摇板式造波机的自适应鲁棒滑模策略研究

为了提高在海工物理试验水池中造波机系统的自适应性及鲁棒性,本文提出了一种自适应鲁棒滑模耦合控制策略。在对多轴造波机进行控制中,基于滑模控制原理,引入了改进指数趋近律,以保证在滑模面滑动的动态品质;同时为了应对外界扰动及系统摩擦非线性因素,引入了映射自适应控制策略。对自适应鲁棒滑模耦合控制策略及PID并行同步控制下的多轴摇板式造波机分别进行仿真及实验,仿真结果表明:与PID并行同步控制相比,在自适应鲁棒滑模耦合控制下产生的波浪,其跟踪误差波动范围由0.022 m下降到0.007 m;实验结果表明:自适应鲁棒滑模控制策略下生成的波浪形状更加接近于期望形状。由此可见,与传统PID并行控制相比,自适应鲁棒滑模耦合控制的自适应特性和鲁棒性能更加可靠。

摇板造波机白噪声波生成方法

为了更简便地生成白噪声波,并探究生成白噪声波所需控制参数的变化规律,提出一种基于摇板造波机的白噪声波生成方法,研制了相应的转阀控制式摇板造波机实验平台,并建立了造波系统数学模型。通过求解数学模型,得到生成白噪声波所需的控制参数,探讨控制参数变化规律。进一步地,依据所求得的控制参数,开展了白噪声波浪生成实验,通过改变组成波波幅及频率,生成了能量谱密度不同的3种白噪声波。研究结果表明:白噪声波可分解为一系列等波幅不同频率的组成波,且生成白噪声波浪的平均能量谱密度与组成波波幅呈正相关变化。

基于摇板运动分析的波浪产生方法研究

针对试验水池中波浪产生方法的问题,对试验水池中摇板式造波机的摇板速度、角度和波浪高度产生机理之间的关系进行了分析,对国内外学者关于波浪高度产生机理的研究进行了归纳,提出了一种基于摇板运动分析的波浪高度产生方法的研究。利用流体力学的连续性方程中体积流量变化关系,建立了理论波浪高度产生与摇板运动参数之间的数学模型,并通过Matlab进行了理论曲线的研究。最后,通过搭建相应的试验平台进行了实验验证。研究结果表明,该方法适用于试验水池中波浪高度产生方法的研究,提高了波浪模拟的准确性,为海洋装置的设计开发提供了相关理论指导。

底铰摇板式波浪能装置水动力性能解析研究

对底铰摇板式波浪能装置的水动力性能进行了解析研究,基于受约束浮体线性化运动方程,获得小幅线性波作用下装置动力响应和转换性能的解析解;采用解析解计算分析了水深、厚度、密度和PTO阻尼值四个参数选取对装置转换性能的影响。研究结果表明,底铰摇板式波浪能装置具有较宽的频率响应范围;在低频区,水深较大时装置俘获效率较高,而在高频区,水深较小时装置俘获效率较高;系统性能受摇板厚度的影响非常小;密度较小的摇板在高频区性能较好,而密度较大的摇板在低频区性能较好;设置恒定PTO阻尼的情况下,装置性能受PTO阻尼值影响显著,当PTO阻尼取低频辐射阻尼时,装置的俘获效率与满足阻尼匹配条件的情况基本相同;当采用的PTO阻尼与低频辐射阻尼值差别较大时,系统的俘获效率显著降低。

摇板式造波机生成的长峰规则波

利用特征函数展开法对摇板式造波机作周期运动生成的长峰规则波流场作了二阶分析 ,得到了速度势和波形二阶解的解析表达式。通过对二阶波传播模式的分析 ,确定造波机响应特性曲线 (一阶波幅摇幅比 )和规则波最大波高曲线 ,给出能在水池中生成二阶意义上纯正的Stokes波的造波机运动形式。上述有关造波特性的理论分析是研制造波软件 ,确保在水池中生成高品质Stokes波的基础 ,具有重要的应用价值。

摇板式造波实验台的设计及实验

分析了摇板造波理论,基于体积不变原则,即在一定条件下摇板排开水的体积等于波浪的体积,推导得到新的摇板造波传递函数。为了验证该传递函数,设计了摇板式造波实验台的机械结构和运动控制系统,并在试验水池中进行安装调试。实验表明,该造波实验台具有良好的频响特性。同时通过试验对比发现:基于体积不变原理的造波传递函数相对于基于势流理论的造波传递函数具有一定的局限性。只有在中频段造波时推导的造波传递函数更加符合实际传递函数;在低频段和高频段时,因为水流逸散以及波浪的非线性,推导的造波传递函数不能很好起作用。

摇板式造波机所造二维波的完全非线性解

本文采用边界积分方程的时间步进法对摇板式造波机所造二维波的波形及摇板所受水动力矩求完全非线性解。对于自由面和摇板交点处自由面条件和物面条件的相容性作了专门的考虑。在弱非线性情况下，规则波时域非线性解的计算结果与频城二阶解及时域线性解作了比较，验证本文的数值方法是可行的。

直立摇板简谐摇荡造二维波时所受水动力矩的频域二阶解和时域线性解

本文给出直立摇板简谐摇荡造二维波时所受水动力矩的频域二阶解和时域线性解的解析表达式,可供估算摇板式造波机设计功率时使用,也可为摇板所受水动力矩时域非线性数值计算提供比较的依据。

摇板式造波机性能实验研究

通过改进后的水池造波系统对工程中常用的规则波和二维非规则波浪的模拟试验,研究了该造波系统的最大造波能力、波浪总谐波变形以及对随机波浪谱的模拟精度等波浪模拟性能.测试数据表明,该造波机控制系统经过技术改进,恢复了二维规则波的模拟功能,提高了造波品质,完全满足船模耐波性试验的要求,可应用于实际工程项目之中.

