控制驅(qū)動系統(tǒng)A可以時刻監(jiān)控?fù)u板9的運動和位置，在搖板超限位、搖板零點偏移時調(diào)整控 制量，保護造波裝置。下面說明本實用新型主動反射補償?shù)脑韴D2示出了搖板造波的工作方式示意圖。如圖2所示，X(t)為搖板的運動狀態(tài)量， 包括造波運動X1U)和消波運動χκα)，因此χα)； ηια)為造波系統(tǒng)生成 的目標(biāo)波；nK(t)為反射波。根據(jù)相關(guān)造波理論，設(shè)φ為速度勢，則有如下的方程組[0027]Φχχ+Φζζ = 0(0 ^ χ < , -h ^ ζ ^ 0)(1)[0028]φζ = ο(ζ = "h)(2)[0029]φ +βφζ = 0(ζ = 0)(3)[0030]Φχ = ^(x = 0)(4)通過求解φ可以得到輸出波形nQ(t)
1 δφζ ^、 其中
k和kn是方程ω 2/g = ktanhkh = -kntanknh的正根，ω為搖板轉(zhuǎn)動的角頻率。由 公式(5)可以推出如下的消波方程Xt = (ω/Α) {2ηΙ-(η。-DX)}(6)滿足這個方程的系統(tǒng)就是本實用新型需要的主動反射補償系統(tǒng)。根據(jù)方程(6)就可以構(gòu)造出如圖3所示主動反射補償結(jié)構(gòu)的本實用新型的線性控 制系統(tǒng)。圖3中的N/Nkef為伺服電機的傳輸函數(shù)^為浪高儀的傳輸函數(shù)(浪高儀安裝在 搖板上)；K2為補償電子濾波器，且以上幾個參數(shù)滿足如下等式K1K2NZNref = 1 或火2 Ξ Nref/K1N以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例?？?以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的 其他改進和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種主動反射補償式單板造波裝置，其特征在于，包括順序連接的計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和波浪測量反饋系統(tǒng)；所述計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)由計算機控制單元、電機驅(qū)動單元和交流伺服電機組成；計算機控制單元接收目標(biāo)信號，通過電機驅(qū)動單元驅(qū)動交流伺服電機，交流伺服電機將動能傳遞到所述機械系統(tǒng)，并將位置信號反饋給計算機控制單元及電機驅(qū)動單元，計算機控制單元同時接收所述波浪測量反饋系統(tǒng)傳來的浪高反饋信號；所述機械系統(tǒng)由聯(lián)軸節(jié)、軸承、絲桿、滑塊、傳動桿及搖板組成；絲桿通過軸承安裝在固定位置，所述交流伺服電機通過聯(lián)軸節(jié)與絲桿連接，絲桿上設(shè)有滑塊，滑塊通過傳動桿連接搖板，搖板連接所述波浪測量反饋系統(tǒng)；所述波浪測量反饋系統(tǒng)由浪高儀及信號電纜組成；浪高儀與所述搖板連接，浪高儀通過信號電纜與所述計算機控制單元連接。
專利摘要本實用新型提供一種主動反射補償式單板造波裝置，包括順序連接的計算機控制驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和波浪測量反饋系統(tǒng)。采用主動反射補償造波技術(shù)，在造出符合試驗精度要求的波浪的同時，能夠有效地消除從船模、對面池壁和消波裝置上反射回來的波浪，吸收反射波80％以上，從而避免它們撞擊造波機構(gòu)再次產(chǎn)生反射波，有效提高水池或水槽波浪模擬的質(zhì)量。采用伺服電機作為驅(qū)動裝置，并采用步進電機控制卡和編碼器計數(shù)卡進行雙位置控制，有效提高頻率響應(yīng)，提高造波的控制精度，簡化驅(qū)動機構(gòu)，大大降低了維護保養(yǎng)的成本。
文檔編號E02B1/02GK201680956SQ20102019363
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者孫強, 祁江濤, 顧民, 魏納新 申請人:中國船舶重工集團公司第七〇二研究所