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1、伺服冲箱式造波机控制系统研究华中科技大学硕士学位论文伺服冲箱式造波机控制系统研究姓名:王伟申请学位级别:硕士专业:轮机工程指导教师:徐国华2002.1.13华中科技大学硕士学位论文摘要造波机是实验室进行波浪模拟的最主要设备,波浪模拟对于船舶、水利、海工建筑、海上石油开采等许多领域的研究都具有重要的意义.本文从控制的角度对造波机的控制体系结构、伺服控制策略及算法进行了探讨,另外本文还对造波机造波原理、控制算法实现以及试验结果进行了分析.在分析了当前造波机控制系统的几种体系结构以及用户的具体要求后.本系统采用了计算机控制,控制结构为模拟调节器,当计算机出现故障时,”由
2、模拟调节器独立完成操作,提高了系统的可靠性和安全性,非常适合造波机系统的控制。本文针对系统非线性的特点,采用了模拟和数字混台的控制簇略,对造波机的运动轨迹进行了跟踪控制.所设计的伺服放大器具有可选择的控制玎关,从而可以方便的实现数字和模拟控制。本爻还针对平台下精确定时困难的现实,在此方面进行了深入的探讨,分析比较了几种定时方式的优缺点,最后得出在基于平台的实时控制系统中,多媒体时钟是一种很理想的高精度定时器,它可以实现精股高达的高精度定时.并用.给出了具体的定制方式和程序实现。最后.小文还从汁算机控制系统中干扰的来源及特点,提出了具体的抗:扰措施。还通过体试验,剥
3、整个造波机系统进行了多方面测试,结果表明此系统性能优越,控制稳定可靠,各项性能指标均到达使用单位的要求。控制关键词:电液伺服装硫造疲机普通瓷时器多媒体河面抗干扰计算机控制??,.......,....。。.....』::::::...........。......。........,.::,.........................~????一??华中科技大学硕士学位论文竺竺竺竺竺竺竺竺.,,,..,“’’..?...,?.&、.,’:???????~????????????~??????????????????????????一~华中科技大学硕士学位论文
4、概论.课题来源及意义¨幻在试验水池中实现海上环境的模拟是随着海洋开发工程而兴起的一门试验研究技术,除风、流的模拟之外,波浪的模拟是极为重要的。波浪对船舶、水利、海工建筑、海上石油开采等许多领域的研究都具有重要的意义。在船舶设计领域,研究船舶在波浪中的航行及运动性能:在码头、堤坝等水利工程中,研究及测试其抗波浪能力;在海上石油开采中,分析海上钻采设备对海浪的抗疲劳性能,以及在休闲娱乐业供游客参与波浪戏水游乐活动等,都需要进行与波浪相关的实验。研究的手段可归纳为三种:数学力学的方法、模拟的方法和现场观测的方法。数学力学方法是应用牛顿力学理论,从流体运动方程和质量守恒方
5、程出发,结合一定的边界条件,得到一些波浪运动的解,并用以解释波浪运动的某些现象。这种理论模式,在一定条件下,作为一种近似,可以用于工程实际,具有代价小收效快的优点。但是数学方法只能对特殊的情况才能找到解析解。而自然界的条件是相当复杂的,一般情况下很难找到问题的解析答案。用特殊情况下获得的答案去解释普通的实际波浪,不能不产生较大的差异。现场观测的方法是在实际的波浪环境下进行一些工程实验,这种方法准确可靠,没有任何假设和虚拟,但也有它自己的缺点和不足。一方面,自然现象不能受人工的控制,人们不容易“捕捉”到最有利的时机;另一方面,现场观测实验要投入大量的人力、物力和现代
6、化的精密仪器设备。这是制约其不能广泛和普遍发展的原因。模拟实验的方法,是在某种相似的原则下,把自然现象在实验室内进行复演。这种方法,克服了数学力学方法假设条件的狭隘性,并且不受线性条件的限制,得到的结果也比数学力学方法更接近于实际。同时,模拟的方法可以人工控制或调节,不受外界条件的影响,克服了现场观测在这方面的不足,所需花费也比现场观测要少得多。但是受实验室的条件所限,模拟的范围也相对有限,得到的结果,与实际的自然现象仍有差异。但是随着计算机及其他技术的?????????????????????????????????????¨??????????????????
7、???????????????????????????一华中科技大学硕士学位论文苎竺竺竺竺竺竺竺竺竺不断发展.波浪模拟技术日趋成熟,模拟的方法也正逐步由物理方式向数学方式转化,在电子计算机上实现的部分越来越多,从而减少了实验费用和实验周期。并且只要模型设计合理,试验设备及测量仪器的精度能满足要求,由此得到的试验结果就非常符合实际情况,完全满足一般船舶等实验的要求。因而在实验室模拟海浪并研究海浪与船舶等的相互作用非常必要。造波机是一种与船舶试验水池配套的基础设施,它的作用是在船池中激起不同波长和波高的规则波或不规则波,模拟实际波浪对船舶航行的影响,以测定各种技术数据
8、,为船舶设
