CN105444988A - 一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置及造波方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置，包括工控机、控制器、伺服电机、力矩传感器、吸收滤波器和推板，工控机与控制器连接，用于传输造波机位置信号；控制器与伺服电机相连，根据接收的信号驱动伺服电机转动；伺服电机通过机械结构带动推板运动；力矩传感器位于伺服电机中，用来实时采集电机输出扭矩；吸收滤波器一端与力矩传感器连接，接受采集到的实时扭矩，另一端与控制器连接，将反馈修正后的运动信号发送给控制器。本发明创造的造波技术精度高、受环境影响小，反馈信号获取方便。该造波技术可产生长时间稳定的规则波和随机波序列，提高了波浪模型试验的准确性。

Description

一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置及造波方法

技术领域

本发明创造属于船舶与海洋工程的试验装置领域，尤其是涉及一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波技术。

背景技术

造波技术是船舶和海洋工程实验室中必要的试验装置，常见的造波技术分为两种：推板式和摇板式。在中浅水水槽或水池中，主要采用推板式造波技术。由于水工建筑物及池壁的影响，反射波会在造波板上发生二次反射，从而使造波机产生的波浪与目标波浪发生偏差，特别是长时间的不规则波浪试验，二次反射的不利影响会使试验结果产生严重偏差。为消除二次反射，目前我国大多数推板式造波机采用了基于水位反馈的主动吸收式造波技术，该技术的基本原理是在造波板前设置一个或多个水位传感器，通过测量到的反射波的波高信息，控制造波机产生一振幅相同、相位相反的波浪，进而抵消反射波的影响。但水位传感器存在着测量精度低，易受环境影响的缺点，且由于水位传感器往往要安置于距离造波板一定距离的位置，测量到的并不是板前的实时水位，从而使得反射波的消除并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置，以解决现有技术中的不足。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置，包括工控机、控制器、伺服电机、力矩传感器、吸收滤波器和推板，工控机与控制器连接，用于传输造波机位置信号；控制器与伺服电机相连，根据接收的信号驱动伺服电机转动；伺服电机通过机械结构带动推板运动；力矩传感器位于伺服电机中，用来实时采集电机输出扭矩；吸收滤波器一端与力矩传感器连接，接受采集到的实时扭矩，另一端与控制器连接，将反馈修正后的运动信号发送给控制器。

本发明创造的造波方法如下，在无反射波作用在造波板上的情况下，通过伺服电机里的力矩传感器实测产生波序列X(t)的理论扭矩值T(t)，在有建筑物存在后，波浪碰到建筑物后产生反射波，反射波传播到推板处，会对推板产生压力，此时通过力矩传感器实测得到实际的扭矩T'(t)，T'(t)反馈到吸收滤波器，吸收滤波器对T(t)和T'(t)进行比较分析，将力矩修正信号发送给控制器，控制器根据力矩修正信号修正位置信号进而驱动伺服电机，带动造波板在试验水槽中往复运动，消除二次反射波的影响，产生长时间稳定的规则波或不规则波序列。

相对于现有技术，本发明创造所述的造波装置具有精度高、受环境影响小，反馈信号获取方便、快捷等优点。本发明创造的造波技术可产生长时间稳定的规则波和随机波序列，提高了波浪模型试验的准确性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的造波技术流程图；

图2为本发明创造实施例所述的工作状态结构示意图。

附图标记说明：

1-工控机；2-控制器；3-伺服电机；4-吸收滤波器；5-力矩传感器；6-推板；7-试验水槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

本发明创造提供的基于力矩反馈的主动吸收式造波原理是，反射波的存在会影响推板受力，进而影响伺服电机扭矩；因此，在造波过程中，利用力矩传感器实时采集伺服电机的输出扭矩，通过吸收滤波器与无反射条件下的理论扭矩进行比较，实时反馈修正运动信号，达到主动吸收式造波的目的。

基于以上原理，本发明创造提供了一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置，包括工控机1、控制器2、伺服电机3、力矩传感器5、吸收滤波器4和推板6，工控机1与控制器2连接，用于传输造波机位置信号；控制器2与伺服电机3相连，根据接收的信号驱动伺服电机3转动；伺服电机3通过机械结构带动造波推板6运动；力矩传感器5位于伺服电机3中，用来实时采集电机输出扭矩；吸收滤波器4一端与力矩传感器5连接，接受采集到的实时扭矩，另一端与控制器2连接，将反馈修正后的运动信号发送给控制器2。

工控机1产生造波板运动信号、运动信号传递给控制器2、控制器2控制伺服电机3转动、力矩传感器5测量伺服电机3扭矩、吸收滤波器4比较测量扭矩与理论扭矩并将修正信号反馈给控制器2、控制器2用修正后运动信号控制伺服电机3转动、伺服电机3驱动造波推板6运动。

本发明创造的造波方法具体为，在无反射波作用在造波板上的情况下，通过伺服电机3里的力矩传感器5实测产生波序列X(t)的理论扭矩值T(t)，在有建筑物存在后，波浪碰到建筑物后产生反射波，反射波传播到推板6处，会对推板6产生压力，此时通过力矩传感器5实测得到实际的扭矩T'(t)，T'(t)反馈到吸收滤波器4，吸收滤波器4对T(t)和T'(t)进行比较分析，将力矩修正信号发送给控制器2，控制器2根据力矩修正信号修正位置信号进而驱动伺服电机3，带动造波板6在试验水槽7中往复运动，消除二次反射波的影响，产生长时间稳定的规则波或不规则波序列。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波装置，其特征在于：包括工控机、控制器、伺服电机、力矩传感器、吸收滤波器和推板，工控机与控制器连接，用于传输造波机位置信号；控制器与伺服电机相连，根据接收的信号驱动伺服电机转动；伺服电机通过机械结构带动推板运动；力矩传感器位于伺服电机中，用来实时采集电机输出扭矩；吸收滤波器一端与力矩传感器连接，接受采集到的实时扭矩，另一端与控制器连接，将反馈修正后的运动信号发送给控制器。

2.一种基于力矩反馈的主动吸收式推板造波方法，其特征在于：在无反射波作用在造波板上的情况下，通过伺服电机里的力矩传感器实测产生波序列X(t)的理论扭矩值T(t)，在有建筑物存在后，波浪碰到建筑物后产生反射波，反射波传播到推板处，会对推板产生压力，此时通过力矩传感器实测得到实际的扭矩T'(t)，T'(t)反馈到吸收滤波器，吸收滤波器对T(t)和T'(t)进行比较分析，将力矩修正信号发送给控制器，控制器根据力矩修正信号修正位置信号进而驱动伺服电机，带动造波板在试验水槽中往复运动，消除二次反射波的影响，产生长时间稳定的规则波或不规则波序列。