引进电液伺服摇板式造波机控制系统技术改造研究

本文介绍了国外引进的电液伺服摇板式造波机控制系统技术改造的方法,其中包括更换控制系统计算机以及改进数据传输链路,并将单台计算机控制方式改造成双台计算机主从式控制等。利用VB语言对造波机系统控制软件重新设计开发,实现了WINDOWS环境下的造波控制,恢复了该造波机对二维非规则波的模拟功能,并把规则波的模拟范围扩展到二阶精度,提高了造波品质。

新型摇板式造波装置对波高影响的实验研究

为了优化造波结构和变量参数单一,提高实验效率降低实验能耗,基于综合式波浪发电实验台研发了一种新型整体可升降摇板式造波装置,并通过实验研究探索该装置摇板浸水无因次深度、摇摆角度、摇板摆动角速度等变量参数对无因次波高的影响规律。研究获得无因次波高与摇板摆动角度、摇板浸水无因次深度和摇板摆动角速度等参数密切关系和最佳摇摆角度,新型造波装置具有较好的稳定性和可重复性,实现了节能减排降耗增效。

关于自由面压力脉动与摇板造波的等价性

考虑了一个逆问题，即在浮体运动和自由面压力分布之间是否存在某种等价性？作为这一方向努力的一部分，从二维半无限长水槽摇板造波的特例出发考察了这个问题．基于线性势流理论，导出了自由面压力分布应满足的带复数核的第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程，并用正则化方法得到了这类不适定的积分方程的近似正则解．结果表明，自由面压力脉动与摇板造波之间的等价性可以通过解相应的逆问题来解决．

基于倍福TwinCAT的摇板式造波控制系统设计

对摇板式造波控制系统进行了设计,应用EtherCAT通讯协议,采用全闭环控制方式。对硬件部分和软件部分进行了设计,介绍了主程序、人机界面、运动控制程序的设计,分析了规则波、聚焦波、斜向波等波形产生的机理及耦合、解耦时机的选择,并基于倍福TwinCAT电子凸轮功能设计摇板运动轨迹。实际应用表明该控制系统能实时、精确地控制多轴运动。

沉箱基础对摇板式波浪能装置水动力性能影响研究

摇板式波浪能转换装置具有频率响应范围广、可靠性好、常规海况下转换效率高、建造成本低等优点。基于势流理论建立具有沉箱基础的摇板式波浪能装置水动力性能的解析解。将解析结果与文献中已有结果和边界元数值结果进行了对比,验证了解析解求解过程的正确性。通过算例分析,研究了波浪入射频率、沉箱基础高度、沉箱基础宽度、摇板位置、摇板厚度和摇板密度对装置能量俘获效率的影响。研究结果表明:采用合适高度的沉箱基础能显著提升装置性能;长波海况下,摇板铰接在沉箱基础背浪侧上表面时装置性能更佳,而短波海况下,摇板铰接在沉箱基础迎浪侧上表面更为合理;沉箱基础宽度的推荐值为0.5到1.0倍水深;适当减小摇板厚度能够提升装置性能;应优先选用密度较大的摇板。

摇板造波机规则波模拟性能测试

摇板造波机采用运动控制器控制,伺服电机和丝杠导轨驱动,具有体积小、安装灵活的优点.新造波机投入使用前须在测试水池中对其性能进行测试,为物理模型的设计和比尺选择提供参考.通过系列试验,测试了该造波机生成的规则波的最大波高分布、波面平稳度及不同时间段的造波稳定性等参数.测试结果说明,该造波机能生成的规则波波峰线平直度理想,周期范围为0.6 ～ 2.5s,在周期为1.2s时生成最大规则波波高为15.49cm;规则波波形重复性良好,规则波波面平稳度小于6.5％;生成波浪的时间稳定性良好,不同时间段生成波浪的波高误差小于3％.

双摇板造波系统及波浪信号谱无参分析

叙述了采用双摇板造波系统的基本思想及双摇板造波信号的生成，并分析了同一波浪信号用不同谱分析法对所得主要谱参数的影响．

超重环境下摇板造波的理论分析

目的研究超重环境对传递函数值(摇板摆幅与波浪波幅的比值)的影响,为海工离心机的研制提供理论依据。方法借助C语言以及Matlab软件,进行超重环境下摇板造波的理论推导。结果在深水条件下,利用Matlab计算出的曲线图表明,传递函数值随着重力加速度(离心加速度水平)的增大而减小;在浅水条件下,用C计算出频率为31.415 9,水深和摇板都为1 m时,在常重力下,传递函数值为1.980 1;在重力加速度提高到150g时,传递函数值为0.485 04。结论不管是深水条件还是浅水条件下,传递函数值都随着重力加速度的增大而减小。

电液伺服摇板式造波机设计分析

本文针对电液伺服摇板式造波机的设计，就动力配备、摇板参数与结构、电液伺服系统等分别阐述，以供交流。