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。

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。

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。

基于粘性流船舶数值波浪水池造波和消波方法研究

利用动网格技术实现了造波板的摇动,通过不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和流体体积法VOF(Volume of fraction)模拟了船舶数值波浪水池的自由表面,并结合湍流模型标准k-ε,同时在动量方程中添加源项的方法实现阻尼消波,基于仿物理的摇板造波数值方法,采用CFD商业软件Fluent及其二次开发功能,建立了三维规则波数值波浪水池模型,通过结果分析可得,仿物理的摇板造波的质量高且稳定性好。

小型室内水槽造波造风系统设计

小型室内风浪水槽是海气界面多种微尺度过程实验研究的基础设施。造风造波系统是风浪水槽的核心部分。针对多种微尺度过程模拟的需要,设计了造风造波系统的硬件结构与控制软件。利用该系统,开展了多种造波、造风实验。通过对实验数据的分析,证明该设计满足各项预定指标,可以有效模拟多种海气界面风浪环境。

深水池造波系统数值造波仿真研究

造波系统作为哈尔滨工程大学新建多功能深水综合试验水池的重要组成部分,对其进行相关的数值仿真研究具有现实意义.基于摇板式造波机理论和阻尼层消波思想,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,建立了与该深水综合试验水池相应的二维数值波浪水池,对深水池造波机生成二维规则波及不规则波时的情况进行了数值造波仿真,给出了该数值波浪水池的波浪衰减规律,数值计算的结果表明,数值波浪水池内可以长时间地产生稳定的规则波和指定谱型的不规则波,为深水池造波机控制系统调试及水池波形的测量提供了依据.

基于力反馈的造波机主动吸收技术扭矩计算方法研究

在海洋工程试验水池中,进行模型试验时,造波机产生的波浪从池壁和结构模型上反射后生成反射波,传播到造波机处再次反射产生二次反射波。二次反射波严重干扰了水池的波浪场,从而降低了试验的精度,为消除二次反射波常采用主动吸收式造波机进行造波。主动吸收造波理论是造波机实现主动吸收功能的理论基础,针对摇板式造波机的力反馈式主动吸收系统进行理论研究,基于二维波浪理论拓展得到不规则斜向波和多向波波浪理论的速度势解,根据速度势解和压强之间的关系,求得波浪作用于造波板上的扭矩的解析式。波浪扭矩是计算主动吸收式造波数据的重要参数,基于线性波理论推导的单向、多向、规则、不规则波的一阶扭矩可作为开发多方向吸收系统理论基础。